河北省水土保持重點工程實施效果評估
——以2017年武安市劉莊小流域綜合治理工程為例

張子元，侯 克,周 輝

(河北省水土保持工作總站,河北 石家莊 050000)

為落實水利部關(guān)于加強國家水土保持重點工程信息化監(jiān)管工作要求，推進水土保持信息化、現(xiàn)代化建設(shè)，實現(xiàn)“水保數(shù)字化促進信息化，信息化帶動水土保持管理現(xiàn)代化”，掌握水土保持重點工程的治理效果，提升水土保持決策水平,河北省自2018年起，每年開展水土保持重點工程實施效果評估工作，即根據(jù)遙感和無人機影像，對各項目區(qū)水土流失治理情況、水土保持措施保存情況及林草植被覆蓋情況開展實施效果評估。現(xiàn)以2017年武安市劉莊小流域綜合治理工程為例，從數(shù)據(jù)采集、技術(shù)路線、評估方法、評估結(jié)果等方面，來闡明河北省水土保持重點工程是如何進行實施效果評估的，旨在為同類工程實施效果評估時提供借鑒。

1 項目區(qū)概況

劉莊小流域位于武安市西部南洺河中游支流流域，地理坐標介于東經(jīng)113°55′42″～113°59′53″、北緯36°28′53″～36°32′50″，地處太行山東麓淺切割中低山區(qū)，地勢西高東低，山地面積占流域面積的70%左右；屬暖溫帶區(qū)，為半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候；地表土壤主要由巖石風(fēng)化形成，局部覆蓋第四紀黃土，主要有砂巖性褐土、棕壤土及淋溶性褐土；植被屬華北植物區(qū)系，森林覆蓋率低，為36.51%。

劉莊小流域綜合治理工程項目區(qū)涉及馬家莊鄉(xiāng)井灣、夜合峧、前龍、萬家莊、王家莊、劉家莊6個行政村，其土地面積20.62 km2，其中耕地365.22 hm2，水土保持林719.90 hm2。受自然條件的限制和人為活動的影響，項目區(qū)存在大量的荒山禿嶺，荒山荒坡和未利用土地面積有810.35 hm2，荒草地面積有166.53 hm2。治理前，項目區(qū)水土流失面積1 568.41 hm2，占項目區(qū)土地面積的76.04%，以水力侵蝕為主，其他侵蝕如重力侵蝕相伴發(fā)生，年均土壤侵蝕模數(shù)1 500 t/(km2·a)，侵蝕強度屬于輕度侵蝕。

劉莊小流域綜合治理工程竣工驗收時水土保持措施為：營造水保林335.3 hm2，整地方式主要為開挖魚鱗坑；營造經(jīng)濟林130.67 hm2，整地方式主要為反坡梯田；封山育林540 hm2；新建蓄水池10座、護壩630 m、作業(yè)路10 570 m、溝道地堰963 m、宣傳牌3個。

2 數(shù)據(jù)采集與技術(shù)路線

2.1 數(shù)據(jù)采集

(1)遙感影像。采用高分一號衛(wèi)星獲取空間分辨率2 m、時像2021年1—6月的土地利用類型和水土保持措施類型遙感影像。計算植被覆蓋率時，采用2018—2020年的MODIS遙感影像，時間分辨率為每半月1期、每年24期，空間分辨率優(yōu)于250 m。

(2)無人機影像。通過無人機(大疆經(jīng)緯M300 RTK)采集小流域施工區(qū)影像，處理后生成正射影像。

(3)地形數(shù)據(jù)。利用1∶10 000電子地形圖，對無人機影像進行正射矯正，并進行地形坡度分析?？臻g數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用CGCS2000地理坐標系、高斯-克呂格投影坐標系、1985國家高程基準坐標系。

(4)野外調(diào)查數(shù)據(jù)。利用移動終端，采集核查圖斑現(xiàn)場照片和核查工作視頻等內(nèi)容，初步掌握該項目區(qū)內(nèi)主要土地利用和水土保持措施類型、數(shù)量及分布。通過資料查詢，針對不同水土保持措施類型、土地利用類型的影像特征,結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù),建立解譯標志庫。

2.2 技術(shù)路線

通過資料收集、野外調(diào)研、遙感和無人機影像解譯結(jié)果，按照《國家水土保持重點工程信息化監(jiān)管技術(shù)規(guī)定(試行)》的要求，計算相關(guān)評估指標，對項目區(qū)林草植被覆蓋情況、水土流失治理情況和水土保持措施保存情況開展實施效果評估。

3 評估方法

3.1 評估指標

通過影像解譯評估年土地利用、水土保持措施和土壤侵蝕狀況，結(jié)合水土保持措施規(guī)模，評估項目區(qū)水土保持措施的實施效果，具體評估指標有以下幾種。

3.1.1 評估年水土流失治理度

主要根據(jù)項目區(qū)治理前后水土流失面積對比，來評估項目區(qū)水土流失治理度，其計算公式為

評估年水土流失治理度=評估年水土流失治理面積/項目實施前水土流失面積×100%

(1)

3.1.2 水土保持措施保存情況

主要根據(jù)評估年水土保持措施數(shù)量與竣工驗收時水土保持措施數(shù)量對比，來評估項目區(qū)水土保持措施建設(shè)后的保存情況，按措施類型分別計算其保存率，其計算公式為

單類措施保存率=評估年該類措施圖斑的實測措施數(shù)量/竣工驗收時該類措施圖斑的措施數(shù)量×100%

(2)

3.1.3 林草植被覆蓋情況

林草植被覆蓋情況包括評估年林草覆蓋率和提高林草覆蓋率兩項指標，其計算公式分別為

評估年林草植被覆蓋率=評估年林草覆蓋面積/項目區(qū)土地面積×100%

(3)

提高林草覆蓋率=(評估年林草覆蓋面積-實施前林草覆蓋面積)÷項目區(qū)土地面積×100%

(4)

3.1.4 土壤流失量

依據(jù)項目實施前和評估年土壤侵蝕判讀結(jié)果，分析不同強度土壤侵蝕量消長情況。劉莊小流域土壤侵蝕主要為水力侵蝕，計算時不再考慮其他侵蝕方式，采用中國土壤流失方程(CSLE)計算土壤侵蝕模數(shù)，其方程為

A=RKLSBET

(5)

式中：A為多年平均土壤流失量，t/(hm2·a)；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；L、S分別為坡長、坡度因子，無量綱；B、E、T分別為植被覆蓋與生物措施因子、工程措施因子、耕作措施因子，無量綱。

降雨侵蝕力因子采用2018年水利部統(tǒng)一下發(fā)的降雨侵蝕力因子及半月降雨侵蝕力比例數(shù)據(jù)；土壤可蝕性因子采用2018年水利部統(tǒng)一下發(fā)的土壤可蝕性因子；坡長因子和坡度因子采用2020年水土流失動態(tài)監(jiān)測成果；植被覆蓋與生物措施因子根據(jù)土地利用解譯成果，利用24個半月植被覆蓋度(FVC)數(shù)據(jù)和24個半月降雨侵蝕力比例數(shù)據(jù)計算；水土保持工程措施因子根據(jù)項目區(qū)水土保持措施實施及保存情況，結(jié)合影像解譯，按照《國家水土保持重點工程信息化監(jiān)管技術(shù)規(guī)定(試行)》要求賦值，見表1；耕作措施因子按照輪作方式賦值。

表1 水土保持工程措施因子賦值

3.2 建立解譯標志庫

依據(jù)遙感、無人機航拍影像與現(xiàn)場核查情況，按照土地利用類型對水澆地、有林地、農(nóng)業(yè)建設(shè)用地、農(nóng)村道路建立解譯標志庫，按照水土保持措施類型對宣傳牌、蓄水池、護壩、溝道地堰、作業(yè)路、水保林、經(jīng)濟林、封山育林等措施建立解譯標志庫，每種土地利用類型和水土保持措施類型解譯標志樣本不少于2個。

4 中國土壤流失方程各因子值

為更好地對比治理前后水土流失現(xiàn)狀，計算項目區(qū)治理前后土壤侵蝕強度分布情況，對中國土壤流失方程各因子進行賦值，其中降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、坡長因子、坡度因子、植被覆蓋與生物措施因子、耕作措施因子值見圖1，實施年、評估年水土保持工程措施因子值見圖2。

圖1 中國土壤流失方程因子值

圖2 劉莊小流域?qū)嵤┠?、評估年水土保持工程措施因子值

5 評估結(jié)果

經(jīng)解譯計算，評估年劉莊小流域水土流失治理度為82.24%，林草覆蓋率為50.71%，評估年較實施年提高林草覆蓋率為14.20%,除作業(yè)路外其余水土保持措施保存完好(見表2)。

表2 劉莊小流域?qū)嵤┬Чu估結(jié)果

經(jīng)中國土壤流失方程計算，評估年項目區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)為505.63 t/(km2·a)，水土流失面積為1 177.74 hm2，水土保持率由23.95%提高到39.73%。根據(jù)水利部頒布的北方土石山區(qū)土壤水力侵蝕分級標準，項目區(qū)實施年、評估年土壤侵蝕強度轉(zhuǎn)移矩陣見表3。

表3 項目區(qū)實施年、評估年土壤侵蝕強度轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

表3顯示，0.95 hm2劇烈侵蝕經(jīng)治理后轉(zhuǎn)化為0.20 hm2微度侵蝕、0.49 hm2輕度侵蝕和0.26 hm2中度侵蝕；2.00 hm2極強烈侵蝕經(jīng)治理后轉(zhuǎn)化為0.35 hm2微度侵蝕、1.04 hm2輕度侵蝕和0.61 hm2中度侵蝕；0.98 hm2強烈侵蝕經(jīng)治理后轉(zhuǎn)化為0.11 hm2微度侵蝕、0.80 hm2輕度侵蝕和0.07 hm2中度侵蝕；2.27 hm2中度侵蝕經(jīng)治理后轉(zhuǎn)化為0.54 hm2微度侵蝕和1.73 hm2輕度侵蝕；389.47 hm2輕度侵蝕經(jīng)治理后轉(zhuǎn)化為微度侵蝕。截至評估年，劉莊小流域極強烈和劇烈侵蝕面積全部消減，存在土壤侵蝕強度轉(zhuǎn)化及平均侵蝕模數(shù)下降的地區(qū)土地利用類型以有林地為主。

6 結(jié) 論

截至評估年，項目區(qū)除作業(yè)路外，其余的水土保持措施保存完好。通過水土流失綜合治理，評估年劉莊小流域林草覆蓋率提高了14.20%，水土流失面積減少至1 177.74 hm2，減幅達24.91%，其中中度以上土壤侵蝕面積由3.95 hm2減少為0.02 hm2，減幅達99.49%，年均土壤侵蝕模數(shù)下降了66.29%，水土保持率提高了15.78%，治理效果顯著。