劉得俊,魏志強

(1.青海省水利水電科學研究所,青海西寧 810001;2.青海省流域水循環(huán)與生態(tài)環(huán)境保護重點實驗室,青海西寧 810001;3.青海省水利水電工程局有限責任公司,青海西寧 810001)

西寧市南北山土壤侵蝕風險度評價研究

劉得俊1,2,魏志強3

(1.青海省水利水電科學研究所,青海西寧 810001;2.青海省流域水循環(huán)與生態(tài)環(huán)境保護重點實驗室,青海西寧 810001;3.青海省水利水電工程局有限責任公司,青海西寧 810001)

DEM;TM;土壤侵蝕;風險度評價;西寧市

以2003年TM數(shù)據(jù)和1∶1萬DEM圖形為基礎,采用交叉表模型,結(jié)合西寧市南北山實際情況,評價了區(qū)內(nèi)土壤侵蝕風險度,為西寧市南北山水土保持生態(tài)建設提供了科學依據(jù)。

1 區(qū)域概況

西寧市地處祁連山東段南側(cè),總的地勢是西南高、東北低,全市最高海拔2 808 m,最低海拔2 261 m,市區(qū)平均海拔為2 275 m。市區(qū)主要為河谷沖積平原,被南北兩山環(huán)抱,嶺高川窄,溝壑眾多,崗巒起伏,地形東西狹長,呈帶狀。市區(qū)河道縱橫,沙塘川河、南川河、北川河在市區(qū)中部匯入湟水,整個西寧市就坐落在這“三川一水”兩岸上。中部為河谷沖積平原,地勢較平坦開闊,按其特征大致分為河漫灘、一級階地、二級階地、三級階地,區(qū)內(nèi)地形復雜、溝壑縱橫,由于氣候干旱,植被稀疏,水土流失嚴重。

西寧市屬高原大陸性氣候,受西風帶控制,東南季風影響較弱,冬季常受蒙古高壓氣流影響,屬溫涼半干旱氣候區(qū),整個氣候特點是夏季溫涼、冬季寒冷,降水稀少,日照時間長,太陽輻射強,氣象災害多。據(jù)35年實測資料統(tǒng)計,年均氣溫5.8℃,年均降水量372.6 mm。降水年內(nèi)分布極不均勻,一年中80%以上的降水集中于6—9月,且多以暴雨和陣雨形式出現(xiàn),具有歷時短、強度大、降水集中等特點;最大年降水量541.2 mm,最小年降水量196.4 mm,最大日降水量62.2 mm,最大1 h降水量30.1 mm,一次性連續(xù)最大降水量60.4 mm。

2 研究過程

2.1 數(shù)據(jù)準備

水土流失是復雜的生態(tài)水文過程,受到許多自然環(huán)境因素的影響。引起水土流失的因素主要有氣象、植被、土壤、地形地貌、地質(zhì)及人類活動等,其中地形、降雨、土壤(地面組成物質(zhì))、植被4種自然因素必須同時處于不利狀態(tài),即坡陡、暴雨、土松、無植被,水土流失才得以發(fā)生與發(fā)展,其中任何一種因素處于有利狀態(tài)時,水土流失才可以減輕甚至停止。人類活動對水土流失有著加速或者減緩的作用,不合理的人類活動可使4種自然因素同時處于不利狀態(tài),從而加劇水土流失;人類合理的活動可使4種自然因素中的一種或幾種處于有利狀態(tài),從而減輕或避免水土流失,這也是進行水土保持治理的依據(jù)所在。一般說來,降水是侵蝕產(chǎn)生的驅(qū)動力因子,植被覆蓋度和地形坡度是侵蝕的最重要控制因素。

根據(jù)因子的重要性和數(shù)據(jù)的可獲取性,本研究選擇植被覆蓋和坡度兩個要素,通過植被和坡度信息的不同組合來評價區(qū)域水土流失風險程度[1]。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

在用于植被覆蓋度監(jiān)測的遙感數(shù)據(jù)中,TM遙感數(shù)據(jù)適用于在區(qū)域、景觀尺度上測量植被覆蓋度,因此本研究選用分辨率為30 m的Landsat TM影像來估算區(qū)域植被覆蓋度。選擇2003年9月份影像分別進行計算,遙感數(shù)據(jù)都經(jīng)過輻射糾正、大氣糾正和幾何糾正。坡度數(shù)據(jù)由1∶1萬的地形圖數(shù)字化處理后生成DEM,然后分析獲取坡度數(shù)據(jù)。

2.3 模型建立和評價

2.3.1 植被覆蓋度計算

植被對水土流失具有抑制作用,良好的植被覆蓋可以有效地控制水土流失,破壞植被則會加劇水土流失。在計算植被覆蓋度時,首先利用Ardas處理西寧市南北山范圍內(nèi)的TM數(shù)據(jù),提取植被指數(shù)NDVI,采用植被指數(shù)轉(zhuǎn)換法來直接估算植被覆蓋度[2]。在已計算出的植被覆蓋度結(jié)果基礎上,對植被覆蓋度進行了分級。西寧市不同植被覆蓋度分級及其面積見表1。

表1 西寧市不同植被覆蓋度分級及其面積

西寧市無天然林,現(xiàn)有的森林均為人工林,喬木林以楊、柳為主,有少量的油松、云杉等。淺山植被以灌木林為主,也有少量的喬木林分布在能灌溉的地方。

2.3.2 坡度的計算和分級

由于研究區(qū)最主要的侵蝕形式是水蝕,為了后續(xù)分析的可靠,所以生成一個適用于水文分析的數(shù)字高程模型。為了得到數(shù)字高程模型DEM和進行坡度計算,收集覆蓋研究區(qū)域的19幅1∶1萬分幅的地形圖數(shù)據(jù),利用軟件將地形圖經(jīng)過數(shù)字化處理形成矢量文件,利用Arc/Info軟件的功能模塊來生成DEM,由DEM制作坡度分級圖。西寧市南北山坡度分級及其面積見表2。

經(jīng)對西寧市南北山的坡度計算分析(表2),全市5°以內(nèi)的面積156.74 km2,占總面積的44.13%;5°—25°的面積 109.68 km2,占30.88%;25°—35°的面積 42.09 km2,占 11.85%;35°以上的面積 46.68 km2,占 13.14%。全市相對高差547 m,其高度、坡度、坡長等因素都是使西寧市周邊成為水土流失嚴重區(qū)的地形條件。

表2 西寧市南北山坡度分級及其面積

2.3.3 交叉表模型和分析流程

通過植被覆蓋和地形坡度分級信息進行區(qū)域土壤侵蝕風險度評價[3]。根據(jù)水利部所頒標準,兩個要素的組合關系可以形成如表3所示的交叉表模型。利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能,我們生成了西寧市南北山土壤侵蝕風險圖。

表3 土壤侵蝕分類分級(SL 190—2007)中的面蝕指標

3 評 價

根據(jù)土壤侵蝕交叉表模型,綜合考慮西寧市南北山的地形和植被條件,計算了西寧市的水土流失危險情況如表4。按照土壤侵蝕分級標準,西寧市的土壤侵蝕模數(shù)最大為15 000 t/(hm2·a),屬于極強烈侵蝕,在西寧市南北兩山都有不同程度的分布,主要分布在溝道部位;分布面積最廣的為微度侵蝕,其侵蝕模數(shù)＜1 000 t/(km2·a),該類侵蝕主要發(fā)生在高覆蓋度草地和有林地以及城建地區(qū);輕度侵蝕的侵蝕模數(shù)為1 000—2 500 t/(km2·a),該類侵蝕在西寧市南北兩山都占很大的比例,基本分布在南北兩山的山頂及山坡部位,這些部位基本是草地和疏林地。從統(tǒng)計結(jié)果看,全市各種侵蝕所占的面積排序為微度侵蝕 ＞輕度侵蝕＞劇烈侵蝕＞中度侵蝕＞極強烈侵蝕＞強烈侵蝕,所占比例依次為78.25%、10.49%、3.90%、3.21%、2.59%、1.56%。

表4 土壤侵蝕統(tǒng)計

研究中采用先進技術(shù)和模型,實現(xiàn)了對西寧市南北山地區(qū)水土流失風險度的評價,明確了不同侵蝕強度所占的比重,這為西寧市南北山的水土保持生態(tài)建設提供了科學依據(jù)。

[1]周為峰,吳炳方,李苗苗.利用植被和地形信息進行水土流失風險度評價[J].世界科技研究與發(fā)展,2005,27(5).

[2]王兮之,陸龍,梁釗雄.青海湟水流域植被覆蓋度時空變化分析[J].水土保持研究,2010,17(6).

[3]黃鑫,蔡強國,陳浩,等.土壤侵蝕危險度評價方法研究[J].水土保持研究,2008,15(2):143-147,150.

S157

A

1000-0941(2011)10-0051-02

劉得俊(1980—),男,青海互助縣人,助理研究員,學士,主要從事生態(tài)環(huán)境保護、水資源等研究工作。

2011-03-15

(責任編輯 趙文禮)