基于USLE 的广东省喀斯特地区小流域土壤侵蚀分布情况及治理模式探讨

岑 颖，姚成平，张晓远

（广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635）

自20 世纪以来，各地区针对喀斯特石漠化的治理一直在进行，我国实施多项相关工程[1]，如国家“十五”计划的黔滇桂岩溶地区石漠化综合治理工程，对当地水土流失治理工作卓有成效。乐昌市是广东省喀斯特地区石漠化程度最为严重的县市之一，石漠化问题突出，严重制约本地区社会经济的可持续发展。加快石漠化治理步伐，尽快控制石漠化扩展的趋势，进一步改善区域生态环境，是乐昌市当前一项十分艰巨而且紧迫的战略任务。本文基于USLE 分析乐昌市秀水小流域水土流失现状，分析土壤侵蚀分布状况，探讨其综合治理模式。

1 流域概况

秀水小流域位于粤北山区，地处广东省乐昌市秀水镇，土地总面积为41.51 km2，约占秀水镇面积的3/4。秀水镇位于乐昌市西北部，西部和北部与湖南省相邻，东部和南部分别与乐昌市梅花镇、云岩镇和沙坪镇接壤[2]。

秀水小流域地表岩性以石灰岩和砂页岩为主，地貌类型包括低山、丘陵、台地、平原和河流阶地等，以低山为主，其次是丘陵。流域属喀斯特地貌，石灰岩地区岩石裸露、黄壤土层浅薄，一般在10 cm～50 cm 不等。

2 水土流失现状

根据广东省喀斯特山区环境的特点，以USLE 作为喀斯特地区土壤侵蚀模型，对水土流失单因子计算方法进行优化与修正[3]。以栅格数据作为基础，将小流域各水土流失影响因子数据栅格化，把土壤侵蚀与石漠化的分析结合起来，实现二者在水土流失区域相关性评价。以AcGIS10 的ARC/INFO，ARCVIEW为平台，使所有相关数据信息处于统一平台上，通过栅格数据的叠加运算获得水土流失分布情况。通过GIS 技术的强大空间组织与分析运算能力，结合以往调研方法的数据加以集合利用。以USLE 模型为核心，整合所需的数据，如卫星地形图、周边降雨站测量数据、土地利用分类与林草植被覆盖数据。经过各因子算式叠加运算，计算出每个栅格的水土流失模数，然后汇总获得整个小流域的土壤侵蚀分布情况。

以通用水土流失方程（USLE）为基础，建立喀斯特地区水土流失方程为：

式中：A 为土壤侵蚀量，t/（hm2·a）；R 为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/（hm2·h·a）；K 为土壤可蚀性因子，t·h/（MJ·mm）；LS 为坡长坡度因子，无量纲，其中L 为坡长因子，S 为坡度因子；C 为植被覆盖因子，无量纲；P 为水土保持措施因子，无量纲。模型中的R、K、S、L、C、P 因子的算式和算法在经典USLE 计算方法的基础上，根据小流域环境特点及数据信息情况进行修正。

3 土壤侵蚀分布情况

栅格数据能够非常方便的对同一地区多层面数据进行空间综合分析处理，在GIS 与遥感图像信息处理工作中，可以简单实现不同波段遥感图像信息的数据处理，还可以整合不同时间段的数据信息对其进行水土流失或其他领域动态变化分析和预测[4]。该项技术在使用计算机电子图及制图与分析其他数据有重要的研究价值。

利用土壤侵蚀通用方程式计算土壤侵蚀量时，将获取的影响土壤侵蚀的各水土流失单因子图层进行处理，令其符合以下条件：①具有相同的坐标投影系统；②具有相同的数据格式；③具有相同的网格大小。通过这些数据的处理就可以利用Arcgis 软件多层面栅格数据函数的复合运算进行逐栅格的计算，见图1。

图1 复合运算示意图

土壤侵蚀模数I 为水土流失量A 除以面积，在Arcgis 软件中把之前处理得到的各个水土流失单因子图进行混合处理，通过空间分析模块中的“Raster Calculator”功能来求出土壤侵蚀模数。由于R 因子的单位是MJ·mm/ha·hr·a，K 因子的单位是t·ha·hr/（hm2·MJ·mm），所以计算得到I 的单位为t/（km2·a）。

通过ArcGIS 软件的“Spatial Analyst”模块将图1 中各水土流失单因子图层依据USLE 表述的关系叠加，得到土壤侵蚀量分布图。然后根据小流域遥感影像、土地利用类型数据，利用1∶10000 地形图，分析小流域的水土流失情况，最后结合土壤侵蚀强度分级标准，得到研究区土壤侵蚀分布情况，见图2。

图2 秀水小流域土壤侵蚀分布图

土壤侵蚀强度一般通过实地调查地面坡度、植被覆盖度等水土流失因子所确定。本研究土壤侵蚀分类标准主要按照《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007）中面蚀（片蚀）分级标准进行分级，见表1、表2。

表1 面蚀（片蚀）分级指标

表2 水力侵蚀强度分级

4 治理模式

广东省喀斯特地区属峰林平原石漠化综合治理区，全省喀斯特地区自然、社会、经济条件基本一致，石漠化成因大致相同，且主要集中在粤北岩溶山地，故采取的治理措施大致相同。

喀斯特地区石漠化综合治理以增加岩溶土地植被覆盖度，减轻石漠化强度，治理石漠化为目标，在切实保护好现有森林资源的同时，严格实施封山育林措施，对石漠化程度较高的山地进行封禁；充分合理利用山地资源和陡坡退耕地，采取人工造林方式建设水土保持林和发展经果林，在增加经济收入的同时尽快恢复森林植被；适度开展坡改梯建设，配套建设引水渠、山塘等小型水利水保设施，提高坡改梯稳产高产能力，为退耕还林创造条件；加强水系工程建设，增加雨水集蓄利用，有效利用水资源[5]。

按照因地制宜的原则，对流域的相关水资源最大利用，改善当地生产生活条件，通过封山育林、种植水土保持林和经果林、坡改梯以及小型蓄水保土工程等措施，治理石漠化和水土流失现象，保护水土资源，改善区域生态环境，促进当地经济可持续发展。

封山育林范围选择在内山高坡陡、石漠化程度高、土层浅薄、造林难度大或现状基本为无林地、疏林地、未利用地及乔灌盖度小于50%潜在石漠化土地；水土保持林及经果林布设在相对高差不大、岩石裸露较少、土壤条件较好的石漠化山地中，其中，经果林主要布设在村庄附近较平缓的阳坡地块；坡改梯选择在25°以下、土质较好、交通比较方便、有利于实现水利化的缓坡地进行，引水渠、田间道路与梯田综合配套，优化布设；田头水池等小型蓄水工程主要布设在田头、道路、果园或较平缓的坡地旁，易于汇集径流，方便灌溉；饮水工程靠近水源布设，通过敷设引水管道重点解决人口集中的村落人畜饮水问题；通过新建沼气池改善能源结构，按现有能源实际利用情况，提出各村新建沼气池的数量。

5 结语

基于USLE 利用遥感与GIS 技术对广东省喀斯特地区土壤侵蚀与石漠化情况进行研究，使小流域土壤侵蚀分布状况及侵蚀程度分析更加准确，为小流域的水土流失治理起到参考作用。目前，利用USLE 结合遥感和地理信息系统技术对土壤侵蚀及相关调查进行应用是一个很广阔的课题，土壤侵蚀研究与遥感和GIS 技术的结合才刚起步，还需要充分开拓遥感和GIS信息技术应用范围。