岷江流域土壤侵蚀变化与治理对策研究

JournalofSoilandWaterConservationVol.22No.5Oct.,2008　

岷江流域土壤侵蚀变化与治理对策研究

邓玉林1,孟兆鑫2,3,王玉宽2,刘武林1

(1.四川农业大学林学园艺学院,四川雅安625000;2.中国科学院成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041)

摘要:以1995年、2000年遥感土壤侵蚀调查(RS)资料为基础,结合2005年实地调查资料,研究岷江流域土壤侵蚀的演变规律,应用马尔柯夫模型对流域土壤侵蚀的发展趋势进行预测,同时探讨岷江流域水土流失治理分区与对策。结果表明:(1)岷江流域土壤侵蚀现状表现为:侵蚀总面积19907.7km2,占幅员面积的43.77%;侵蚀类型以水蚀为主,占侵蚀面积的88.24%;侵蚀等级以中度侵蚀为主,占侵蚀面积的44.07%。与1995年相比,土壤侵蚀面积减少369.6km2,减少比例为0.81%。计算表明岷江流域2000年土壤侵蚀量为8.94×107t,平均侵蚀模数1966t/(km2・a)。(2)应用Markov模型对2005-2025年岷江流域土壤侵蚀面积的预测结果显示:岷江流域土壤侵蚀面积将呈逐年减少趋势。到2025年,土壤侵蚀面积将比2000年减少1452.87km2;未来20年内土壤侵蚀量每5a以3.17×107t的速度减少。(3)岷江流域水土流失治理应在以全流域综合治理为目标,在科学规划基础上,选择优先治理区和重点治理区,以不同类型的治理工程为主要途径,推动岷江流域水土流失的有效治理。关键词:岷江流域;土壤侵蚀;演变;预测;治理对策

中图分类号:S157.1　　　文献标识码:A　　　文章编号:100922242(2008)0520056205

StudyonSoilErosionChangesandControllingStrategyintheMinjiangRiverValleyDENGYu2lin1,MENGZhao2xin2,3,WANGYu2kuan2,LIUWu2lin1

(1.CollegeofForestryandHorticulture,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an,Sichuan625000;

2.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041)

Abstract:Basedonremotesensingdataof1995and2000oftheMRVandfieldinvestigationin2005,changesofsoilerosionandtheirdrivingfactorsintheMRVwasstudied.BasedontheMarkovmodel,theevolutionofsoillossbetween2005and2025waspredicted.Meanwhile,somecountermeasuresweresuggestedforintegri2

tyofprojectincontrollingsoilerosioninthestudyarea.Theresultswereshownasfollows:(1)AtotalareaofsoilerosionintheMRVin2000was19907.7km2,amongwhichwater2causederosionrated88.24%.Comparedwiththesituationin1995,thesoilerosionratewasdecreasedby0.81%anditstotalareawas369.6km2.Totally,soillossintheMinjiangRivervalleyamountedto.4325milliontonunderanaveragemodulusof1966t/(km2・a)in2000.(2)ThroughforecastbyapplicationoftheMarkovmodel,thesoilero2sionareaintheMRVfrom2005to2025wasinadescendingtrend,byanareadecreaseof1452.87km2andbyanamountof3.1736milliontonseveryfiveyears.(3)ForsakeofintegratedcontrollingofsoilerosionintheMinjiangRivervalley,regionalizationandanoptimumregimeshouldbefirstlyformulatedonthebasisofexistingproblemprobingandsustainablemanagementobjectives.Duetothecomplexityofsoilerosionchan2gesintheMinjiangRivervalley,thepriorityregionandthekeyregionforsoilerosioncontrolaremainlyintheupperreaches,andthecounter2measuresweresuggestedasfarmingslopeharnessing,ecosystemrestoringandprotecting,mountainhazardscontrol,soillossmonitoringandpreventingandevensomemorereformsinadministrativepolicies.

Keywords:MinjiangRivervalley;soilerosion;changes;prediction;countermeasures

1　前　言

土壤侵蚀是在水力、风力、冻融、重力等营力作用下,土壤、母质及其它地表要素被破坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程[1],土壤侵蚀的结果导致水土流失。严重的土壤侵蚀和水土流失将导致土壤退化、生态系统失调,

3收稿日期:2008204218　　　3通讯作者E2mail:mengzhaoxin@imde.ac.cn

(No.CWSC2006-01)基金项目:四川省水土保持局2006年重点项目“四川岷沱江流域水土流失调查研究”

作者简介:邓玉林(1967-),男,教授,主要研究领域:生态工程与水土保持。E2mail:yulindeng66@126.com

第5期　　　　　邓玉林等:岷江流域土壤侵蚀变化与治理对策研究57

并导致泥沙沉积,河湖库堰淤塞,耕地资源减少,从而对农林牧生产、水利、电力和航运事业造成极大危害,影响

国民经济建设和人民生活水平提高,甚至严重阻遏区域生态、经济和社会可持续发展[2],因此一直受到国内外的普遍关注。

岷江流域是长江流域重要的一级支流,也是长江流域的主要产沙源之一,作为长江上游生态屏障建设的重点区域和四川经济发展的重要区域,岷江流域的生态安全对四川经济的健康发展和长江流域的生态安全具有重要意义。鉴于此,岷江流域一直是国内外学者关注的重点区域。但已有研究成果主要集中在岷江上游段,对整个流域的研究少见报道,对全流域土壤侵蚀的研究还未见报道[325]。本文应用遥感分析和实地调研相结合的方法于2005年对岷江流域的土壤侵蚀变化进行研究。

2　研究区概况

岷江位于青藏高原东缘盆山系统内部,介于102°26′-104°36′N,28°11′-33°09′E。干流全长711km,流

2

域面积4.55万km(不包括大渡河),自然落差3560m。以都江堰市以上为上游,都江堰市至乐山市大渡河汇入处为中游,乐山至宜宾长江汇合处为下游。中游段多为平原丘陵,上游段多高山深谷,地质复杂,褶皱强烈。特殊的地质构造形成了多样化的地貌类型,以高原、山地和丘陵为主,约占流域总面积的80%。岷江流域上游甘孜、阿坝海拔3000m地区属高原气候;中下游山地有完整的垂直气候分带,自南往北为南亚热带、中亚热带、北亚热带、暖温带、温带,然后与高原气候相接合。岷江流域土壤位于富铝质土区域,分布着多种土壤类型,包括紫色土、高山草甸土、水稻土、黄壤、亚高山草甸土、暗棕壤、黄棕壤、棕壤、石灰岩土、粗骨土、褐土、高山寒漠土、红壤、棕色针叶林土、沼泽土等。流域植被类型多样,特别是流域上游区,因地势气候影响,既具明显水平地带性的分异规律,又有垂直地带性的分异特征。岷江流域流经四川省6市2州的12个市辖区,5个县级市,共35个县(市、区)。流域总人口近1000万,农村人口约占流域总人口的70%,平均人口密度140多人/km2。

3　研究方法

3.1　野外调查

于2006年在岷江流域的松藩、汶川、茂县、邛崃、犍为5个县(市)各选择5个典型样点(包括水土流失严重区、水土流失治理重点区)进行调查,用GPS进行定位,记录调查点的地形、地质、地貌、植被、土壤母质、岩性组成以及土地利用特点和水土流失现状数据。同时设置具有区域代表性的临时样点30个(上、中、下游各设10个),记录土壤类型、植被状况,测量表层土壤容重、坡度、坡长指标,用于估算土壤侵蚀量。3.2　水土流失量计算结合已解译的土壤侵蚀现状图,分别在岷江流域上、中、下游区各选择具有代表性的10个临时样点,以国家土壤侵蚀分级标准为基础,应用通用土壤侵蚀模型,分别计算不同侵蚀区年土壤侵蚀量。然后分别根据各区中不同土壤侵蚀等级的面积占流域同类型土壤侵蚀面积的比例确定权重值,由计算的各侵蚀等级实际土壤侵蚀量分别乘以同等级的面积权重,再分别相加,得到流域各侵蚀等级的实际侵蚀模数值。由于难以获得次降雨和日降雨数据,因此,本文采用年降雨侵蚀力计算[6]。计算模型表达式为:

1.41

(1)R=3.82P

式中:P———年降雨量(mm);R———年降雨侵蚀力(MJ・mm/hm2・h・a)。

K值计算参考杨子生、邓良基[7]等在四川的研究成果,即黄壤为0.300,紫色土为0.330,棕壤为0.291,褐土为0.278,高山草甸土为0.288,暗棕壤为0.286.

[8]

LS的计算应用杨子生在滇东北山区的研究成果。计算公式为:

0.24

(S/5)1.32(2)LS=(L/20)

坡度和坡长因子值均采用实地测量获得。

作物管理因子值和水土保持措施因子的计算均采用杨子生的研究成果[9]。林地、草地的C值计算方法采用与农作物具有相近覆盖度的C值一致,其中玉米C值为0.3517,马铃薯C值为0.3721,黄豆C值为0.3551,玉米-大豆间作C值为0.1990。3.3　土壤侵蚀预测

应用马尔可夫模型预测岷江流域2005年、2010年、2020年、2025年土壤侵蚀面积变化。马尔柯夫过程的关键在于确定各等级土壤侵蚀之间相互转化的初始转移概率矩阵P。其数学表达式为:

P11P12…P1NP21P22…P2N

(3)P=

…………PN1PN2…PNN

58水土保持学报　　　　　第22卷

根据马尔柯夫性质和条件概率的定义,可以运用下述马尔柯夫链的基本方程来模拟出各土壤侵蚀等级面积所占比例动态变化状况。

P=∑PijP

k=1nij

N-1

n-1kj

-1

=∑PnPkjkj

k=1

N-1

(4)

4　结果与分析

4.1　土壤侵蚀状况及特征

4.1.1　土壤侵蚀面积与侵蚀等级状况　根据2000年土壤侵蚀遥感资料分析,岷江流域水土流失面积达19907.7km2,占幅员面积的43.77%。土壤侵蚀类型以水蚀为主,面积为17565.97km2,占侵蚀面积的88.24%,冻融侵蚀面积3326.28km2,风蚀仅分布于上游段,面积5.34km2。侵蚀等级以中度侵蚀为主,面积

为8729.83km2,占流域侵蚀总面积的44.07%,其次为轻度侵蚀,面积7215.87km2,中度以上侵蚀面积

7288.37km2,占侵蚀面积的36.61%。

与1995年相比,岷江流域土壤侵蚀面积减少369.6km2。其中水蚀面积减少356.49km2,冻融侵蚀面积减少12.56km2,风蚀面积减少0.55km2。从侵蚀等级分析,中度侵蚀减少明显,减少面积为326.26km2,其中中度冻融侵蚀面积减少17.73km2,强度侵蚀面积减少176.8km2,而轻度侵蚀面积增加148.99km2。4.1.2　土壤侵蚀量变化

由实际计算的土壤侵蚀模数分别乘以各侵蚀等级的侵蚀面积得到各侵蚀等级的土壤侵蚀量(表1)。1995年土壤侵蚀量为9.61×107t,侵蚀模数为2112t/(km2・a)。2000年岷江流域土壤侵蚀总量为8.94×107t,平均侵蚀模数为1966t/(km2・a),总体上属于轻度侵蚀。其中中度侵蚀的土壤侵蚀量占侵蚀总量的38.33%,主要原因是岷江流域土壤侵蚀以中度侵蚀为主,且中度侵蚀的侵蚀模数也较高。表1　各侵蚀类型的土壤侵蚀量对60个土样进行实测分析,

侵蚀类型微度侵蚀轻度侵蚀中度侵蚀强度侵蚀极强度侵蚀剧烈侵蚀岷江流域平均土壤容重为1.3g/

7

0.711.393.431.950.830.m3。应用各侵蚀等级的土壤侵蚀2000年侵蚀量/10t

1.483.025.099.7513.53量分别除以土壤侵蚀面积,得到各2000年侵蚀厚度/mm0.21

0.791.443.802.090.850.651995年侵蚀量/107t

侵蚀等级的土壤侵蚀厚度。经计1995年侵蚀厚度/mm0.241.573.235.149.7613.55

算得知,强度以上侵蚀区的土壤侵蚀厚度较高,其中,剧烈侵蚀区的土壤侵蚀厚度达到了1.35cm/a,而极强度侵蚀区的侵蚀厚度每年也接近1cm。因此,应该对这些区域的水土流失进行重点治理。总体上分析,2000年岷江流域平均土壤侵蚀厚度为1.51mm,较1995年减少0.11mm。4.2　土壤侵蚀转移特征与预测

区域土壤侵蚀状况的预测与模拟主要是假定在某一个性要素,或土地利用因子,或气候变化等背景下,对区域土壤侵蚀状况进行预测。现代区域土壤侵蚀预测与模拟研究主要可分为3种方法:一是应用气候模型进行研究;二是使用元胞自动机进行变化模拟;三是应用马尔柯夫链方法[9210]。本研究应用马尔可夫链模型对岷江流域土壤侵蚀进行研究。4.2.1　土壤侵蚀转移特征　以岷江流域1995年和2000年土壤侵蚀遥感数据为基础,应用GIS空间分析功能,将1995年与2000年土壤侵蚀分级图叠加,分析得到1995年不同土壤侵蚀分级面积转化为2000年土壤侵蚀的等级数据。通过计算得到1995-2000年不同侵蚀类型和侵蚀等级的转移矩阵(表2)。微度侵蚀以每年212.04km2的速度转入,平均年转出面积为132.12km2,说明土壤侵蚀面积在以79.92km2的速度逐年减少,转入面积主要来自流域内退耕还林(还草)和其它方面的治理。对5个典型县的调查显示,5年间小流域治理面积达到183km2。因此,中度以上侵蚀转化为中度以下侵蚀面积在5年间达到438.75km2。但由于矿山开采、道路建设、水电开发等建设工程,以及流域内部分区域的草地、林地退化等原因,促使部分区域土壤侵蚀日趋严重,5年间共有1520.46km2中度以下土壤侵蚀面积转化为中度侵蚀以上。总体分析,岷江流域土壤侵蚀减少的速度较为缓慢。4.2.2　土壤侵蚀变化预测

(1)土壤侵蚀等级变化预测。采用MAPGIS软件作为数据获取和图形处理的平台,利用马尔可夫链分析得到转换概率和转换面积文件,利用Markov模型进行土壤侵蚀的变化分析和转化模拟,得到2005,2010,2015,2020年和2025年土壤侵蚀状况(表3)。岷江流域未来20a微度侵蚀面积占总面积的比例呈逐年增加的趋势。因此,岷江流域土壤侵蚀面积逐年减少。到2025年,侵蚀率下降3.2%,侵蚀率下降到40.57%。不同土壤侵蚀等级中,只有轻度侵蚀所占比率逐年增加,其他侵蚀等级比率均减少。其中,中度侵蚀减少最快,减少比率为1.9%;而剧烈侵蚀减少比率最慢,为0.04%。土壤侵蚀面积将由2000年的19907.69km2减少到2025年的184.82km2,减

第5期　　　　　邓玉林等:岷江流域土壤侵蚀变化与治理对策研究59

少侵蚀面积1452.87km2,平均年减少侵蚀面积58.12km2。但轻度侵蚀面积增加350.98km2,中度侵蚀面积减

少1147.34km2,强度及强度以上侵蚀面积总体上将减少656.51km2,降低16.57%。

表2　土壤侵蚀等级面积转移矩阵

侵蚀分级1995年面积

微度侵蚀25210.31轻度侵蚀7066.88中度侵蚀9056.09强度侵蚀3120.35极强度侵蚀667.69剧烈侵蚀366.28增加面积2000年面积487.6微度侵蚀

24519.69368.77569.108.5610.013.241060.2225579.91轻度侵蚀366.936306.66310.75190.3633.008.19909.227215.87中度侵蚀270.462.908095.82102.875.780.00634.018729.83强度侵蚀38.77118.86.432716.465.040.00227.092943.55极强度侵蚀11.8013.1812.921.38613.874.1243.40657.27剧烈侵蚀2.674.522.530.730.00350.7310.45361.17km2

减少面积690.62760.23960.27403.53.8315.55

表3　预测土壤侵蚀面积值km2　　(2)不同侵蚀类型

实际值预测值面积转化预测。根据引侵蚀分级

1995200020052010201520202025年份起土壤侵蚀的力学差异,

25920.2826233.7226522.3426788.127032.80

土壤侵蚀分为水力侵蚀、微度侵蚀25210.3125579.91

轻度侵蚀7066.887215.877331.607420.017486.057533.847566.85

冻融侵蚀和风力侵蚀。中度侵蚀9056.098729.83

8441.588186.597960.727760.397582.49

岷江流域主要以水力侵强度侵蚀3120.352943.552790.312657.2521.502440.622352.52

657.277.53638.42629.88621.86614.33蚀为主,分布于流域内的极强度侵蚀667.69

366.28361.17356.29351.61347.11342.79338.63

各个区域;冻融侵蚀主要剧烈侵蚀

总面积487.87.87.60487.60487.60487.60487.60

分布于上游的高山区,流

域风力侵蚀面积小,集中分布于岷江上游区的干旱河谷区。通过对两个时期土壤侵蚀图的叠加,得到各土壤侵蚀类型转化面积(包括微度侵蚀)(表5):1995年到2000年间,冻融侵蚀面积转化为水蚀的面积为17.24km2,但水蚀面积转入冻融侵蚀的仅为8.5km2。因此,冻融侵蚀面积在逐年减少,而水蚀面积呈逐年增加的趋势,岷江干流分布的风蚀面积小,且呈现逐年减小的趋势。5年内有0.55km2的风力侵蚀面积转化为水力侵蚀。

表4　各侵蚀类型转化概率矩阵%由表4得到岷江流域各土壤侵蚀类型面积1995年水力风力冻融转化概率矩阵。风力侵蚀以年均1.86%的转

土壤侵蚀分级转化和

侵蚀比例侵蚀侵蚀侵蚀化概率减少,而水力侵蚀转化为冻融侵蚀的速水力侵蚀86.29199.97800.022100率十分缓慢。应用Markov模型,预测了未来

风力侵蚀0.0139.32290.6780100

20年岷江流域各土壤侵蚀类型变化(表4)。岷

冻融侵蚀13.6960.277099.723100

江流域风力侵蚀面积和冻融侵蚀面积减少的

2000年侵蚀比例86.3110.01213.677

趋势会持续下去,风力侵蚀面积会在未来20年

内减少近一半;部分冻融侵蚀会转化为水蚀类型,在1995年到2000年的侵蚀类型变化中,就有约17km2的冻融侵蚀转化为水蚀,而随着全球气候的变暖,这种转化趋势会持续下去。根据Markov模型预测,冻融侵蚀面积到2025年会较2000年的面积减少43.31km2(表5)。

表5　各侵蚀类型的模型预测值km2(3)土壤侵蚀量的变

实际值预测值化预测。土壤侵蚀量预侵蚀分级

1995200020052010201520202025年份测值由预测面积分别乘

39270.0939279.2339288.339297.3139306.26以土壤侵蚀分级侵蚀模水力侵蚀39251.5939260.88

风力侵蚀5.95.344.844.393.983.613.27

数求得。土壤侵蚀量和

冻融侵蚀6230.126221.386212.676203.986195.326186.686178.07

土壤侵蚀厚度均呈逐年

总面积487.87.87.87.87.87.87.6

渐少趋势,其中土壤侵蚀量预测值2010年为7.74×107t,2015年为7.60×107t,2020年为7.4×107t,2025年为7.36×107t;土壤侵蚀深度2010年为1.31mm,2015年为1.29mm,2020年为1.26mm,2025年为1.24mm。到2025年,岷江流域土壤侵蚀模数将减少到1618t/(km2・a),较2000年减少349t/km2,土壤侵蚀总量将减少1.59×107t,平均土壤侵蚀厚度也较2000年减少0.27mm。

5　水土流失治理对策

5.1　完善流域水土流失治理分区及目标规划

岷江流域水土流失面积广,且类型多样,不同区段由于自然背景具有明显的差异性,水土流失的成因也不

60水土保持学报　　　　　第22卷

尽相同。因此,水土流失治理工作应在分区基础上,有计划、分步骤进行。基于土壤侵蚀类型、危害程度及区域社会经济发展需求,将岷江流域水土流失治理分为优先治理区和重点治理区。5.1.1　水土流失优先治理区　总体分析,岷江流域主要产沙源集中分布于上游的河谷区域、邛崃的西部、犍为县的东部、沐川县的北部。这些区域被划分为岷江流域水土流失的优先治理区,其面积约为1500km2。实地调查表明,岷江上游干热河谷区目前的产沙量主要来自工矿开发、道路建设和坡耕地开发3个方面,而中下游的主要产沙区主要源于坡耕地的开发。根据形成产沙原因的差异,分别应采取不同的核心措施。治理目标为:在2015年前完成流域426.3km2陡坡耕地和604.35km2漫坡耕地的治理,将其平均侵蚀模数控制在3000t/(km2・a)左右;完成缓坡耕地保土耕作措施的推广与应用;2012年前完成对前期工程开发建设引发水土流失区的综合治理,完善工程建设水土保持方案的审批制度和工程建设过程中的动态监督机制。5.1.2　水土流失重点治理区　水土流失重点治理区应该包括由于水土流失直接影响人民生产生活的区域和土壤侵蚀量大的区域。据1995年、2000年水土流失遥感调查资料,岷江流域除中游轻度水蚀区外,上游和下游水土流失区的水土流失率均在45%以上,而下游区土壤侵蚀率也达到了49.62%。因此,需要对上游的水土流失进行重点治理。尽管,下游区近年土壤侵蚀治理成效较为显著,但由于该区坡耕地分布多,人为干扰强度大,加上土壤的抗蚀性差,产沙量高,因此,流域下游区亦是水土流失治理的重点区。5.2　重要的水土流失治理工程建议5.2.1　坡耕地综合整治工程　坡耕地是岷江流域主要的水土流失策源地。据初步调查,岷江流域需要治理的坡耕地面积约为2250km2(结合实际调查数据推算),占幅员面积的4.9%,占水土流失面积的11.3%。因而坡耕地的综合整治对减少水土流失、增加粮食产量和农业的可持续发展具有重要的意义。岷江流域坡耕地治理需因地制宜地应用各种治理措施。对于缓坡耕地和漫坡耕地,则应以保土耕作措施和植物措施为主,辅以小型水利水保工程措施;对陡坡耕地,通常要以梯地建设等工程措施为主,辅以其它措施;对于坡耕地上缘的荒山荒坡和退耕的陡坡耕地,则以植物措施为主,种植生态效益和经济效益兼优的林草及经济林果,辅以小型水利水保工程措施。5.2.2　生态保护与恢复工程　流域内水土流失、土壤贫瘠等问题已严重影响人们的生产生活,特别是在岷江的干热河谷区,由于植被覆盖率低,水土流失严重,水资源缺乏,当地的贫困问题与现实的生态环境有着紧密的联系;而在矿山开发区域,由于人为对自然的剧烈扰动,致使土壤流失和植被破坏均十分严重。因此,应该从流域尺度进行规划与治理,对严重的生态退化区进行有主有次地分布实施生态恢复工程。总体上,上游区通过生态移民、退耕退牧、禁牧育草、植树造林措施,不断提高流域植被覆盖率;通过严格控制矿山开采等建设项目,减少对土地的扰动和破坏;而在中下游区则主要应加大森林及灌丛的保护力度,加快对道路建设和工矿开发引发的水土流失区的治理。5.2.3　山地灾害重点防治工程　滑坡和泥石流等地质灾害在岷江流域分布多,危害严重,经济损失更是巨大。对岷江流域的100次滑坡泥石流的统计中,其中单次直接经济损失超过1000万元的滑坡泥石流灾害就达14次,1995年到2005年间发生的410次滑坡泥石流,直接经济损失达到394.31万元。为保障民众的生命财产安全,应该从流域尺度规划实施山地灾害防治工程,对可能影响人民生产生活的地区分主次、分先后地进行治理或移民搬迁。

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