西宁市南北山土壤侵蚀风险度评价研究

刘得俊,魏志强

(1.青海省水利水电科学研究所,青海西宁 810001;2.青海省流域水循环与生态环境保护重点实验室,青海西宁 810001;3.青海省水利水电工程局有限责任公司,青海西宁 810001)

西宁市南北山土壤侵蚀风险度评价研究

刘得俊1,2,魏志强3

(1.青海省水利水电科学研究所,青海西宁 810001;2.青海省流域水循环与生态环境保护重点实验室,青海西宁 810001;3.青海省水利水电工程局有限责任公司,青海西宁 810001)

DEM;TM;土壤侵蚀;风险度评价;西宁市

以2003年TM数据和1∶1万DEM图形为基础,采用交叉表模型,结合西宁市南北山实际情况,评价了区内土壤侵蚀风险度,为西宁市南北山水土保持生态建设提供了科学依据。

1 区域概况

西宁市地处祁连山东段南侧,总的地势是西南高、东北低,全市最高海拔2 808 m,最低海拔2 261 m,市区平均海拔为2 275 m。市区主要为河谷冲积平原,被南北两山环抱,岭高川窄,沟壑众多,岗峦起伏,地形东西狭长,呈带状。市区河道纵横,沙塘川河、南川河、北川河在市区中部汇入湟水,整个西宁市就坐落在这“三川一水”两岸上。中部为河谷冲积平原,地势较平坦开阔,按其特征大致分为河漫滩、一级阶地、二级阶地、三级阶地,区内地形复杂、沟壑纵横,由于气候干旱,植被稀疏,水土流失严重。

西宁市属高原大陆性气候,受西风带控制,东南季风影响较弱,冬季常受蒙古高压气流影响,属温凉半干旱气候区,整个气候特点是夏季温凉、冬季寒冷,降水稀少,日照时间长,太阳辐射强,气象灾害多。据35年实测资料统计,年均气温5.8℃,年均降水量372.6 mm。降水年内分布极不均匀,一年中80%以上的降水集中于6—9月,且多以暴雨和阵雨形式出现,具有历时短、强度大、降水集中等特点;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,一次性连续最大降水量60.4 mm。

2 研究过程

2.1 数据准备

水土流失是复杂的生态水文过程,受到许多自然环境因素的影响。引起水土流失的因素主要有气象、植被、土壤、地形地貌、地质及人类活动等,其中地形、降雨、土壤(地面组成物质)、植被4种自然因素必须同时处于不利状态,即坡陡、暴雨、土松、无植被,水土流失才得以发生与发展,其中任何一种因素处于有利状态时,水土流失才可以减轻甚至停止。人类活动对水土流失有着加速或者减缓的作用,不合理的人类活动可使4种自然因素同时处于不利状态,从而加剧水土流失;人类合理的活动可使4种自然因素中的一种或几种处于有利状态,从而减轻或避免水土流失,这也是进行水土保持治理的依据所在。一般说来,降水是侵蚀产生的驱动力因子,植被覆盖度和地形坡度是侵蚀的最重要控制因素。

根据因子的重要性和数据的可获取性,本研究选择植被覆盖和坡度两个要素,通过植被和坡度信息的不同组合来评价区域水土流失风险程度[1]。

2.2 数据处理与分析

在用于植被覆盖度监测的遥感数据中,TM遥感数据适用于在区域、景观尺度上测量植被覆盖度,因此本研究选用分辨率为30 m的Landsat TM影像来估算区域植被覆盖度。选择2003年9月份影像分别进行计算,遥感数据都经过辐射纠正、大气纠正和几何纠正。坡度数据由1∶1万的地形图数字化处理后生成DEM,然后分析获取坡度数据。

2.3 模型建立和评价

2.3.1 植被覆盖度计算

植被对水土流失具有抑制作用,良好的植被覆盖可以有效地控制水土流失,破坏植被则会加剧水土流失。在计算植被覆盖度时,首先利用Ardas处理西宁市南北山范围内的TM数据,提取植被指数NDVI,采用植被指数转换法来直接估算植被覆盖度[2]。在已计算出的植被覆盖度结果基础上,对植被覆盖度进行了分级。西宁市不同植被覆盖度分级及其面积见表1。

表1 西宁市不同植被覆盖度分级及其面积

西宁市无天然林,现有的森林均为人工林,乔木林以杨、柳为主,有少量的油松、云杉等。浅山植被以灌木林为主,也有少量的乔木林分布在能灌溉的地方。

2.3.2 坡度的计算和分级

由于研究区最主要的侵蚀形式是水蚀,为了后续分析的可靠,所以生成一个适用于水文分析的数字高程模型。为了得到数字高程模型DEM和进行坡度计算,收集覆盖研究区域的19幅1∶1万分幅的地形图数据,利用软件将地形图经过数字化处理形成矢量文件,利用Arc/Info软件的功能模块来生成DEM,由DEM制作坡度分级图。西宁市南北山坡度分级及其面积见表2。

经对西宁市南北山的坡度计算分析(表2),全市5°以内的面积156.74 km2,占总面积的44.13%;5°—25°的面积 109.68 km2,占30.88%;25°—35°的面积 42.09 km2,占 11.85%;35°以上的面积 46.68 km2,占 13.14%。全市相对高差547 m,其高度、坡度、坡长等因素都是使西宁市周边成为水土流失严重区的地形条件。

表2 西宁市南北山坡度分级及其面积

2.3.3 交叉表模型和分析流程

通过植被覆盖和地形坡度分级信息进行区域土壤侵蚀风险度评价[3]。根据水利部所颁标准,两个要素的组合关系可以形成如表3所示的交叉表模型。利用地理信息系统的空间分析功能,我们生成了西宁市南北山土壤侵蚀风险图。

表3 土壤侵蚀分类分级(SL 190—2007)中的面蚀指标

3 评 价

根据土壤侵蚀交叉表模型,综合考虑西宁市南北山的地形和植被条件,计算了西宁市的水土流失危险情况如表4。按照土壤侵蚀分级标准,西宁市的土壤侵蚀模数最大为15 000 t/(hm2·a),属于极强烈侵蚀,在西宁市南北两山都有不同程度的分布,主要分布在沟道部位;分布面积最广的为微度侵蚀,其侵蚀模数＜1 000 t/(km2·a),该类侵蚀主要发生在高覆盖度草地和有林地以及城建地区;轻度侵蚀的侵蚀模数为1 000—2 500 t/(km2·a),该类侵蚀在西宁市南北两山都占很大的比例,基本分布在南北两山的山顶及山坡部位,这些部位基本是草地和疏林地。从统计结果看,全市各种侵蚀所占的面积排序为微度侵蚀 ＞轻度侵蚀＞剧烈侵蚀＞中度侵蚀＞极强烈侵蚀＞强烈侵蚀,所占比例依次为78.25%、10.49%、3.90%、3.21%、2.59%、1.56%。

表4 土壤侵蚀统计

研究中采用先进技术和模型,实现了对西宁市南北山地区水土流失风险度的评价,明确了不同侵蚀强度所占的比重,这为西宁市南北山的水土保持生态建设提供了科学依据。

[1]周为峰,吴炳方,李苗苗.利用植被和地形信息进行水土流失风险度评价[J].世界科技研究与发展,2005,27(5).

[2]王兮之,陆龙,梁钊雄.青海湟水流域植被覆盖度时空变化分析[J].水土保持研究,2010,17(6).

[3]黄鑫,蔡强国,陈浩,等.土壤侵蚀危险度评价方法研究[J].水土保持研究,2008,15(2):143-147,150.

S157

A

1000-0941(2011)10-0051-02

刘得俊(1980—),男,青海互助县人,助理研究员,学士,主要从事生态环境保护、水资源等研究工作。

2011-03-15

(责任编辑 赵文礼)