以小流域为单元的水土流失强度评估

王福岭,吴 鹏,郭子琦

(1.河南省水土保持监测总站，河南 郑州 450003； 2.河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003)

以小流域为单元的水土流失综合治理是我国防治水土流失的主要方式。近年来，河南省以习近平生态文明思想为指导，大力开展以小流域为单元的水土流失综合治理，创建了以生态休闲型、水源保护型、绿色产业型、防灾减灾型、和谐宜居型为主要发展方向的生态清洁小流域治理模式，取得了显著的生态治理成果，然而小流域水土流失现状数据缺失，导致水土流失治理工作开展系统性不强。因此，通过建立小流域基础数据库评估小流域水土流失强度，对提高小流域综合治理水平具有重要意义。

1 河南省小流域划分方法及成果

小流域是结合水务管理实际情况提出的流域概念[1]，然而随着政府职能的转变以及水务精细化、信息化管理要求的日益提高，小流域边界不清、基础信息不详、禁止或限制的区域不明等已成为信息化、精细化水务管理的主要挑战之一[2]。《小流域划分及编码规范》(SL 653—2013)是我国现行的水利行业标准，明确适用范围为山地丘陵区。目前，小流域划分方法大多仅适用于单一地形，且大多集中在山地或水系相对简单的平原地区[3-6]，然而河南省地处地貌台阶过渡带，境内有四大水系，地表形态复杂，基本地貌类型齐全[7]，水系复杂、沟渠密集，因此需要开发符合水务管理需要的、适应全地形类型的小流域划分技术流程。

在符合行业标准规定的山地丘陵区，应遵循水文分析汇水关系，兼顾居民区地块完整，进行边界微调。在形成网状河流的平原区和部分丘陵区，在规范基础上，增加河南省适应性原则：①保留主要河道作为汇水线，保证水系拓扑关系，以水渠、河流中心线划分作为流域边界；②考虑水务管理工作以乡镇为单位展开，以保证汇水关系为基础，确保乡级及以上行政区划完整，尽量保持县级及以上行政区划的完整性；③为降低乡镇单位寻找小流域边界的工作难度，面积超限的小流域使用道路、沟渠、田埂等显著线状地物适当分割。

在流域划分的基础上，参考相关行政区划数据，严格遵照小流域划分规范及原则，在全省16.7万km2范围内进行水文分析，提取出102 118.5 km沟道，划分出最小0.1 km2的微流域，并依据汇水关系及补充的河南省适应性原则进行小流域划分，最终划分出5 576个小流域。图1、图2分别为河南省沟道划分及小流域划分成果。

图1 河南省沟道划分成果

图2 河南省小流域划分成果

为确保小流域划分成果符合实际情况且满足水保需要，由省水土保持监测总站组织实施开展覆盖度100%的全面复核，开发WEB端“河南省小流域成果复核系统”，实现小流域划分成果可视化，以账户分级的方式供各级水利部门使用，提供账户所属辖区的所有小流域信息，若对划分成果存在疑义，则可通过复核系统上传复核意见。收集到复核意见262条，绝大多数意见集中在小流域属性方面，证明所采用的小流域划分方法具有实际意义。河南省小流域划分成果已完成复核工作并连入政务云系统，可为水土保持管理工作提供技术支持。

2 以小流域为单元的水土流失强度分析

为贯彻落实《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》要求，河南省推行水土流失动态监测项目建设，本研究以丹江口库区上游流域水环境综合治理与可持续发展试点工作成果为例，使用遥感监管的技术手段实现大范围、高精度的水土流失强度监测与分析。

2.1 水土流失强度监测

水土流失动态监测项目的主要监测指标为土壤侵蚀强度，主要计算指标为水力、风力和冻融侵蚀模数。采用中国土壤流失方程CSLE(Chinese Soil Loss Equation)计算土壤侵蚀模数[8]，公式为

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中:A为土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(km2·h·a);K为土壤可蚀性因子，t·km2·h/(MJ·mm·km2)；L、S、B、E、T分别为坡长因子、坡度因子、植被覆盖与生物措施因子、工程措施因子和耕作措施因子。

K使用第一次全国水利普查成果；L、S采用高分辨率DEM数据计算；B利用MODIS归一化植被指数产品和TM多光谱影像融合计算；E和T可通过查询《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》得到[9]。

结合小流域划分成果，将丹江口库区上游流域水环境动态监测的图形成果数字化展现，直观显示土壤侵蚀强度与等级的空间地理信息，并制成丹江口上游涉及乡镇的土壤侵蚀专题图，见图3。丹江口上游涉及乡镇的土壤侵蚀情况统计见表1。

图3 丹江口上游涉及乡镇的土壤侵蚀情况

表1 丹江口上游涉及乡镇的土壤侵蚀情况统计

在试点工作开展的地区，直观展现各小流域水土流失情况。对较严重的完整型小流域重点开展水源保护治理工作；针对区间型和坡面型小流域，着力提升河流环境质量，做好水库水污染风险防范巡查工作，积极推进小流域水生态环境综合治理工程建设。

2.2 小流域水土流失强度分析

水土流失动态监测以10 m分辨率图斑为单位开展，可得到全面、详尽的水土流失强度信息。然而水土流失治理工作通常以小流域为单位开展，直观展现监测成果质量，需要对水土流失程度进行量化评估。小流域综合治理应考虑社会经济、生产发展方向等多方面因素，构建小流域水土流失评价指标模型，公式为

A=X1+X2+…+Xi

(2)

(3)

式中：A为该小流域总面积，km2；Xi为各等级侵蚀模数所对应的土地面积，km2，其中i为水土流失等级；bi为小流域内不同流失等级的土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；Y为小流域水土流失程度值。

试点工作范围内总计254个小流域，水土流失总面积为1 653.49 km2，其中仅42个小流域水土流失程度值达到轻度，中度及以上小流域数量为0。综合分析水土流失相对严重的地区，多为山区山脊线或丘陵地区的裸坡面。轻度及以上水土流失程度值面积高于总面积的50%，即为水土流失严重的小流域，经统计此类小流域数量占总数量的5.5%，分布在山区和丘陵区。

3 小流域水土保持分区布局与防治措施

3.1 水土保持区域布局

以小流域为单元，基于流域基本特征和水土流失治理业务需求，将丹江口库区上游流域规划为丹江陕鄂豫缓冲区、丹江淅川自然保护区、老灌河西峡自然保护区、老灌河淅川保留区、淇河西峡源头水保护区和淇河西峡保留区共6个水功能分区。将水土流失等级为轻度及以上的小流域定义为综合治理优先小流域，开展针对性重点治理。

(1)丹江陕鄂豫缓冲区。自长江流域水资源保护局丹江口局巡查组开展监督巡查工作至今，掌握了省界缓冲区的起始断面、省界断面、终止断面及沿线的河道形态、水文情势、水环境状况、河道采砂等情况，把控缓冲区内河道沿线家禽集中养殖情况，时刻监控缓冲区内水质自动监测站建设运行情况，了解部分乡镇污水处理厂建设、运行情况，以及涉水工程的建设及其工程手续审批情况，从多方面加强水质把控力度。

(2)丹江淅川自然保护区。该区是南水北调中线工程的核心水源地，丹江湿地作为南水北调水源的“过滤器”和“净化器”，要求水质为地表水Ⅱ类水，部分要素达到Ⅰ类标准，应根据规划严格控制自然资源开采，大力推进资源开发秩序整顿工作，以自然生态环境修复为目标，严格查处各类水事违规、违法事件，加大力度打击私采、盗采，严厉处罚土地利用性质违法变更等行为。

(3)老灌河西峡自然保护区。老灌河发源于伏牛山主峰，保护区内植被覆盖率高，水土保持情况良好，重点采用预防保护措施，维护生态系统，促进水源涵养[10]。

(4)老灌河淅川保留区。该区域农林业相对发达，有大片果园，林下水土流失情况相对严重，灌溉水源相对单一，面源污染重，应因地制宜地增加蓄水保水工程，鼓励林下覆草，控制农药化肥用量，同时针对现有坡耕地展开实地考察，有计划分批次实行坡改梯工程，建立高效农林产业片区[11]。

(5)淇河西峡源头水保护区。淇河发源于卢氏县南部陕西边界分水岭东麓，保护区内为控制河道泥沙淤积，根据实际情况考虑增加坡面径流拦截泥沙工程，同时重视水土保持工程的常态化建设，对动植物资源加大管护力度；针对局部坡耕地，以小流域为单元开展水土保持综合治理[11]。

(6)淇河西峡保留区。主导基础功能是水土保持，根据规划批复结果建立优质农林基地产业链，配置小型水利工程，提高保留区蓄水保水能力，大力提倡林下覆草，控制面源污染[12]。

3.2 水土流失防治措施

(1)加大综合治理力度。大力推进老灌河、淇河流域开展水土保持和生态修复工程，针对自然保护区、水源保护区、保留区等，形成完善的水土保持防治体系，在植被较好、无明显水土流失区、基本农田集中区和现有的治理区开展预防保护，将河流和公路两侧的开发建设项目列为重点监督区，建立起更加完善的县、乡、村三级预防保护体系，采用科学封禁政策促进生态修复、水源涵养，建设生态清洁型小流域，种植水源涵养林，提高土壤涵养水源、调蓄径流的能力[13]。

(2)强化水土保持治理措施。以小流域为单元，采取大面积封禁治理、人工修复和生态自我修复相结合的办法，进行小流域水土保持重点工程建设，避免发生严重的水土流失；以坡耕地为主的生产用地要高标准进行坡改梯工程，配套水窖、沉沙池、排水沟等坡面水系，提高土地生产力；山区水土流失的小流域要采取沟道整治、水土流失防治等措施，恢复河道服务功能。

(3)高精度水土保持治理。涉及试点工作范围内缓冲区、保留区及水土流失程度达轻度及以上的小流域，坚持“生态优先、强化林草、注重功能”，结合科学封禁政策，重点推广梯田改造技术，修建小型水利工程，改善灌溉水源单一性。遵循“因地制宜、综合治理”原则，根据小流域特点及防治需求，分区域、分类别拟定小流域水土保持措施类型[14]。

4 结 论

通过细化小流域划分原则，完成了以河南省为例的全地形地貌小流域划分工作，基于WEB端构建小流域复核系统，完成了全面复核验证，为水土保持精细化管理提供了重要的数据支撑。以小流域为单元，结合在丹江口库区上游流域涉及六县试点范围内水土流失强度监测结果，进行水土流失强度评估与分析，根据评估强度数值划分优先小流域和非优先小流域，结合水系自然关系划分水土保持区域布局的6个水功能区，为后续的小流域治理工作提供了精准目标和治理方向。水土流失强度监测技术与评估方法具有实际应用效益，小流域划分成果运用在水土流失治理，各类生产建设项目水土保持方案审批、监督检查、验收备案等工作中，可以实现精细化、动态化、信息化监管，应用前景广阔。