2019年包頭市水土流失動態(tài)監(jiān)測研究

常斐楊，行仙峰，王 帆

(黃河流域水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，陜西 西安 710021)

內(nèi)蒙古自治區(qū)地處我國北部邊疆，平均海拔約1 000 m，是典型的高原型地貌區(qū)，境內(nèi)草原遼闊，農(nóng)牧交錯帶范圍較廣，水資源分布不均，生態(tài)環(huán)境脆弱，是我國土壤侵蝕分布較集中的區(qū)域之一。以包頭市為研究對象，基于內(nèi)蒙古自治區(qū)省級水土流失動態(tài)監(jiān)測項目，采用中國土壤流失方程(CSLE)，結(jié)合內(nèi)業(yè)解譯與外業(yè)復(fù)核獲得模型相關(guān)參數(shù)，計算2019年監(jiān)測區(qū)不同地類、不同強(qiáng)度等級水土流失面積及其分布情況，并與2018年水土流失動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，以期能為內(nèi)蒙古自治區(qū)水土流失治理工作提供數(shù)據(jù)支持。

1 區(qū)域概況

包頭市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，南臨黃河，東側(cè)為土默川平原，西側(cè)與河套平原相鄰，陰山山脈橫貫全市中部，總面積27 768 km2，下轄東河區(qū)、昆都侖區(qū)、青山區(qū)、石拐區(qū)、白云區(qū)、九原區(qū)6個區(qū)，固陽縣1個縣，土默特右旗、達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗2個旗。包頭市屬半干旱中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量421.8 mm，黃河流經(jīng)包頭境內(nèi)214 km，是該地區(qū)最重要的水資源。

2 數(shù)據(jù)來源

本研究所需氣象資料為省級監(jiān)測區(qū)及其周邊各氣象站1985—2015年的日降水量數(shù)據(jù)；土壤資料為30 m分辨率土壤可蝕性因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)；地形資料為監(jiān)測區(qū)域內(nèi)1∶5萬DEM 數(shù)據(jù)；植被覆蓋資料為2016、2017、2018年250 m空間分辨率的MODIS歸一化植被指數(shù)(NDVI)產(chǎn)品，以及監(jiān)測區(qū)域內(nèi)分辨率2 m的高分辨率遙感影像；此外，還收集了監(jiān)測區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)項目擾動土地狀況和水土保持重點工程設(shè)計、實施等相關(guān)資料，用于土地利用解譯參考及動態(tài)變化成果分析、校核。

3 研究方法

3.1 水力侵蝕模數(shù)

采取CSLE模型進(jìn)行水力侵蝕模數(shù)的計算，計算公式為

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)，用冷暖季日雨量算法[1]計算；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，指在有降雨、地表徑流或二者兼有之時，土壤抵抗雨滴打擊和徑流沖刷的能力[2]，本研究中使用的R因子和K因子數(shù)據(jù)由水利部水土保持監(jiān)測中心提供；L為坡長因子，無量綱，其精度取決于DEM精度和不同計算方法的精度[3]；S為坡度因子，無量綱，本研究中L因子和S因子計算采用MCCOOL et al.[4]的緩坡坡度公式；B為植被覆蓋與生物措施因子，無量綱，本研究參照《區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定(試行)》計算園地、林地、草地的B因子值，其他土地利用類型通過表1賦值；E為工程措施因子，無量綱；T為耕作措施因子，無量綱，本研究參照《區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定(試行)》對E因子和T因子賦值。本研究中涉及的E、T因子值見表2。

表1 B因子賦值

表2 E、T因子賦值

3.2 風(fēng)力侵蝕模數(shù)

在風(fēng)力侵蝕地區(qū)，根據(jù)土地利用解譯結(jié)果，分別選用耕地、草(灌)地和沙地(漠)風(fēng)力侵蝕模型，計算各土地利用的土壤侵蝕模數(shù)， 計算時不考慮起沙風(fēng)速。

耕地土壤侵蝕模型為

(2)

式中：Qfa為耕地風(fēng)蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；W為表土濕度因子，取值0～1；Tj為一年內(nèi)風(fēng)蝕發(fā)生期間各風(fēng)速等級的累積時間，min；Z0為地表粗糙度，cm；A為與耕作措施有關(guān)的風(fēng)速修訂系數(shù)，無量綱，本研究取值0.893；Uj為第j個風(fēng)速等級的平均風(fēng)速，m/s；a1、b1、c1均為與土壤類型有關(guān)的常數(shù)，無量綱，分別取值-9.208、0.018、1.955。

草(灌)地土壤侵蝕模型為

Qfg=0.018(1-W)∑Tjexp[a2+b2V2+c2/(AUj)]

(3)

式中：Qfg為草(灌)地風(fēng)蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；V為植被蓋度，%；a2、b2、c2均為與土壤類型有關(guān)的常數(shù)，無量綱，分別取值2.486 9、-0.001 4、-54.947 2；其余符號意義同上。

沙地(漠)土壤侵蝕模型為

Qfs=0.018(1-W)∑Tjexp[a3+b3V+

c3ln(AUj)/(AUj)]

(4)

式中：Qfs為沙地(漠)風(fēng)蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；a3、b3、c3均為與土壤類型有關(guān)的常數(shù)，無量綱，分別取值6.168 9、-0.074 3、-27.961 3；其余符號意義同上。

3.3 綜合計算

分析每個柵格的侵蝕類型，按照《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)判斷土壤侵蝕強(qiáng)度等級，將水力侵蝕或風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度不小于輕度的柵格判定為水力侵蝕或風(fēng)力侵蝕類型區(qū)。比較每個柵格的水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度，僅保留強(qiáng)度高的侵蝕類型。對于只有某一類侵蝕類型的柵格，統(tǒng)計這類侵蝕的微度、輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈等各級強(qiáng)度的面積。輕度及其以上各級土壤侵蝕強(qiáng)度面積之和為水土流失面積。

4 結(jié)果與分析

4.1 水土流失情況

包頭市2019年土壤侵蝕面積統(tǒng)計結(jié)果見表3。包頭市土壤侵蝕面積為16 637.30 km2，其中：輕度侵蝕最多，面積為13 878.16 km2，占侵蝕總面積的83.42%；中度侵蝕次之，面積為2 533.96 km2，占15.23%；強(qiáng)烈侵蝕面積為94.97 km2，占0.57%；極強(qiáng)烈侵蝕面積為

表3 2019年包頭市土壤侵蝕面積統(tǒng)計結(jié)果

34.52 km2，占0.21%；劇烈侵蝕面積為95.69 km2，占0.58%?？傮w上看，各旗(縣、區(qū))整體土壤侵蝕強(qiáng)度較弱，但局部仍然存在較為嚴(yán)重的水土流失。

4.2 水土流失變化

對比2018、2019年包頭市水土流失面積監(jiān)測結(jié)果(表4)，總體來看，相比2018年，2019年包頭市各旗(縣、區(qū))水土流失面積均有所減少。結(jié)合遙感影像解譯成果和各因子分析結(jié)果，東河區(qū)有0.30 km2的草地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，0.37 km2的建設(shè)用地變?yōu)椴莸?，同時由于降水量增加，該區(qū)河道變寬，植被覆蓋度增加，因此該區(qū)土壤侵蝕面積略有減少；昆都侖區(qū)有0.02 km2的建設(shè)用地變?yōu)楹雍焯粒?.10 km2的耕地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，該區(qū)面積較小且城區(qū)面積較大，人類擾動基本穩(wěn)定，土壤侵蝕面積略有減少，但由于土地利用解譯的偽變化導(dǎo)致采礦用地面積增加，極強(qiáng)烈侵蝕面積增加較多；青山區(qū)有0.37 km2的城鎮(zhèn)建設(shè)用地變?yōu)槠渌莸兀?.01 km2的耕地變?yōu)槠渌ㄔO(shè)用地，土壤侵蝕面積略有減少，但由于解譯中偽變化導(dǎo)致采礦用地面積增加，

表4 2019年包頭市水土流失變化統(tǒng)計結(jié)果

中度、強(qiáng)烈侵蝕面積有不同程度的增加；石拐區(qū)有0.04 km2的耕地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，0.21 km2的草地變?yōu)椴傻V用地，因此中度和強(qiáng)烈侵蝕面積有所增加，同時解譯中的偽變化導(dǎo)致裸土地減少，侵蝕面積減少，此外該區(qū)林地、草地占比很大，植被覆蓋度增加使得總侵蝕面積減少；白云區(qū)新增河湖庫塘0.22 km2，土壤侵蝕面積略有減少；九原區(qū)新增0.05 km2河湖庫塘用地，0.08 km2采礦用地變?yōu)槠渌莸兀?.12 km2草地變?yōu)椴傻V用地，解譯中的偽變化造成林地面積增加，土壤侵蝕面積有所下降；土默特右旗新增河湖庫塘用地0.81 km2，土壤侵蝕面積略微下降，但由于土地利用解譯的偽變化導(dǎo)致采礦用地面積增加，中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈侵蝕面積增加；固陽縣新增河湖庫塘用地1.45 km2，0.06 km2城鎮(zhèn)建設(shè)用地變?yōu)椴莸?，侵蝕面積減少，且該區(qū)種草、封育等生態(tài)措施效果明顯，大面積山地植被蓋度增加，生產(chǎn)建設(shè)項目較少，人為擾動面積不大，因此水土流失面積減少；達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗造林和封育面積不斷增大，植被覆蓋度有所提升，因此水土流失面積有所減少。

5 結(jié)果與討論

包頭市各旗(縣、區(qū))土壤侵蝕以輕度侵蝕為主，但局部仍然存在較為嚴(yán)重的水土流失。2019年水土流失面積較2018年有所下降，極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕面積減少，輕度侵蝕面積增加，這表明該區(qū)域土壤侵蝕強(qiáng)度由高向低轉(zhuǎn)移，水土保持措施效果較為顯著。植被覆蓋度及河湖庫塘面積的增加均對此結(jié)果有積極影響，但局部生產(chǎn)建設(shè)項目等人為擾動造成小范圍的水土流失加劇，仍需加強(qiáng)水土流失預(yù)防監(jiān)督工作。