2019年包头市水土流失动态监测研究

常斐杨，行仙峰，王 帆

(黄河流域水土保持生态环境监测中心，陕西 西安 710021)

内蒙古自治区地处我国北部边疆，平均海拔约1 000 m，是典型的高原型地貌区，境内草原辽阔，农牧交错带范围较广，水资源分布不均，生态环境脆弱，是我国土壤侵蚀分布较集中的区域之一。以包头市为研究对象，基于内蒙古自治区省级水土流失动态监测项目，采用中国土壤流失方程(CSLE)，结合内业解译与外业复核获得模型相关参数，计算2019年监测区不同地类、不同强度等级水土流失面积及其分布情况，并与2018年水土流失动态监测数据对比分析，以期能为内蒙古自治区水土流失治理工作提供数据支持。

1 区域概况

包头市位于内蒙古自治区西部，南临黄河，东侧为土默川平原，西侧与河套平原相邻，阴山山脉横贯全市中部，总面积27 768 km2，下辖东河区、昆都仑区、青山区、石拐区、白云区、九原区6个区，固阳县1个县，土默特右旗、达尔罕茂明安联合旗2个旗。包头市属半干旱中温带大陆性季风气候区，年降水量421.8 mm，黄河流经包头境内214 km，是该地区最重要的水资源。

2 数据来源

本研究所需气象资料为省级监测区及其周边各气象站1985—2015年的日降水量数据；土壤资料为30 m分辨率土壤可蚀性因子栅格数据；地形资料为监测区域内1∶5万DEM 数据；植被覆盖资料为2016、2017、2018年250 m空间分辨率的MODIS归一化植被指数(NDVI)产品，以及监测区域内分辨率2 m的高分辨率遥感影像；此外，还收集了监测区域内生产建设项目扰动土地状况和水土保持重点工程设计、实施等相关资料，用于土地利用解译参考及动态变化成果分析、校核。

3 研究方法

3.1 水力侵蚀模数

采取CSLE模型进行水力侵蚀模数的计算，计算公式为

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中：A为土壤侵蚀模数，t/(hm2·a)；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)，用冷暖季日雨量算法[1]计算；K为土壤可蚀性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，指在有降雨、地表径流或二者兼有之时，土壤抵抗雨滴打击和径流冲刷的能力[2]，本研究中使用的R因子和K因子数据由水利部水土保持监测中心提供；L为坡长因子，无量纲，其精度取决于DEM精度和不同计算方法的精度[3]；S为坡度因子，无量纲，本研究中L因子和S因子计算采用MCCOOL et al.[4]的缓坡坡度公式；B为植被覆盖与生物措施因子，无量纲，本研究参照《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》计算园地、林地、草地的B因子值，其他土地利用类型通过表1赋值；E为工程措施因子，无量纲；T为耕作措施因子，无量纲，本研究参照《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》对E因子和T因子赋值。本研究中涉及的E、T因子值见表2。

表1 B因子赋值

表2 E、T因子赋值

3.2 风力侵蚀模数

在风力侵蚀地区，根据土地利用解译结果，分别选用耕地、草(灌)地和沙地(漠)风力侵蚀模型，计算各土地利用的土壤侵蚀模数， 计算时不考虑起沙风速。

耕地土壤侵蚀模型为

(2)

式中：Qfa为耕地风蚀模数，t/(hm2·a)；W为表土湿度因子，取值0～1；Tj为一年内风蚀发生期间各风速等级的累积时间，min；Z0为地表粗糙度，cm；A为与耕作措施有关的风速修订系数，无量纲，本研究取值0.893；Uj为第j个风速等级的平均风速，m/s；a1、b1、c1均为与土壤类型有关的常数，无量纲，分别取值-9.208、0.018、1.955。

草(灌)地土壤侵蚀模型为

Qfg=0.018(1-W)∑Tjexp[a2+b2V2+c2/(AUj)]

(3)

式中：Qfg为草(灌)地风蚀模数，t/(hm2·a)；V为植被盖度，%；a2、b2、c2均为与土壤类型有关的常数，无量纲，分别取值2.486 9、-0.001 4、-54.947 2；其余符号意义同上。

沙地(漠)土壤侵蚀模型为

Qfs=0.018(1-W)∑Tjexp[a3+b3V+

c3ln(AUj)/(AUj)]

(4)

式中：Qfs为沙地(漠)风蚀模数，t/(hm2·a)；a3、b3、c3均为与土壤类型有关的常数，无量纲，分别取值6.168 9、-0.074 3、-27.961 3；其余符号意义同上。

3.3 综合计算

分析每个栅格的侵蚀类型，按照《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)判断土壤侵蚀强度等级，将水力侵蚀或风力侵蚀强度不小于轻度的栅格判定为水力侵蚀或风力侵蚀类型区。比较每个栅格的水力侵蚀和风力侵蚀强度，仅保留强度高的侵蚀类型。对于只有某一类侵蚀类型的栅格，统计这类侵蚀的微度、轻度、中度、强烈、极强烈和剧烈等各级强度的面积。轻度及其以上各级土壤侵蚀强度面积之和为水土流失面积。

4 结果与分析

4.1 水土流失情况

包头市2019年土壤侵蚀面积统计结果见表3。包头市土壤侵蚀面积为16 637.30 km2，其中：轻度侵蚀最多，面积为13 878.16 km2，占侵蚀总面积的83.42%；中度侵蚀次之，面积为2 533.96 km2，占15.23%；强烈侵蚀面积为94.97 km2，占0.57%；极强烈侵蚀面积为

表3 2019年包头市土壤侵蚀面积统计结果

34.52 km2，占0.21%；剧烈侵蚀面积为95.69 km2，占0.58%。总体上看，各旗(县、区)整体土壤侵蚀强度较弱，但局部仍然存在较为严重的水土流失。

4.2 水土流失变化

对比2018、2019年包头市水土流失面积监测结果(表4)，总体来看，相比2018年，2019年包头市各旗(县、区)水土流失面积均有所减少。结合遥感影像解译成果和各因子分析结果，东河区有0.30 km2的草地变为建设用地，0.37 km2的建设用地变为草地，同时由于降水量增加，该区河道变宽，植被覆盖度增加，因此该区土壤侵蚀面积略有减少；昆都仑区有0.02 km2的建设用地变为河湖库塘，0.10 km2的耕地变为建设用地，该区面积较小且城区面积较大，人类扰动基本稳定，土壤侵蚀面积略有减少，但由于土地利用解译的伪变化导致采矿用地面积增加，极强烈侵蚀面积增加较多；青山区有0.37 km2的城镇建设用地变为其他草地，0.01 km2的耕地变为其他建设用地，土壤侵蚀面积略有减少，但由于解译中伪变化导致采矿用地面积增加，

表4 2019年包头市水土流失变化统计结果

中度、强烈侵蚀面积有不同程度的增加；石拐区有0.04 km2的耕地变为建设用地，0.21 km2的草地变为采矿用地，因此中度和强烈侵蚀面积有所增加，同时解译中的伪变化导致裸土地减少，侵蚀面积减少，此外该区林地、草地占比很大，植被覆盖度增加使得总侵蚀面积减少；白云区新增河湖库塘0.22 km2，土壤侵蚀面积略有减少；九原区新增0.05 km2河湖库塘用地，0.08 km2采矿用地变为其他草地，0.12 km2草地变为采矿用地，解译中的伪变化造成林地面积增加，土壤侵蚀面积有所下降；土默特右旗新增河湖库塘用地0.81 km2，土壤侵蚀面积略微下降，但由于土地利用解译的伪变化导致采矿用地面积增加，中度、强烈、极强烈侵蚀面积增加；固阳县新增河湖库塘用地1.45 km2，0.06 km2城镇建设用地变为草地，侵蚀面积减少，且该区种草、封育等生态措施效果明显，大面积山地植被盖度增加，生产建设项目较少，人为扰动面积不大，因此水土流失面积减少；达尔罕茂明安联合旗造林和封育面积不断增大，植被覆盖度有所提升，因此水土流失面积有所减少。

5 结果与讨论

包头市各旗(县、区)土壤侵蚀以轻度侵蚀为主，但局部仍然存在较为严重的水土流失。2019年水土流失面积较2018年有所下降，极强烈、剧烈侵蚀面积减少，轻度侵蚀面积增加，这表明该区域土壤侵蚀强度由高向低转移，水土保持措施效果较为显著。植被覆盖度及河湖库塘面积的增加均对此结果有积极影响，但局部生产建设项目等人为扰动造成小范围的水土流失加剧，仍需加强水土流失预防监督工作。