陕西省地处长江与黄河两大流域,总面积20.56万km²,地形复杂、土壤侵蚀类型多样,是我国水土流失最严重的省份之一。多年治理虽使水土流失呈现面积与强度“双下降”趋势,但截至2024年,全省仍有水土流失面积60 023 km²
[1],占国土总面积的29.19%,水土保持率为70.81%。根据美丽中国建设目标
[2],2035年全省水土保持率需达到75.62%,治理任务依然艰巨。2023年,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于加强新时代水土保持工作的意见》,明确要求“加快推进水土流失重点治理”,因此,识别治理重点区域、实现精准施策已成为当前陕西省水土保持工作的核心问题。
以流域为单元系统推进水土流失治理,统筹自然与经济社会要素间的关系,是我国生态建设实践中积累的成功经验
[3-4]。现有研究中,符素华等
[5]基于坡度-水土流失面积法识别三峡库区优先治理小流域;程冬兵等
[6]则从水土保持率提升潜力与土壤侵蚀控制度两方面构建治理优先度评价模型;也有部分学者基于坡度、植被覆盖度、土壤侵蚀等确定优先治理小流域
[7-8]。既有研究为小流域治理优先度的识别提供了理论基础,然而指标体系多偏重自然因子,缺乏对社会经济要素的系统整合。水土保持率作为关键治理成效指标,明确了治理程度的定量标准
[9];区域路网密度不仅反映交通可达性
[10],也直接影响治理措施的空间布局与实施条件。然而现有成果多未将此类指标纳入综合框架,制约了治理优先度评价的系统性与适用性。
本研究选取陕西省水土流失重点县——洛南县为典型案例。该县地处秦岭南麓,跨黄河、长江两大流域,属南水北调中线工程水源涵养区,生态地位重要。全县山高坡陡、高差显著,水土流失敏感性突出,2023年水土流失面积占土地总面积的37.79%
[11],显著高于全省平均水平,治理需求极为迫切。
综上所述,本研究遵循科学性与全面性原则,综合生态与社会经济维度,将降雨侵蚀力、坡度、植被覆盖度、土壤侵蚀强度、水土保持率、路网密度、建设用地占比等指标纳入评价体系,采用层次分析法
[12]与YAAHP软件确定权重,通过综合指数法计算小流域治理优先度,从而构建适用于陕西省小流域治理顺序判别的综合模型,以期为区域水土流失精准治理提供科学依据,并为类似地区提供方法参考。
1 研究区概况
洛南县位于陕西省东南部,商洛市东北部,地处东经109°44′10″—110°40′46″,北纬33°52′00″—34°25′58″,全县国土面积为2 833 km²。该县地跨黄河与长江两大流域,境内共分布248条小流域。地势总体呈现西北高、东南低的特点,最高海拔2 646 m,最低海拔670 m,最大高差达1 976 m。全县处于秦岭南麓山区,洛河自西向东流经中部,形成山峦起伏、河川交错、丘陵遍布的典型山地地貌,素有“八山一水一分田”之称。气候属暖温带大陆性季风气候,四季分明,气候温和,降水充沛,年均气温11.1 ℃,年均降水量760 mm(
图1)。
2 数据来源和研究方法
2.1 数据来源
本研究所采用的数据主要有DEM数据、行政区划数据、动态监测专题数据及小流域数据。其中,30 m分辨率DEM数据源自地理空间数据云(https:∥www.gscloud.cn),用于提取坡度信息;行政区划数据来源于民政部官方网站(https:∥zwfw.mca.gov.cn/);土壤侵蚀、植被覆盖、土地利用、交通、水土保持措施及水土保持率等动态监测专题数据均取自2024年陕西省水土保持动态监测数据库
[13];小流域边界数据基于陕西省水土保持小流域数据库获取。
2.2 指标选取与评价模型
(1) 指标选取与分级。水土保持是一项需要兼顾生态和社会经济发展的生态治理工作
[14-15],因此本文从生态和社会经济两个角度,依据指标的科学性、客观性、可获取性及可量化性,选取9个指标进行小流域治理优先度的研究。其中生态层面参考CSLE
[16-17]土壤侵蚀模型,选取降雨侵蚀力、植被覆盖度、坡度、土地利用类型、水保措施比例及土壤侵蚀强度6个因子,体现水土流失风险及治理的必要性,社会经济层面选取建设用地比例、路网密度、水土保持率3个因子,体现小流域经济发展水平、交通便利度及水土流失治理成效。
为减少不同量纲对结果的影响,本研究将评价指标分为5级,依次为高、较高、中、较低、低,分别赋值为9,7,5,3,1分,级别越高,赋值越高
[12]。降雨侵蚀力、水保措施比例、建设用地比例、路网密度、水土保持率采用自然断点法分类,其中,降雨侵蚀力越强,级别越高;路网密度为流域内道路总长度与流域面积的比例,表征流域内的交通便利程度,路网密度越高,级别越高;建设用地占比为建设用地面积与小流域面积的比例,表征小流域的经济发展程度,建设用地比例越大,级别越高;水土保持率为微度侵蚀占国土面积的比例,表征水土流失治理成效,水保率越低,级别越高。植被覆盖度参考动态监测分级标准分类,指标分级从高到低依次为高(≤0.3)、较高(0.3,0.45]、中(0.45,0.6]、较低(0.6,0.75]、低(>0.75);坡度分级参考相关研究
[13]、土壤侵蚀分级标准
[18]及水土保持法规定,重点对8°~25°的坡度分类,指标分级从高到低依次为高(15°,25°]、较高(8°,15°]、中(25°,35°]、较低(0°,8°]、低(>35°);土壤侵蚀强度参考土壤侵蚀分类分级标准进行分类,指标分级从高到低依次为高(剧烈侵蚀)、较高(极强烈侵蚀)、中(强烈侵蚀)、较低(中度侵蚀)、低(轻度侵蚀);土地利用类型依据水保工程实施的可行性、难易程度及人类活动影响大小,划分为5类,越易受到人类活动影响的地类等级越高,赋值越高,详见
表1。
(2) 设定指标权重。本研究基于YAAHP软件,通过专家打分法及参考相关文献
[12,19],基于层次分析法确定指标权重,指标权重反映对小流域治理优先度影响程度的大小,构建的判断矩阵一致性检验均小于0.1,通过了一致性检验。指标分级及权重详见
表1。计算得出生态权重为0.75,社会经济权重为0.25。
(3) 小流域水土流失治理优先度计算及等级划分。通过对各项优先度指标进行加权求和,计算得到洛南县10 m×10 m栅格单元的水土流失治理优先度综合指数。结合研究区实际情况,采用自然断点将综合指数划分为低、较低、中、较高和高5个级别。在此基础上,依据小流域内高优先等级占比划分小流域治理优先等级。
3 结果与分析
3.1 因子现状分析
影响小流域水土流失的因子众多,但最为根本且起主导作用的因子还是生态因子,主要包括土壤侵蚀强度、水保措施占比及土地利用类型,坡度、植被覆盖度及降雨强度,此外社会经济因子直接或间接影响着区域水土流失程度、治理意愿及治理成效,按权重大小依次为水土保持率、路网密度及建设用地占比。为了直观显示主要因子的影响大小,本研究主要选择权重较大的土壤侵蚀强度、水保措施占比、土地利用类型、水土保持率、路网密度及建设用地占比进行因子分析,其他因子结合小流域治理优先度进行说明。
2024年,洛南县水力侵蚀总面积占土地总面积的37.32%。从侵蚀强度等级来看,轻度侵蚀占主导地位,比例为70.49%;中度侵蚀次之,占22.53%;强烈、极强烈和剧烈侵蚀占比较小,分别为4.8%,1.76%和0.42%。从空间分布上看(
图2),轻度侵蚀广泛发生,中度和强烈侵蚀主要呈片状或条带状分布于县域北部和南部的丘陵地带;极强烈和剧烈侵蚀则零星出现在县域中部的河谷区域。
洛南县水土保持措施呈现“封育为主、梯田与造林为辅”的分布格局(
图3)。其中,封育措施占主导(97.56%),契合当地林地广布、山地为主的地貌特征;梯田集中分布于中部河谷及周边缓坡地带(1.72%),与该区域耕地分布和地形条件相一致;造林措施比例最小(0.72%),零星分布于北部和西部立地条件较好的缓坡区域,作为封育的补充,用于提升植被覆盖质量和生态功能。
洛南县土地利用结构以林地为主导(
图4),占总面积的81.9%,耕地与建设用地分别占11.52%和4.17%。建设用地以农村建设用地为主(占比71.46%),主要集聚于平原、河谷地带及邻近区域,同时沿道路和地势相对平缓的丘陵区呈零星分布。耕地则以旱地为主体(占比96.61%),集中分布于洛河沿岸及县内中部地势较为平坦的区域,在坡度较缓的坡地上也有零星垦殖。
2024年洛南县水土保持率为62.68%,低于全省水土保持率8.13个百分点,低于商洛市水土保持率17.73%。全县共划分248个小流域,其中高于全县平均水土保持率的小流域有126个,占比50.81%,主要分布于地势平坦的县中部河谷地带和秦岭南麓一带;水土保持率介于45%~62.68%的小流域有108个,占比43.55%,主要分布于河谷和秦岭南麓过渡地带的低山区域;水土保持率占比小于45%的小流域有14个,占比为5.65%,主要分布在县东北部的中低山区(
图5)。
高路网密度区域往往人类活动频繁,一方面反映出当地较强的经济实力与治理资源条件,有利于水土保持措施的实施;另一方面,也意味着该区域开发建设强度较大,容易引发新的水土流失风险。因此,将路网密度纳入治理优先度评价体系,不仅有助于识别既有侵蚀风险,还能够统筹考虑治理可行性与前瞻性规划需求。从空间分布来看(
图6),较高路网密度区域主要集中于县城及其周边平原-河谷地带,山区路段分布较为零星。具体而言,洛南县高路网密度区域主要沿以下交通干线分布:G344东灵线横穿县境南部,沿线城镇化水平较高,人类活动密集;G242国道纵贯中西部地区,途经多个重点乡镇,沿线开发与垦殖活动集中;S13与G40沪陕高速相互衔接,进一步促进了沿线城镇发展并带动密集的人类活动;此外,S101,X301等多条省道与县道共同构成区域路网骨架,显著增强了县域西部的交通可达性。这些主干道沿线区域人类干扰强烈、水土流失风险突出,但也因具备相对完善的交通基础设施和一定的经济支撑,从而成为水土流失治理的重点可行区域。
建设用地占比是表征人类活动与经济发展水平的关键指标。一方面,建设用地占比高的区域城镇化水平较高,人口和产业集中,地方政府财政与配套资金较为充足,具备更强水土流失治理能力。另一方面,该区域人类活动剧烈,有较大的侵蚀风险,因此,将建设用地占比纳入评价体系,既可识别人为侵蚀风险,也反映了治理的经济可行性。如
图7所示,洛南县建设用地高占比区域主要集中在县城及其周边河谷平原、主要城镇(如永丰镇、景村镇)和交通干线(G242,G344,S101等)沿线。这些区域地势平坦、交通便利,经济活动密集,工业化与城镇化程度较高。
3.2 小流域水土流失治理优先度分级与评价
本研究通过加权求和构建洛南县小流域治理优先度综合指数,其空间分布如
图8所示。综合指数在空间上呈现出明显的“L”型分布格局,整体表现为北部较低,西部与南部较高的特征。该分布模式与各项因子密切相关:西部及南部区域降雨侵蚀力相对较强、坡度较陡,同时人类活动频繁,建设用地比例和路网密度较高,土壤侵蚀风险与社会经济压力叠加,导致综合指数偏高;北部地区植被覆盖度较高,人类干扰相对较弱,水土保持状况较好,因此综合指数普遍较低。该结果反映了自然侵蚀环境与人类活动共同影响下的治理优先格局,说明综合指数不仅识别出生态本底脆弱区域,也响应了社会经济压力下的治理可行性,为差异化治理策略的制定提供了科学依据。
为进一步明确洛南县小流域治理优先度的空间分异,本研究绘制248个小流域的治理优先度等级分布图(
图9)。治理优先度被划分为5个等级,其中高等级小流域14个,较高等级40个,中等级28个,较低和低等级共计166个。从空间分布来看,治理优先度较高的14个小流域主要集中分布于县域西部、西北部以及南部洛河及其主要支流沿岸区域;而优先度较低的小流域则明显集聚于秦岭南麓一带。该分布特征与区域自然地理条件及人类活动强度高度吻合,进一步凸显治理迫切性与空间区位之间的密切联系。
从空间聚集特征来看,这14个高优先度小流域普遍呈现植被覆盖度较低、降雨侵蚀力较强的环境特点。土地利用类型以易受人类扰动的旱地(37.68%)、林地(39.47%)和建设用地(17.60%)为主,坡度介于6.8°~21.31°,整体地形较为平缓,路网密度较大,见
表2。该区域水土保持率介于63.53%~83.35%,平均值为74.62%,但仍面临明显的水土流失问题,中度以上侵蚀面积平均占比达44.51%,反映出较高侵蚀风险与治理紧迫性并存的状况。
该区域治理优先度较高,主要源于两方面因素:一是较低植被覆盖与较强降雨侵蚀力共同加剧了自然侵蚀风险;二是较高路网密度与建设用地比例不仅提高了人类活动干扰强度,也同时增强了治理实施的可行性。自然风险与人类活动因素的叠加,使得该类小流域成为当前亟需重点治理的区域。
优先度等级处于中高的40个小流域,其坡度介于12.69°~36.19°,平均坡度为23.31°,见
表3。土地利用类型以林地(67.59%)和旱地(18.85%)为主,建设用地占比为8.32%,路网密度较大。该区域平均水土保持率为62.21%,略低于2024年洛南县整体水土保持率(62.68%)0.47个百分点,中度以上水土流失面积平均占比达37.52%。从特征分析来看,该区域坡度适中但仍具有一定水土流失风险,林地和旱地占比较高表明农业生产与生态功能并存,建设用地和路网密度反映人类活动影响较为显著。虽然水土保持率接近全县平均水平,但中度以上流失比例仍然较高,说明自然本底条件与人为干扰共同导致该区域面临持续的侵蚀压力。
洛南县优先度等级处于中低水平的小流域共计166个,平均坡度达30.93°,地形较陡。该类区域以高植被覆盖的有林地为主,水土保持措施以封育占主导,路网密度较低。其平均水土保持率为61.74%,较2024年全县均值低0.94个百分点,治理优先度总体较低。
从区域特征来看,该类小流域虽坡度较陡,但植被状况良好,生态系统具备较强的自然恢复能力,加之人类活动干扰较小,当前实施的封育措施与其自然本底相适应。水土保持率略低于全县水平,表明仍具备一定的生态提升潜力,但受自然地形与植被条件的限制,治理需求并不突出。因此,在今后的治理工作中,建议坚持以自然恢复为主、人工措施为辅的方向,重点加强生态保护与动态监测,严格控制人为干扰,可在适当地段实施林分结构优化,逐步提升植被的水土保持功能。
4 讨 论
本研究通过构建融合自然与社会经济因子的评价体系,基于层次分析法与综合指数模型,识别出洛南县14个水土流失治理高优先度小流域,其空间分布与路网密集区、建设用地扩展区及河谷农业种植区高度吻合。该结果验证了综合考虑生态本底与人类活动因子的必要性,表明治理优先度不仅取决于自然侵蚀风险,也与区域治理可行性密切相关。与郝惠莉等
[20]研究中2025年可治理区域的分布格局相比,本研究结果呈现出较高一致性,进一步佐证了评价模型的科学性和可靠性。然而,治理实践的成功实施不仅依赖于科学识别,更受到多重现实条件的约束。国家水土保持政策导向、年度财政资金规模、地方实施能力与管理效率等因素,均可能影响治理措施落地的方式与进度。因此,在实际决策过程中,需将本评价结果与相关政策、资金来源和工程可行性进行专题对接与综合论证,以提高治理规划的可操作性和适应性。
另外,本文只选取一年的数据进行研究,缺乏年际间水保治理效果对比分析,下一步的研究中,也将继续完善,增加优先治理区域的实际治理成果及治理效益分析,使科学研究和实际决策互为佐证,进一步提升研究的科学性和实践性。尽管存在上述局限,本研究提出的“自然-经济”综合评价框架仍具有较强的理论意义和推广价值。尤其对于陕南乃至秦巴山区的其他县域,在自然本底条件相似、人类活动驱动机制类同的背景下,该模型可为区域水土流失系统治理和差异化施策提供方法借鉴与决策支持。
5 结 论
(1) 洛南县治理优先度较高的小流域共有14个,空间上主要分布于洛河西部沿岸、西北部支流麻坪河与石门河流域,以及南部沙河周边区域。这些区域普遍具有低植被覆盖、高降雨侵蚀力、缓坡陡坡交错并存的特点,土地利用以旱地、建设用地和受人为干扰林地为主,路网密集、人类活动频繁,水土流失以中强度为主,治理优先级最高。
(2) 治理优先度较高的区域往往与高路网密度和建设用地集中区存在显著空间耦合,反映出人类活动是驱动水土流失的重要因子。与此同时,该类地区也因具备一定的经济基础与治理条件,成为实施高效治理的可行区域。相反,优先度较低的小流域多位于秦岭南麓高坡度、高植被覆盖区域,水土保持率相对稳定,应以生态封育和自然恢复为主。
(3) 全县水土保持率整体偏低(62.68%),且近半数小流域低于县均值,表明水土流失治理仍面临较大压力。差异化的治理策略尤为关键:高优先度区域应推进工程与生物措施相结合的重点治理;中低优先度区域则以封育管护为主,辅助以林分优化和生态监测,避免过度人为干预。