第４４卷第４期 人 民 长 江 Ｖｏ１．４４．Ｎｏ．４ ２ ０ １ ３年２月 Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｆｅｂ．。２０１３ 文章编号：１００１—４１７９（２０１３）０４—００７７—０４ 昆明市松华坝水源区土壤侵蚀研究 王 杰 ，黄 英 ，黄松柏 ，朱 俊 （１．云南省水利水电科学研究院，云南昆明６５０２２８； ２．云南省水文水资源局，云南昆明６５０２２８） 摘要：为研究土地利用变化和气象条件变化对云南省昆明市松华坝水源区土壤侵蚀的影响，基于ＳＷＡＴ模 型，采用１９８６—２００９年４期土地利用和昆明市１９９３～２００９年气象数据，对变化环境下松华坝水源区牧羊河 流域的土壤侵蚀变化情况进行了研究。结果表明，与１９８６年相比，１９９５年水源区林地面积增加，耕地面积减 少，土壤侵蚀模数减少；２００９年，林草面积减幅较大，耕地面积又大幅增加，导致土壤侵蚀模数相对１９８６，１９９５ 年和２０００年分别增加了１．８２，２．７０倍和１．９１倍；当降水增加１０％时，土壤侵蚀模数变化较大。这一结果可 为制定变化环境下松华坝水源地的水保对策提供科学依据。 关 键 词：变化环境；土壤侵蚀；水源区；松华坝 中图法分类号：Ｓ１５７ 文献标志码：Ａ 土壤侵蚀是土地退化的主要因素，由此造成土壤 异 。其结果可为制定变化条件下水土保持对策 肥力下降、生态环境恶化，还会造成调蓄湖泊及库塘的 提供科学依据。 泥沙淤积，导致湖库的防洪、灌溉等功能降低，在很大 程度上制约着社会经济的可持续发展¨ 。不同的土 １研究区概况 地利用方式对土壤侵蚀的发育有着不同的影响，土地 松华坝水源区属长江上游金沙江水系，水源区集 利用的变化直接影响着土壤侵蚀强度的变化 。 水面积６２９．８ ｋｍ 。冷水河、牧羊河及其支流和龙潭 松华坝水源区是昆明市主城区主要的水源地，松 构成了水源区水系的基本形态。牧羊河和冷水河以梁 华坝水库Ｅｔ均供水量高达４５万ｍ ，占昆明城区日供 王山为分水岭，在寺山和狮子山之间汇合注入松华坝 水量的５０％以上，因此松华坝水库的供水安全，直接 水库。牧羊河流域（图１）中和水文站控制集水面积 关系到昆明城市饮水安全及社会稳定。近年来，尽管 ３５７ ｋｍ 。研究区海拔１ ９９８～２ ７６９ ｍ。年均降水量 水源区民众积极响应退耕还林，但相应的生态补 １ ０３０．５ ｍｍ，５～１０月降水量８７２．６ ｍｍ。研究区多年 偿措施未能落实到位，迫于生计，山区、半山区开垦种 平均输沙量为３４ ６１０．７４ ｔ，占年输沙量的９６．５％。 植坡耕地，导致水源区坡耕地所占比例较高，水源区土 地利用发生变化，最终导致土壤侵蚀的方式和强度发 ２ 数据 生变化 。另外，受气候变化大背景的影响，云南极 端天气频发。降水发生变化对土壤侵蚀的影响也是制 ２．１水文气象数据 定应对变化环境对策时要密切关注的问题。因此，研 驱动模型所需要的气象数据采用昆明市１９５１～ 究土地利用变化和气象条件变化对松华坝水源区土壤 ２００９年逐日数据，另选用松华坝水源区内中和站１９９７ 侵蚀的影响具有重要的理论和实践意义。 —２００９年和白邑站１９９３～２００９年Ｅｔ降水资料；径流 本文基于ＳＷＡＴ模型，讨论了降水变化和土地利 选用中和站１９９３—２００９年月观测值；泥沙选用中和站 用变化环境下松华坝水源区土壤侵蚀的空间差 １９９３～２００９年观测资料。 收稿日期：２０１２—１１—１９ 基金项目：水利部公益性行业专项经费项目（２０１００１０５８，２０１１０１０４２） 作者简介：王 杰，男，博士，研究方向为水文水资源及遥感等。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｉｉｅ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｅｎ ７８ ２．２空间信息数据 于０．７５，泥沙模拟的效率系数ⅣＥ大于０．５０，相对误 差小于１５％，可见构建的模型在该流域具有较好的适 ＤＥＭ选用９０ ｍ分辨率ＳＲＴＭ数据；土地利用数 据来自中国科学院１９８６，１９９５，２０００年Ｌａｎｄｓａｔ卫星解 译的全国土地利用数据，然后用牧羊河流域边界切割 得到研究区３个时期的土地利用数据，２００９年土地利 用Ａｌｏｓ遥感影像解译，并在外业现场进行验证，其误 差在一个象元之内；土壤数据来源于中国科学院资源 环境数据中心提供的第２次全国土壤普查１：１００万数 据。利用地形数据、土地利用数据和土壤数据在 ＳＷＡＴ水文模型下对牧羊河中和站集水区进行子流域 划分，得到研究区２９个子流域（图１）。 气象站 水文站 村镇 ：子流域边界 河流 ２７９８ 程 图１研究区水系及地形示意 ３ 结果与分析 ３．１模型参数率定与验证 选用与径流相关的１８个模型参数，首先进行参数 敏感性分析，对排在前１０位的参数ＡＬＰＨＡ—ＢＦ、ＣＮ２、 ＧＷＱＭＮ ＳＯＬ．—ＡＷＣ ＥＳＣＯ ＣＡＮＭＸ、ＲＥＶＡＰＭＮ ＢＬＡＩ、ＳＯＬ—Ｋ和ＣＨ—Ｋ２用中和站１９９３～２００１年的月 径流数据与ＳＵＦＩ２法对构建的模型进行参数率 定¨ ” 。然后，选用２００２～２００９年月径流数据对率 定的模型参数进行验证，结果见图２。另外选用与土 壤侵蚀相关的模型参数ＳＰＣＯＮ、ＳＰＥＸＰ、ＣＨ—ＥＲＯＤ、 ＣＨ—ＣＯＶ、ＰＲＦ、ＵＳＬＥ—Ｐ和ＵＳＬＥ—Ｋ，用１９９３～２００１年 输沙量进行参数率定，并用２００２～２００９年输沙量进行 模型参数验证，结果见表１。 从图２中可以看出，在参数率定期，干季的模拟效 果总体好于雨季，另率定期效率系数ⅣＥ和相关系数 分别为０．７７，０．８３。验证结果表明：在干季模拟的 径流与实测值较接近，模拟的径流值偏大于实测值 ９．２％，ⅣＥ为０．７９，Ｒ 为０．８０。 从表１中可以看出，在参数率定期和验证期，模拟 的数值均偏小于实测值，但其误差小于等于１４％，Ｊ７、ｒ 和尺 均大于０．６０。总体来说，牧羊河流域模拟的误差 在±１０％以内，ⅣＥ在模型参数率定期和验证期均大 用性 。 时间／（年一月） （ａ）参数率定 ｇ鲁詈ｇ蓦害ｇ誉兽ｇ誉８ ｇ鲁害 昌雷ｇ昌８ ｎ∞∽ 。＿ｃ＿ ０ ∞ＯＯ∞ ８ ｇ昌８ ８ ８ ｇ ｇ ８宕ｇ ｇ ８ ８ ｇ昌８ ８ ８ ｇ ｇ Ｎ ＣＸＩ 时间／（年一月） （ｂ）参数验证 图２牧羊河径流模拟率定与验证 表１ 中和站泥沙模拟与验证 ３．２ 土地利用方式对土壤侵蚀的影晌 １９８６～２００９年，土地利用类型及变化表明（表 ２），松华坝水源区牧羊河小流域主要土地利用类型为 林地和农田。牧羊河流域不同时期土地利用方式变化 与区内人类活动程度密切相关。随着生活需求的不断 提高，２０００年以来，高收益、高投入的蔬菜和花卉种植 面积大量增加，至２００５年底，种植面积达３７．９９ ｋｍ ， 且大部分位于牧羊河沿岸。部分地区仍以薪柴为燃 料，森林资源受到一定破坏。 对１９８６～２００９年不同土地利用方式，用ＳＷＡＴ模 型分析了松华坝水源区牧羊河小流域土壤侵蚀模数 （图３）。结果表明，在１９８６年土地利用方式下，牧羊 河流域土壤侵蚀模数均值为７２２ ｔ／（ｋｍ ・ａ），微度侵 蚀的子流域有ｌ７个，面积为２１４．９５ ｋｍ ；轻度侵蚀的 子流域有ｌ０个，面积为１０１．１８ ｋｍ ；中度侵蚀的子流 域有２个，面积为３０．２ｋｍ 。可见在该土地利用方式 下，土壤侵蚀以微度和轻度为主。 １９９５年，尽管草地面积减少了６．８９ ｋｍ ，但林地 面积增加了２２．８５ ｋｍ ，农田减少了１ ０．２８ ｋｍ ，土地 ８０ 人 民 长 江 ２０１３丘 加导致的水土流失，任重而道远。然而，就现有的土地 利用方式本身而言，应对降水增加引起的土壤侵蚀显 得比较脆弱。 估算［Ｊ］．自然资源学报，２０１０，２５（１２）：２１５４—２１６４． ［３］ 余丹，孙丽娜，于俊峰，等．基于ＳＷＡＴ的猫跳河流域径流及土壤 侵蚀模拟研究［Ｊ］．中国农学通报，２０１２，２８（１７）：２５６—２６１． ［４］ 丁文荣，周跃，曾和平．龙川江流域土地利用方式与土壤侵蚀关联 ４结语 本文以１９８６—２００９年４期土地利用和降水、气温 变化为基础，基于ＳＷＡＴ水文模型研究了变化条件下 松华坝水源地牧羊河小流域土壤侵蚀的变化情况，其 主要结果如下。 （１）松华坝水源区牧羊河小流域主要土地利用类 型为林地和农田。１９８６～２００９年，林地和草地面积呈 减少趋势，居民用地变化不大，农田面积表现出增加趋 势。 分析［Ｊ］．人民长江，２００９，４０（７）：３３—３５． ［５］ 刘洋，王桂晨．岷江源头植被景观与土壤侵蚀强度相关性研究 ［Ｊ］．人民长江，２００８，３９（１２）：２５—２７． ［６］ 王思远，王光谦，陈志祥．黄河流域土地利用与土壤侵蚀的耦合 关系［Ｊ］．自然灾害学报，２００５，１４（１）：３２—３７． ［７］ Ａｒｎｏｌｄ Ｊ Ｇ，Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ Ｒ，Ｍｕｔｔｉａｈ Ｒ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（Ｐａｒｔ Ｉ）：Ｍｏｄｅｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，１９９８，３４（１）：７３—８９． ．［８］Ｎｅｉｔｓｃｈ Ｓ Ｌ，Ａｒｎｏｌｄ Ｊ Ｇ，Ｋｉｎｉｒｙ Ｊ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｓｏｉｌ Ｗａｔｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｔｏｏｌ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ，Ｖｅｒｓｉｏｎ［Ｒ］．［ｓ，１］：Ｇｒａｓｓｌａｎｄ，Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｅｒｖｉｃｅ， ２００５． （２）随着水源区经济社会的发展，原有的林草地 被开垦为耕地，不仅破坏植被覆盖，而且扰动土体，破 坏土壤结构，最终加剧土壤侵蚀，导致牧羊河小流域土 壤侵蚀由轻微度为主变为中、轻度侵蚀为主，而且中度 侵蚀面积增加的比例远大于轻度侵蚀面积增加的比 例。 ［９］Ａｒｎｏｌｄ Ｊ Ｇ，Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｊ Ｒ，Ｎｉｃｋｓ Ａ Ｄ，ｅｔ ａ１．ＳＷＲＲＢ：Ａ ｂａｓｉｎ ｓｃａｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［Ｍ］．Ｔｅｘ－ ａｓ：Ａ＆Ｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ．１９９０． ［１Ｏ］ Ａｒｎｏｌｄ Ｊ Ｇ，Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｊ Ｒ，Ｍａｉｄｍｅｎｔ Ｄ Ｒ．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ—ｔｉｍｅ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ—ｒｏｕｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｂａｓｉｎｓ［Ｊ］，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｙ－ ｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ—ＡＳＣＥ，１９９５，１２１（２）：１７１—１８３． ［１１］Ｒｏｕｈｏｌａｈｎｅｊａｄ，Ｅ．，Ｋ．ｃ．Ａｂｂａｓｐｏｕｒ，Ｍ．Ｖｅｊｄａｎｉ，ｅｔ ａ１．Ｐａｒａｌｌｅｌ－ ｉｚｉｎｇ ＳＷＡＴ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｗｉｎｄｏｗｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕＦＩ２ ｐｒｏｇｒａｍ［Ｊ］． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２０１２，（３１）：２８—３６． （３）当气温不变，降水增加１０％时，在现有土地 利用方式下，松华坝水源区水土流失比较严重，就现有 的土地利用方式而言，水源区应对降水增加引起的土 壤侵蚀能力显得比较脆弱。 参考文献： ［１］ 龙，谢永生，张应龙，等．京津水源区小流域土壤侵蚀空间模 ［１２］ Ｊｉｎｇ Ｙａｎｇ，Ｐｅｔｅｒ Ｒｅｉｃｈｅｒｔ，Ｋ．Ｃ．Ａｂｂａｓｐｏｕｒ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｕｎｃｅｒ－ ｔａｉｎｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ａ ＳＷＡＴ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｈａｏｈｅ Ｂａ－ ｓｉｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，２００８，３５８（１—２）：１—２３． ［１３］ 庞靖鹏，刘昌明，徐宗学．基于ＳＷＡＴ模型的径流与土壤侵蚀过 程模拟［Ｊ］．中国水土保持，２００７，１４（６）：８８—９３． （编辑：朱晓红） 拟［Ｊ］．生态学杂志，２０１１，３０（８）：１７０３—１７１１． ｆ２］ 潘美慧。伍永秋．任斐鹏，等．基于ＵＳＬＥ的东江流域土壤侵蚀量 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ａｒｅａ ｏｆ Ｓｏｎｇｈｕａｂａ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｎ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｃｉｔｙ ＷＡＮＧ Ｊｉｅ ，ＨＵＡＮＧ ｒｉｎｇ ，ＨＵＡＮＧ Ｓｏｎｇｂａｉ ，ＺＨＵ Ｊｕｎ （１．Ｙｕｎｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２８，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｙｕｎｎａｎ Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｂｕｒｅａｕ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｎ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ａｒｅａ ｏｆ Ｓｏｎｇｈｕａｂａ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｎ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｃｉｔｙ，ｌａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｉｎ ４ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １ ９８６ ｔｏ ２００９ ａｎｄ ｍｅｔｅｏｒｏ— ｌｏｇｉｃａｌ ｄａｔａ ｏｆ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ １９９３ ｔｏ ２００９ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ Ｍｕｙａｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ａｒｅａ ｏｆ Ｓｏｎｇｈｕａｈａ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＳＷＡＴ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ ａｒｅａ ｉｎ— ｃｒｅａｓｅｄ，ｂｕｔ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｒｅａ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ １９９５ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｉｎ １９８６．Ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ａｒｅａ ｄｅ・ ｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｒｅａ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｏｔｈ ｉｎ ｌａｒｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｉｎ ２００９，ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ ａｔ １．８２，２．７０ ａｎｄ １．９１ ｔｉｍｅｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｉｎ １９８６，１９９５ ａｎｄ ２０００．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ １０％，ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ ｃｈａｎｇｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｈａｎｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ；ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ａｒｅａ；Ｓｏｎｇｈｕａｂａ
