黑龍江省縣級(jí)水土保持率目標(biāo)值的確定方法

孫雪文　楊慶楠　徐金忠　高士軍

［關(guān)鍵詞］ 水土保持率；目標(biāo)值；市縣級(jí)；黑龍江省

［摘 要］ 以2020年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，分解確定黑龍江省縣級(jí)2025年、2030年、2035年水土保持率階段目標(biāo)值和2050年遠(yuǎn)期目標(biāo)值。具體方法為利用ArcGIS軟件的Slope和Reclassify工具對(duì)目標(biāo)縣耕地進(jìn)行坡度分級(jí)，提取耕地?cái)?shù)據(jù)，對(duì)水土流失強(qiáng)度及類型賦值，進(jìn)而創(chuàng)建坡度、水土流失強(qiáng)度及類型疊加值矩陣，對(duì)縣級(jí)行政區(qū)劃、土地利用、水土流失強(qiáng)度及類型、坡度等空間數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，根據(jù)關(guān)系方程確定縣級(jí)水土保持率目標(biāo)值。結(jié)果表明：2050年黑龍江省可以完全治理水土流失面積24 203 km2，其中坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積17 289 km2、非耕地水力侵蝕面積3 618 km2、風(fēng)力侵蝕面積3 296 km2，2020—2050年坡度＞1.5°～3°坡耕地是水土流失面積削減的重點(diǎn)對(duì)象；水土保持狀況良好的縣水土保持率現(xiàn)狀值高，可增長(zhǎng)空間小，如大興安嶺地區(qū)和伊春市，而有些縣坡度＞1.5°～3°坡耕地面積大，水土保持率可增長(zhǎng)空間大，如齊齊哈爾市；水土保持率已納入黑龍江省“十四五”水土保持規(guī)劃目標(biāo)和黑龍江省水土保持目標(biāo)責(zé)任考核評(píng)估體系，有利于推進(jìn)水土保持率目標(biāo)值的落實(shí)。

［中圖分類號(hào)］ S157.1［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1000－0941（2023）09－0043－04

我國(guó)是世界上水土流失嚴(yán)重的國(guó)家之一，面對(duì)水土流失長(zhǎng)期存在這一現(xiàn)實(shí)，單一以減少水土流失面積為治理目標(biāo)不能直觀體現(xiàn)水土保持整體狀況，因此在新時(shí)期應(yīng)將降低水土流失強(qiáng)度及危害、恢復(fù)水土保持功能作為水土流失治理目標(biāo)[1-2]。作為當(dāng)前及今后較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)水土保持工作的量化目標(biāo)和美麗中國(guó)評(píng)估的重要指標(biāo)之一[3-4]，水土保持率是新時(shí)代提出的水土保持工作概念，是指區(qū)域內(nèi)水土保持狀況良好的面積（非水土流失面積）占該區(qū)域國(guó)土面積的比例，反映了符合自然規(guī)律并滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求下，水土流失預(yù)防和治理應(yīng)當(dāng)達(dá)到的程度[5-6]。水土保持率的內(nèi)涵可以概括為空間上“減少水土流失面積數(shù)量”“降低水土流失強(qiáng)度等級(jí)”、措施層面上“增強(qiáng)水土保持功能成效”三方面的適宜程度，即所謂“減量、降級(jí)、增效”，是符合新時(shí)期社會(huì)發(fā)展需求的水土保持綜合目標(biāo)[7]。按照《水利部水土保持司關(guān)于開展水土保持率遠(yuǎn)期目標(biāo)值復(fù)核工作的通知》（水保規(guī)劃便字〔2021〕1號(hào)）工作進(jìn)度安排，水土保持率省級(jí)目標(biāo)值確定后，各省需做好縣級(jí)水土保持率遠(yuǎn)期目標(biāo)及分階段目標(biāo)分解落實(shí)工作。為此，黑龍江省遵照《水土保持率目標(biāo)確定方法指南》，以復(fù)核確認(rèn)的2025年、2030年、2035年省級(jí)目標(biāo)值84.16%、85.11%、86.01%為基數(shù)，依據(jù)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果、土地利用、地形坡度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，開展縣級(jí)水土保持率目標(biāo)值的確定工作。

1 水土流失面積的組成

參考《水利部水土保持司關(guān)于開展水土保持率遠(yuǎn)期目標(biāo)值復(fù)核工作的通知》的技術(shù)流程和水利重大科技問題研究項(xiàng)目“新時(shí)代水土保持目標(biāo)與對(duì)策”及水土保持專題研究成果中東北黑土區(qū)水土保持率確定的方法，水土流失面積分為不需治理水土流失面積[包括不能治理水土流失面積（Ⅰ）和暫不需治理水土流失面積（Ⅱ）]、應(yīng)當(dāng)治理水土流失面積[包括可以完全治理水土流失面積（Ⅲ）、不可完全治理水土流失面積（Ⅳ）]。東北黑土區(qū)不能治理水土流失面積（Ⅰ）主要分布在科爾沁沙地、呼倫貝爾沙地和松嫩沙地，經(jīng)復(fù)核黑龍江省境內(nèi)不涉及上述范圍，即不能治理水土流失面積為0；暫不需治理水土流失面積（Ⅱ）主要為沙地和坡度0～1.5°耕地（以＞0.25°～1.50°坡耕地為主）；可以完全治理水土流失面積（Ⅲ）主要集中在＞1.5°～3°坡耕地，還包括非耕地水力侵蝕面積的90%、風(fēng)力侵蝕面積的45%；不可完全治理水土流失面積（Ⅳ）主要集中在＞3°的坡耕地及風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度大的區(qū)域（約占風(fēng)力侵蝕面積的55%），還包括非耕地水力侵蝕面積的10%。2020年黑龍江省水土保持率初始值為83.16%，按照水利部要求，黑龍江省測(cè)算復(fù)核后確定2025年、2030年、2035年和2050年遠(yuǎn)期水土流失面積閾值分別為69 646、65 487、61 507、49 827 km2，水土保持率目標(biāo)值分別為84.16%、85.11%、86.01%、88.67%。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提取

按照縣級(jí)水土保持率目標(biāo)值確定工作要求，黑龍江省主要是用縣級(jí)行政區(qū)劃、土地利用、水土流失強(qiáng)度、坡度等4類重要空間數(shù)據(jù)的疊加分析結(jié)果，作為確定縣級(jí)水土保持率目標(biāo)值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.1 坡度提取

根據(jù)暫不需治理（坡度0～1.5°）、可以完全治理（坡度＞1.5°～3°）、不可完全治理（坡度＞3°）水土流失面積和《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 190—2007）、《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 446—2009）涉及的坡度區(qū)間，將全省坡度（s）分為025°共8個(gè)區(qū)間。利用ArcGIS的Slope和Reclassify工具對(duì)目標(biāo)縣耕地進(jìn)行坡度分級(jí)，為下一步分級(jí)坡度賦值和疊加計(jì)算做好前期數(shù)據(jù)處理。

2.2 耕地?cái)?shù)據(jù)提取和水土流失強(qiáng)度賦值

依據(jù)全省土地利用現(xiàn)狀資料，按照《土地利用現(xiàn)狀分類》（GBT 21010—2017）的分類方式提取耕地的空間數(shù)據(jù)。對(duì)二級(jí)類編碼為0101（水田）、0102（水澆地）、0103（旱地）的地塊全部提取矢量數(shù)據(jù)，合并后賦值為1。

水土流失情況依據(jù)2020年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果，水土流失強(qiáng)度及類型賦值與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)使用的代碼保持一致。根據(jù)水土流失強(qiáng)度及類型從微度水蝕至極強(qiáng)烈風(fēng)蝕分別賦值，共9個(gè)數(shù)值（黑龍江省無劇烈風(fēng)蝕），即輕度水蝕、中度水蝕、強(qiáng)烈水蝕、極強(qiáng)烈水蝕、劇烈水蝕、輕度風(fēng)蝕、中度風(fēng)蝕、強(qiáng)烈風(fēng)蝕、極強(qiáng)烈風(fēng)蝕分別賦值為12、13、14、15、16、22、23、24、25。

2.3 疊加值矩陣的創(chuàng)建

由于涉及多個(gè)水土流失強(qiáng)度、類型和坡度區(qū)間，因此為在空間疊加計(jì)算時(shí)屬性值不出現(xiàn)重復(fù)、保持唯一性，需創(chuàng)建一個(gè)元素值唯一的矩陣，使得疊加后的圖斑屬性值（行列相乘值）相互不重復(fù)，滿足統(tǒng)計(jì)分析要求。水土流失強(qiáng)度及類型賦值已確定，基于矩陣中元素不重復(fù)，篩選數(shù)值較小質(zhì)數(shù)后確定-3、-1、1、3、7、13、17、19等8個(gè)質(zhì)數(shù)對(duì)坡度賦值，可保證疊加乘積后矩陣元素不重復(fù)。8個(gè)坡度分級(jí)×9種侵蝕強(qiáng)度及類型，共產(chǎn)生含72個(gè)元素的矩陣，見表1。水土流失圖層和坡度圖層疊加分析后，若某圖斑屬性表中的面積為10 000，矩陣中值為-14，則代表該圖斑坡度＞0.25°～1.5°，水土流失強(qiáng)度及類型為強(qiáng)烈水蝕，面積為10 000 m2，從而為進(jìn)一步與地類、縣級(jí)行政區(qū)劃疊加統(tǒng)計(jì)做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

2.4 空間數(shù)據(jù)疊加

由于全省數(shù)據(jù)的計(jì)算量龐大，因此經(jīng)分析優(yōu)化，首先利用耕地與坡度數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖代數(shù)計(jì)算（Map Algebra），得出耕地范圍內(nèi)的坡度分布情況（即實(shí)現(xiàn)一次Clip裁剪功能），然后與水土流失強(qiáng)度及類型數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖代數(shù)計(jì)算，得出耕地內(nèi)不同坡度、不同侵蝕強(qiáng)度及類型數(shù)據(jù)，最后利用區(qū)域統(tǒng)計(jì)功能（Zonal），疊加全省縣級(jí)行政區(qū)劃圖，分析統(tǒng)計(jì)得到各個(gè)縣耕地不同坡度、不同侵蝕強(qiáng)度及類型數(shù)據(jù)，經(jīng)與自然資源部門數(shù)據(jù)平差，得到“縣級(jí)行政區(qū)劃+耕地+坡度+強(qiáng)度及類型”的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)縣非耕地水力侵蝕、坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕3種類型的面積。其中，非耕地水力侵蝕面積中，可以完全治理面積按照非耕地水力侵蝕面積的90%計(jì)列；風(fēng)力侵蝕面積中，可以完全治理面積按風(fēng)力侵蝕面積的45%計(jì)列。根據(jù)黑龍江?。ú缓痈襁_(dá)奇區(qū)和松嶺區(qū)）2020年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，全省可以完全治理水土流失面積25 102 km2，其中耕地水力侵蝕面積17 373 km2、非耕地水力侵蝕面積3 984 km2、風(fēng)力侵蝕面積3 745 km2。

3 縣級(jí)階段目標(biāo)值分解

由于水土流失面積已劃定為不能治理水土流失面積（Ⅰ）、暫不需治理水土流失面積（Ⅱ）、可以完全治理水土流失面積（Ⅲ）、不可完全治理水土流失面積（Ⅳ）4類，為在2025年、2030年、2035年分別達(dá)到既定水土保持率目標(biāo)值，部分水土流失面積必須減少，而非降低侵蝕強(qiáng)度，因此水土流失面積減少均發(fā)生在可以完全治理水土流失面積（Ⅲ）內(nèi)，據(jù)此提出2025年、2030年、2035年、2050年各縣水土流失面積與全省目標(biāo)值的關(guān)系式分別為

式中：Ai為2020年第i個(gè)縣可以完全治理非耕地水力侵蝕面積，km2；Bi為2020年第i個(gè)縣坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積，km2；Ci為2020年第i個(gè)縣可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積，km2；i為縣級(jí)行政區(qū)編號(hào)（不計(jì)入加格達(dá)奇區(qū)和松嶺區(qū)）；x1、x2、x3分別為2020—2025年可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積減少比例，%；y1、y2、y3分別為2020—2030年可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積減少比例，%；z1、z2、z3分別為2020—2035年可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積減少比例，%；p1、p2、p3分別為2020—2050年可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積減少比例，%。

經(jīng)規(guī)劃求解：x1=20.74%，x2=19.11%，x3=10.00%；y1=34.02%，y2=38.48%，y3=20.00%；z1=45.95%，z2=57.10%，z3=30.00%；p1=90.00%，p2=80.00%，p3=40.71%。

2020年到2025年末，全省各縣累計(jì)減少可以完全治理非耕地水力侵蝕面積比例（x1）20.74%、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積比例（x2）19.11%、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積比例（x3）10.00%，各縣水土流失面積合計(jì)減少量達(dá)到4 384 km2，全省水土保持率才能達(dá)到既定目標(biāo)84.16%，見表2。

2020年到2030年末，全省各縣累計(jì)減少可以完全治理非耕地水力侵蝕面積比例（y1）34.02%、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積比例（y2）38.48%、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積比例（y3）20.00%，全省各縣水土流失面積減少量累計(jì)達(dá)到8 543 km2，全省水土保持率才能達(dá)到既定目標(biāo)85.11%，見表2。

2020年到2035年末，全省各縣累計(jì)減少可以完全治理非耕地水力侵蝕面積比例（z1）45.95%、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積比例（z2）57.10%、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積比例（z3）30.00%，全省各縣水土流失面積減少量累計(jì)達(dá)到12 523 km2，全省水土保持率才能達(dá)到既定目標(biāo)86.01%，見表2。

2020年到2050年末，全省各縣累計(jì)減少可以完全治理非耕地水力侵蝕面積比例（p1）90.00%、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積比例（p2）80.00%、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積比例（p3）40.71%，全省各縣水土流失面積減少量累計(jì)達(dá)到24 203 km2，全省水土保持率才能達(dá)到既定目標(biāo)88.67%，見表2。

根據(jù)各縣可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風(fēng)力侵蝕面積和規(guī)劃求解的x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1、z2、z3、p1、p2、p3，得到各縣在2025年、2030年、2035年、2050年末累計(jì)減少的水土流失面積和現(xiàn)狀非水土流失面積，進(jìn)而求得各縣各階段水土保持率目標(biāo)值。

4 結(jié)論

1）基于2020年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用縣級(jí)行政區(qū)劃、土地利用、水土流失強(qiáng)度及類型、坡度等重要空間數(shù)據(jù)的疊加分析結(jié)果，創(chuàng)建坡度、水土流失強(qiáng)度及類型疊加值矩陣，求得可以完全治理水土流失面積，借助關(guān)系方程，分解縣級(jí)階段目標(biāo)值的結(jié)果符合認(rèn)知、合理可信。

2）新時(shí)期新階段以提升水土保持率為量化目標(biāo)，2050年黑龍江省可以完全治理水土流失面積24 203 km2，其中坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積17 289 km2、非耕地水力侵蝕面積3 618 km2、風(fēng)力侵蝕面積3 296 km2。2020—2050年坡度＞1.5°～3°坡耕地是黑龍江省水土流失面積削減的重點(diǎn)對(duì)象。

3）水土保持狀況良好的縣水土保持率現(xiàn)狀值高、可增長(zhǎng)空間小，如大興安嶺地區(qū)和伊春市；有的縣坡度為＞1.5°～3°坡耕地面積大，水土保持率可增長(zhǎng)空間大，如齊齊哈爾市。

4）水土保持率作為重要指標(biāo)，已納入黑龍江省“十四五”水土保持規(guī)劃目標(biāo)和黑龍江省水土保持目標(biāo)責(zé)任考核評(píng)估體系。根據(jù)各縣可以完全治理水土流失面積類型，有針對(duì)性地實(shí)施水土流失治理工程，削減水土流失面積，加強(qiáng)水土流失預(yù)防和監(jiān)督檢查，鞏固水土保持成果，進(jìn)而保障縣級(jí)各階段水土保持率目標(biāo)值的實(shí)現(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介： 2023-03-20

基金項(xiàng)目： 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“漫川漫崗水蝕區(qū)土壤侵蝕防治的保護(hù)性利用模式”（2021YFD 150080505）；黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“黑土區(qū)切溝變化特征對(duì)融雪侵蝕的響應(yīng)”（LH2020D018）

第一作者：孫雪文（1975—），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)楹谕恋乇Ｗo(hù)與水土流失防控技術(shù)。

通信作者：高士軍（1966—），男，黑龍江密山人，教授級(jí)高級(jí)工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)田水利、水土保持等。

E-mail： hljssbs@qq.com

（責(zé)任編輯 李楊楊）