淤地坝坝控区域土地利用现状与淤积量的相关性分析

田松良

(太原市水土保持科学研究所，山西 太原 030021)

淤地坝坝控区域土地利用现状与淤积量的相关性分析

田松良

(太原市水土保持科学研究所，山西 太原 030021)

淤地坝；坝控区域；土地利用现状；淤积量；晋西黄土丘陵沟壑区

淤地坝淤积库容一般通过悬移质输沙量和推移质输沙量来确定，这两个量的确定一般又要根据当地输沙模数经验公式来计算，这样就会遇到两个问题：一是当地缺乏经验公式；二是虽有经验公式，但坝控区域土地利用现状变化后，计算出的量与实际出现较大偏差。地处晋西的山西太原娄烦县淤地坝建设中就因输沙量确定不准，导致多数淤地坝设计淤积年限和实际使用年限出现较大偏差。根据该县淤地坝普查资料，选取黄土丘陵沟壑区大中型淤地坝42座作为研究对象，调取其坝控区域卫星影像，结合实地调绘，获得各个坝的坝控区域土地利用现状资料。对土地利用现状与各坝的淤积量之间进行相关分析，用多元线性回归的方法，得出了通过土地利用现状计算淤积量的线性公式。

根据娄烦县治汾办2012年的淤地坝普查资料，自1988年汾河上游治理工作开展以来，截至2012年底，娄烦县修建大中型淤地坝82座，其中仍正常运行的77座、淤满后已移交的3座、待移交的2座。淤地坝普查暴露出的一个较大问题是，选取的输沙模数与实际情况偏差较大，导致到达设计淤积年限时，剩余淤积库容仍占很大比例，这对投资建设淤地坝来说也是一个较大的浪费。据统计，截至2012年底，仍正常运行的77座大中型淤地坝中，达到设计淤积年限的有8座，超过设计淤积年限的有13座，超过设计淤积年限1倍以上的有5座，实际年平均淤积量达不到设计年均淤积量的坝占到67.53%。通过实地调查，发现坝控区域内的土地利用现状的不同导致了实际淤积量严重偏小，为此笔者利用卫星影像结合实地调绘获得的坝控区域土地利用现状资料，对坝控区域土地利用现状对淤地坝淤积情况的影响进行了分析研究。

1 研究对象的选取

娄烦县现在正常运行的77座大中型淤地坝，相当一部分已形成坝系，上游坝和下游坝之间淤积量形成多重包含关系，而且由于坝的建设时间不同，使这种包含关系变得更为复杂。为便于研究，在该县黄土丘陵沟壑区选取了上下游坝之间没有包含关系，且坝体和涵卧管未发生过因破裂垮塌等影响到拦洪淤地情况的坝共42座，其中骨干坝23座、中型坝19座。各坝坝控区域内的土地利用现状按大类分为：林地、农田、宜林荒山、水域、居民点、难利用地。林地包括：有林地(包含用材林和经济林，其中用材林又包括纯林和混交林)、疏林地、灌木林地、未成林地、无立木林地、林辅地等六类，农田包括塬地、梯田、沟滩地，水域指淤地坝的蓄水区域，居民点指村民居住区，难利用地指沟道侵蚀形成的连种草措施都难以实施的陡坡区域。土地利用现状资料是根据2012年10月的卫星图片解译，结合实地调绘得出的。

2 坝控区域土地利用现状分析

把各土地利用现状类型(以下简称地类)所占坝控区域的百分比分成10个区段，每10%为一个区段(表1)。从表1可以看出，林地在前9个区段内均有分布，说明坝控区域的林地面积占比差异较大；农田占比超过20%的坝的比例为26.19%，超过40%的坝的比例为9.52%，反映出坝控范围内农田占比较少；42.85%的坝的宜林荒山面积达到40%以上，说明坝控区域还有较大的通过造林控制水土流失的空间；71.43%的坝的难利用地面积低于20%，说明大多数坝的坝控范围地形破碎程度较轻。

表1 研究选取的淤地坝坝控区域各土地利用现状类型占比在不同区段的分布情况 %

把各类林地所占坝控区域的百分比分成10个区段，每10%为一个区段(表2)。从表2可以看出，不同类型的林地在坝控区域内所占的面积大多不超过10%，一般不超过20%。对超过20%的林地类型进行统计，其顺序为：灌木林58.54%、经济林25%、未成林13.04%、无立木林地10.52%、混交林9.52%、纯林9.09%、疏林8%、林辅地0%，反映出坝控区内林种的多样性。

表2 研究选取的淤地坝坝控区域各类林地占比在不同区段的分布情况 %

3 土地利用现状与淤积量的相关性分析

将选定坝的坝控区域内不同地类面积占比与各坝的单位面积年淤积量进行相关性分析，结果如下：

(1)不区分坝的淤积年限，对坝控区域各地类与各坝单位面积年淤积量进行相关分析，所得出的相关系数为：林地-0.330 7、农田0.347 5、宜林荒山0.164 6、水域0.299 5、居民点0.067 0、难利用地0.054 4，均未呈现出好的相关性。

(2)按淤积年限分别为1—5年、6—10年、11年以上，分段进行相关性分析：①1—5年的相关性数据为：林地-0.824 7、农田0.217 6、宜林荒山0.966 9、水域无相关性分析数据、居民点-0.461 0、难利用地0.078 3。这反映出林地与实际输沙模数有较好的负相关性，说明林地占的比例越大，输沙模数就会降得越低；宜林荒山与实际输沙模数的正相关性较高，说明这个地类的植被覆盖度较低，是造成泥沙淤积的主要来源。②6—10年的相关性数据为：林地-0.857 8、农田0.285 7、宜林荒山0.744 2、水域0.540 8、居民点-0.09 4、难利用地-0.067。依然是林地的负相关性高，宜林荒山的正相关性高。③11年以上的相关性数据为：林地-0.075 3 、农田0.328 0、宜林荒山-0.158 7、水域0.200 8、居民点0.024 4、难利用地-0.618 0。这组数字中，难利用地出现负相关有偶然性，其余各地类的相关性都较低。相比前面1—5年和6—10年这两组数字中林地较高负相关性，11年以上的这组数字的出现，说明近10年内各个坝控区域的植树造林力度在加大，而且10年前造的林木在近10年间逐渐发挥出其保持水土的功效。

(3)把各个坝控区域的林地与农田面积相加，再与单位面积年淤积量进行相关分析，得到以下数字：1—5年为-0.939 6，6—10年为-0.778 2，11 年以上为0.305 4，全部年限为-0.133 5。可以看出，1—5年和6—10年这两组相关系数，相比单纯的林地或农地与单位面积年淤积量相关系数都有所提高，说明地势平缓的农田(包括梯田和坡度5°以下的梁峁地)所占的比例越大，输沙模数就会越小。

4 坝型对土地利用现状与淤积量相关性的影响

按骨干坝与中型坝进行分类后，再把它们坝控区域的地类与淤积量做相关性分析，得出的结果见表3。

表3 不同坝型土地利用现状与淤积量的相关性分析结果

对表3的结果分析如下：

(1)不限定淤积年限时，骨干坝与各地类间呈现的相关关系不明显，中型坝林地与淤积量的相关系数为-0.626 2，宜林荒山的相关系数为0.647 9，说明坝控区域较小时，林地的减沙作用和宜林荒山的产沙作用都有所体现。

(2)淤积年限1—10年时，林地、宜林荒山与淤积量都有较好的相关性，但骨干坝的相关性要略好于中型坝。

(3)淤积年限11年以上时，骨干坝和中型坝各地类与淤积量间的相关系数普遍较小，不具备相关性。11年以上的中型坝居民点面积与淤积量的相关系数为0.844 0，这是一个例外，主要是此类相关分析样本数据较少所致。

综合以上分析，可以认为坝型对土地利用现状和淤积量间相关关系影响不明显。

5 拟合线性回归方程

本项研究把土地利用分为6类，水域、居民点、难利用地等3个地类的样本数较少，回归分析时不再考虑。其他3个地类，林地、农田、宜林荒山，将其中的任意2个或3个与单位面积年淤积量进行回归分析，结果见表4。

由表4可以看出，3个地类组合中，淤积年限11年以上的，各类相关系数的值都较低，标准误差都在1 000以上，P值都大于0.05，由此判断，淤积年限11年以上的各类组合与单位面积年淤积量间均无明显因果关系，不能进行线性回归。

表4 不同地类组合与单位面积年淤积量间的回归统计分析

对淤积年限1—5年和6—10年的各种地类组合与单位面积年淤积量进行多元线性回归，结果见表5。观察表5发现只有1—5年的林地与农田组合这一组常数与偏回归系数项中的P值远小于0.05，其他组合的常数项与偏回归系数项的P值程度不同地都有大于0.05的情况。说明淤积年限较长时，由于土地利用现状时空变化较大，导致与淤积量之间不能呈现出好的相关性。

表5 淤积年限1—5年和6—10年的各种地类组合与单位面积年淤积量多元线性回归结果

根据淤积年限1—5年的林地、农田组合与单位面积年淤积量间的回归计算，拟合出如下的多元线性回归方程：

S=3 491-22L-19N

式中：S为坝控区域单位面积年淤积量，m3/(km2·a);L为坝控区域内林地所占的比例×100;N为坝控区域内农田所占的比例×100。

6 结 语

淤地坝设计中，输沙模数是最为重要的一个参数，其取值大小关系到工程量大小和投资的多少。影响输沙模数的因素有很多，如植被、地形、降雨、土壤等，有学者根据这四类因素拟合过相应的计算输沙模数的公式，但实际应用中因需要参考的因子太多，操作起来较为繁琐，不能得到广泛应用。本文通过淤地坝坝控区域的地类构成与坝内淤积量的相关性分析，找到坝控区域土地利用现状中林地和农田与单位面积年淤积量间较好的相关关系，并拟合出简单的回归方程。在实际工作中，随着卫星图像在土地资源调查中的普及，土地利用现状资料的获取正变得相对简单，因而本文提出的用林地和农田的面积估算淤积量的方法对某一特定范围(如一个县区)的单一地貌而言，是具有可操作性的。对这一方法的准确性，后期还可通过对新建淤地坝运行过程中坝控区域内的地类与淤积量的调查，做出进一步的修正。

(责任编辑 王 琦)

S157

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1000-0941(2015)08-0039-04

田松良(1965—)，男，山西阳城县人，高级工程师，学士，主要从事水土保持科学研究工作。

2015-05-15