皇甫川流域水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究

1、【水土保持】皇甫川流域水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(huì)西峰水土保持科學(xué)試驗(yàn)站，甘肅慶陽(yáng)７４５０００；２河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京２１００９８）摘要：以皇甫川流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，基于不同時(shí)期的數(shù)字航攝影像，運(yùn)用ＡｒｃＧＩＳ軟件，通過(guò)目視解譯和綜合判定分別提取２００６年、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(qiáng)度動(dòng)態(tài)變

2、化情況。結(jié)果表明：５ａ來(lái)，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?yàn)槲闯闪郑竟嗄荆緶吓_(tái)地＞喬木林；各級(jí)植被覆蓋度凈變化面積為３３ｋｍ２，占流域總面積的１０２％，變化順序?yàn)榈透采w＞中低覆蓋＞中覆蓋；各級(jí)土壤侵蝕強(qiáng)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?yàn)橹卸龋緩?qiáng)烈＞微度＞輕度＞極強(qiáng)烈＞劇烈。關(guān)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(lèi)號(hào)：Ｓ１５７

3、文獻(xiàn)標(biāo)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(wàn)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(yán)重，造成黃河下游河床嚴(yán)重淤積。其中粗泥沙集中來(lái)源區(qū)面積１８８萬(wàn)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(huì)條件及水土流失情況極為復(fù)雜，全面開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的任務(wù)重、難度大，有不少關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題仍然需要通過(guò)試驗(yàn)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(lái)源區(qū)先期選擇有工作基礎(chǔ)和代表性的重點(diǎn)支流皇甫川流域，建立水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系并開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作，為實(shí)現(xiàn)多沙粗沙區(qū)全面監(jiān)測(cè)、建立水土流失預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與水土保持評(píng)價(jià)模型探索技術(shù)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(guò)野外徑流觀測(cè)和

11、有機(jī)質(zhì)流失測(cè)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(duì)土壤侵蝕的影響［２］。近年來(lái)，ＲＳ和ＧＩＳ技術(shù)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(qiáng)有力的分析手段［３］。目前國(guó)際上采用的方法主要是，在ＧＩＳ或ＲＳ技術(shù)支持下，通過(guò)對(duì)不同時(shí)期遙感影像或土地利用圖進(jìn)行空間疊加運(yùn)算，求出各時(shí)期土地利用類(lèi)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(shí)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(guò)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(qiáng)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(qiáng)度變化趨勢(shì)，以期為皇甫川流域水土保持綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。收稿日期：２０１４０２２５作者簡(jiǎn)介：王鴻斌（１９６８—），男，甘肅慶陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事水土保持監(jiān)測(cè)及科學(xué)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(dòng)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(lèi)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(shí)施和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，有８ｋｍ２的溝臺(tái)地實(shí)施了退耕還林，有５７ｋｍ２其他地類(lèi)進(jìn)行了治理，對(duì)１３ｋｍ２覆蓋度低于４５％的灌木林進(jìn)行了進(jìn)一步治理。同時(shí)，２００６年

14、的１３ｋｍ２未成林到２０１１年轉(zhuǎn)換為喬木林和灌木林，說(shuō)明未成林長(zhǎng)勢(shì)良好，達(dá)到了喬木或灌木的標(biāo)準(zhǔn)。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(lèi)，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(zhǎng)，有１１ｋｍ２未成林轉(zhuǎn)換為灌木林，對(duì)１２ｋｍ２其他地類(lèi)進(jìn)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(lèi)

15、型新增量減少量總變化量交換變化量?jī)糇兓刻萏铮福埃福埃笁蔚兀埃埃埃埃皽吓_(tái)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(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)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(dòng)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(jí)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(jí)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(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地。表７為２００６—２０１１年各級(jí)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(lèi)，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(dāng)?shù)貙?shí)施的水土保持項(xiàng)目、退耕還林還草政策和生態(tài)自然修復(fù)等措施有關(guān)。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(jí)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(lèi)，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(jí)新增量

19、減少量總變化量交換變化量?jī)糇兓扛吒采w０００００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(qiáng)度動(dòng)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(jí)土壤侵蝕強(qiáng)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(lèi)型與分級(jí)面蝕微度輕度中度強(qiáng)烈極強(qiáng)烈劇烈溝蝕微度輕度中度強(qiáng)烈極強(qiáng)烈劇烈面蝕微度２８４２５５２３２０００００００輕度２２８６２５１１１００００００中度５８２４４４２２７１２５００００００強(qiáng)烈３５２４３１３１１４４００００００極強(qiáng)烈１３１８１６２１７３００００００劇烈３０３５１２３４００００００溝蝕微度００００００９６０００２３輕度００００００００００００中度００００００００６０００強(qiáng)烈０００００００００３５００極強(qiáng)

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(qiáng)烈和極強(qiáng)烈侵蝕分別增加了１、１、２ｋｍ２，輕度侵蝕沒(méi)有變化。監(jiān)測(cè)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(kāi)礦改變了個(gè)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(qiáng)烈侵蝕１３１ｋｍ２