王兆銘，劉建祥，高 燕，陳 培

（1.吉林省國土資源調查規(guī)劃研究院，吉林長春130024；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春 130021；3.黃河流域水土保持監(jiān)測中心，陜西 西安 710021）

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基于遙感和GIS的侵蝕溝分類

王兆銘1，劉建祥2，高 燕2，陳 培3

（1.吉林省國土資源調查規(guī)劃研究院，吉林長春130024；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春 130021；3.黃河流域水土保持監(jiān)測中心，陜西 西安 710021）

［摘 要］文中通過遙感調查和實地調查相結合的方式,獲取了流域侵蝕溝信息，結合流域侵蝕溝實際特點完成了侵蝕溝分類指標的篩選，在ARCGIS平臺下完成了流域侵蝕溝的快速分類，并對不同類型侵蝕溝的特征及防治要求進行了分析。

［關鍵詞］侵蝕溝；分類方法；烏裕爾河流域；遙感

根據(jù)第一次全國水利普查-東北黑土區(qū)侵蝕溝道普查，東北黑土區(qū)侵蝕溝295 663條，危害嚴重。然而，目前侵蝕溝分類沒有形成一套技術體系，沒有統(tǒng)一的分類標準。對于水保工作者，無法通過侵蝕溝現(xiàn)狀數(shù)據(jù)直觀地認識黑土區(qū)不同區(qū)域侵蝕溝的發(fā)展現(xiàn)狀、危害程度及潛在危害，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)合理、有效地開展侵蝕溝的分區(qū)防治。烏裕爾河流域是典型黑土區(qū)具有代表性的流域之一且溝蝕比較嚴重，因此，文中選擇烏裕爾河流域開展侵蝕溝快速分類研究，為侵蝕溝防治提供決策依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

烏裕爾河流域北起北安市，南至杜爾伯特蒙古族自治縣，流域途徑五大連池市、克山縣、克東縣、訥河市、拜泉縣、依安縣、明水縣、富?？h、林甸縣、齊齊哈爾市市轄區(qū)、大慶市市轄區(qū)、泰來縣、共涉及14個縣（市、區(qū)），流域總面積為2.49萬km2。流域位于黑龍江省小興安嶺西南緣，為小興安嶺余脈與松嫩平原過渡地帶，坡面緩而長，坡度一般在3°以下，坡長多為800～1 500 m，屬于東北漫川漫崗典型黑土區(qū)，是黑龍江省糧食主產(chǎn)區(qū)之一。土壤主要類型為黑土、黑鈣土、草甸土、沼澤土、火山灰土、白漿土。流域地處中高緯度，屬寒溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候，寒暑變化明顯。四季氣候特點是：春季干旱多風；夏季短促炎熱，降水集中；秋季低溫，霜凍較早，降溫急?。欢韭L嚴寒。年降水量在250.5～793.9 mm之間，主要集中在7，8，9三個月，年均徑流深75 mm左右。

2　流域侵蝕溝分類方法研究

2.1國內外侵蝕溝分類現(xiàn)狀

2.1.1國外侵蝕溝分類研究

關于溝谷系統(tǒng)的分類問題，國外通常以不同的方式來命名。在歐美的文獻中，按其規(guī)模由小到大次序，依次命名為細溝、切溝、沖溝和河道，F(xiàn)oster[3]等在研究中引入了淺溝（Ephemeral gully）的概念。而在蘇聯(lián)的文獻中，根據(jù)由小到大次序，將侵蝕溝依次命名為細溝、切溝、沖溝和河谷，各國根據(jù)自己的情況命名也有差異。

2.1.2國內侵蝕溝分類研究

我國對于侵蝕溝進行的系統(tǒng)分類起于黃土高原的水土流失研究。目前，國內對侵蝕溝的分類沒有形成統(tǒng)一的標準。王禮先[1]等根據(jù)溝蝕發(fā)生的形態(tài)和演變過程，將溝蝕分為淺溝侵蝕、切溝侵蝕、沖溝侵蝕、干溝侵蝕、河溝侵蝕等。羅來興[4]將黃土高原的河谷系統(tǒng)分為淺溝、切溝、沖溝、坳溝和河溝，前三者是現(xiàn)代侵蝕溝、后二者為古代侵蝕溝。朱顯謨[5]認為對于溝蝕，根據(jù)其發(fā)展階段、演變時期和侵蝕強度等劃分為細溝侵蝕、淺溝侵蝕和切溝侵蝕，而所有溝蝕的發(fā)展都是由細溝、淺溝到切溝，它們構成一個完整的體系，地面流水必先經(jīng)過它們，然后注入溝谷系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。陳永宗[2]等將黃土高原溝蝕（現(xiàn)代侵蝕）形態(tài)分為淺溝、條溝、懸溝、切溝和沖溝。劉增文[6]等從溝道開析狀況、地面割裂程度、主支溝狀況、溝頭發(fā)生學角度和溝頭發(fā)育程度及活躍狀況對溝道及溝頭進行分類，該分類從治理溝道的角度出發(fā)對侵蝕溝侵蝕分類具有實踐意義，但各分類方式?jīng)]有聯(lián)系整合到一起，不便于科學指導。戴武剛[7]等選取了影響溝和發(fā)生發(fā)展12個主要影響因子作為分類指標，采用模糊聚類方法，將遼西低山丘陵區(qū)侵蝕溝壑分為初期“V”型發(fā)展溝、中期“U”型發(fā)展溝和后期“U”型穩(wěn)定溝。張永光[8]等通過對東北漫崗黑土區(qū)兩個流域的地形因子和淺溝侵蝕進行相關分析，發(fā)現(xiàn)淺溝長度、侵蝕體積與坡面長度呈顯著相關，但沒有形成侵蝕溝分類指標體系。還有一些學者或者水保工作者根據(jù)侵蝕溝的穩(wěn)定程度，將侵蝕溝分為發(fā)展溝、半穩(wěn)定溝和穩(wěn)定溝。

2.2流域侵蝕溝分類思路

目前侵蝕溝分類方法定性描述多，定量少，而且操作性差，無法實現(xiàn)大面積侵蝕溝類型現(xiàn)狀的統(tǒng)計分析，對侵蝕溝防治技術的指導意義也不大。文中通過遙感調查的方式獲取流域侵蝕溝溝長、溝寬、吞噬耕地面積等信息，結合實地調查，篩選分類指標，快速地實現(xiàn)了流域侵蝕的分類與統(tǒng)計分析。

2.3侵蝕溝信息獲取

文中以2.5 m的SPOT5彩色影像為數(shù)據(jù)源，結合地形、水系、土地利用等參考資料，通過影像預判、實地調查、建立解譯標志、室內解譯、解譯結果實地核查與修改等步驟完成流域侵蝕溝位置、形狀、長度、面積及周圍自然特征等信息的獲取。由于林地中的侵蝕溝受影像時相的限制，在5—7月份影像上很難識別，因此主要調查耕地中的2.5 m及以上分辨率遙感影像上能夠識別的侵蝕溝，但已經(jīng)發(fā)展為季節(jié)性河流或者溝谷的不再研究范圍內。

經(jīng)調查，研究區(qū)有侵蝕溝8 094條，總溝長4 193.89 km，吞噬耕地面積62.23 km2。將流域內不同行政區(qū)的侵蝕溝參數(shù)進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，克東縣、克山縣、拜泉縣、北安市溝蝕最嚴重，侵蝕溝數(shù)量、面積都遠大于其他各縣市，四個地區(qū)侵蝕溝總計5 975條，占流域侵蝕溝總條數(shù)的88.21%，詳見表1。

2.4侵蝕溝分類指標篩選及分類

目前已有的侵蝕溝分類指標主要包括侵蝕溝形態(tài)特征指標及侵蝕機理指標兩大類，形態(tài)指標如溝長、溝寬、溝深等指標是可以量化的，侵蝕溝剖面形態(tài)、侵蝕方式及部分影響因子指標只能定性描述。上述指標有些是可以通過遙感影像直接獲取的，如溝寬、溝深、溝的整體形態(tài)特征、溝的穩(wěn)定性、溝底及周邊植被信息及分布等，而其發(fā)育的影響因子如土壤、地形地貌等自然要素指標可以通過疊加要素圖層獲得，但利用這些指標進行分類需要做大量的侵蝕溝機理方面的理論研究工作，而且對于像烏裕爾河流域這樣的中小流域，利用影響因子進行分類實用性不大，因此基于遙感和GIS技術提出了一套實用、可行的快速侵蝕溝分類方法，并能夠快速地統(tǒng)計分析和掌握流域侵蝕溝的現(xiàn)狀。

表1不同行政區(qū)侵蝕溝統(tǒng)計表

通過對侵蝕溝的調查發(fā)現(xiàn)，侵蝕溝發(fā)育的穩(wěn)定性可通過溝內植被蓋度進行評價，蓋度在30%以上的溝基本穩(wěn)定，30%以下處于半穩(wěn)定和發(fā)展的狀態(tài)，因此，將植被蓋度作為侵蝕溝分類的一級分類指標。

侵蝕溝溝長、溝寬直接影響溝的治理難易及危害程度，可作為侵蝕溝二級分類指標。將侵蝕溝以溝長100 m為單位區(qū)間進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，流域內溝長在1 000 m以下的侵蝕溝占90.78%，且主要集中在100～500 m之間，溝長在100～500 m的侵蝕溝數(shù)量占整個流域的65.83%。隨著溝長的增加，侵蝕溝的平均溝寬呈增加趨勢，100 m以下區(qū)間到100～200 m區(qū)間增幅較大，到900 m以上增幅降低，并呈現(xiàn)不規(guī)則波動，從溝長1 500 m開始，平均溝寬基本在18 m上下波動。

根據(jù)侵蝕溝的溝寬和溝長指標，對將流域內溝長大于10 m的侵蝕溝分成微型發(fā)展溝、小型發(fā)展溝、中型發(fā)展溝、大型發(fā)展溝、特大型發(fā)展溝以及穩(wěn)定溝，如表2所示。

表2侵蝕溝分類結果

3　流域侵蝕溝分類結果分析

流域不同類型侵蝕溝的形態(tài)特征、危害程度及防治要求有所不同，主要如下。

1）微型發(fā)展溝。該類溝溝寬從幾厘米到2 m左右不等，長度一般小于100 m，多形成于坡地的低洼區(qū)域或者集水線上，一般無明顯的溝緣線，該類侵蝕溝對土地的破壞比較小，治理成本也比較低，應該及時地采取簡單的攔擋或者填埋等防治措施，抑制侵蝕溝的發(fā)展。

2）小型發(fā)展溝。該類溝一般處于淺溝侵蝕向切溝侵蝕的過渡階段，發(fā)展速度比較快，農業(yè)生產(chǎn)影響極大。當發(fā)生朔源侵蝕，坡面侵蝕將發(fā)生明顯的變化，一旦發(fā)展為切溝就難以控制，并標志著土地資源的徹底破壞。所以必須加大該類溝的治理，防止進一步發(fā)展。

3）中型發(fā)展溝 。該類型溝一般處于切溝侵蝕階段，易發(fā)生朔源侵蝕和下切侵蝕，溝岸擴張，甚至出現(xiàn)毛支溝，把大片耕地分割得支離破碎，造成土地的大量喪失，嚴重破壞農業(yè)生產(chǎn)和田間機械作業(yè)環(huán)境。該類型溝一旦形成很難控制其發(fā)展，而且治理的成本比較大，短期治理效果不明顯。

4）大型發(fā)展溝。該類溝一般處于沖溝侵蝕階段，多產(chǎn)生二級甚至三級支溝，土壤侵蝕量大，其發(fā)展加劇了片蝕和細溝侵蝕，破壞及其嚴重，治理難度大。如不采取有效措施，控制土層的流失，周邊的土地肥力將銳減，嚴重影響糧食產(chǎn)量。

5）特大型發(fā)展溝。該類溝一般處于坳溝侵蝕階段，朔源侵蝕和下蝕作用減弱，谷底不再加深，溝床上有沉積物覆蓋，而溝坡愈來愈變得平緩，不再有明顯的溝緣，溝谷發(fā)育已進入衰亡階段，在不危害生命和財產(chǎn)的前提下可暫時不予治理。

6）穩(wěn)定溝。該類溝溝底不再下切加深，溝頭、溝邊不再發(fā)展的侵蝕溝。由于穩(wěn)定溝一般溝底及溝壁均有大量植物生長，植被蓋度常大于30%。

4　結論與建議

4.1結論

1）依據(jù)侵蝕溝的發(fā)育階段將烏裕爾河流域的侵蝕溝道分為發(fā)展溝和穩(wěn)定溝兩種類型，依據(jù)溝寬和溝長等指標，以及不同侵蝕溝在遙感影像中的特征表現(xiàn)，對溝長大于10 m，溝寬大于2 m的侵蝕溝進行了分類，將侵蝕溝分為微型、小型、中型、大型、特大型發(fā)展溝和穩(wěn)定溝。

2）對各類型侵蝕溝道的特征及防治要求進行了分析。微型侵蝕溝對土地的破壞比較小，治理成本也比較低，應該及時地采取簡單的攔擋或者填埋等防治措施，抑制侵蝕溝的發(fā)展。小型發(fā)展溝對農業(yè)生產(chǎn)影響極大，一旦發(fā)展為中型發(fā)展溝就難以控制，并標志著土地資源的徹底破壞，必須及時進行防治，小型溝一旦發(fā)展為中型溝、大型溝甚至特大型溝則治理成本不僅增加，難度也隨之加大，且短期治理效果不明顯，而穩(wěn)定溝形成以后發(fā)展停滯，溝壑內常覆蓋植被，對土地的蠶食也基本停止。

4.2建議

1）建立一套合理、有效、標準化的研究觀測方法，是進行侵蝕溝研究的基礎和前提。目前有關侵蝕溝的觀測方法較多，觀測參數(shù)不一，各觀測結果相互間也難以比較，迄今未能形成一套標準化的侵蝕速率及控制因子的觀測研究方法。遙感法迅速、簡便、易于實現(xiàn)周期監(jiān)測，能確定侵蝕活躍部位，繪制出侵蝕溝圖形；缺點是限于多數(shù)遙感影像分辨率較低，對于形態(tài)上變化小的溝道系統(tǒng)，如每年幾十厘米的溝頭前進速度，分辨率達不到要求，只能進行中長期監(jiān)測，滿足不了短時間尺度監(jiān)測要求。

2）目前在侵蝕溝分類分級研究方面，國內外尚無成熟經(jīng)驗和分級標準，主要以溝蝕的發(fā)展階段或發(fā)生發(fā)展過程將侵蝕溝分類分級，主要靠經(jīng)驗判斷，沒有定量指標和統(tǒng)一標準，對經(jīng)驗的要求很高，對侵蝕溝防治技術的指導意義也不大。建議在侵蝕溝分類分級研究工作的基礎上，針對東北黑土區(qū)內不同區(qū)域，不同類型的侵蝕溝，在定量化分級的基礎上進行措施優(yōu)化組裝和開展效益監(jiān)測研究，對加快東北黑土區(qū)水土流失防治特別是溝蝕的防治具有重要意義。

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［中圖分類號］S157

［文獻標識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）05－0040－04

[收稿日期]2016-01-28