黄土高塬沟壑区南小河沟和砚瓦川典型小流域土地利用数据集

幸萌，康建芳，敏玉芳，张耀南，闫璐瑶

1.黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站，甘肃庆阳 745000

2.中国科学院西北生态环境资源研究院，兰州 730000

3.国家冰川冻土沙漠科学数据中心，兰州 730000

引 言

黄土高塬沟壑区生态环境脆弱，土壤侵蚀强度大，水力和重力侵蚀十分活跃[1]。在众多的土壤侵蚀影响因子中，土地利用现状是一个重要因素[2]，对区域水土流失状况影响显著。不同土地利用类型对水土流失的影响规律研究一直是业界的热点问题[3-4]。南小河沟流域和砚瓦川流域是黄土高塬沟壑区典型小流域，流域内沟壑发育、地质构造单一，地表基本为黄土覆盖，土质疏松，透水性强、湿陷性大，水土流失严重[5]。其水土流失的形式以水力侵蚀和重力侵蚀为主[6]，伴有风蚀，均被选定为水利部水土流失动态监测重点流域。流域土地利用情况调查是其动态监测的主要项目之一，主要基于遥感影像解译结合野外验证形成流域土地利用现状数据。本数据集为南小河沟流域和砚瓦川流域2021年土地利用矢量数据，具有较好的精度，可为黄土高塬沟壑区的径流泥沙过程探求、土壤侵蚀计算等方面的科学研究提供可靠的基础数据，也可为小流域综合治理、水土保持措施合理配置和水土保持示范园区建设等水土流失防治项目提供科学依据。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据区域范围

南小河沟流域位于甘肃省庆阳市西峰区董志塬西边缘，总面积38.93 km2。砚瓦川流域位于西峰区和宁县境内，总面积376.69 km2。两个流域地处典型的黄土高塬沟壑区，均系泾河二级支流，地貌形态相近，主要由塬、坡、沟三大地貌单元组成（图1）。流域内以主沟道为框架，支毛沟纵横交错，地形支离破碎，按甘肃省人民政府关于水土保持预防监督“三区”划分的范围，属水土流失重点治理区。

1.2 影像数据源

土地利用数据生产以分辨率2 m高分一号卫星遥感影像为主，影像获取时间介于2021年5月至2021年8月之间，影像投影采用Albers投影，坐标系统为CGCS2000国家大地坐标系，高程基准为1985国家高程基准。遥感影像由水利部监测中心统一下发。

1.3 数据处理

南小河沟和砚瓦川流域2021年土地利用数据采用遥感解译和野外调查相结合的方法获得。数据处理过程均在ARCGIS软件支持下完成。

（1）影像选择与预处理：选择2021年西峰区和宁县的卫星影像图，按流域范围裁剪得到南小河沟和砚瓦川流域的影像图。其中砚瓦川流域横跨西峰区和宁县两个县区，需拼接得到完整影像图。

（2）影像解译：以南小河沟和砚瓦川流域2021年卫星影像图为工作底图，采用基于ARCGIS软件的人机交互解译初步生成土地利用矢量数据，按土地利用分类二级类代码[7]对所有图斑进行编码。

（3）野外调查及影像解译标志建立：解译标志分为土地利用和水土保持措施两类。在流域范围内开展野外调查，拍摄调查点照片，建立土地利用解译标志。参考野外验证结果并结合解译标志修改解译结果。

（4）图斑复核：复核范围宜为监测区域的10%左右，且不应小于5%。图斑数不得少于总图斑数的5%。经复核，图斑解译的正确率达90%以上即为合格。

（5）提取土地利用数据：对土地利用矢量数据进行拓扑检查，消除空值、重叠、缝隙、细碎图斑等拓扑错误。计算全部图斑的面积，对同一土地利用代码的图斑进行面积统计，得到流域范围内各土地利用类型的面积及占流域总土地面积的比例。

2 数据样本描述

2.1 分类描述

土地利用分类以《2021年度水土流失动态监测技术指南》[7]中的土地利用分类表为标准，将土地利用分为耕地、园地、林地、草地、建设用地、交通运输用地、水域及水利设施用地和其他土地8个一级土地利用类型，25个二级土地利用类型（表1）。《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2017）[8]也适用于此技术指南。

表1 土地利用分类表Table 1 Land use classification table

2.2 数据样本

南小河沟和砚瓦川流域2021年土地利用的电子数据是文件格式为shp的面状数据（图2，图3），土地利用属性表结构如表2。

表2 土地利用属性表结构Table 2 Structure of land use attribute table

南小河沟和砚瓦川流域2021年土地利用现状及结构数据如表3、表4。

表3 南小河沟2021年土地利用情况Table 3 Land use of Nanxiaohegou in 2021

3 数据质量控制和评估

数据从收集、处理分析到验证均质量控制严格。

南小河沟和砚瓦川流域 2021年土地利用数据主要是以高分 1号高分辨率的卫星遥感影像为数据源，由专业技术人员通过调查验证法进行质量控制，在ARCGIS软件的支持下，结合野外建立的解译标志进行土地利用信息的初步提取，标注边界不明显，地类无法确定的图斑，通过无人机航拍和实地调查相结合的方法，对存疑的图斑进行逐一验证。对剩余的图斑进行野外随机抽样验证，验证点的采样考虑了随机性和代表性。采样路线覆盖流域所有土地利用类型，采样范围覆盖了整个南小河沟流域和砚瓦川流域，通过计算验证准确率，以评估分类结果的可靠性和精度，合格率达到98%及以上。在解译的过程中，也可将上一年的解译结果作为本底数据，通过对比分析，获取本年度的土地利用数据。

此外，也根据标准差剔除特异值数据，控制数据偏差，保证相关数据质量，提高数据可靠性。

4 数据使用方法和建议

南小河沟流域和砚瓦川流域2021年的土地利用数据，精度较高，可为黄土高塬沟壑区水土流失动态监测的土壤侵蚀计算等提供可靠的基础数据，在水土流失防治方面可为小流域综合治理、水土保持措施合理配置和水土保持示范园建设等项目提供科学依据，也为水土流失治理、土地利用开发、水土保持试验研究提供了生态依据和科学支撑。

致 谢

感谢本站专业技术人员在数据收集时付出的辛勤劳动，同时感谢本站其他相关工程技术人员对数据资料的整理汇编。

感谢国家冰川冻土沙漠科学数据中心对数据集进行发布和共享。

数据作者分工职责

幸萌（1995—），女，甘肃省庆阳市人，本科，助理工程师，研究方向为区域水土流失动态监测。主要承担工作：数据资料收集整理、质量控制及数据论文撰写。

康建芳（1981—），女，甘肃省天水市人，硕士，工程师，研究方向为计算机科学与应用。主要承担工作：数据资料收集整理及数据论文撰写。

敏玉芳（1983—），女，甘肃省临潭县人，博士，工程师，研究方向为计算机科学与应用。主要承担工作：数据资料及数据发布共享。

张耀南（1966—），男，甘肃省天水市人，博士，研究员，研究方向为大数据应用。主要承担工作：项目组织与文章校验。

闫璐瑶（1991—），女，甘肃省庆阳市人，本科，助理工程师，研究方向为区域水土流失动态监测。主要承担工作：数据资料收集。