烏魯木齊市水源地水土流失及驅(qū)動(dòng)因素分析

摘 要： 烏魯木齊市水土流失治理進(jìn)程緩慢，水源地土壤侵蝕危害嚴(yán)重，厘清當(dāng)前土壤侵蝕現(xiàn)狀及其驅(qū)動(dòng)因素是開(kāi)展科學(xué)有效治理的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。以烏魯木齊市重要水源地——烏拉泊水庫(kù)庫(kù)區(qū)為研究區(qū)域，根據(jù)日尺度的實(shí)測(cè)氣象水文數(shù)據(jù)，利用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）、趨勢(shì)分析和相關(guān)分析等方法分析了烏拉泊水庫(kù)庫(kù)區(qū)周?chē)降厮亮魇КF(xiàn)狀及其驅(qū)動(dòng)因素，同時(shí)評(píng)價(jià)了綠化措施的有效性。結(jié)果表明：①烏拉泊水庫(kù)庫(kù)區(qū)風(fēng)速日均變化較小，降水量變化顯著，水土流失多發(fā)生在夏季，庫(kù)區(qū)周?chē)降赝寥狼治g模數(shù)為0～59.680 t/（hm2·d）；②降水與土壤侵蝕同步發(fā)生，降水是庫(kù)區(qū)周?chē)降厮亮魇У闹饕?qū)動(dòng)因素，降水強(qiáng)度與土壤侵蝕模數(shù)的相關(guān)性為0.922，坡度也會(huì)影響土壤侵蝕模數(shù)；③降水量增加時(shí)，坡度越大的地區(qū)越易發(fā)生土壤侵蝕；④綠化措施可以有效降低庫(kù)區(qū)土壤侵蝕模數(shù)，但同時(shí)也會(huì)造成氣溫的升高，應(yīng)綜合考慮各種因素，規(guī)劃適宜綠化種植治理區(qū)域，因地制宜開(kāi)展水土流失綜合治理。

關(guān)鍵詞： 水土流失；驅(qū)動(dòng)因素；烏拉泊水庫(kù)；水源地；烏魯木齊市

中圖分類(lèi)號(hào)： S157" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.017

［引用格式］ 胡可可，哈山·哈里亞克帕爾，熱合曼·買(mǎi)買(mǎi)提，等.烏魯木齊市水源地水土流失及驅(qū)動(dòng)因素分析[J].中國(guó)水土保持，2025（1）：63-67.

水土流失是指受自然或人為因素影響，雨水無(wú)法就地消納，從而順勢(shì)下流、沖刷土壤，造成水分和土壤同時(shí)流失的現(xiàn)象，它嚴(yán)重威脅糧食安全、生物多樣性和資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，已逐漸成為全球性的環(huán)境問(wèn)題[1-2]。水土流失會(huì)不斷侵蝕破壞土壤耕作層，使土地肥力日趨衰竭，也會(huì)淤塞河流、渠道、水庫(kù)，降低水利工程效益，甚至導(dǎo)致水旱災(zāi)害發(fā)生，嚴(yán)重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活，尤其給山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及下游河道帶來(lái)嚴(yán)重威脅[3-4]。我國(guó)是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，水土流失面廣量大，水土流失防治任務(wù)繁重。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)水土流失問(wèn)題及其治理對(duì)策展開(kāi)了大量研究［5-10］。

新疆維吾爾自治區(qū)地處歐亞大陸腹地，氣候干燥，降水較少，但境內(nèi)水土流失問(wèn)題嚴(yán)重。依據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)2022年水土保持公報(bào)，截至2022年末全區(qū)共有水土流失面積83.44萬(wàn)km2，占土地總面積的50.88%，水土流失治理任務(wù)嚴(yán)峻。烏魯木齊市作為新疆維吾爾自治區(qū)首府城市，水土流失治理進(jìn)程緩慢，2021年末的水土流失面積7 334.64 km2，2022年末為7 307.20 km2，僅減少了27.44 km2。因此，厘清烏魯木齊市水土流失發(fā)展現(xiàn)狀并分析其驅(qū)動(dòng)因素，提出合理可行的治理措施，成為治理烏魯木齊市水土流失問(wèn)題必須進(jìn)行的關(guān)鍵基礎(chǔ)研究。

新疆一直都是我國(guó)沿海以外最貧窮、最落后的地區(qū)，也是全國(guó)水土流失重災(zāi)區(qū)，對(duì)水土流失的相關(guān)研究十分薄弱。因此，本研究以烏魯木齊水源地烏拉泊水庫(kù)庫(kù)區(qū)為研究區(qū)，通過(guò)建立徑流觀測(cè)場(chǎng)和自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站收集水文氣象數(shù)據(jù)，同時(shí)利用遙感影像、ArcGIS軟件并結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析烏拉泊水庫(kù)庫(kù)區(qū)周?chē)降厮亮魇КF(xiàn)狀特征及驅(qū)動(dòng)因素，探討綠化措施的水土流失控制效果，以期為烏魯木齊市開(kāi)展水土保持監(jiān)測(cè)、水資源管理和水土流失防治提供理論依據(jù)，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

烏拉泊水庫(kù)位于烏魯木齊市南端17 km處，地處北緯43°25′～43°47′，東經(jīng)87°18′～ 87°43′［見(jiàn)圖1（a）］，是烏魯木齊河上游的一座攔河中型水庫(kù)，也是烏魯木齊河流域治理的骨干性工程，其海拔比烏魯木齊市高出約223 m，被稱(chēng)為“烏市頭上一盆水”，具有防洪、灌溉和城市供水等重要功能。水庫(kù)控制流域面積2 596 km2，淹沒(méi)面積6.4 km2，現(xiàn)狀控制耕地面積4.27萬(wàn)hm2，蘭新鐵路、312國(guó)道均從水庫(kù)下游通過(guò)。在水庫(kù)周邊山坡開(kāi)展降水侵蝕觀測(cè)試驗(yàn)，在不同下墊面（植被、裸地）情境下開(kāi)展降水對(duì)土壤侵蝕的影響研究；同時(shí)，建立自動(dòng)氣象站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣象要素（降水量、風(fēng)速等）的變化［見(jiàn)圖1（b）］。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

2.1.1 土壤侵蝕模數(shù)

基于修正的通用土壤流失方程（RUSLE）計(jì)算烏拉泊庫(kù)區(qū)日尺度土壤侵蝕模數(shù)，計(jì)算公式為

Q=R×K×L×S×C（3）

式中：Q為土壤侵蝕模數(shù)，單位t/（hm2·d）；R為降水侵蝕因子，單位MJ·mm/（hm2·h·d），代表降水引發(fā)土壤侵蝕的潛在能力[11-12]；K為土壤可蝕性因子，單位t·hm2·h/（MJ·hm2·mm），反映了土壤顆粒被水力分離和搬運(yùn)的難易程度[13-14]；L、S分別為坡度因子、坡長(zhǎng)因子，無(wú)量綱，反映了地形對(duì)土壤侵蝕的影響程度[15-16]；C為植被覆蓋因子，無(wú)量綱，反映了研究區(qū)植被覆蓋對(duì)土壤侵蝕的抑制作用[17-18]。

各因子的計(jì)算方法參照《全國(guó)生態(tài)狀況調(diào)查評(píng)估技術(shù)規(guī)范——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估》（HJ 1173—2021），其中常見(jiàn)土地利用類(lèi)型的C因子值依據(jù)植被覆蓋度進(jìn)行賦值，見(jiàn)表1。

2.1.2 相關(guān)性分析

本研究采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行相關(guān)性分析[19-20]，判斷氣候因子（氣溫、降水）、地形因子（海拔、坡度）與土壤侵蝕之間的影響關(guān)系和程度，闡明土壤侵蝕的主要影響因素。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的降水量、日均氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)來(lái)自于建立在烏拉泊水庫(kù)內(nèi)的小型自動(dòng)氣象站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)區(qū)間為烏魯木齊的雨季（汛期）時(shí)間，即2023年4月23日—9月25日。徑流量、輸沙量等水文數(shù)據(jù)來(lái)源于建立在水庫(kù)內(nèi)的徑流觀測(cè)場(chǎng)的稱(chēng)重式自動(dòng)雨量計(jì)和徑流泥沙自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)區(qū)間與氣象數(shù)據(jù)一致，均為2023年4月23日—9月25日。

3 結(jié)果與分析

3.1 烏拉泊水庫(kù)土壤侵蝕現(xiàn)狀

研究時(shí)段內(nèi)氣溫、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象因子逐日變化情況見(jiàn)圖2。結(jié)果表明，烏拉泊水庫(kù)汛期日均氣溫3.647～32.385 ℃，呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在7月27日；降水量呈現(xiàn)明顯的斷點(diǎn)變化，主要集中在6—9月，5月22日和8月13日降水量較高，分別為13.2 mm和13.0 mm；日均風(fēng)速變化幅度較小，在1.936～5.474 m/s之間變化，最大值出現(xiàn)在5月2日；日均風(fēng)向變化顯著，在89.194°～346.588°間跳躍變化，即烏拉泊水庫(kù)風(fēng)向在北風(fēng)至西北風(fēng)之間變化。

氣象因子逐日變化分析表明，烏拉泊水庫(kù)風(fēng)速變化較小，降水量變化顯著，庫(kù)區(qū)周邊山地具有水土流失發(fā)生的充足氣象條件，加上研究區(qū)大部分海拔在1 000 m以上，極易在汛期造成水土流失。基于修正的通用土壤流失方程進(jìn)一步計(jì)算得到烏拉泊水庫(kù)土壤侵蝕模數(shù)逐日變化情況，結(jié)果見(jiàn)圖3。結(jié)果表明：土壤侵蝕現(xiàn)象并不是每天都會(huì)發(fā)生，烏拉泊水庫(kù)的土壤侵蝕發(fā)生時(shí)間與降水發(fā)生時(shí)間同步；土壤侵蝕模數(shù)在0～59.680 t/（hm2·d）斷點(diǎn)變化，最大值出現(xiàn)在8月13日，整體屬于中度土壤侵蝕強(qiáng)度。

3.2 烏拉泊水庫(kù)土壤侵蝕驅(qū)動(dòng)因素

影響水土流失發(fā)生的氣候因素主要有降水和風(fēng)速等[21]，即水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕是土壤侵蝕的主要類(lèi)型。為進(jìn)一步分析影響烏拉泊水庫(kù)土壤侵蝕的驅(qū)動(dòng)因素，本研究著重對(duì)比分析了降水量、風(fēng)速和水土流失之間的變化關(guān)系（見(jiàn)圖4）。由圖4可知，風(fēng)速與土壤侵蝕模數(shù)的變化趨勢(shì)整體差異較大，二者變化幅度和時(shí)間均不具有同步性，即烏拉泊水庫(kù)風(fēng)速變化與土壤侵蝕的相關(guān)性較弱，而降水量與土壤侵蝕模數(shù)的變化幅度和時(shí)間具有同步性。

進(jìn)一步計(jì)算各氣象要素與土壤侵蝕模數(shù)之間的相關(guān)性。氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向與土壤侵蝕模數(shù)的相關(guān)性均在0.5以下，即這些因素與土壤侵蝕模數(shù)均不具備顯著相關(guān)性。降水量與土壤侵蝕模數(shù)的相關(guān)性達(dá)到了0.922，且在0.01水平上顯著相關(guān)，即降水量是烏拉泊水庫(kù)土壤侵蝕的主要驅(qū)動(dòng)因素。綜上，可以確定降水是烏拉泊水庫(kù)的主要侵蝕因子。

3.3 烏拉泊水庫(kù)土壤侵蝕治理效果

目前烏拉泊水庫(kù)采用的治理手段為綠化種植，提高植被覆蓋度，從而增加水土保持率，減少水土流失。對(duì)此，為驗(yàn)證綠化種植的水土流失治理效果，需要對(duì)比綠化前后土壤侵蝕模數(shù)，同時(shí)考慮坡度對(duì)水土流失的影響。對(duì)綠化前后坡度為10°、20°、30°的3個(gè)徑流觀測(cè)場(chǎng)以相同觀測(cè)條件得到的土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行分析，其變化見(jiàn)圖5，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖5、圖6可知，坡度為10°時(shí)，綠化前土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～10 t/（hm2·d），綠化后土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～2 t/（hm2·d）；坡度為20°時(shí)，綠化前土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～15 t/（hm2·d），綠化后土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～4 t/（hm2·d）；坡度為30°時(shí)，綠化前土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～25 t/（hm2·d），綠化后土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～5 t/（hm2·d）。綠化前土壤侵蝕模數(shù)最大值為59.680 t/（hm2·d），綠化后土壤侵蝕模數(shù)最大值為13.893 t/（hm2·d）。通過(guò)綠化種植增加庫(kù)區(qū)山地的植被覆蓋度，可以有效降低土壤侵蝕模數(shù)，控制水土流失，提高水土保持率。

4 討論

1）除降水量可以影響土壤侵蝕外，坡度變化也會(huì)對(duì)土壤侵蝕產(chǎn)生影響。因此，本研究進(jìn)一步討論了坡度與降水對(duì)土壤侵蝕的影響。通過(guò)對(duì)比相同坡度時(shí)不同降水量對(duì)土壤侵蝕的影響和相同降水量時(shí)不同坡度對(duì)土壤侵蝕的影響，發(fā)現(xiàn)在坡度不變的情況下日降水量變化5 mm以上就會(huì)造成土壤侵蝕模數(shù)發(fā)生2 t/（hm2·d）以內(nèi)的變化，在日降水量不變的情況下坡度每變化10°就會(huì)導(dǎo)致土壤侵蝕模數(shù)發(fā)生5 t/（hm2·d）以上的變化，即降水量增加時(shí)，坡度越大的地區(qū)越易發(fā)生土壤侵蝕。

2）綠化能夠改善水土流失狀況，但同時(shí)也會(huì)對(duì)其他指標(biāo)造成一定影響。為此，本研究進(jìn)一步討論了相同影響因素下綠化對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)因子的影響。通過(guò)統(tǒng)計(jì)研究時(shí)段內(nèi)綠化前后的平均氣溫、平均降水量、平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、平均土壤侵蝕模數(shù)等指標(biāo)變化，發(fā)現(xiàn)與綠化前相比，綠化后除平均氣溫外，其余各項(xiàng)指標(biāo)均呈下降趨勢(shì)，其中土壤侵蝕模數(shù)下降明顯，從4.110 t/（hm2·d）下降到2.294 t/（hm2·d）。

3）降水量、坡度都會(huì)對(duì)土壤侵蝕產(chǎn)生影響，綠化雖然可以增加水土保持率，但單一的綠化也會(huì)造成其他指標(biāo)的變化，如氣溫升高等。因此，需要綜合考慮各種因素的影響，因地制宜地提出適合烏拉泊水庫(kù)土壤侵蝕情況的治理措施。首先，根據(jù)坡度和地形確定適合綠化種植的區(qū)域，并遴選出適宜種植的植物種類(lèi)，合理分布防風(fēng)林、固沙林和護(hù)坡林；其次，針對(duì)不適宜綠化的區(qū)域，可開(kāi)展坡面蓄水工程和截流防沖工程攔蓄坡面徑流，減少降水對(duì)土壤侵蝕的影響；最后，應(yīng)指定專(zhuān)門(mén)的管理部門(mén)和管護(hù)人員，定期對(duì)綠化區(qū)和非綠化區(qū)進(jìn)行巡查，及時(shí)調(diào)整治理措施。

5 結(jié)論

1）烏拉泊水庫(kù)水土流失嚴(yán)重，土壤侵蝕模數(shù)為0～59.680 t/（hm2·d），屬中等土壤侵蝕強(qiáng)度；土壤侵蝕的主要驅(qū)動(dòng)因素為降水，降水與土壤侵蝕同步發(fā)生。

2）綠化種植可有效改善水土流失危害，減小土壤侵蝕模數(shù)；坡度也會(huì)影響土壤侵蝕模數(shù)的大小，降水量增加時(shí)，坡度越大的地區(qū)越易發(fā)生土壤侵蝕。

3）綠化會(huì)使降水量、風(fēng)速、風(fēng)向、土壤侵蝕模數(shù)降低，但也會(huì)使氣溫升高，水土流失綜合治理應(yīng)因地制宜規(guī)劃綠化種植區(qū)域，分類(lèi)整治。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳世發(fā).基于GIS 的亞熱帶山地土地利用與土壤侵蝕關(guān)系研究：以粵北山區(qū)為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29（2）：80-85.

[2] 程冬兵，趙元凌，孫寶洋，等.小流域水土流失治理優(yōu)先度的評(píng)價(jià)與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，39（22）：104-111.

[3] 何盛明.財(cái)經(jīng)大辭典[M].北京：中國(guó)財(cái)政經(jīng)濟(jì)出版社，1990：865-869.

[4] 袁和第，信忠保，侯健，等.黃土高原丘陵溝壑區(qū)典型小流域水土流失治理模式[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2021，41（16）：6398-6416．

[5] 劉震.我國(guó)水土保持小流域綜合治理的回顧與展望[J].中國(guó)水利，2005（22）：18-21.

[6] 黃鑫，陳紅，徐小任，等.沂蒙山區(qū)土壤侵蝕時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2023，39（4）：469-479.

[7] 李益敏，袁靜，王東馳，等.基于 GIS 的貢山縣土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化研究[J].水土保持研究，2020，27（4）：8-15.

[8] 劉國(guó)彬，上官周平，姚文藝，等.黃土高原生態(tài)工程的生態(tài)成效[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2017，32（1）：11-19.

[9] LIN J K，GUAN Q Y，PAN N H，et al. Spatiotemporal variations and driving factors of the potential wind erosion rate in the Hexi region，PR China[J].Land Degradation amp; Development，2021，32（1）：139-157.

[10] 劉曉林，史燕東，曾小磊，等.基于CSLE模型的南、北盤(pán)江流域水土流失定量分析評(píng)價(jià)[J].人民珠江，2024，45（2）：69-75，96.

[11] 盧旭東，齊實(shí)，陳家東，等.南渡江流域降雨侵蝕力時(shí)空分布與變化趨勢(shì)研究[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2023，39（11）：1464-1473.

[12] 馬道銘，回毅瀅，趙炯昌，等.近60年山西省降雨侵蝕力時(shí)空變化特征[J].水土保持研究，2023，30（6）：24-31，48.

[13] 田芷源，梁音，趙院，等.中國(guó)水蝕區(qū)土壤可蝕性因子更新方法與應(yīng)用[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2023，21（6）：63-70.

[14] 朱啟明，劉俊娥，周正朝.黃土高原土壤可蝕性因子空間分布特征及影響因素[J].水土保持學(xué)報(bào)，2023，37（6）：50-56，64.

[15] 金鑫，劉浩楠，周程風(fēng)，等.降雨過(guò)程中黃土坡面微地形因子與侵蝕關(guān)系研究[J].人民長(zhǎng)江，2023，54（3）：216-223，235.

[16] 火紅.基于地形因子的延安市土壤侵蝕及其地表驅(qū)動(dòng)因素的時(shí)空分異特征研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2021：16.

[17] 陳四賓，霍艾迪，陳思名，等.土壤侵蝕時(shí)空分布規(guī)律及侵蝕熱點(diǎn)分析：以陜西省王益區(qū)為例[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2022，39（8）：50-57.

[18] 楊凱祥，劉強(qiáng)，李秀紅，等.三峽庫(kù)區(qū)土壤侵蝕和植被覆蓋變化分析[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，57（5）：631-638.

[19] 魯東陽(yáng)，閆磊，徐永新，等.基于多種趨勢(shì)分析方法的京津冀地區(qū)極端降水趨勢(shì)分析[J].人民黃河，2022，44（1）：26-32.

[20] 周偉，剛成誠(chéng)，李建龍，等.1982—2010年中國(guó)草地覆蓋度的時(shí)空動(dòng)態(tài)及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)[J].地理學(xué)報(bào)，2014，69（1）：15-30.

[21] 王國(guó)宇.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的融雪徑流模擬：以西營(yíng)河流域?yàn)槔齕D].蘭州：西北師范大學(xué)，2023：14-15.

[22] 趙幫元，張建國(guó)，張棟，等.土壤侵蝕因子變化對(duì)縣域水土流失動(dòng)態(tài)變化的影響[J].中國(guó)水土保持，2020（3）：30-33，35.

（責(zé)任編輯 李佳星）