趙 娟，周?chē)?guó)富，蔡雄飛，劉春艷，許幼霞，代克志

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025； 2.黔西南州水務(wù)局，貴州 興義 562400)

受巖溶作用和人為因素影響，巖溶山區(qū)石漠化問(wèn)題突出，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，石漠化綜合治理成為巖溶山區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境改善的重要舉措[1-4]。相關(guān)研究表明：在石漠化地區(qū)以小流域?yàn)榛締卧M(jìn)行石漠化綜合治理成效顯著[5-8]。因此，在巖溶山區(qū)典型區(qū)域進(jìn)行小流域劃分具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)喀斯特地區(qū)小流域劃分的研究相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)學(xué)者基本參照2013年水利部發(fā)布的《小流域劃分及編碼規(guī)范(SL 653—2013) 》，將小流域劃分為完整型、坡面型和區(qū)間型3種類型。林慶等[9]對(duì)重慶市忠縣小流域進(jìn)行劃分得到237條小流域，但無(wú)具體分類；陳智虎等[3]以貴州省金沙縣為例，針對(duì)小流域劃分結(jié)果與實(shí)際地形不符的情況，進(jìn)行手動(dòng)修改并將結(jié)果歸并到3種小流域中。巖溶山區(qū)存在大量溶斗、落水洞、盲谷、峰叢和洼地等地貌類型，一系列封閉的洼地或谷地將整條流域分割，形成干谷水系[10]，依托GIS技術(shù)自動(dòng)提取小流域時(shí)，受巖溶山區(qū)特殊地貌影響，通常找不到河流流向，那么小流域劃分時(shí)能否按常規(guī)劃分體系將這種流域歸并在標(biāo)準(zhǔn)流域類型中呢？目前很少有人針對(duì)這種情況提出質(zhì)疑或解決對(duì)策，也未考慮過(guò)對(duì)這種流域進(jìn)行單獨(dú)分類。

選擇具有典型巖溶特征的盤(pán)州市為研究對(duì)象，在將小流域劃分為完整型、坡面型和區(qū)間型小流域的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際地貌特征將不符合《小流域劃分及編碼規(guī)范(SL 653—2013)》的小流域進(jìn)行單獨(dú)劃分，旨在滿足巖溶典型區(qū)有針對(duì)性地開(kāi)展水土保持工作。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

盤(pán)州市位于貴州省六盤(pán)水市西南部，地處滇黔交界處，地理位置104°17′～104°57′E、25°19′～26°17′N，東部與普安相鄰，南部與興義接壤，西部與云南省富源、宣威相連，北部鄰近水城，素有滇黔鎖鑰、川黔要塞之譽(yù)，是貴州的西大門(mén)。行政上由貴州省直轄、六盤(pán)水市代管，現(xiàn)轄14鎮(zhèn)、6街道、7鄉(xiāng)，總面積4 056 km2。2016年末，全市常住人口105.34萬(wàn)人， 生產(chǎn)總值520.19億元，是全國(guó)百?gòu)?qiáng)縣之一。

盤(pán)州市境內(nèi)地貌屬喀斯特地貌，主要有山地、山地丘陵、壩地和山原4種地貌類型，其中山地占土地總面積的82.40%，山地丘陵占9.22%，壩地占2.43%，山原占5.95%。整體地勢(shì)西北高，東南低，中南部隆起。區(qū)域內(nèi)多年平均降水量為1 394.90 mm，降水時(shí)間集中，5—10月降水量占全年降水總量的88%左右，其余時(shí)間降水量?jī)H占12%左右，季節(jié)性缺水相當(dāng)嚴(yán)重。由于地下通道、暗河等巖溶地貌較發(fā)育，地表徑流多數(shù)滲入地下，蓄水能力差，區(qū)域內(nèi)存在水土不匹配、工程性缺水等問(wèn)題。地表則受巖性、構(gòu)造等自然因素及人為活動(dòng)影響，形成大面積裸露基巖，石漠化問(wèn)題凸顯，生態(tài)環(huán)境脆弱，也是目前貴州省喀斯特石漠化嚴(yán)重、分布面積較大的巖溶地區(qū)之一。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)主要有盤(pán)州市1∶5萬(wàn)地形圖，用于生成DEM數(shù)據(jù)(經(jīng)數(shù)字化處理后空間插值得到)；2016年Landsat8 OLI_TIRS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，作為小流域劃分的輔助依據(jù)。

2 盤(pán)州市小流域劃分

2.1 盤(pán)州市小流域劃分探討

通過(guò)傳統(tǒng)手段自動(dòng)提取盤(pán)州市小流域，會(huì)出現(xiàn)劃分結(jié)果與實(shí)際不符且比較混亂的情況。這些區(qū)域主要分布有峰叢、峰林、洼地和盲谷等地貌，其中峰林、峰叢成群或分散分布，出現(xiàn)溶斗、落水洞等，流域界線不明顯，在部分地區(qū)出現(xiàn)中間平坦、四周封閉的洼地[11]，無(wú)法判斷地表水流方向，自動(dòng)提取時(shí)較大的洼地沒(méi)有得到恰當(dāng)歸并；此外地表水流至落水洞后會(huì)形成伏流或地下暗河[3,11]，引起溶洞洞頂坍塌后又轉(zhuǎn)為地上明流，水系網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，自動(dòng)提取容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

針對(duì)以上小流域提取時(shí)存在的問(wèn)題，筆者參照陳智虎等[3]的方法，將落水洞位置和洼地中心作為流域出水口位置進(jìn)行單獨(dú)劃分，并采取人機(jī)交互檢查、野外實(shí)地驗(yàn)證方法，對(duì)與實(shí)際地形不符的微流域進(jìn)行手動(dòng)修改并歸并，歸并后將流域面積大于3 km2的進(jìn)行單獨(dú)劃分。

2.2 小流域提取方法

小流域的自動(dòng)提取主要依托ArcGIS軟件中的水文分析模塊，參照陳智虎等[3]的提取方法及《小流域劃分及編碼規(guī)范(SL 653—2013)》對(duì)盤(pán)州市小流域進(jìn)行劃分。

ArcGIS提取小流域的主要步驟如下：一是將DEM進(jìn)行填洼預(yù)處理；二是確定水流方向；三是借鑒陳加兵等[12]確定福建省小流域水流方向時(shí)的方法，采用GARBRECHT et al.[13]基于坡面徑流模擬方法改進(jìn)的D8算法；四是采用Fill Accumulation工具確定水流流入該單元格的累積上游柵格單元格數(shù)目(NIP)[14]，通過(guò)設(shè)置200、500、1 000格網(wǎng)等不同閾值進(jìn)行河流網(wǎng)絡(luò)提取，閾值為500格網(wǎng)時(shí)所提取的盤(pán)縣柵格河網(wǎng)與盤(pán)州市實(shí)際格網(wǎng)最接近；五是把河流交匯點(diǎn)、洼地中心和落水洞位置作為流域出水口位置進(jìn)行微流域信息提取，待對(duì)所提取的微流域分水線進(jìn)行檢查后，再按照小流域劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行微流域歸并。

3 小流域提取結(jié)果

借助ArcGIS軟件及《小流域劃分及編碼規(guī)范(SL 653—2013)》進(jìn)行劃分，最終得到盤(pán)州市有415條小流域(圖1、表1)，其中：完整型小流域243條，占小流域總數(shù)的58.55%；區(qū)間型小流域81條，占19.52%；坡面型小流域6條，占1.45%；其他類型小流域85條，占20.48%。

圖1 盤(pán)州市小流域劃分結(jié)果

小流域類型數(shù)量/條平均面積/km2占比/%完整型2437.5258.55區(qū)間型8111.6019.52坡面型65.491.45其他類型8514.5920.48合計(jì)415100

在盤(pán)州市小流域劃分結(jié)果中，有85條特殊小流域無(wú)法劃分到標(biāo)準(zhǔn)流域類型中的任何一類，這85條小流域大部分分布在水流方向不明顯，甚至沒(méi)有水流的區(qū)域，地貌類型主要表現(xiàn)為峰叢、峰林、洼地和盲谷。其中，地貌類型為峰林、峰叢的小流域有10條，地貌類型為盲谷的小流域有28條，地貌類型為洼地的小流域有47條(表2)，主要以盲谷、洼地類型為主。

表2 盤(pán)州市85條特殊小流域所屬地貌類型

4 盤(pán)州市小流域類型特征

完整型、坡面型和區(qū)間型小流域(圖2)按照其溝道匯水特征、出水口位置進(jìn)行劃分，主要特征分別如下：①完整型小流域。具有明顯的主溝道，分水線能夠完全閉合， 并且只有一個(gè)出水口。②坡面型小流域。多條短溝道并排出現(xiàn)，形成面積小于3 km2的羽狀微流域，無(wú)法找到明顯的主溝道，無(wú)法確認(rèn)單條短溝道的分水線，只能將水流直接匯入上一級(jí)溝道或河流的坡面

圖2 不同類型小流域特征

作為整體小流域。③區(qū)間型小流域。主溝道有一個(gè)出水口和一個(gè)進(jìn)水口的區(qū)間河段，分水線不能閉合，兩側(cè)坡面陡峭或者一側(cè)坡面狹長(zhǎng)，一側(cè)坡面較緩。④其他類型小流域。特征上，這種流域出水口位置異于以上3種類型，提取時(shí)主要以落水洞位置和洼地中心作為出水口，進(jìn)行再次劃分時(shí)需要進(jìn)行手動(dòng)修改。地貌類型存在大量的峰林、峰叢、盲谷和洼地，使得地表明流和地下暗河交替出現(xiàn)，導(dǎo)致提取的小流域與其他3種類型不同，需要結(jié)合地形經(jīng)過(guò)手動(dòng)修改和在野外監(jiān)測(cè)小流域的水文特征加以驗(yàn)證。

4.1 盲谷-洼地型小流域的特征

4.1.1 盲谷-洼地型小流域的地貌特征

小流域劃分過(guò)程中有85條其他類型小流域與完整型、坡面型和區(qū)間型小流域特征相異,為方便后期石漠化治理和生態(tài)環(huán)境的維護(hù)，根據(jù)匯水特征和出水口位置，將這85條命名為盲谷-洼地型小流域。因盲谷(斷頭河)或大片洼地單獨(dú)存在卻不見(jiàn)河流，且這些盲谷和洼地所在流域面積大于3 km2，與鄰近水系不存在主流或干流的關(guān)系，所以只能以落水洞位置和洼地中心作為流域出水口單獨(dú)劃分。

盲谷-洼地型小流域主要地貌特征如下：①峰叢、峰林地區(qū)。在衛(wèi)星影像上呈錐狀或單斜狀，發(fā)育著溶洞和地下河，山坡陡峭，巖石裸露，石牙、溶溝縱橫交錯(cuò)，低洼處分布眾多溶斗、落水洞和洼地，河流不明顯，分水線模糊，如圖3(a)所示。②洼地、盲谷地區(qū)。四周有峰丘包圍形成的封閉洼地，在衛(wèi)星影像上形如藕形、花瓣形；河流流入地下落水洞后，地下河前端谷底出現(xiàn)巖壁，原河谷自然分為兩段，河谷形如封閉的死胡同，地表則呈現(xiàn)出沒(méi)有谷口的情況，如圖3(b)、(c)。

4.1.2 巖溶山區(qū)盲谷-洼地型小流域數(shù)量、水文特征及治理思路

巖溶山區(qū)存在大量的峰叢、峰林、洼地和盲谷，單個(gè)面積較小，連續(xù)性差，原生態(tài)環(huán)境封閉，但是以落水洞位置或洼地中心作為流域出水口能劃分出有別于常規(guī)類型且分水線閉合的小流域，這類小流域受所在流域地質(zhì)及巖溶作用影響，提取出的數(shù)量較大。

從小流域的水文特征看，盲谷-洼地型小流域水文特征與常規(guī)小流域相比，存在較大差異。主要表現(xiàn)為：降雨通過(guò)土壤、巖溶孔、裂隙、落水洞后形成典型的巖溶地下河系統(tǒng)、地表與地下交叉河流系統(tǒng)[15]，洼地成為河流的主要排泄區(qū)。明顯的垂直性差異使得地表山高坡陡、無(wú)水少土，洼地易澇易淤，遇強(qiáng)降雨時(shí)，降水將峰叢部分的土壤、碎屑物質(zhì)在極短時(shí)間內(nèi)搬運(yùn)到洼地，淤積于地表，而坡上積水面積小，匯流時(shí)間短，導(dǎo)致排水不暢，短時(shí)形成洪澇災(zāi)害等現(xiàn)象[16]。

圖3 盲谷-洼地型小流域地貌特征

從治理思路和措施布置看，盲谷-洼地型小流域內(nèi)耕地資源質(zhì)量差，分布分散，土壤貧瘠，與水分不相匹配，在不同的區(qū)域出現(xiàn)水多土少或者土多水少的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著現(xiàn)有土地的開(kāi)發(fā)利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。對(duì)于這類小流域，在治理思路和措施布置上，要有別于常規(guī)小流域。

5 結(jié)果與討論

(1)根據(jù)劃分結(jié)果，盤(pán)州市共有小流域415條，其中完整型小流域243條、區(qū)間型小流域81條、坡面型小流域6條、盲谷-洼地型小流域85條。

(2)巖溶山區(qū)受巖溶地貌影響，河網(wǎng)分布與其他地區(qū)有較大差異，水流方向混亂，提取時(shí)可以落水洞位置和洼地中心為流域出口單獨(dú)劃分出分水線閉合的小流域。在盤(pán)州市小流域劃分過(guò)程中，將按標(biāo)準(zhǔn)劃分之外的85條小流域單獨(dú)劃分為盲谷-洼地型小流域，有利于因地施策制定措施，為石漠化防治提供指導(dǎo)。

(3)盲谷-洼地型小流域受大量峰叢、峰林、盲谷和洼地地質(zhì)及巖溶作用影響，提取出的數(shù)量較大，其水文特征與常規(guī)小流域相比，存在較大差異。該種小流域內(nèi)耕地資源質(zhì)量差，分布分散，土壤貧瘠，與水分不相匹配，在治理思路和措施布置上，要有別于常規(guī)小流域。

(4)選取典型巖溶山區(qū)進(jìn)行小流域劃分研究，驗(yàn)證了《小流域劃分及編碼規(guī)范》(SL 653—2013)不完全適用于巖溶山區(qū)的小流域劃分，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行修編，增加“盲谷-洼地型”小流域。

(5)針對(duì)巖溶山區(qū)中存在的峰叢、峰林、洼地和盲谷地貌類型，劃分時(shí)應(yīng)疊加地形圖和衛(wèi)星影像進(jìn)行手動(dòng)修改，地形復(fù)雜區(qū)域應(yīng)進(jìn)行野外實(shí)地驗(yàn)證。