小流域水土流失现状及动态变化分析评价.pdf

年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）文章编号：（）小流域水土流失现状及动态变化分析评价庄志东（彰武县苇子沟镇水利站，辽宁 彰武 ）摘要：以彰武县土城子小流域为例，基于 年和 年的卫星遥感影像，采用地理信息系统及中国土壤流失方程（）评价分析其水土流失现状及动态变化。结果表明：土城子小流域 年和 年水土流失面积 、，占流域面积的 和 ，以自然侵蚀为主，其次为生产建设和坡耕地等人为侵蚀；年相较于 年土城子小流域水土流失面积减少 ，流域北部、东部的侵蚀面积明显减少，但依然存在零星的坡耕地侵蚀和大片自然侵蚀，这也是今后土城子小流域生态整治的重点。关键词：水土流失；动态分析；方程；彰武县中图分类号：文献标识码：收稿日期 作者简介 庄志东（），男，辽宁彰武人，工程师，研究方向为水利水电工程、水土保持、水文水资源、河道等。小流域多分布于流域上游或河流源头，这是构成江河水系的重要单元。由于特殊的气候环境及地貌形态，彰武县小流域往往受到地质灾害的影响，如泥石流、滑坡、山洪等。一般小流域多分布于偏远山区或农村，对暴雨洪水灾害抵御能力和基础建设投入不足，在人为和自然因素的双重作用下小流域土壤侵蚀严重，极大地限制了农村经济的持续发展。因此，为有效防治水土流失水利部门提出实施小流域综合治理等措施，全面掌握水土流失的年际动态变化、强度、分布类型及面积等信息，可为小流域水保措施布设和优化设计提供数据支持 。鉴于此，文章以彰武县土城子小流域为例，选取覆盖土城子小流域的卫星遥感影像，基于 和 技术更新解译土地利用数据，采用中国土壤流失方程（）和差值方法计算分析 年、年土城子小流域土壤侵蚀及其动态变化规律，通过评价分析水土流失现状及动态变化提出行之有效的防治对策，以期为北方土石质山区小流域综合治理提供技术和数据支持。小流域概况土城子小流域位于彰武县东部苇子沟镇境内，地处 、，属于养息牧河流域。该流域为北方土石质山区，属半干旱、半湿润大陆性季风气候，年均降水量 ，雨量多集中于夏秋两季，呈短历时暴雨特征。通过更新解译彰武县土地调查成果可知，土城子小流域现有土地资源 ，其中耕地 ，占总面积的 ，其中旱平地 ，占总耕地的 ，坡耕地 ，占总耕地的 ；园地 ，林地 ，荒草地 ，水域及水利设施用地 ，城镇村及工矿用地 ，沟壑 。研究方法 数据预处理研究所用数据包括土城子小流域矢量范围数据、降雨量数据、土壤数据、地形地貌数据、卫星遥感影像和土地利用数据等。通过重采样、增强、裁剪、镶嵌、影像融合、正射矫正、大气校正、辐射矫正等预处理 年和 年卫星遥感影像，可获取空间分辨率 的遥感影像，通过合成最大值、确认与去除空值、投影转换等预处理 年和 年 归一化植被指数（）。年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）计算方法中国土壤流失方程 是考虑我国水土保持实际情况、地形地貌特点和各类影响水土流失的因素，通过改进通用方程 的地形因子使其更加适用的土壤侵蚀计算方法，具体表达式为 ：（）式中：为土壤侵蚀模数；、为降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡长、坡度、植被覆盖与生物措施、水土保持工程措施和耕作措施因子。水土流失因子计算 降雨侵蚀力因子 采用降雨侵蚀力公式和彰武县及周边地区 年逐日降雨量数据计算雨量站年均降雨侵蚀力，并应用克里金空间插值法和 软件获取 因子数据，空间分辨率 。土壤可蚀性因子 从彰武县土壤分布图中提取土城子小流域土壤类型，利用有关公式和现场采样调查结果计算土壤可蚀性因子，经重采样后获取 因子数据，空间分辨率 。坡长坡度因子 根据 万数字高程模型（）和北京师范大学开发的工具，计算获取土城子小流域坡长坡度因子，经重采样获取 因子、因子数据，空间分辨率 。植被覆盖与生物措施因子 采用参数修订法和已处理的 归一化植被指数（）产品计算小流域的植被覆盖度，依据土地利用类型数据、降雨侵蚀力因子比例计算植被覆盖与生物措施因子，经重采样获取 因子数据，空间分辨率 。水土保持工程措施因子 通过解译卫星遥感影像和查询赋值表获取流域内的水土保持措施及其因子值，经重采样获取 因子数据，空间分辨率 。耕作措施因子 从“耕作措施轮作区代码”字段值查询赋值表中获取流域内耕作措施因子值，经重采样获取 因子数据，空间分辨率 。土壤侵蚀模数以格栅为单元，采用 空间分析平台对 个水土流失因子格栅数据进行图层乘积，从而获取土壤侵蚀模数，各个格栅的土壤侵蚀强度按照 土壤侵蚀分类分级标准 确定，以土城子小流域为单元确定 年、年土壤侵蚀数据 。图斑落地通过以上处理，可以获取以格栅形式表达的 年、年土城子小流域的土壤侵蚀数据，考虑到 方程是以像元为计算单元，多种土壤侵蚀类型会存在于同一个土壤侵蚀地块，不利于实际应用分析 。所以，为综合判断以土壤侵蚀地块为单元的土壤侵蚀强度引入高强度侵蚀结构指数和平均土壤侵蚀模数，经过概化处理，将土壤侵蚀强度按矢量的形式来表征。结果与分析 现状分析针对各因子格栅数据，采用 的空间分析功能进行叠加相乘、小图斑祛除、图斑落地和重分类等处理，从而生成 年和 年土城子小流域水土流失数据，如表 所示。表 年土城子小流域水土流失变化表侵蚀类型 年水土流失 年动态变化面积 占侵蚀面积比 占流域面积比 面积 占侵蚀面积比 占流域面积比 面积变化 占流域面积比变化 自然 轻度 自然 中度 自然 强烈 自然 极强烈 自然 剧烈 自然侵蚀 小计 坡耕地 轻度 坡耕地 中度 坡耕地 强烈 年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）续表 年土城子小流域水土流失变化表侵蚀类型 年水土流失 年动态变化面积 占侵蚀面积比 占流域面积比 面积 占侵蚀面积比 占流域面积比 面积变化 占流域面积比变化 坡耕地 极强烈 坡耕地 剧烈 坡耕地 小计 生产建设 轻度 生产建设 中度 生产建设 强烈 生产建设 极强烈 生产建设 剧烈 生产建设 小计 合计 ）年水土流失情况。结果表明，年土城子小流域土壤侵蚀以人为侵蚀（生产建设、坡耕地等）和自然侵蚀为主，其中自然侵蚀 ，占总侵蚀面积 ；人为侵蚀中的生产建设、坡耕地侵蚀 和 ，占总侵蚀面积 和 。自然侵蚀以轻度为主并伴随有少量的强烈和中度侵蚀，集中分布于土城子小流域的北部和东部；人为侵蚀主要发生于生产建设和坡耕地上，各侵蚀强度在坡耕地上均有分布，而生产建设以轻度侵蚀为主且分布相对分散，坡耕地侵蚀多分布于流域内水源条件较好的中部、南部。）年水土流失情况。结果显示，年土城子小流域土壤侵蚀总面积 ，占流域面积 ，其中自然侵蚀 ，占总侵蚀面积 ，占流域面积 ；人为侵蚀中的生产建设、坡耕地侵蚀 和 ，占总侵蚀面积 和 。自然侵蚀以轻度为主并伴随着少量强 烈、中 度 侵 蚀，轻 度 侵 蚀 占 总 侵 蚀 面 积 的 ，集中分布于流域内的北部、东部，零星分布于西南部；人为侵蚀主要发生于生产建设和坡耕地上，以轻度侵蚀为主，侵蚀面积依次为 和 ，占总侵蚀面积的 和 。年与 年相比其坡耕地侵蚀面积大幅下降，减少 ，侵蚀强度也明显减弱，轻度、中度、强烈、极强 烈 和 剧 烈 侵 蚀 面 积 依 次 减 少 、，河流两侧低山丘陵区仍有部分坡耕地存在一定的侵蚀。生产建设各等级侵蚀强度有所下降，但侵蚀面积变幅较小，人类活动密集的平原区受开发建设活动影响仍有一定侵蚀 。动态变化从面积变化上，年与 年相比土城子小流域的土壤侵蚀面积减少 ，减少幅度达到 ；从侵蚀类型上，自然侵蚀降幅最高达到 ，其中极强烈、强烈、中度和轻度侵蚀面积降幅依次为 、，各侵蚀面积均有所减少，说明 年自然环境保护取得了显著成效，有效控制了自然侵蚀发展态势，中度及以上侵蚀强度和面积均明显下降。年与 年相比坡耕地侵蚀面积也明显减少，在整个流域范围内减少 ，其中坡耕地剧烈、极强烈和强烈侵蚀面积降幅较大，依次减少 、。从图斑分布上，土城子小流域坡耕地和自然侵蚀范围明显减少，但流域内部、东部依然存在一定强度的土壤侵蚀，这是今后土城子小流域水土保持整治的重点。年，对土城子小流域实施的生产建设、坡耕地治理、退耕还林草和生态保护等水土保持项目取得了明显成效，在一定程度上改善了侵蚀强度和范围，但是局部地区依然存在水土流失的情况，应采取差别化防治策略全面改善水土流失现状。针对自然侵蚀采取禁垦禁牧、自然封育等措施，从而加快恢复林草植被，逐步减轻土壤侵蚀；对于坡耕地侵蚀应考虑不同坡度，选择性地实施带状耕作和植物篱等生物措施以及修筑坡式梯田、水平梯田、建设高标准农田；另外，通过加大信息化监管力度和联合执法行动、水土保持遥感监管等，有效防治人为因素所造成土壤侵蚀 。结论文章综合利用 、技术和 方程计算分析彰武县土城子小流域 年及 年的水土流 年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）失状况，结论如下：）土城子小流域 年和 年土壤侵蚀面积依次为 、，占流域面积的 和 ，土壤侵蚀以人为侵蚀（生产建设、坡耕地等）和自然侵蚀为主。）从侵蚀面积上，年与 年相比土城子小流域的土壤侵蚀面积减少 ，其中生产建设、坡耕地和自然侵蚀面积分别减少 、，在整个流域内的减少比例为 、和 ；从侵蚀类型上，自然侵蚀降幅最高达到 ，其中极强烈、强烈、中度和轻度侵蚀面积降幅依次为 、。流域内北部、东部侵蚀面积大幅减少，但局部地区依然存在坡耕地侵蚀和自然侵蚀，应作为今后土城子小流域水土保持治理的重点。参考文献：张利超 江西省水土保持区划及防治布局研究 中国水土保持，（）：袁利，张春强，张芷温，等 淮河流域黄泛平原风沙区水土流失格局 中国水土保持，（）：刘宝元，郭索彦，李智广 等中国水力侵蚀抽样调查 中国水土保持，（）：杨婷 浅析城市水土流失与行洪排涝 以珠江三角洲城市为例 水利技术监督，（）：，冯强，赵文武 中植被覆盖与管理因子研究进展 生态学报，（）：程琳，杨勤科，谢红霞，等 基于 和 的陕西省土壤侵蚀定量评价方法研究 水土保持学报，（）：谢红霞 延河流域土壤侵蚀时空变化及水土保持环境效应评价研究 陕西西安：陕西师范大学，花利忠，贺秀斌，朱波 川中丘陵区小流域土壤侵蚀空间分 异 评 价 研 究 水 土 保 持 通 报，（）：方广玲，香宝，赵卫，等 基于 和 的拉萨河流域土 壤 侵 蚀 研 究 水 土 保 持 学 报，（）：关红 砂下小流域水土保持综合效益评价 水土保持应用技术，（）：李崇 葫芦岛市绥中县水土保持效益综合评价 水土保持应用技术，（）：方芳 小凌河流域水土流失现状及水土保持措施研究 黑龙江水利科技，（）：（上接第 页）结论综上所述，贯流式水轮机安装高程的确定直接决定着水电站开挖工程量、混凝土浇筑工程量及投资额，采用了文章所提出的方法确定出的水轮机组安装高程科学合理，在节省投资、保证机组运行安全方面发挥了重要作用。应用结果表明，按照常规方法得到的安装高程均较低，而根据水位 流量关系曲线分析计算得出的安装高程既能满足不同运行工况机组汽蚀性能，又最具经济性。同时也说明，该水电站贯流式水轮机组安装高程确定时，空化基准面、空化系数、空化安全系数、设计尾水位等参数取值较为合理。参考文献：刘攀，贾利涛，陶吉全，等 混流式水轮发电机组重要部件安装高程控制方法及措施研究 水利水电快报，（）：王龙，刘国峰，张子艳 大型贯流式水轮机安装高程确定浅析 西北水电，（）：赵明琴 卡丘埃拉（）水电站水轮机安装高程计算分析 水力发电，（）：袁鹏，梁兰健，王树杰，等 波浪作用下安装深度对水平轴潮流能水轮机水动力性能的影响研究 海洋技术学报，（）：