基于GIS的聂家河小流域坡面治理动态监测

李立新

(固原市水务局水土保持工作站，宁夏固原756000)

小流域综合治理是指以小流域为单元，在全面规划的基础上，预防、治理和开发相结合，合理安排农、林、牧等各业用地，因地制宜，因害设防，优化配置工程、生物和农业耕作等各项措施，形成有效的水土流失综合防护体系，达到保护、改良和合理利用水土资源，实现生态效益、经济效益和社会效益协调统一的水土流失防治活动。

以小流域为单元进行综合治理已成为当今世界治理水土流失的主要形式。国内运用GIS建立流域信息系统，尚处于发展完善阶段，利用GIS技术实现小流域综合治理规划，是水土保持规划工作的发展方向。可以预料，GIS空间分析技术必将在我国测绘、资源与环境、灾害防治和国防建设等事业中发挥越来越大的作用。我们利用ArcGIS 10.0的空间分析功能对聂家河小流域进行地形分析，并结合2006年和2010年两期土地利用图分析小流域土地利用类型的时空变化和土地利用随地形的空间分布数量信息，明确了土地利用变化的主要类型和方向，为该小流域的治理决策提供了翔实的基础数据和科学依据。

1 聂家河流域概况

1.1 自然状况

聂家河流域位于宁夏回族自治区西吉县，属渭河水系葫芦河一级支流滥泥河的一级支沟，地理位置为北纬35°45'21″—35°50'03″，东经 105°31'36″—105°41'04″。流域总面积 46.57 km2，属黄土丘陵沟壑区第三副区，地貌景观以黄土长梁为主，沟谷、台地、塌坡兼有。海拔在1756.0—2036.6 m之间，由西向东、由南向北呈强烈倾斜趋势，沟壑纵横交错。流域在平面上呈狭长形，平均长14.6 km、宽2.8 km，主沟道呈U形，支沟多呈V形，沟深20～30 m，沟道长度小于3 km、流域面积3～5 km2的五级沟道3条，总面积11.3 km2，主沟道平均比降为5.88‰，沟壑密度 0.88 km/km2。

聂家河流域土壤以侵蚀黑垆土(缃黄土)为主，其次为浅黑垆土和少量的盐化草甸土。水土流失以水蚀为主，兼有重力侵蚀。水土流失面积44.9 km2，占流域总土地面积的96.4%，强烈侵蚀以上面积占水土流失面积的70.2%，年径流模数2.3万m3/km2，年侵蚀模数 6880 t/km2。

1.2 社会经济状况

聂家河小流域包括兴坪乡的王湾、聂家河和平峰乡的葛岔、西坡、民和、高赵、张武等7个行政村，现有农户1140户、农业人口6615人，人口自然增长率为16‰，有劳动力2646个。现有土地总面积为4657 hm2，其中农耕地3344.1 hm2、林地784 hm2、园地 4.0 hm2、草地 316.7 hm2、未利用地 57.2 hm2，其他用地151.0 hm2。这种畸形土地利用现状是人口、生态、经济和技术等因素综合作用的结果，是流域民众生活贫困的根本原因。全流域尚未摆脱广种薄收、以粮为主的小农经济传统观念，以粮食为主的种植业产值占总产值的78.9%，林牧副渔各业的比例太小，严重影响和阻滞了流域系统的物流、能流和资金流，不利于具有地方特色的高效农业生态系统的建立。

流域内虽然沟壑纵横，但经过多年的县乡公路、乡村道路建设，流域的交通架构已经基本建成。流域的人畜用水依靠水窖供给，村村通电，通讯畅通。

1.3 水土流失及防治现状

水土流失以水蚀为主，兼有重力侵蚀，梁峁顶以溅蚀为主。西吉县开展水土保持工作早，通过多年实践，该县确立了以小流域为单元，工程措施、植物措施和旱地高效农业技术有机结合，以科技为依托，以发展节水灌溉为中心，合理开发利用水土资源、恢复生态，促进山区经济发展的总体思路。

聂家河流域通过聚流沟整地，自上而下在梁峁顶、梁峁坡、沟坡建立了以造林种草为主的坡面防护体系，在沟谷以骨干工程和淤地坝为主体，形成了沟台地平整和“坝、窖、池”联用的沟道防护体系。截至2010年底，已经建成淤地坝13座、蓄水塘坝2座、水窖580眼、蓄水池4个，发展水浇地82 hm2，节水微灌面积达到 52 hm2;修建梯田1133 hm2，造林784 hm2，种草317 hm2。

2 利用GIS进行坡面治理动态监测研究的意义

“因地制宜、突出重点、综合治理”是水土保持生态建设工作的基本思路。实践证明，在水土流失区进行坡改梯不但可以为大幅度提高土地利用率、土地生产率和劳动生产率创造条件，而且是退耕还林还草发展林牧业和多种经营的前提和基础，是群众解决温饱进而走向致富之路的突破口。

随着地理信息技术的飞速发展，应用GIS进行水土保持各项工作已经成为可能，如利用GIS的功能进行水土保持评价、水土流失动态监测等。通过GIS来建立水土保持和土地资源数据库，可以实现水土保持管理的现代化及信息化。

3 资料准备

需要准备的资料包括:①西吉县平峰乡1∶5万地形图;②聂家河坝系规划图;③2006年和2010年西吉县遥感影像图;④各年度聂家河小流域坡面治理动态监测统计表及监测总结报告。

4 小流域数据动态监测与分析

4.1 研究方法

通过GIS的空间分析功能，结合已经配准校正的遥感影像图，再根据目视判读法对影像进行对比分析，得到土地利用分布情况。

4.2 数据处理

以西吉县2006、2010年两期遥感影像数据为基础，结合1∶5万的地形图及土壤侵蚀数据，在ArcGIS软件下完成遥感影像的精确校正、配准和增强处理;结合实际调查，建立目视解译判读标志，在ArcGIS中分别对两幅TM影像进行矢量化提取，得到土地利用类型分布图，结合聂家河小流域两期坡面治理动态监测统计表进行对比分析。

4.3 技术流程图

利用GIS进行坡面治理动态监测的流程见图1。

图1 GIS坡面监测流程

4.4 坡面数据变化分析

2006—2010年聂家河流域坡面水土保持治理措施及土地利用情况变化不大，具体变化主要有2010年新修梯田66.66 hm2，位于聂家河骨干坝控制范围内，原土地利用类型为坡耕地。

通过GIS对聂家河小流域的有关水土保持数据进行采集、储存、管理，我们能将相关水保工程措施在空间上定位，及时得到工程的动态变化情况，宏观上可了解整个流域的基本情况，微观上可以细化到具体坡面的治理。实际应用中GIS是主体，它组织RS信息以及其他地理信息，用GPS来细化、更新变化的水保措施区域的部分信息，经过分析、处理，可得出相应的成果并动态地预测水土流失的发展趋势，为宁南山区生态重建提供支持手段。RS是GIS的主要信息源，借助于适当的模型及辅助信息，可使土壤侵蚀图斑的聚类分析与自动判别在GIS上实现，快速了解水土流失现状。

此外，在聂家河小流域坡面治理动态监测中，用GIS中的空间分析技术可定期获得该地区治理情况并对相关水保措施的效果及时做出评价;用GIS的管理功能可将每一期的分析成果管理起来以备决策和相关部门查询，从而实现对该地区坡面治理的实时动态监测。

5 结论

5年间小流域内梯田面积增加了66.66 hm2，而且大部分由未利用土地转变而来，说明小流域治理的水土保持措施合理，土地利用变化朝着有利于环境与经济的方向发展。

GIS是利用多层空间数据进行叠加分析及表面分析的有效工具，在生态建设方面应用越来越广。运用GIS技术对坡面治理进行监测，在界定治理区域基础上，对治理模式、治理规划制定和实施进行决策分析，是小流域治理工作努力和发展的方向。