河北省水土保持重点工程实施效果评估——以2017年武安市刘庄小流域综合治理工程为例

张子元，侯 克,周 辉

(河北省水土保持工作总站,河北 石家庄 050000)

为落实水利部关于加强国家水土保持重点工程信息化监管工作要求，推进水土保持信息化、现代化建设，实现“水保数字化促进信息化，信息化带动水土保持管理现代化”，掌握水土保持重点工程的治理效果，提升水土保持决策水平,河北省自2018年起，每年开展水土保持重点工程实施效果评估工作，即根据遥感和无人机影像，对各项目区水土流失治理情况、水土保持措施保存情况及林草植被覆盖情况开展实施效果评估。现以2017年武安市刘庄小流域综合治理工程为例，从数据采集、技术路线、评估方法、评估结果等方面，来阐明河北省水土保持重点工程是如何进行实施效果评估的，旨在为同类工程实施效果评估时提供借鉴。

1 项目区概况

刘庄小流域位于武安市西部南洺河中游支流流域，地理坐标介于东经113°55′42″～113°59′53″、北纬36°28′53″～36°32′50″，地处太行山东麓浅切割中低山区，地势西高东低，山地面积占流域面积的70%左右；属暖温带区，为半湿润半干旱大陆性季风气候；地表土壤主要由岩石风化形成，局部覆盖第四纪黄土，主要有砂岩性褐土、棕壤土及淋溶性褐土；植被属华北植物区系，森林覆盖率低，为36.51%。

刘庄小流域综合治理工程项目区涉及马家庄乡井湾、夜合峧、前龙、万家庄、王家庄、刘家庄6个行政村，其土地面积20.62 km2，其中耕地365.22 hm2，水土保持林719.90 hm2。受自然条件的限制和人为活动的影响，项目区存在大量的荒山秃岭，荒山荒坡和未利用土地面积有810.35 hm2，荒草地面积有166.53 hm2。治理前，项目区水土流失面积1 568.41 hm2，占项目区土地面积的76.04%，以水力侵蚀为主，其他侵蚀如重力侵蚀相伴发生，年均土壤侵蚀模数1 500 t/(km2·a)，侵蚀强度属于轻度侵蚀。

刘庄小流域综合治理工程竣工验收时水土保持措施为：营造水保林335.3 hm2，整地方式主要为开挖鱼鳞坑；营造经济林130.67 hm2，整地方式主要为反坡梯田；封山育林540 hm2；新建蓄水池10座、护坝630 m、作业路10 570 m、沟道地堰963 m、宣传牌3个。

2 数据采集与技术路线

2.1 数据采集

(1)遥感影像。采用高分一号卫星获取空间分辨率2 m、时像2021年1—6月的土地利用类型和水土保持措施类型遥感影像。计算植被覆盖率时，采用2018—2020年的MODIS遥感影像，时间分辨率为每半月1期、每年24期，空间分辨率优于250 m。

(2)无人机影像。通过无人机(大疆经纬M300 RTK)采集小流域施工区影像，处理后生成正射影像。

(3)地形数据。利用1∶10 000电子地形图，对无人机影像进行正射矫正，并进行地形坡度分析。空间数据统一采用CGCS2000地理坐标系、高斯-克吕格投影坐标系、1985国家高程基准坐标系。

(4)野外调查数据。利用移动终端，采集核查图斑现场照片和核查工作视频等内容，初步掌握该项目区内主要土地利用和水土保持措施类型、数量及分布。通过资料查询，针对不同水土保持措施类型、土地利用类型的影像特征,结合野外调查数据,建立解译标志库。

2.2 技术路线

通过资料收集、野外调研、遥感和无人机影像解译结果，按照《国家水土保持重点工程信息化监管技术规定(试行)》的要求，计算相关评估指标，对项目区林草植被覆盖情况、水土流失治理情况和水土保持措施保存情况开展实施效果评估。

3 评估方法

3.1 评估指标

通过影像解译评估年土地利用、水土保持措施和土壤侵蚀状况，结合水土保持措施规模，评估项目区水土保持措施的实施效果，具体评估指标有以下几种。

3.1.1 评估年水土流失治理度

主要根据项目区治理前后水土流失面积对比，来评估项目区水土流失治理度，其计算公式为

评估年水土流失治理度=评估年水土流失治理面积/项目实施前水土流失面积×100%

(1)

3.1.2 水土保持措施保存情况

主要根据评估年水土保持措施数量与竣工验收时水土保持措施数量对比，来评估项目区水土保持措施建设后的保存情况，按措施类型分别计算其保存率，其计算公式为

单类措施保存率=评估年该类措施图斑的实测措施数量/竣工验收时该类措施图斑的措施数量×100%

(2)

3.1.3 林草植被覆盖情况

林草植被覆盖情况包括评估年林草覆盖率和提高林草覆盖率两项指标，其计算公式分别为

评估年林草植被覆盖率=评估年林草覆盖面积/项目区土地面积×100%

(3)

提高林草覆盖率=(评估年林草覆盖面积-实施前林草覆盖面积)÷项目区土地面积×100%

(4)

3.1.4 土壤流失量

依据项目实施前和评估年土壤侵蚀判读结果，分析不同强度土壤侵蚀量消长情况。刘庄小流域土壤侵蚀主要为水力侵蚀，计算时不再考虑其他侵蚀方式，采用中国土壤流失方程(CSLE)计算土壤侵蚀模数，其方程为

A=RKLSBET

(5)

式中：A为多年平均土壤流失量，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·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；L、S分别为坡长、坡度因子，无量纲；B、E、T分别为植被覆盖与生物措施因子、工程措施因子、耕作措施因子，无量纲。

降雨侵蚀力因子采用2018年水利部统一下发的降雨侵蚀力因子及半月降雨侵蚀力比例数据；土壤可蚀性因子采用2018年水利部统一下发的土壤可蚀性因子；坡长因子和坡度因子采用2020年水土流失动态监测成果；植被覆盖与生物措施因子根据土地利用解译成果，利用24个半月植被覆盖度(FVC)数据和24个半月降雨侵蚀力比例数据计算；水土保持工程措施因子根据项目区水土保持措施实施及保存情况，结合影像解译，按照《国家水土保持重点工程信息化监管技术规定(试行)》要求赋值，见表1；耕作措施因子按照轮作方式赋值。

表1 水土保持工程措施因子赋值

3.2 建立解译标志库

依据遥感、无人机航拍影像与现场核查情况，按照土地利用类型对水浇地、有林地、农业建设用地、农村道路建立解译标志库，按照水土保持措施类型对宣传牌、蓄水池、护坝、沟道地堰、作业路、水保林、经济林、封山育林等措施建立解译标志库，每种土地利用类型和水土保持措施类型解译标志样本不少于2个。

4 中国土壤流失方程各因子值

为更好地对比治理前后水土流失现状，计算项目区治理前后土壤侵蚀强度分布情况，对中国土壤流失方程各因子进行赋值，其中降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、坡长因子、坡度因子、植被覆盖与生物措施因子、耕作措施因子值见图1，实施年、评估年水土保持工程措施因子值见图2。

图1 中国土壤流失方程因子值

图2 刘庄小流域实施年、评估年水土保持工程措施因子值

5 评估结果

经解译计算，评估年刘庄小流域水土流失治理度为82.24%，林草覆盖率为50.71%，评估年较实施年提高林草覆盖率为14.20%,除作业路外其余水土保持措施保存完好(见表2)。

表2 刘庄小流域实施效果评估结果

经中国土壤流失方程计算，评估年项目区平均土壤侵蚀模数为505.63 t/(km2·a)，水土流失面积为1 177.74 hm2，水土保持率由23.95%提高到39.73%。根据水利部颁布的北方土石山区土壤水力侵蚀分级标准，项目区实施年、评估年土壤侵蚀强度转移矩阵见表3。

表3 项目区实施年、评估年土壤侵蚀强度转移矩阵 hm2

表3显示，0.95 hm2剧烈侵蚀经治理后转化为0.20 hm2微度侵蚀、0.49 hm2轻度侵蚀和0.26 hm2中度侵蚀；2.00 hm2极强烈侵蚀经治理后转化为0.35 hm2微度侵蚀、1.04 hm2轻度侵蚀和0.61 hm2中度侵蚀；0.98 hm2强烈侵蚀经治理后转化为0.11 hm2微度侵蚀、0.80 hm2轻度侵蚀和0.07 hm2中度侵蚀；2.27 hm2中度侵蚀经治理后转化为0.54 hm2微度侵蚀和1.73 hm2轻度侵蚀；389.47 hm2轻度侵蚀经治理后转化为微度侵蚀。截至评估年，刘庄小流域极强烈和剧烈侵蚀面积全部消减，存在土壤侵蚀强度转化及平均侵蚀模数下降的地区土地利用类型以有林地为主。

6 结 论

截至评估年，项目区除作业路外，其余的水土保持措施保存完好。通过水土流失综合治理，评估年刘庄小流域林草覆盖率提高了14.20%，水土流失面积减少至1 177.74 hm2，减幅达24.91%，其中中度以上土壤侵蚀面积由3.95 hm2减少为0.02 hm2，减幅达99.49%，年均土壤侵蚀模数下降了66.29%，水土保持率提高了15.78%，治理效果显著。