成都市土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)研究

劉斌濤，宋春風(fēng)，陶和平

(中國(guó)科學(xué)院 水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都　610041)

?

成都市土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)研究

劉斌濤，宋春風(fēng)，陶和平

(中國(guó)科學(xué)院 水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都610041)

成都市是我國(guó)西南地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和人口集聚中心，加強(qiáng)成都市土壤侵蝕研究，建設(shè)“生態(tài)成都”、“美麗成都”對(duì)我國(guó)西南地區(qū)水土保持生態(tài)文明建設(shè)具有標(biāo)桿作用。利用四川省土壤流失方程(SCSLE)對(duì)成都市的土壤侵蝕狀況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)分析。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：成都市土壤侵蝕狀況總體上不嚴(yán)重，土壤侵蝕各項(xiàng)指標(biāo)均低于四川省平均水平；成都市土壤侵蝕主要分布在東部的龍泉山脈和西部的龍門山脈、邛崍山脈，龍泉山脈土壤侵蝕比龍門山脈、邛崍山脈嚴(yán)重；受“5512”汶川地震強(qiáng)烈擾動(dòng)的龍門山脈局部地區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度高，在遭遇強(qiáng)降雨條件下極易發(fā)生突發(fā)性水土流失災(zāi)害，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)這些區(qū)域強(qiáng)震誘發(fā)土壤侵蝕的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

土壤侵蝕；定量評(píng)價(jià)；土壤流失方程；監(jiān)測(cè);成都市

1　研究背景

土壤侵蝕是我國(guó)最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，開(kāi)展土壤侵蝕調(diào)查與制圖，尤其是土壤侵蝕定量調(diào)查與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是地理學(xué)、地圖學(xué)、生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)和遙感與GIS等學(xué)科共同的研究熱點(diǎn)。我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了4次全國(guó)性的土壤侵蝕遙感調(diào)查[1-2],土壤侵蝕定性和半定量研究工作已經(jīng)比較成熟。當(dāng)前，土壤侵蝕定量研究，尤其是區(qū)域上(省域、流域)的土壤侵蝕定量調(diào)查與精細(xì)制圖是亟待解決的重要科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的土壤侵蝕研究主要針對(duì)農(nóng)業(yè)區(qū)，即坡耕地土壤侵蝕問(wèn)題，對(duì)都市區(qū)、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)、牧區(qū)土壤侵蝕問(wèn)題研究明顯不足。土壤侵蝕對(duì)都市區(qū)的影響不同于農(nóng)業(yè)區(qū)和生態(tài)功能區(qū)，主要表現(xiàn)在影響城市水、土、空氣環(huán)境質(zhì)量，降低生態(tài)系統(tǒng)對(duì)城市發(fā)展的生態(tài)承載能力、影響城市景觀和城市綜合競(jìng)爭(zhēng)力提升等方面。在某種程度上說(shuō)對(duì)都市區(qū)土壤侵蝕定量化認(rèn)知的缺乏使我們忽視了城市的土壤侵蝕與水土保持問(wèn)題。為探討都市區(qū)的土壤侵蝕問(wèn)題，本文以成都市為例開(kāi)展了都市區(qū)土壤侵蝕調(diào)查與制圖工作。

成都市是我國(guó)西南地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和人口集聚中心。2014年成都市GDP總量首次突破萬(wàn)億大關(guān)，達(dá)到10 056.6億元，站上了“新常態(tài)、萬(wàn)億級(jí)”的全新起點(diǎn)。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，成都市面臨的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題愈來(lái)愈突出。在這種“新常態(tài)”下，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，建設(shè)生態(tài)都市顯得尤為重要和緊迫。成都市的東西兩山(龍門山、龍泉山)是成都市的生態(tài)安全屏障，是全市人民主要的旅游休憩基地。但是這些區(qū)域也存在較為嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題，尤其是受“5512”汶川地震強(qiáng)烈擾動(dòng)的龍門山東麓。本文利用四川省土壤流失方程(SichuanSoilLossEquation,SCSLE)對(duì)成都市土壤侵蝕狀況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)研究，揭示了成都市土壤侵蝕的數(shù)量、面積、強(qiáng)度和空間分布特征，可為“生態(tài)成都”、“美麗成都”建設(shè)提供參考。

2　研究方法

2.1研究區(qū)概況

成都市位于四川省中部，四川盆地西部，東部是龍泉山脈,西部是龍門山脈和邛崍山脈東段，南部是總崗山脈，中部是富饒的成都平原，地理坐標(biāo)范圍為102°59′27.6″E～104°53′28.0″E和30°5′26.7″N～31°26′14.7″N之間。成都市屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫15.2 ℃，多年平均降水量1 093mm，氣候溫暖濕潤(rùn)，降水主要集中在夏季。根據(jù)第6次人口普查，成都市常駐人口為1 417.78萬(wàn)人，人口密度約為1 134人/km2，城區(qū)人口密度約為8 300人/km2。2014年，成都市GDP總量為10 056.6億元，首次突破萬(wàn)億大關(guān)，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入32 665元，農(nóng)民人均純收入14 478元。

2.2研究方法

劉寶元等[3]總結(jié)了當(dāng)前世界范圍內(nèi)區(qū)域土壤侵蝕調(diào)查與評(píng)價(jià)主要采用的3種方法，即抽樣調(diào)查(即基于坡面土壤侵蝕模型和空間抽樣調(diào)查的土壤侵蝕調(diào)查方法)、無(wú)縫隙網(wǎng)格估算(即區(qū)域土壤侵蝕模型法)、遙感調(diào)查(即基于部頒標(biāo)準(zhǔn)[4]的三參數(shù)法)。抽樣調(diào)查與無(wú)縫隙網(wǎng)格估算方法是土壤侵蝕定量調(diào)查方法，主要依靠通用土壤流失方程(USLE/RUSLE)，遙感調(diào)查是定性或半定量土壤侵蝕調(diào)查方法。劉淑珍等[5]對(duì)我國(guó)目前土壤侵蝕調(diào)查方法進(jìn)行總結(jié)，指出了構(gòu)建區(qū)域土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)模型的重要性。為實(shí)現(xiàn)對(duì)四川地區(qū)土壤侵蝕調(diào)查與制圖，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了大量研究，其中基于USLE/RUSLE模型的無(wú)縫隙網(wǎng)格估算法是主要方法[6-7]。作者近幾年來(lái)對(duì)四川省土壤侵蝕調(diào)查與制圖技術(shù)進(jìn)行持續(xù)深入研究[8-13]，構(gòu)建了SCSLE。該方程以通用土壤流失方程(USLE)模型[14-15]為藍(lán)本，采用了USLE模型的基本形式，對(duì)USLE模型的LS,C,P等因子的計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)[12]，增加了修正因子M。SCSLE分為小流域版和區(qū)域版2種，分別對(duì)應(yīng)抽樣調(diào)查法和無(wú)縫隙網(wǎng)格估算法。該方程的基本形式為

A=R·K·L·S·C·P·M。

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)(t/(km25a))；R為降雨侵蝕力因子(MJ5mm/(hm25h5a))；K為土壤可蝕性因子(t5hm25h/(hm25MJ5mm))；L為坡長(zhǎng)因子(無(wú)量綱，0～1)；S為坡度因子(無(wú)量綱，0～1)；C為地表覆蓋與管理因子(無(wú)量綱，0～1)；P為水土保持措施因子(無(wú)量綱，0～1)；M為修正因子(無(wú)量綱)。

2.2.1降雨侵蝕力

降雨侵蝕力因子(rainfallerosivityfactor，R)是指降雨引起土壤侵蝕的潛在能力[10]。本文采用第一次全國(guó)水利普查水土保持情況普查使用的降雨侵蝕力算法計(jì)算成都市降雨侵蝕力數(shù)據(jù)，其形式如下[8-10]：

(2)

α=21.239β-7.396 7；

(3)

(4)

(5)

(6)

2.2.2土壤可蝕性因子

EPIC模型是最常用的計(jì)算土壤可蝕性的方程之一，在我國(guó)應(yīng)用非常廣泛[16-18]。本文使用EPIC模型計(jì)算土壤可蝕性K值。EPIC模型的公式為：

KEPIC=

(7)

Sn=1-Sa/100。

(8)

式中：Sa為砂粒(2～0.05mm)含量(%)；Si為粉砂(0.05～0.002mm)含量(%)；Cl為黏粒(<0.002mm)含量(%)；C為有機(jī)碳含量(%)。

張科利等[16]研究指出EPIC模型計(jì)算的K值與中國(guó)各地區(qū)實(shí)測(cè)的K值相差較大，并提出K值修正公式如下,即

K=-0.013 83+0.515 75KEPIC。

(9)

2.2.3地形因子

四川省土壤流失方程(SCSLE)中采用楊子生提出的L因子計(jì)算算法，其公式為[19-20]

(10)

筆者利用西南土石山區(qū)的徑流小區(qū)資料，提出了10°～25°,>25°兩個(gè)坡度范圍的S因子計(jì)算算法[13]，修正了現(xiàn)有的劉寶元算法[21]。修正的S因子計(jì)算公式為[13]

(11)

本文利用成都市1∶50 000數(shù)字地形圖建立1∶50 000DEM，通過(guò)數(shù)字水文分析、1∶1 000 000地貌圖設(shè)置極限坡長(zhǎng)等分別計(jì)算出坡長(zhǎng)和坡度數(shù)據(jù)，然后利用式(10)、式(11)計(jì)算成都市L,S因子。

2.2.4地表覆蓋與管理因子

利用四川省2 566個(gè)土壤侵蝕野外調(diào)查單元，對(duì)四川省各土壤侵蝕預(yù)報(bào)區(qū)、各種土地利用類型的地表覆蓋與管理因子進(jìn)行空間抽樣調(diào)查，編制了四川省C因子值表，這些成果應(yīng)用到第一次全國(guó)水利普查四川省水土保持普查成果開(kāi)發(fā)應(yīng)用工作中[12]。根據(jù)四川省土壤侵蝕預(yù)報(bào)區(qū)劃，成都市屬于四川盆地侵蝕預(yù)報(bào)區(qū)的成都平原水力侵蝕、工程侵蝕預(yù)報(bào)亞區(qū)(Ⅰ1)和盆中丘陵中部(盆中丘三區(qū))淺丘水力侵蝕預(yù)報(bào)亞區(qū)(Ⅰ4)以及盆周山區(qū)土壤侵蝕預(yù)報(bào)區(qū)的龍門山—茶坪山—邛崍山東段中山、高山水力侵蝕、重力侵蝕預(yù)報(bào)亞區(qū)(Ⅱ2)，于是給出成都市不同類型土地的C因子值(表1)。

表1　成都市各土地利用類型C因子值Table 1　Values of factor C (surface cover andmanagement) of land use types in Chengdu

表1中灌叢、草地的C值是所在土壤侵蝕預(yù)報(bào)區(qū)范圍內(nèi)的統(tǒng)計(jì)平均值。灌叢、草地的C值與植被覆蓋度密切相關(guān)。不同植被覆蓋度的灌叢、草地的C因子值如表2所示。

表2　不同植被覆蓋度的灌叢、草地C因子值Table 2　Values of factor C of bushwood and grasslandof different degrees of coverage

本文利用成都市1∶50 000土地利用圖(第2次土地調(diào)查成果)，按表1、表2賦值得到成都市1∶50 000的C因子分布圖(圖1)。從圖中可以看出，成都市西部的龍門山地、邛崍山地主要為茂密林地，植被覆蓋度極高，C因子一般都<0.01，其中有少部分地區(qū)C因子在0.3以上，這主要由于“5512”汶川地震和“4520”蘆山地震造成的。成都市東部的龍泉山脈以及龍泉山以東的金堂縣部分由于旱地作物和經(jīng)果林較多，C因子一般在0.3左右。成都平原主要為一年兩熟的水旱輪作田和菜地(旱地)，其C因子一般介于0.1～0.3。

圖1　成都市地表覆蓋與管理因子空間分布Fig.1　Spatial distribution of the value of factor Cin Chengdu

2.2.5水土保持措施因子

在四川省，坡旱地的水土保持措施因子最為復(fù)雜。通過(guò)利用四川省及其周邊區(qū)域的10 205個(gè)土壤侵蝕野外調(diào)查單元，對(duì)四川省旱地的P因子值進(jìn)行系統(tǒng)性研究。研究結(jié)果表明，宏觀地貌形態(tài)和微觀地形坡度對(duì)旱地P因子值影響最大，筆者利用這些調(diào)查單元實(shí)地調(diào)查的旱地地塊P因子值，通過(guò)空間抽樣調(diào)查編制了四川省旱地P因子值表。根據(jù)四川省土壤侵蝕預(yù)報(bào)區(qū)劃，成都市屬于四川盆地侵蝕預(yù)報(bào)區(qū)和盆周山區(qū)土壤侵蝕預(yù)報(bào)區(qū)，這2個(gè)區(qū)域的旱地P因子值如表3所示。

表3　成都市旱地P因子值Table 3　Values of factor P (soil and water conservationmeasures) of dry land in Chengdu

本文利用成都市1∶50 000土地利用圖、四川省1∶1 000 000地貌圖、1∶50 000DEM等數(shù)據(jù)，按表3賦值得到成都市1∶50 000P因子分布圖(圖2)。從圖中可以看出，成都市東西“兩山”林地比較高，各類水土保護(hù)措施少，P因子值較高，而中部的成都平原主要為水旱輪作田，P因子值一般<0.1。龍泉山以東的金堂縣部分屬于川中丘陵區(qū)，旱坡地眾多，P因子介于0.3～0.5之間。P因子對(duì)區(qū)域土壤侵蝕具有重要控制作用，從圖2顯示的成都市P因子分布圖可以看出，龍泉山脈及其以東的金堂縣部分土地開(kāi)墾率高，“田土比”小，有大量的坡地經(jīng)果林和坡耕地，土壤侵蝕比較嚴(yán)重。

圖2　成都市水土保持措施因子空間分布Fig.2　Spatial distribution of the value of factor P inChengdu

2.2.6修正因子

在四川省土壤流失方程(SCSLE)中修正因子包括裸巖及礫石修正因子(Mr)、喀斯特石漠化修正因子(Mk)、淺溝侵蝕修正因子(Mg)。裸巖及礫石修正因子(Mr)依據(jù)師長(zhǎng)興[22]、符素華等[23]、劉寶元等[24]學(xué)者的研究成果賦值?？λ固厥拚蜃?Mk)是根據(jù)我國(guó)西南土石山區(qū)喀斯特地區(qū)“土少石多”、坡面徑流系數(shù)小[25]等特殊情況而對(duì)USLE模型進(jìn)行的修正。淺溝侵蝕修正因子(Mg)采用江忠善等[26-27]的研究成果進(jìn)行計(jì)算。

圖3是成都市裸巖修正因子(Mr)的分布圖。從圖3可以看出，成都市西部的龍門山、邛崍山由于海拔高，坡度大，土層薄，基巖出露率高，Mr因子較低，尤其是在3 500m以上的高山區(qū)Mr因子一般<0.01，在亞高山地區(qū)Mr因子一般在0.1左右。

3　評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1土壤侵蝕總體情況

計(jì)算結(jié)果表明，在不考慮風(fēng)力侵蝕、凍融侵蝕和崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蝕(混合侵蝕)情況下，成都市平均土壤侵蝕模數(shù)為293.2 7t/(km2·a)，年土壤侵蝕量為355.50萬(wàn)t，年土壤侵蝕量占四川省總量的2.31%。成都市土壤水力侵蝕面積1 041.54km2，占土地總面積的8.59%，土壤侵蝕強(qiáng)度如輕度侵蝕、中度侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕、極強(qiáng)烈侵蝕、劇烈侵蝕的面積分別為763.95，206.50，31.99，19.70，19.39km2，輕度侵蝕面積占土壤水力侵蝕面積的73.35%，土壤水力侵蝕以輕度為主，土壤侵蝕總體上不嚴(yán)重，見(jiàn)圖4。

圖4　成都市土壤水力侵蝕面積比例Fig.4　Percentages of water erosion degrees in Chengdu

3.2土壤侵蝕空間分布特征

圖5給出了成都市土壤侵蝕強(qiáng)度的空間分布狀況。從圖5中可以看出，成都市土壤侵蝕主要分布在東部的龍泉山脈和西部的龍門山脈、邛崍山脈，另外南部地區(qū)的總崗山脈及淺丘、臺(tái)地區(qū)和龍泉山脈以東的川中丘陵區(qū)也有分布。

圖5　成都市土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布Fig.5　Spatial distribution of soil erosion intensity in Chengdu

表4給出了龍泉山脈、龍門山脈、邛崍山脈三條山脈的土壤侵蝕統(tǒng)計(jì)情況。從表中可以看出三山脈土壤侵蝕面積占成都市土壤侵蝕總面積的60.78%，年土壤侵蝕量占成都市年土壤侵蝕總量的68.30%，土壤侵蝕比例是成都市土壤侵蝕平均比例的2.14倍，土壤侵蝕模數(shù)是成都市平均土壤侵蝕模數(shù)的2.19倍，這顯示出成都市土壤侵蝕主要分布在這3條山脈。通過(guò)對(duì)這3條山脈對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，龍泉山脈土壤侵蝕比例達(dá)47.85%，是成都市平均土壤侵蝕比例的5.57倍，土壤侵蝕模數(shù)是成都市平均土壤侵蝕模數(shù)的4.11倍，是成都市土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)。龍泉山土地開(kāi)墾率超過(guò)50%，是四川省重要水果生產(chǎn)基地，著名的“枇杷之鄉(xiāng)”，園地侵蝕對(duì)土壤侵蝕的貢獻(xiàn)非常高。龍門山、邛崍山東段比龍泉山年降水量多18%左右，森林覆蓋度49%左右，比龍泉山約高出20%，因此成都市東部山區(qū)土壤侵蝕比西部山區(qū)嚴(yán)重。雖然龍泉山脈土壤侵蝕面積、土壤侵蝕比例、土壤侵蝕模數(shù)高于龍門山脈，但統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)龍門山脈年土壤侵蝕量遠(yuǎn)高于龍泉山脈，占成都市年土壤侵蝕量的28.14%。成都市強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕的總面積為71.09km2，龍門山脈這3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)土壤侵蝕面積為65.32km2，占成都市這3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)土壤侵蝕總面積的91.88%。這顯示出龍門山脈土壤侵蝕強(qiáng)度非常高，野外調(diào)查和遙感影像解譯發(fā)現(xiàn)，龍門山脈強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕主要由2008年“5512”汶川地震引起，邛崍、大邑等地有少量由2013年“4520”蘆山地震引起。因此，要高度重視強(qiáng)震誘發(fā)的強(qiáng)烈土壤侵蝕。

表4　成都市三山脈土壤侵蝕統(tǒng)計(jì)Table 4　Statistics of soil erosion in three mountains ofChengdu

3.3各縣(市、區(qū))土壤侵蝕特征

3.3.1土壤侵蝕面積與土壤侵蝕比例

圖6給出了成都市19個(gè)縣(市、區(qū))的土壤侵蝕面積排序情況。從圖6中可以看出金堂、彭州、龍泉驛、邛崍、大邑、都江堰、浦江、雙流、崇州、青白江、新津11個(gè)縣土壤侵蝕較為嚴(yán)重。其中金堂、彭州、龍泉驛、邛崍、大邑等5個(gè)縣土壤侵蝕面積分列成都市縣域土壤侵蝕面積的前5位，這5個(gè)縣的土壤侵蝕總面積占成都市土壤侵蝕面積的64.40%。這5個(gè)縣都涉及龍泉山脈、龍門山脈和邛崍山脈。成都市主城區(qū)(金牛、青羊、錦江、武侯、成華等5個(gè)區(qū))土壤侵蝕總面積不到1km2，土壤侵蝕非常輕微。

圖6　成都市各縣(市、區(qū))土壤侵蝕面積排序Fig.6　Areas of soil erosion in counties (districts)of Chengdu

從土壤侵蝕比例來(lái)看，成都市各縣(市、區(qū))土壤侵蝕比例都不高，土壤侵蝕比例超過(guò)5%的縣(市、區(qū))有9個(gè)，土壤侵蝕比例超過(guò)10%的縣(市、區(qū))有4個(gè)。金堂縣土壤侵蝕比例為22.51%，是成都市縣域土壤侵蝕比例最高的縣域。實(shí)際上，金堂縣丘陵、山地面積占52.77%，坡耕地面積19.00萬(wàn)畝，坡耕地土壤侵蝕模數(shù)為2 979.49t/(km2·a)，坡耕地面積和土壤侵蝕量居成都市第一位，金堂縣土壤侵蝕是在地貌條件、坡地開(kāi)墾等多方面因素造成的。2013年，水利部將金堂縣確定為國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)金堂縣耕地、園地的水土流失治理，加大低效林改造，強(qiáng)化生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持預(yù)防監(jiān)督。成都市各縣(市、區(qū))的土壤侵蝕比例排序情況見(jiàn)圖7。

圖7　成都市各縣(市、區(qū))土壤侵蝕比例排序Fig.7　Percentages of soil erosion in counties (districts)of Chengdu

3.3.2土壤侵蝕模數(shù)與年土壤侵蝕量

成都市年土壤侵蝕量超過(guò)10萬(wàn)t的縣(市、區(qū))有10個(gè)，年土壤侵蝕量超過(guò)20萬(wàn)t的縣(市、區(qū))有8個(gè)，年土壤侵蝕量超過(guò)30萬(wàn)t的縣(市、區(qū))有4個(gè)。金堂、都江堰、彭州3個(gè)市(區(qū))年土壤侵蝕量都超過(guò)了50萬(wàn)t，年土壤侵蝕量分列成都市縣域年土壤侵蝕量的前3位，其中金堂縣年土壤侵蝕量為70.13萬(wàn)t，是成都市年土壤侵蝕量最大的縣域。年土壤侵蝕量的分布情況與土壤侵蝕面積和土壤侵蝕比例相似。成都市19個(gè)縣(市、區(qū))的年土壤侵蝕量排序情況見(jiàn)圖8。

圖8　成都市各縣(市、區(qū))年土壤侵蝕量排序Fig.8　Amounts of annual soil erosion in counties(districts) of Chengdu

圖9給出了成都市19個(gè)縣(市、區(qū))的土壤侵蝕模數(shù)排序情況。從圖中可以看出，仍然是涉及龍泉山脈、龍門山脈和邛崍山脈的金堂、龍泉驛、雙流、彭州、都江堰、崇州、大邑、邛崍等縣土壤侵蝕模數(shù)較高，這與前文的分析結(jié)論一致。金堂縣平均土壤侵蝕模數(shù)為606.82t/(km2·a)，是成都市縣域土壤侵蝕模數(shù)最高的區(qū)域。

圖9　成都市各縣(市、區(qū))年土壤侵蝕模數(shù)排序Fig.9　Moduli of annual soil erosion in counties(districts) of Chengdu

從圖9中還可看出，都江堰市的平均土壤侵蝕模數(shù)為492.29t/(km2·a)，在成都市居第2位，這與習(xí)慣上都江堰市給人們的印象不相符，分析其原因可知，這與“5.12”汶川地震誘發(fā)的大量土壤侵蝕有關(guān)。這些區(qū)域不僅土壤侵蝕模數(shù)大，強(qiáng)度高，而且在強(qiáng)降雨條件下極易發(fā)生突發(fā)性水土流失災(zāi)害(山地災(zāi)害)。2008年“5.12”汶川地震后，都江堰市多次爆發(fā)大規(guī)模崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害，2010年8月13日都江堰市龍溪河流域遭遇強(qiáng)降雨過(guò)程，發(fā)生群發(fā)性泥石流災(zāi)害，流域內(nèi)共爆發(fā)45處泥石流，沖出固體物質(zhì)總量達(dá)334萬(wàn)m3，造成龍溪河下游河道河床整體抬升3～8m，平均淤高5m[28]。這顯示出強(qiáng)震誘發(fā)的土壤侵蝕的巨大侵蝕強(qiáng)度和強(qiáng)大的破壞力，應(yīng)加強(qiáng)強(qiáng)震誘發(fā)土壤侵蝕和突發(fā)性水土流失災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

3.3.3主城區(qū)的土壤侵蝕問(wèn)題

根據(jù)成都市土壤侵蝕定量評(píng)估結(jié)果，成都市主城五區(qū)(錦江、青羊、金牛、武侯、成華)的平均土壤侵蝕模數(shù)為12.56t/(km2·a)，年土壤侵蝕量為5 850t。如果按建設(shè)工地中常見(jiàn)的直徑為5m的渣土堆積體，5個(gè)主城區(qū)年土壤侵蝕量相當(dāng)于379個(gè)這種渣土堆積體，相當(dāng)于主城區(qū)平均每個(gè)街道侵蝕掉5個(gè)這種渣土堆積體。而根據(jù)第二次全國(guó)土壤侵蝕遙感調(diào)查成果及第一次全國(guó)水利普查成果，成都市主城區(qū)的是沒(méi)有土壤侵蝕的，這個(gè)問(wèn)題顯然被忽略了。雖然主城區(qū)土壤侵蝕模數(shù)很低，總量也不大，但對(duì)城市環(huán)境還是會(huì)造成不利影響。

成都市天府新區(qū)是我國(guó)西部地區(qū)最具發(fā)展活力的新興增長(zhǎng)極。評(píng)估結(jié)果表明，天府新區(qū)的土壤侵蝕問(wèn)題同樣值得關(guān)注，天府新區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)為313.23t/(km2·a)，年土壤侵蝕量為48.88萬(wàn)t，土壤侵蝕面積為196.4km2，土壤侵蝕狀況遠(yuǎn)高于成都市主城區(qū)。按照上文中的換算方法，天府新區(qū)相當(dāng)于年侵蝕掉3.16萬(wàn)個(gè)直徑為5m的渣土堆，平均每個(gè)街道(鎮(zhèn))侵蝕掉855個(gè)。天府新區(qū)總體規(guī)劃中指出：“讓基礎(chǔ)設(shè)施與生態(tài)建設(shè)率先同步，其次是城市建設(shè)，并打造以環(huán)城生態(tài)區(qū)為紐帶，以龍門山和龍泉山為天然屏障，以城市發(fā)展走廊之間楔形綠地為隔離的生態(tài)格局?！边@是非常正確的論斷，但是要加強(qiáng)落實(shí)和監(jiān)管，尤其要做好水土保持的監(jiān)測(cè)與監(jiān)管工作。

龍泉驛、青白江、新都、溫江、雙流、郫縣是圍繞成都市主城區(qū)的第二圈層，都處在成都市半小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)。第二圈層的平均土壤侵蝕模數(shù)為189.98t/(km2·a)，年土壤侵蝕量為61.03 萬(wàn)t。第二圈層土壤侵蝕狀況明顯比5個(gè)主城區(qū)嚴(yán)重。第二圈層是成都市主要的住宅、工業(yè)和服務(wù)業(yè)分布區(qū)，因此要重視這一區(qū)域的土壤侵蝕問(wèn)題。

金堂、大邑、浦江、新津、都江堰、彭州、邛崍、崇州等地區(qū)是成都市的重要的農(nóng)產(chǎn)品供給區(qū)和飲用水水源地，也是成都市重要的生態(tài)屏障。這些地區(qū)的平均土壤侵蝕模數(shù)為348.06t/(km2·a)，年土壤侵蝕量為293.90萬(wàn)t。由此可以看出，成都市土壤侵蝕呈“圈層狀“分布格局，從主城區(qū)到第二圈層，再到外圍地區(qū)，土壤侵蝕不斷加重。成都市是 “兩山夾一壩，城鎮(zhèn)在中間”的地貌格局，加強(qiáng)周邊山區(qū)水土保持工作，把土壤保持在山中，讓清水流進(jìn)城鎮(zhèn)，建設(shè)遠(yuǎn)望青山，門迎碧水的生態(tài)田園城市。

4　結(jié)論與討論

本文利用四川省土壤流失方程(SCSLE)對(duì)成都市土壤侵蝕進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，獲取了成都市大比例尺的土壤侵蝕模數(shù)、土壤侵蝕強(qiáng)度空間數(shù)據(jù)，定量分析了成都市的土壤侵蝕特征，主要研究結(jié)論如下：

(1)成都市土壤侵蝕面積為1 041.54km2，土壤侵蝕比例為8.59%，平均土壤侵蝕模數(shù)為293.27t/(km2·a)，年土壤侵蝕量為355.50萬(wàn)t。成都市土壤侵蝕各項(xiàng)指標(biāo)均低于四川省平均水平，土壤侵蝕整體上不嚴(yán)重。

(2)成都市土壤侵蝕主要分布于東部的龍泉山脈和西部的龍門山脈、邛崍山脈，龍泉山脈土壤侵蝕面積、土壤侵蝕比例、土壤侵蝕模數(shù)高于龍門山脈、邛崍山脈，但是龍門山脈強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕面積遠(yuǎn)高于龍泉山脈和邛崍山脈。

(3)金堂縣土壤侵蝕各項(xiàng)指標(biāo)均居成都市第1位，是成都市土壤侵蝕最嚴(yán)重的縣域。目前，金堂縣已經(jīng)納入國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)金堂縣耕地、園地水土流失治理，坡耕地綜合治理是金堂縣水土流失治理的重要抓手。

(4)“5512”汶川地震對(duì)成都市土壤侵蝕環(huán)境造成嚴(yán)重影響，極大增強(qiáng)了龍門山脈的土壤侵蝕強(qiáng)度?！?512”汶川地震誘發(fā)的土壤侵蝕不僅強(qiáng)度高，而且極易發(fā)生突發(fā)性水土流失災(zāi)害，應(yīng)加強(qiáng)強(qiáng)震誘發(fā)土壤侵蝕的監(jiān)測(cè)、預(yù)警工作。

(5)成都市土壤侵蝕呈現(xiàn)“圈層狀”空間格局，從主城區(qū)到第二圈層，再到外圍地區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度不斷增加。雖然主城區(qū)的土壤侵蝕不嚴(yán)重，但是仍然會(huì)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境造成不利影響，應(yīng)加強(qiáng)城市水土保持的監(jiān)測(cè)與監(jiān)管工作。

成都市是我國(guó)西南地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和人口集聚中心。雖然成都市土壤侵蝕狀況總體上不嚴(yán)重，但是土壤侵蝕對(duì)成都市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響不容忽視，應(yīng)加強(qiáng)城郊山丘區(qū)土壤侵蝕監(jiān)測(cè)與治理，打造生態(tài)清潔型小流域，劃定都市區(qū)水土保持生態(tài)紅線，做好城市建成區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土保持預(yù)防監(jiān)督工作。

[1]李智廣，劉憲春，劉建祥，等. 第一次全國(guó)水利普查水土保持普查方案[J]. 水土保持通報(bào), 2010, 30(3): 87-91.

[2]楊勤科，李銳，曹明明. 區(qū)域土壤侵蝕定量研究的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展,2006, 21(8): 849-856.

[3]劉寶元，郭索彥，李智廣，等. 中國(guó)水力侵蝕抽樣調(diào)查[J]. 中國(guó)水土保持,2013,(10): 26-34.

[4]SL190—2007,土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:中國(guó)水利水電出版社, 2008.

[5]劉淑珍，劉斌濤，蘇正安，等. 對(duì)我國(guó)水土流失調(diào)查評(píng)價(jià)方法若干問(wèn)題的思考[J]. 山地學(xué)報(bào)，2014, 32(2): 150-153.

[6]史東梅. 基于RUSLE模型的紫色丘陵區(qū)坡耕地水土保持研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào),2010, 24(3): 39-44, 251.

[7]劉乙淼，陳艷梅，胡引翠. 長(zhǎng)江流域土壤保持能力時(shí)空特征[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2015, 24(6): 971-977.

[8]劉斌濤，陶和平，宋春風(fēng)，等. 我國(guó)西南山區(qū)降雨侵蝕力時(shí)空變化趨勢(shì)研究[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展,2012, 27(5): 499-509.

[9]劉斌濤，陶和平，宋春風(fēng)，等. 基于重心模型的西南山區(qū)降雨侵蝕力年內(nèi)變化分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(21): 113-120.

[10]劉斌濤，陶和平，宋春風(fēng)，等. 1960—2009年中國(guó)降雨侵蝕力的時(shí)空變化趨勢(shì)[J]. 地理研究,2013, 32(2): 245-256.

[11]劉斌濤，陶和平，史展，等. 青藏高原土壤可蝕性K值的空間分布特征[J]. 水土保持通報(bào),2014, 34(4): 11-16.

[12]劉斌濤，宋春風(fēng)，史展，等. 西南土石山區(qū)水平梯田的水土保持措施因子[J]. 中國(guó)水土保持,2015,(4): 36-39.

[13]劉斌濤，宋春風(fēng)，史展，等. 西南土石山區(qū)土壤流失方程坡度因子修正算法研究[J]. 中國(guó)水土保持, 2015,(8): 49-51.

[14]WISCHMEIERWH,SMITHDD.PredictingRainfallErosionLosses:AGuidetoConservationPlanning[R].US:UnitedStatesDepartmentofAgriculture, 1978.

[15]WISCHMEIERWH,SMITHDD.PredictingRainfall-ErosionLossesfromCroplandEastoftheRockyMountains[R].US:UnitedStatesDepartmentofAgriculture, 1965.

[16]張科利，彭文英，楊紅麗. 中國(guó)土壤可蝕性值及其估算[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2007, 44(1): 7-13.

[17]史東梅，陳正發(fā)，蔣光毅，等. 紫色丘陵區(qū)幾種土壤可蝕性K值估算方法的比較[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 34(1): 32-38.

[18]張文太，于東升，史學(xué)正，等. 中國(guó)亞熱帶土壤可蝕性K值預(yù)測(cè)的不確定性研究[J]. 土壤學(xué)報(bào),2009, 46(2): 185-191.

[19]楊子生. 云南省金沙江流域土壤流失方程研究[J]. 山地學(xué)報(bào),2002, 20(增1): 1-9.

[20]楊子生. 滇東北山區(qū)坡耕地土壤侵蝕的地形因子[J]. 山地學(xué)報(bào),1999, 17(增1): 16-18.

[21]LIUBY,NEARINGMA,RISSELM.SlopeGradientEffectsonSoilLossforSteepSlopes[J].TransactionsoftheASAE, 1994, 37(6): 1835-1840.

[22]師長(zhǎng)興. 礫石對(duì)土壤可蝕性的影響及土壤可蝕性值估算方法[J]. 土壤通報(bào),2009, 40(6): 1398-1401.

[23]符素華，路炳軍，葉芝菡. 地表礫石對(duì)降雨徑流及土壤侵蝕的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2010, 24(2): 15-18, 34.

[24]劉寶元，畢小剛，付素華. 北京土壤流失方程[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2010.

[25]彭韜，王世杰，張信寶，等. 喀斯特坡地地表徑流系數(shù)監(jiān)測(cè)初報(bào)[J]. 地球與環(huán)境,2008, 36(2): 125-129.

[26]江忠善，鄭粉莉，武敏. 中國(guó)坡面水蝕預(yù)報(bào)模型研究[J]. 泥沙研究,2005(4): 1-6.

[27]江忠善，鄭粉莉. 坡面水蝕預(yù)報(bào)模型研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào),2004, 18(1): 66-69.

[28]余斌，馬煜，張健楠，等. 汶川地震后四川省都江堰市龍池鎮(zhèn)群發(fā)泥石流災(zāi)害[J]. 山地學(xué)報(bào), 2011, 29(6): 738-746.

(編輯：趙衛(wèi)兵)

Quantitative Assessment of Soil Erosion of Chengdu City

LIU Bin-tao, SONG Chun-feng, TAO He-ping

(InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China)

Chengducityisthepolitical,economic,cultural,andpopulationcentreinsouthwestChina.ThewaterandsoilconservationworksareveryimportanttotheurbanecologicalenvironmentofChengducity,whichisregardedasapilotexampleinsouthwestChina.BasedontheSichuansoillossequation,thesoilerosionofChengducitywasquantitativelyassessedandanalysed.ResultsshowthatthesoilerosionsituationofChengducityisnotserious,andthesoilerosionmodulusandsoilerosionratioarelowerthantheaveragelevelinSichuanprovince.ThesoilerosionofChengducitymainlydistributesintheLongquanMountains,LongmenMountainsandQionglaiMountains,andthesoilerosionsituationofLongquanMountainsismoreseriousthanthatofLongmenMountainsandQionglaiMountains.AstheLongmenMountainswereaffectedbythe“5.12”Wenchuanearthquakewhichoccurredin2008,thesoilerosionintensityisveryhighinsomeareasofLongmenMountains,anditispronetosufferfromsuddenwaterandsoillossdisasterssuchasdebrisflowandlandsides.Theseareasshouldfocusontheearthquake-inducedsoilerosion,andstrengthenthemonitoringandearlywarning.

soilerosion;quantitativeassessment;soillossequation;monitoring;Chengducity

2015-07-16;

2015-09-06

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2015CB452706)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201457)

劉斌濤(1984-)，男，山東德州人，助理研究員，碩士，主要從事冰緣地貌過(guò)程與生態(tài)過(guò)程、土壤侵蝕、山地垂直帶譜等領(lǐng)域的研究工作，(電話)15982060905(電子信箱)lbt609@163.com。

10.11988/ckyyb.20150600

2016,33(09):40-47

TV157

A

1001-5485(2016)09-0040-08