皇甫川流域水土保持動態(tài)監(jiān)測研究

1、【水土保持】皇甫川流域水土保持動態(tài)監(jiān)測研究王鴻斌１，翟然２，劉曉靜１，劉海燕１（１黃河水利委員會西峰水土保持科學試驗站，甘肅慶陽７４５０００；２河海大學地球科學與工程學院，江蘇南京２１００９８）摘要：以皇甫川流域為研究區(qū)域，基于不同時期的數(shù)字航攝影像，運用ＡｒｃＧＩＳ軟件，通過目視解譯和綜合判定分別提?。玻埃埃赌?、２０１１年水土保持措施、植被覆蓋度和土壤侵蝕數(shù)據(jù)，確定其轉(zhuǎn)移矩陣，分析皇甫川流域水土保持措施、植被覆蓋度及土壤侵蝕強度動態(tài)變

2、化情況。結(jié)果表明：５ａ來，皇甫川流域水土保持措施凈變化量為７８ｋｍ２，占流域總面積的２４０％，變化順序為未成林＞灌木＞溝臺地＞喬木林；各級植被覆蓋度凈變化面積為３３ｋｍ２，占流域總面積的１０２％，變化順序為低覆蓋＞中低覆蓋＞中覆蓋；各級土壤侵蝕強度凈變化面積為６０ｋｍ２，占流域總面積的１８５％，溝蝕變化較小，面蝕變化順序為中度＞強烈＞微度＞輕度＞極強烈＞劇烈。關鍵詞：水土保持；遙感；地理信息系統(tǒng)；轉(zhuǎn)移矩陣；皇甫川流域中圖分類號：Ｓ１５７

3、文獻標志碼：Ａｄｏｉ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１０００１３７９２０１４０９０３０ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＤｙｎａｍｉｃＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＨｕａｎｇｆｕｃｈｕａｎＶａｌｌｅｙＷＡＮＧＨｏｎｇｂｉｎ１，ＺＨＡＩＲａｎ２，ＬＩＵＸｉａｏｊｉｎｇ１，ＬＩＵＨａｉｙａｎ１（１ＸｉｆｅｎｇＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳｔａｔｉｏ

4、ｎｏｆＹＲＣＣ，Ｑｉｎｇｙａｎｇ７４５０００，Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇＨｕａｎｇｆｕｈｕａｎｂａｓｉｎａｓｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ，ｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｅｒｉｏｄｓｏｆｄｉｇｉｔａｌａｅｒｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ，ｕｓｉｎｇＡｒｃＧＩＳｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｒ

5、ｏｕｇｈｖｉｓｕａｌｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｊｕｄｇｍｅｎｔ，ｉｔｅｘｔｒａｃｔｅｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｓｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒａｇｅａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｄａｔａｉｎ２００６ａｎｄ２０１１ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｉｔｓｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇ

6、ｅｏｆｔｈｅｓｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓ，ｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒａｇｅａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｎＨｕａｎｇｆｕｃｈｕａｎｂａｓｉｎＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｎｆｉｖｅｙｅａｒｓ，ｉｎＨｕａｎｇｆｕｃｈｕａｎｂａｓｉｎ，ｔｈｅｎｅｔｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｉｓ７８ｋｍ２，ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ

7、ｆｏｒ２４％ｏｆｔｈｅｔｏｔａｌａｒｅａｏｆｔｈｅｂａｓｉｎ，ｃｈａｎｇｅｏｒｄｅｒｉｓｆｏｒｅｓｔ＞ｓｈｒｕｂ＞ｄｉｔｃｈｔｅｒｒａｃｅ＞ａｒｂｏｒ；Ｔｈｅｎｅｔｃｈａｎｇｅｉｎｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒａｇｅｉｓ３３ｋｍ２，ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒ１０％ｏｆｔｈｅｔｏｔａｌａｒｅａｏｆｔｈｅｂａｓｉｎ，ｃｈａｎｇｅｏｒｄｅｒｉｓｌｏｗｃｏｖｅｒａｇｅ＞ｍｅｄｉｕｍａｎｄｌｏｗｃｏｖｅｒａｇｅ＞ｍｅｄｉｕｍｃｏｖｅｒａｇｅ；Ｎｅ

8、ｔｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓ６０ｋｍ２，ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒ１８５％ｏｆｔｈｅｔｏｔａｌａｒｅａｏｆｔｈｅｂａｓｉｎ，ｔｈｅｇｕｌｌｙｅｒｏｓｉｏｎｃｈａｎｇｅｉｓｓｍａｌｌｅｒ，ｓｕｒｆａｃｅｅｒｏｓｉｏｎｃｈａｎｇｅｏｒｄｅｒｉｓｍｏｄｅｒａｔｅ＞ｓｔｒｏｎｇ＞ｍｉｃｒｏｄｅｇｒｅｅｓ＞ｍｉｌｄ＞ｖｅｒｙｓｔｒｏｎｇ＞ｉｎｔｅｎｓｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒ

9、ｖａｔｉｏｎ；ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ；ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘ；Ｈｕａｎｇｆｕｃｈｕａｎｂａｓｉｎ黃河中游多沙粗沙區(qū)面積為７８６萬ｋｍ２，僅占黃河流域總面積的１１％，而多年平均輸沙量卻占全河輸沙總量的６３％，粗沙量占７３％，水土流失極為嚴重，造成黃河下游河床嚴重淤積。其中粗泥沙集中來源區(qū)面積１８８萬ｋｍ２，多年平均入黃粗沙量占多沙粗沙區(qū)入黃總粗沙量的６８５％。由于多沙粗沙區(qū)

10、涉及范圍廣，自然社會條件及水土流失情況極為復雜，全面開展動態(tài)監(jiān)測的任務重、難度大，有不少關鍵性的技術問題仍然需要通過試驗和研究予以探索和解決。因此，在多沙粗沙區(qū)尤其是粗泥沙集中來源區(qū)先期選擇有工作基礎和代表性的重點支流皇甫川流域，建立水土保持動態(tài)監(jiān)測體系并開展監(jiān)測工作，為實現(xiàn)多沙粗沙區(qū)全面監(jiān)測、建立水土流失預測預報與水土保持評價模型探索技術方法，是十分必要的。研究不同水土保持措施土壤流失特征一般采用徑流小區(qū)法。王本賢等通過野外徑流觀測和

11、有機質(zhì)流失測定研究了蘇南丘陵區(qū)不同土地利用狀況的蓄水保土功能［１］；李洪勛利用徑流小區(qū)法研究了不同耕作措施對土壤侵蝕的影響［２］。近年來，ＲＳ和ＧＩＳ技術已經(jīng)成為探討土地利用格局演變、揭示其空間變化規(guī)律的強有力的分析手段［３］。目前國際上采用的方法主要是，在ＧＩＳ或ＲＳ技術支持下，通過對不同時期遙感影像或土地利用圖進行空間疊加運算，求出各時期土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣［４－５］，分析其變化。本研究利用皇甫川流域不同時期的地形圖數(shù)據(jù)和匹配糾正

12、的數(shù)字航攝遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)過水土保持措施、植被覆蓋度解譯后，在ＡｒｃＧＩＳ軟件支持下，綜合判定土壤侵蝕強度，并利用轉(zhuǎn)移矩陣定量分析流域內(nèi)水土保持措施、植被覆蓋度及土壤侵蝕強度變化趨勢，以期為皇甫川流域水土保持綜合治理提供科學依據(jù)。收稿日期：２０１４０２２５作者簡介：王鴻斌（１９６８—），男，甘肅慶陽人，高級工程師，主要從事水土保持監(jiān)測及科學研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｘｆｗｈｂ２００８＠１６３ｃｏｍ２９第３６卷第９期人民黃河Ｖｏｌ３６，Ｎｏ９２

13、０１４年９月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＳｅｐ，２０１４３結(jié)果與分析３１水土保持措施動態(tài)變化表５是皇甫川流域２００６—２０１１年水土保持措施變化情況。由表５可知，各類措施中未成林面積變化最大，其總變化量為９１ｋｍ２，占流域總面積的２８０％。２００６—２０１１年，隨著退耕還林還草政策的實施和當?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，有８ｋｍ２的溝臺地實施了退耕還林，有５７ｋｍ２其他地類進行了治理，對１３ｋｍ２覆蓋度低于４５％的灌木林進行了進一步治理。同時，２００６年

14、的１３ｋｍ２未成林到２０１１年轉(zhuǎn)換為喬木林和灌木林，說明未成林長勢良好，達到了喬木或灌木的標準。其次是灌木林面積，其總變化量為５８ｋｍ２，占流域總面積的１７９％，其中２０１１年新增２３ｋｍ２，２００６年的３５ｋｍ２灌木林轉(zhuǎn)換為其他地類，灌木林凈變化量為減少了１２ｋｍ２。２００６—２０１１年，隨著未成林的茁壯成長，有１１ｋｍ２未成林轉(zhuǎn)換為灌木林，對１２ｋｍ２其他地類進行了治理。表５皇甫川流域２００６—２０１１年水土保持措施變化ｋｍ２措施類

15、型新增量減少量總變化量交換變化量凈變化量梯田８０８０８壩地０００００溝臺地５１２１７１０－７喬木林１１８１９１６３灌木林２３３５５８４６－１２未成林７８１３９１２６６５人工草地０００００天然草地２０２０２果園０００００其他２９８８１１７５８－５９注：其他是指居民及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、沙地、裸地、植被覆蓋度為中低、低的天然荒草地。３２植被覆蓋度動態(tài)變化表６為皇甫川流域２００６—２０１１年植被覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣。２００６

16、—２０１１年各級植被覆蓋度總變化量為１５５ｋｍ２，交換變化量為１２２ｋｍ２，凈變化量為３３ｋｍ２。表６皇甫川流域２００６—２０１１年植被覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣ｋｍ２蓋度分級高覆蓋中高覆蓋中覆蓋中低覆蓋低覆蓋裸地耕地其他高覆蓋３０００００００中高覆蓋０１４００００００中覆蓋００１０００４０１２中低覆蓋００５２８６１３１３３低覆蓋００５２５２０７２５１１１８裸地０００１１２７９１３耕地００１２２７０３８８５其他０００２００５１４９注：其他是指居民及

17、工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地。表７為２００６—２０１１年各級植被覆蓋度變化情況。由表６、表７可以看出，低覆蓋面積變化最大，其總變化量為１２０ｋｍ２，其中新增５６ｋｍ２、有６４ｋｍ２低覆蓋轉(zhuǎn)化為其他地類，低覆蓋面積凈變化量為２０１１年較２００６年減少了８ｋｍ２。植被覆蓋度的變化與當?shù)貙嵤┑乃帘３猪椖?、退耕還林還草政策和生態(tài)自然修復等措施有關。２００６—２０１１年，有２７ｋｍ２耕地退耕種植幼林，為低覆蓋；有１３ｋｍ２的中低覆

18、蓋受自然及人為因素影響變?yōu)榈透采w；有４ｋｍ２的中覆蓋變?yōu)榈透采w，一般分布在高速公路或一級公路兩側(cè)。其次是中低覆蓋面積，其總變化量為５５ｋｍ２，占流域總面積的１６９％，其中新增３０ｋｍ２、有２５ｋｍ２中低覆蓋轉(zhuǎn)化為其他地類，中低覆蓋凈變化量為２０１１年較２００６年增加了５ｋｍ２。２００６—２０１１年，有２５ｋｍ２的低覆蓋林草提高到中低覆蓋，有５ｋｍ２中低覆蓋轉(zhuǎn)變?yōu)橹懈采w。表７皇甫川流域２００６—２０１１年植被覆蓋度變化ｋｍ２覆蓋分級新增量

19、減少量總變化量交換變化量凈變化量高覆蓋０００００中高覆蓋０００００中覆蓋１１７１８１４４中低覆蓋３０２５５５５０５低覆蓋５６６４１２０１１２－８裸地６１７２３１２－１１耕地２１３５５６４２－１４其他３１７３８１４２４３３土壤侵蝕強度動態(tài)變化表８是皇甫川流域２００６—２０１１年土壤侵蝕轉(zhuǎn)移矩陣。２００６—２０１１年各級土壤侵蝕強度變化總面積為４３３ｋｍ２，交換變化量為３７３ｋｍ２，凈變化量為６０ｋｍ２。表８皇甫川流域２００６—２０１１年土

20、壤侵蝕轉(zhuǎn)移矩陣ｋｍ２侵蝕類型與分級面蝕微度輕度中度強烈極強烈劇烈溝蝕微度輕度中度強烈極強烈劇烈面蝕微度２８４２５５２３２０００００００輕度２２８６２５１１１００００００中度５８２４４４２２７１２５００００００強烈３５２４３１３１１４４００００００極強烈１３１８１６２１７３００００００劇烈３０３５１２３４００００００溝蝕微度００００００９６０００２３輕度００００００００００００中度００００００００６０００強烈０００００００００３５００極強

21、烈００００００１０１１３２８０劇烈００００００２０００３１１５４表９是皇甫川流域２００６—２０１１年土壤侵蝕變化情況，從中可以看出，溝蝕變化很小，微度和劇烈較２００６年各減少２ｋｍ２，中度、強烈和極強烈侵蝕分別增加了１、１、２ｋｍ２，輕度侵蝕沒有變化。監(jiān)測期間流域內(nèi)未發(fā)生自然和人為破壞引起地形地貌變化，只是修路和開礦改變了個別地形地貌。面蝕中中度侵蝕變化最大，其總變化量為２５７ｋｍ２，占流域總面積的７９２％。其中新增強烈侵蝕１３１ｋｍ２