耦合RUSLE模型多源數(shù)據(jù)江西省水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

鄢為星

（江西鴻溢水利工程有限公司，江西 南昌 330000）

1 研究區(qū)描述

江西位于中國(guó)東南腹地，介于113.57～118.484°E、24.487～30.078°N，總面積16.69 萬(wàn)km2。該地屬江南丘陵地形，中北部為鄱陽(yáng)湖平原、西北為幕阜山，南部為井岡山、武夷山等山系，地形破碎崎嶇、地貌景觀紛雜，海拔介于0-2 108 m。受副熱帶高壓帶影響，區(qū)域形成亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣象，年均氣溫14℃-18℃、年降水量1 341-1 943 mm，其中月65%降水量集中于5-9 月，具有降雨強(qiáng)度大、歷時(shí)長(zhǎng)特點(diǎn)。地帶性植被為常綠闊葉林，但現(xiàn)存植被多為次生馬尾松、經(jīng)果林等，具有植被類型單調(diào)、多樣性差的特點(diǎn)。典型土壤為紅壤，其質(zhì)地黏重、飽水滯水、易匯聚而發(fā)生溝壑和面狀侵蝕。

2 研究方法

2.1 RULSE模型及其參數(shù)率定方法

本研究利用通用水土流失方程（RUSLE）開(kāi)展江西地區(qū)水土流失定量評(píng)價(jià)，其數(shù)學(xué)公式為：

式中A 表示土壤流失量，單位為t/hm2·a,R 為侵蝕動(dòng)力來(lái)源，即降雨侵蝕力，單位為MJ·mm/hm2·h·a,K表示土壤抗蝕能力，是土壤多種屬性的函數(shù)，單位為（t·hm2·h/hm2·MJ·mm)，LS、C 和P 則均是無(wú)量綱，依次表示地形坡度坡長(zhǎng)因子、植被覆蓋管理因子。

鑒于RUSLE 模型是一松散概念模型，該模型在特定區(qū)域展開(kāi)應(yīng)用之前需進(jìn)行參數(shù)率定。參照相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)R因子率定公式為：

式中S為坡度因子，θ 為坡度（°），L為坡長(zhǎng)因子，λ為水平投影坡長(zhǎng)，m為可變坡長(zhǎng)指數(shù)。

C因子率定方式如下：

式中α、β為曲線參數(shù)，通常取值為α=2.5，β=1。

P值的率定方式為賦值法。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

江西省水土流失評(píng)價(jià)所使用的數(shù)據(jù)具體如下：①GPM_IMERG 衛(wèi)星降雨資料，其空間分辨率可達(dá)0.1°（約10 km），②landsat-8衛(wèi)星資料衍生的NDVI產(chǎn)品，其空間分辨率為30×30 m；③STRM DEM產(chǎn)品，地面分辨率為90m；④中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集，包含有機(jī)質(zhì)、砂礫、粉粒和黏粒等土壤屬性，其空間分辨率1km×1km，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心；⑤歐空局提供的10 m空間分辨率的土地利用類型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率為10 m 像素。在定量計(jì)算區(qū)域水土流失之前，對(duì)上述資料進(jìn)行如下處理：利用ArcGIS 10.5 平臺(tái)進(jìn)行重投影（UTM49N)、裁剪、柵格計(jì)算等處理，最后水土流失計(jì)算的柵格單元為1 000 m。

3 結(jié)果與分析

3.1 江西省水土流失因子空間分布特征

研究區(qū)R因子值介于5 978-15 648 MJ·mm/hm2·h·a之間，省域空間平均值為8 687.63 MJ·mm/hm2·h·a，其離差系數(shù)為18.85%，觀察到高值區(qū)呈片狀自贛東向贛中延伸，局部可達(dá)9000 MJ·mm/hm2·h·a；低值區(qū)分布于贛西北和贛南，僅為6500 MJ·mm/hm2·h·a左右；R分布與降雨量具有空間一致性。K因子最高值達(dá)到0.08（t·hm2·h/hm2·MJ·mm），最低值為0.01（t·hm2·h/hm2·MJ·mm），全省平均值為0.051（t·hm2·h/hm2·MJ·mm）；高值呈小斑塊狀分布。LS因子介于0～69之間，呈現(xiàn)環(huán)鄱陽(yáng)湖遞減分布特征，其與該地地形高程密切相關(guān)。C因子高值區(qū)呈條帶狀分布于平原、谷地地帶，而山地地區(qū)C因子較低；P因子分布與C因子具有相似性。

3.2 江西省水土流失評(píng)價(jià)結(jié)果

以3.1部分的R、K、LS、C和P因子統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和空間質(zhì)量后，利用GIS 軟件的Raster Calculator 工具進(jìn)行連乘，得到研究區(qū)1 km分辨率尺度上侵蝕模數(shù)分布，其柵格單位為t/hm2·a。侵蝕模數(shù)介于0～189 t/hm2·a，其空間平均值為13.56 t/hm2·a，表明江西省水土流失以輕度為主。侵蝕模數(shù)較高地區(qū)以為園地、旱地和裸地為主，一方面是這些地段植被覆蓋度且單一性，另一方面是受到人為活動(dòng)影響更敏感，例如礦區(qū)開(kāi)發(fā)、園地開(kāi)墾、工程建設(shè)等。低侵蝕模數(shù)呈斑點(diǎn)狀或小塊狀分布，多位于中高山地地段，主要由于低影響開(kāi)發(fā)與高植被覆蓋。

研究區(qū)水土流失強(qiáng)度評(píng)價(jià)則參考水利部頒布《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》。其基于侵蝕模數(shù)將水土流失程度界定為微度（0～5 t/hm2·a）、輕度（5～25 t/hm2·a）、中度（25～50 t/hm2·a）、強(qiáng)烈（50～80）t/hm2·a、極強(qiáng)（80～150 t/hm2·a）和劇烈(＞150 t/hm2·a）等級(jí)。在此基礎(chǔ)上使用GIS軟件的Reclassify工具統(tǒng)計(jì)得到各水土流失等級(jí)的像素?cái)?shù)。在江西省現(xiàn)有環(huán)境條件與人為擾動(dòng)下，區(qū)域水土流失強(qiáng)度以整體向好為主要特征。其中微度和輕度水土流失面積占省域總面積的77.07%、15.74%，而中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)和劇烈侵蝕面積分布最少，其分別占縱面的4.75%、1.42%、0.70%、0.31%。在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)區(qū)域水土流失演進(jìn)相對(duì)平緩，但土壤損失來(lái)源主要來(lái)自由中度、強(qiáng)烈等級(jí)，因此其是區(qū)域水土保持治理重點(diǎn)。仍需關(guān)注的是，區(qū)域植被類型結(jié)構(gòu)單一而林下植被缺失，在植被覆蓋區(qū)仍然存在一定的林下侵蝕未被有效觀測(cè)到，這是由于在飽和降雨發(fā)生了植被冠層聚集雨滴進(jìn)而增加地表沖刷、濺蝕。

研究區(qū)水土流失結(jié)果與地形因子之間存在密切耦合關(guān)系，司志文等研究指出江西省水土流失空間分布受地形因子控制。為更好認(rèn)識(shí)區(qū)域水土流失的地帶性差異，將LS 因子劃分為0～10、10～20、20～30、30～70 共4 個(gè)等級(jí)，統(tǒng)計(jì)了不同地形等級(jí)下水土流失強(qiáng)度面積分布。從水土流失強(qiáng)度分級(jí)度來(lái)看，各地形分級(jí)下的水土流失強(qiáng)度以微度及輕度侵蝕為主。具體地，中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)烈、劇烈均以0-10°的緩坡分布最廣泛，分別占0-10°的緩坡區(qū)域面積的6.02%、4.00%、4.10%、3.17%。這是由于研究區(qū)以山地丘陵地形分布為主，在緩坡地區(qū)人為可達(dá)性較高，并以坡耕地和園地聚集因此水土流失風(fēng)險(xiǎn)較大；此外上緩坡地形易于地表產(chǎn)流、滲流，在侵蝕高強(qiáng)度降雨條件下的降雨地表徑流無(wú)法快速運(yùn)移則極易引起下滲泥沙、泥石流或崩崗侵蝕。因此0-10°的緩坡地形區(qū)是各類侵蝕程度和強(qiáng)度分布的主要地形區(qū)。

4 結(jié)論

南方地區(qū)特殊氣候環(huán)境、地形景觀與普遍人為活動(dòng)促使了區(qū)域典型水土流失自然過(guò)程。本研究在GIS、RS 技術(shù)的支持下，研究了江西省水土流失空間分布，結(jié)論如下：①盡管RUSLE 模型給出了水土流失定量化評(píng)估松散概念框架，但仍可運(yùn)用本地化公式對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行率定，進(jìn)而得到區(qū)域化侵蝕模數(shù)；②江西省土壤侵蝕模數(shù)極具空間異質(zhì)性，得益于復(fù)雜的氣候、地形、植被和土壤因素綜合交互，但地形空間異質(zhì)性決定了侵蝕模數(shù)分布。③江西省總體水土流失強(qiáng)度為輕度等級(jí)，鑒于區(qū)域頻繁水熱交換和旺盛生產(chǎn)力的生態(tài)背景，該地土壤流失后極難恢復(fù)，因此優(yōu)化水土流失治理措施極有必要。地表景觀過(guò)程是由微氣候、地形、水文過(guò)程和植被等多要素構(gòu)建的，其能準(zhǔn)確反演侵蝕過(guò)程演替，未來(lái)可深入探究地表景觀異質(zhì)性對(duì)水土流失強(qiáng)度影響，進(jìn)而更好理解水土流失與自然環(huán)境之間關(guān)系。