潇湘水源地土地利用对土壤侵蚀影响定量研究.pdf

第 4 5卷 第 1 7期 2 0 1 4年 9 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r V0 1 4 5 No 1 7 S e p， 2 01 4 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 4 ) 1 7 0 0 1 4一 O 4 潇湘水源地土地利用对土壤侵蚀影响定量研究 胡 晓 英 ， 王 杰2 ( 1 云南省水利水 电学校 ， 云 南 昆明 6 5 0 2 0 2 ； 2 云南省水利水 电科学研 究院 ， 云 南 昆明 6 5 0 2 2 8 ) 摘要 ： 为定量 掌握不 同土地利 用方式 下潇湘水源地 土壤侵蚀 变化 ， 利用 1 9 9 8 2 0 0 9年潇 湘水 源地 附近 站点 气 象数据、 潇湘水库 坝上 月径 流资料 ， 结合水 源地 1 9 8 62 0 0 9年 3期 土地利 用、 土壤 空间分布 图和 D E M， 构建 了 S WA T模型。在模型率定和 验证 的基 础上 ， 定 量研 究 了土地 利 用方式 变化 对土壤 侵蚀 的 影响 。结 果表 明 ， 1 9 8 6年和 2 0 0 0年 ， 土地利 用类型变化不 大， 土壤侵 蚀 以轻度侵 蚀为主 ， 林地和 草地面积 大幅减 少， 耕 地面积 大幅增加 ， 导致 土壤侵蚀模数增加 。 关键词 ： 土地利 用变化 ；S WA T模型 ；水源地 ；土壤侵蚀 中 图 法 分 类 号 ：S 1 5 7 文 献 标 志 码 ：A 健 康 的 水 源地 是 维持 城 市 生 存 和发 展 的必 要 条 件。然而 ， 随着水源地内人类活动的增强， 原有土地利 用 的组合 方式 发生 变化 ， 地表 土壤 受到 扰动 ， 导致 土壤 侵蚀的空间分布发生变化， 同时也增加 了土壤侵蚀 的 潜在风险。因此 ， 定量评价土地利用变化对土壤侵蚀 的影响 ， 可为水源地水源涵养林的保护 和恢复提供科 学依据和技术支撑 。本文利用 S WA T模型研究 云南 曲靖 市潇 湘水 源 地 1 9 8 6年 以来 3期 不 同土 地 利 用 方 式对土壤侵蚀 的定量影响 ， 以期为水源地 的水土流失 治理、 生态建设提供参考依据。 1 研究 区概况 潇湘水库是曲靖市重要的城市饮用水水源地 ， 是 以提供 城市 生活 用水 、 工 业 生 产 用 水 和 下游 农 田灌 溉 为主 ， 兼有防洪调节作用的中型水库。潇湘水源地集 水面积为 2 1 1 7 8 k m ， 总库容为 4 4 3 7万 m ， 属多年 调节水库。多年平均 降水量 8 3 8 7 mm， 平均径 流量 1 5 2亿 m ， 平均供 水量 为 3 0 0 5万 m 。潇湘水源地 属 亚热 带高 原 季 风 气 候 ， 多 年 平 均 气 温 1 4 5 ， 最 高 气温 3 5 7 ， 最低气 温 一6 2 C。水 源地土壤类 型以 红壤和紫色土为主。植被类型 以亚热带植被为主， 典 型植被 为 常绿 阔叶林 、 针 叶林 。水 源地 内主 要 农 作 物 有水稻、 玉米、 蔬菜、 洋芋、 小麦和蚕豆等 ， 耕作方式以 露地种 植方 式 为主 。 2 数据与方法 2 1 气象和水文数据 气象数据 选用 潇 湘水 源地 附近 沾益 站 1 9 9 8 2 0 0 9年逐 日气温 ( 最高 ， 最低) 、 降水 、 风速、 相对湿度 和 日照 时数 。驱动模 型 的露点 温度 由相 对湿度 和温 度 计算所得 ， 辐射数据由 日照时数推算得到 。同时， 本研究还选取潇湘水源地 内大海哨、 松溪坡、 响水街和 潇湘 雨量 站 1 9 9 8 2 0 0 9年 日降 水 观 测 资 料 。径 流 数 据选用潇湘水库坝上站 2 0 0 0 2 0 0 9年的月流量资料。 由于潇湘水库坝上站径流观测受水库取水 等人为影 响 ， 因此将其还原计算为天然径流量。 2 2 空间数据 2 2 1 DE M 数 据 S WA T模型用 D E M数据生成 流域 内河 网、 河长、 地形坡度和子流域等空间数据 。本研究 中选用 9 0 m分辨率 S R T M 数字高程模 型 ( D E M) 。原数据为地 收稿 日期 ： 2 0 1 4一 O 51 9 基金项 目： 水利部公 益性行 业科研 专项经费项 目( 2 0 1 0 0 1 0 5 8 ) 作者简介 ： 胡晓英 ， 女 ， 讲师， 硕士 ， 主要从 事水文水资源等相关研 究。Em a i l ： 1 3 7 2 8 3 1 3 1 5 q q c o m 通讯作者 ： 王 杰 ， 男， 高级 工程师 ， 博士 ， 主要从 事水文水资源等相关研 究。Em a i l ： w a n g j i e l z b a c e n 1 6 人 民 长 江 2 0 l 4年 好的适用性 ， 可用于土地利用变化下 土壤侵蚀模拟研 究 。 3 2 年 土壤侵蚀模数对 比 潇湘水 源地 3期土地利用 类型统计 表 明( 见 表 3 ) ： 对于耕地来说 ， 2 0 0 0年 比 1 9 8 6年减少 了 0 6 2 ， 而 2 0 0 9年 比2 0 0 0年增加了 2 4 4 4 。对于林地来说 ， 1 9 8 6年 为 4 4 2 9 ， 2 0 0 0年 为 4 4 2 6 ，2 0 0 9年 为 3 8 1 4 ， 1 9 8 6年与 2 0 0 0年差别不大 ， 2 0 0 9年 比 2 0 0 0 年和 1 9 8 6年减少了 6 左右。对于草地来说， 1 9 8 6与 2 0 0 0年相 差仅 为 0 6 6 ， 而 2 0 0 9年 比 2 0 0 0年和 1 9 8 6 年减少 了约 3 1 。3期 土地 利用 中的水体 面积 变化 不 大。未利 用 土 地所 占比例 从 1 9 8 6年 和 2 0 0 0年 的 0 5 增加 到 2 0 0 9年 的 1 2 7 6 。可见 ， 水 源 地 2 0 0 0 年和 1 9 8 6年土地利用类型相近 ， 与之相 比， 2 0 0 9年耕 地 和未利用 土 地大 幅 增 加 ， 草 地 和林 地 大 幅 减 少 。总 体来 看 ， 耕 地 、 林 地 和草地 是 主要土 地利 用方式 。 表 3 1 9 8 6一：2 0 0 9年 3期土地利用类型 占比 1 9 8 6 、 2 0 0 0年土地利用方式下潇湘水源地平均土 壤侵 蚀 模 数 分 别 为 9 6 3 t ( k m a ) 和 9 6 1 t ( k m a ) ， 土壤侵蚀程度为轻度 ， 这与 1 9 8 6年和 2 0 0 0年林地 和草地所 占比例高有关。2 0 0 9年土地利用利用方式 下潇湘水源地平均土壤侵蚀模数为 2 7 6 6 t ( k m a ) ， 侵蚀程度为 中度 ， 土壤侵蚀模 数明显高于 1 9 8 6年和 2 0 0 0年 。这 是 因为 ， 一 方 面林地 和 草 地具 有 减 轻水 土 流失、 固结土壤作用， 由于人类活动的破坏 ， 2 0 0 9年水 源 地林地 有所 减少 ， 且 草地 面积减 少为 零 ， 从 而造 成土 壤侵蚀的增加 ； 另一方面耕地受人为扰动 ， 对地表的固 结作用 比林地和草地弱 ， 这在一定程度上也造成了土 壤 侵蚀 的加 强 。 3 3土壤侵蚀 空间变化 表 4为 基 于 S WA T模 型 的 潇 湘 水 源 地 在 1 9 8 6 、 2 0 0 0和 2 0 0 9年土地利用方式下各子流域的土壤侵蚀 模拟结果。由表可以得 出以下结论。 ( 1 )1 9 8 6年土地利用方式下 ， 微度土壤侵蚀的子 流 域有 1 8个 ， 面积 为 5 3 5 9 k m ， 占水 源地 面积 比例 为 2 5 3 ， 主要 分布 于南部 、 中部 和西 北部 地 区。轻 度 土 壤侵蚀的子流域有 3 5个 ， 面积为 1 5 2 3 8 k m ， 占水源 地面积 比例为 7 1 9 5 ， 广泛分布 于水源地 的各个部 分 。中度 土壤侵 蚀 的子流 域有 2个 ， 面 积为 5 8 3 k m ， 占水源地面积 比例为 2 7 5 。1 7号子流域土壤侵蚀 模数 最 大 ， 为 3 1 5 3 t ( k m a ) ， 5 5号子 流域 土壤侵 蚀 模数 最 小 ， 为 1 1 6 8 t ( k m a ) 。这 是 因 为 ， 1 7号 子 流域 土地 利用 以耕 地为 主 ， 而 5 5号 子流域 土地 利用 类 型 以林地 和草 地 为主 。 表 4三期土地利用方式下各子流域土壤侵蚀模数 子流面积 侵蚀模数 1 ( k m B ) I 1 子流ii i t 侵蚀模数 t ( k m a ) 编号k m 1 9 8 6 年 2 0 0 0 年2 0 0 9 年 编号k m 1 9 8 6 年 2 0 0 0 年2 0 0 9 年 l 2 4 9 1 6 8 1 9 1 9 6 1 2 2 8 2 9 2 9 0 2 8 1 2 3 8 l l 2 1 3 7 5 7 2 2 8 8 2 2 3 5 4 2 2 2 9 3 4 7 0 6 3 0 0 3 1 2 9 0 9 2 9 0 9 2 0 4 5 3 4 6 2 1 7 7 8 4 1 6 4 3 5 l 6 1 3 3 l 9 0 6 1 3 2 0 1 2 6 4 2 4 3 3 6 4 1 1 7 1 3 4 6 l 2 7 9 3 8 5 8 3 2 1 8 8 5 5 4 8 5 2 4 1 9 1 6 5 6 0 4 1 0 8 4 6 l 1 o 9 1 4 o 4 6 3 3 2 4 1 3 0 6 8 2 9 11 6 9 7 0 6 0 9 8 7 3 9 3 9 8 4 4 6 2 3 4 2 1 1 2 1 3 6 2 1 4 3 1 4 7 6 7 0 2 3 4 3 4 3 4 1 7 8 5 9 2 3 5 3 5 5 2 8 0 9 2 8 1 4 8 6 6 8 1 7 4 1 9 2 9 8 l 7 9 6 2 4 8 7 5 3 6 2 0 5 2 2 8 5 2 3 3 6 l 3 0 9 3 3 0 9 2 7 0 1 4 6 7 6 3 9 4 3 7 8 5 5 9 3 0 4 8 9 5 6 3 6 5 8 1 0 4 7 7 3 2 6 9 3 1 8 5 1 0 8 2 3 8 3 7 5 l 7 1 0 2 1 6 0 0 3 l 8 5 3 l l 4 5 8 1 4 8 5 1 1 4 3 7 2 6 9 加 3 9 2 2 3 1 4 0 9 1 l 3 o o 2 6 1 2 1 2 2 4 3 5 0 1 7 4 9 8 0 2 6 0 l 4 0 I 3 3 1 4 3 7 8 1 3 2 4 2 3 6 8 9 l 3 2 8 7 1 7 1 7 8 1 7 5 2 5 5 9 8 3 4 1 8 6 2 6 1 7 4 6 2 0 4 2 1 l l 4 2 9 8 1 2 2 1 1 1 2 4 0 9 4 7 0 1 4 2 5 7 7 2 0 4 3 7 2 0 3 9 8 2 8 8 6 l 5 4 8 3 8 2 5 4 9 0 5 0 3 3 1 1 4 3 2 3 3 4 0 8 1 3 9 7 3 1 3 5 1 6 5 8 4 2 0 2 0 1 1 8 9 9 2 3 1 9 8 4 4 9 7 0 5 4 9 2 5 5 1 9 1 4 5 5 1 7 2 O 3 3 l 5 2 8 2 9 7 8 6 7 0 9 1 4 5 5 5 1 5 7 4 3 5 8 4 7 l 6 6 1 8 3 7 8 2 8 1 2 2 3 0 7 4 5 5 4 4 5 4 6 8 7 7 6 7 0 2 6 4 4 2 l 4 3 4 l 9 1 6 4 1 7 7 5 6 l 7 9 0 0