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        湖北省水土保持區(qū)劃方法探討

        2017-07-18 11:49:50杰,周全,陳芳,徐
        中國水土保持 2017年7期
        關(guān)鍵詞:保土丘陵區(qū)劃

        張 杰,周 全,陳 芳,徐 昕

        (湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院,湖北 武漢430064)

        湖北省水土保持區(qū)劃方法探討

        張 杰,周 全,陳 芳,徐 昕

        (湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院,湖北 武漢430064)

        水土保持;區(qū)劃;方法;湖北省

        湖北省自然條件多樣,水土流失形式、強(qiáng)度不一,經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡導(dǎo)致區(qū)域水土資源開發(fā)、利用、保護(hù)的需求不一,治理方向、模式、標(biāo)準(zhǔn)也存在較大差異。為了提高水土保持工作的科學(xué)性、合理性和可操作性,做到因地制宜、分區(qū)指導(dǎo)湖北省水土保持工作,需要開展系統(tǒng)的水土保持區(qū)劃工作。湖北省水土保持區(qū)劃采用主成分分析法建立指標(biāo)體系,運(yùn)用層次聚類分析法進(jìn)行水土保持區(qū)劃,確定各區(qū)的水土保持主導(dǎo)功能,構(gòu)建湖北省水土保持區(qū)劃體系。湖北省水土保持區(qū)劃采用兩級(jí)分區(qū)體系,共劃分為8個(gè)一級(jí)區(qū)、13個(gè)二級(jí)區(qū)。

        2012年11月水利部以《水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)〈全國水土保持區(qū)劃(試行)〉的通知》(辦水?!?012〕512號(hào))明確了《全國水土保持區(qū)劃(試行)》,湖北省涉及的8個(gè)水土保持三級(jí)分區(qū)分別是桐柏大別山山地丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)、南陽盆地及大洪山丘陵保土農(nóng)田防護(hù)區(qū)、江漢平原及周邊丘陵農(nóng)田防護(hù)人居環(huán)境維護(hù)區(qū)、洞庭湖丘陵平原農(nóng)田防護(hù)水質(zhì)維護(hù)區(qū)、幕阜山九嶺山山地丘陵保土生態(tài)維護(hù)區(qū)、丹江口水庫周邊山地丘陵水質(zhì)維護(hù)保土區(qū)、大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)及鄂渝山地水源涵養(yǎng)保土區(qū)。為滿足湖北省水土保持規(guī)劃工作的需要,在全國水土保持區(qū)劃確定的三級(jí)區(qū)的基礎(chǔ)上,開展湖北省水土保持二級(jí)區(qū)劃分工作。

        1 區(qū)劃原則及分級(jí)體系

        1.1 區(qū)劃原則

        水土保持區(qū)劃必須全面、客觀、真實(shí)地反映各劃分區(qū)域之間的差異,結(jié)合湖北省的特點(diǎn),按照“從源、從眾、從主”的區(qū)劃基本原則,結(jié)合省級(jí)水土保持區(qū)劃的目的,確定區(qū)劃的原則,具體有:區(qū)內(nèi)相似性和區(qū)間差異性原則;主要因子及綜合分析相結(jié)合原則;區(qū)域連續(xù)性與取大去小原則;自上而下與自下而上相結(jié)合原則;水土保持主導(dǎo)功能原則[1]。

        1.2 分級(jí)體系

        湖北省水土保持區(qū)劃采用兩級(jí)分區(qū)體系,一級(jí)區(qū)(沿用國家級(jí)三級(jí)區(qū))為總體布局區(qū),用于確定全省水土保持工作戰(zhàn)略部署、總體布局和防治途徑,協(xié)調(diào)跨市(州)的重大區(qū)域性規(guī)劃目標(biāo)、任務(wù)及重點(diǎn);二級(jí)區(qū)為基本功能區(qū),主要用于確定區(qū)域的水土保持基本功能,研究防治模式及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化水土資源配置,作為重點(diǎn)項(xiàng)目布局與規(guī)劃的基礎(chǔ)。

        2 區(qū)劃指標(biāo)建立

        本研究湖北省水土保持區(qū)劃一級(jí)區(qū)沿用國家級(jí)三級(jí)區(qū),主要是確定湖北省二級(jí)區(qū)的區(qū)劃指標(biāo),依據(jù)《全國水土保持區(qū)劃導(dǎo)則(試行)》,采用主成分分析法建立區(qū)劃指標(biāo)體系[2]。水土保持區(qū)劃涉及地形地貌、氣象水文等自然因子,水土流失強(qiáng)度、分布等水土流失因子,還涉及人口、人均GDP等經(jīng)濟(jì)社會(huì)因子,同時(shí)要與農(nóng)、林、水、國土等行業(yè)的區(qū)劃相協(xié)調(diào)。運(yùn)用主成分分析法,從自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地利用和水土流失等方面選取20個(gè)指標(biāo),建立湖北省水土保持區(qū)劃指標(biāo)體系。

        根據(jù)水土保持區(qū)劃體系結(jié)構(gòu),將水土保持區(qū)劃指標(biāo)體系分為4個(gè)層次,包括目標(biāo)層(A)、要素層(B)、因子層(C)和指標(biāo)層(D),見表1。其中,要素層(B)包括自然要素(B1)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素(B2)、土地利用要素(B3)和水土流失要素(B4);因子層(C)由各項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成,包括地形地貌因子(C1)等;指標(biāo)層(D)是水土保持各影響因素的具體體現(xiàn),根據(jù)湖北省具體情況進(jìn)行選擇確定。

        選用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化方法,使區(qū)劃指標(biāo)盡量保留實(shí)際值的數(shù)值關(guān)系。使用SPSS 19.0軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。通過計(jì)算分析,抽取因子數(shù)量為10,保證抽取主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%,見表2。從各主成分權(quán)重來看,自然要素有坡耕地比例、平均坡度、年均降水量和林草覆蓋率,基本能反映湖北省自然情況的區(qū)內(nèi)一致性和區(qū)間差異性;社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素有人口密度、人均GDP和第一產(chǎn)業(yè)增加值比例,反映了湖北省產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平特別是第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平對(duì)湖北省水土流失產(chǎn)生較大影響的現(xiàn)狀;土地利用要素有建設(shè)用地比例,說明湖北省不同土地利用類型會(huì)對(duì)水土流失產(chǎn)生不同程度的影響;水土流失要素有水土流失面積比、中度侵蝕面積比,符合湖北省水土流失以中度為主的實(shí)際,作為水土流失要素的主成分,能夠有效劃分不同水土流失情況和特征的區(qū)域。

        表1 湖北省水土保持區(qū)劃選擇指標(biāo)

        表2 湖北省水土保持區(qū)劃指標(biāo)體系

        3 區(qū)劃方法

        考慮到全國三級(jí)分區(qū)中涉及湖北省的縣級(jí)行政區(qū)多、面積大,需對(duì)三級(jí)分區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步劃分,才能完成湖北省水土保持二級(jí)分區(qū)。

        對(duì)涉及湖北省的8個(gè)全國水土保持三級(jí)區(qū)進(jìn)行綜合分析,部分三級(jí)區(qū)內(nèi)各縣市在自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等方面一致性較好、差異較小,與湖北省原有的水土流失類型區(qū)劃分比較協(xié)調(diào),本次不再進(jìn)一步劃分;對(duì)涉及縣市較多,區(qū)內(nèi)自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件有較大區(qū)別,與原有的湖北省水土流失類型區(qū)差異較大的大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)等4個(gè)全國水土保持三級(jí)區(qū),運(yùn)用層次聚類分析法進(jìn)一步劃分。應(yīng)用層次聚類分析法[3]進(jìn)行水土保持區(qū)劃的基本步驟:

        (1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。水土保持區(qū)劃中被聚類的對(duì)象是由多個(gè)要素構(gòu)成的,不同要素的數(shù)據(jù)往往具有不同的單位和量綱,且數(shù)值差異可能很大,這會(huì)對(duì)分類結(jié)果產(chǎn)生較大影響。在分類要素的對(duì)象確定后、進(jìn)行聚類分析前,先對(duì)各聚類要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理,主要采用總和標(biāo)準(zhǔn)化方法。

        (2)樣品與樣品之間的距離。在應(yīng)用層次聚類分析法進(jìn)行水土保持區(qū)劃實(shí)踐中,把每個(gè)分類對(duì)象(以縣級(jí)行政區(qū)為單元)稱為樣品,樣品與樣品之間的距離采用歐氏距離平方計(jì)算。

        (3)聚類方法。通過反復(fù)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)Ward聚類分析法在湖北省水土保持區(qū)劃中分類效果最好,因此采用Ward聚類分析法進(jìn)行湖北省水土保持二級(jí)區(qū)劃。

        以大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)為例,基于統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 19.0進(jìn)行分析,依據(jù)SPSS平臺(tái)輸出的樹狀圖(圖1),將大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)劃分為2個(gè)湖北省二級(jí)分區(qū),該劃分成果保持了區(qū)劃連續(xù)性,不再進(jìn)行調(diào)整,如果劃分成果在地域上不連續(xù),則需進(jìn)行進(jìn)一步分析調(diào)整。大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)區(qū)劃結(jié)果見表3。

        圖1 大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)使用Ward聯(lián)接的樹狀圖

        同樣方法,根據(jù)樹狀圖分析結(jié)果,桐柏大別山山地丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)、南陽盆地及大洪山丘陵保土農(nóng)田防護(hù)區(qū)2個(gè)區(qū)按最大差異各劃分為2個(gè)區(qū),按區(qū)內(nèi)相鄰的原則進(jìn)行復(fù)核,能滿足劃分要求;江漢平原及周邊丘陵農(nóng)田防護(hù)人居環(huán)境維護(hù)區(qū)若按最大差異劃分為2片,不能滿足區(qū)內(nèi)相鄰的原則,若按3片進(jìn)行劃分,則可以滿足區(qū)內(nèi)連續(xù)性的要求,故將該區(qū)進(jìn)一步劃分為3個(gè)湖北省二級(jí)區(qū)。最終,湖北省共劃分為13個(gè)區(qū),其中洞庭湖丘陵平原農(nóng)田防護(hù)水質(zhì)維護(hù)區(qū)、幕阜山九嶺山山地丘陵保土生態(tài)維護(hù)區(qū)、丹江口水庫周邊山地丘陵水質(zhì)維護(hù)保土區(qū)、鄂渝山地水源涵養(yǎng)保土區(qū)保留了原有區(qū)劃。

        表3 大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)二級(jí)區(qū)劃結(jié)果

        4 水土保持功能評(píng)價(jià)

        參考《全國水土保持區(qū)劃導(dǎo)則(試行)》,結(jié)合湖北省實(shí)際情況分析,10項(xiàng)水土保持基礎(chǔ)功能中防風(fēng)固沙、攔沙減沙等功能與湖北省實(shí)際關(guān)系相對(duì)較小,防災(zāi)減災(zāi)、蓄水保水在省內(nèi)也多為局部零星分布,因此僅選取水源涵養(yǎng)、土壤保持、生態(tài)維護(hù)、農(nóng)田防護(hù)、水質(zhì)維護(hù)、人居環(huán)境維護(hù)等6項(xiàng)基礎(chǔ)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)、權(quán)重值及指標(biāo)分解標(biāo)準(zhǔn)按《全國水土保持區(qū)劃導(dǎo)則(試行)》中推薦值,以桐柏大別山山地丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)進(jìn)一步劃分的鄂東北低山丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)為例進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明,鄂東北低山丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)主導(dǎo)基礎(chǔ)功能是水源涵養(yǎng)、土壤保持,故命名為水源涵養(yǎng)保土區(qū)(表4)。

        表4 鄂東北低山丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)水土保持基礎(chǔ)功能評(píng)價(jià)

        5 區(qū)劃成果

        5.1 分區(qū)命名

        水土保持區(qū)劃單元命名是水土保持區(qū)劃成果表述的重要環(huán)節(jié),命名遵循以下原則:命名采用多段式命名法,文字簡明扼要;體現(xiàn)區(qū)域所處的地理空間位置和優(yōu)勢地貌特征;單元命名應(yīng)基本保持一致。湖北省一級(jí)區(qū)沿用國家三級(jí)區(qū)命名,湖北省二級(jí)區(qū)采用“區(qū)域地理位置(區(qū)域相對(duì)于湖北省區(qū)位、特定地理名稱)+地貌類型組合+基本功能”的方式命名。

        5.2 區(qū)劃結(jié)果

        湖北省水土保持區(qū)劃在國家區(qū)劃體系的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將8個(gè)湖北省一級(jí)區(qū)(國家三級(jí)區(qū))劃分為13個(gè)湖北省二級(jí)區(qū),形成湖北省區(qū)劃體系,見圖2。

        6 結(jié) 語

        (1)按照“從源、從眾、從主”確定區(qū)劃原則的基本思想,從自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地利用和水土流失等方面選取20個(gè)指標(biāo),運(yùn)用主成分分析法,最終得到各要素主成分10個(gè),建立區(qū)劃指標(biāo),達(dá)到了簡化數(shù)據(jù)、提取重點(diǎn)的效果。

        (2)對(duì)湖北省涉及的全國水土保持三級(jí)區(qū)進(jìn)行綜合分析,部分三級(jí)區(qū)內(nèi)各縣市在自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等方面一致性較好,差異較小,與湖北省原有的水土流失類型區(qū)劃分比較協(xié)調(diào),不再進(jìn)一步劃分;對(duì)其他的三級(jí)區(qū)采用Ward聚類分析法進(jìn)行分析。最終共劃分為13個(gè)湖北省二級(jí)區(qū)。

        ①—鄂西北丹江口水庫周邊山地丘陵水質(zhì)維護(hù)保土區(qū);②—鄂西大巴山荊山山地生態(tài)維護(hù)區(qū);③—鄂北崗地農(nóng)田防護(hù)區(qū);④—鄂西大巴山南坡保土區(qū);⑤—大洪山丘陵保土區(qū);⑥—鄂東北低山丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū);⑦—鄂西南武陵山地水源涵養(yǎng)保土區(qū);⑧—江漢平原西部丘陵人居環(huán)境維護(hù)農(nóng)田防護(hù)區(qū);⑨—漢江平原農(nóng)田防護(hù)區(qū);⑩—鄂東孝-漢-黃城市群丘陵人居環(huán)境維護(hù)區(qū);—鄂東沿江丘陵平原農(nóng)田防護(hù)區(qū);—荊南丘陵平原農(nóng)田防護(hù)水質(zhì)維護(hù)區(qū);—鄂東南山地丘陵保土生態(tài)維護(hù)區(qū)
        圖2 湖北省水土保持二級(jí)區(qū)劃

        (3)參考《全國水土保持區(qū)劃導(dǎo)則(試行)》,對(duì)形成的湖北省二級(jí)區(qū)進(jìn)行分析評(píng)價(jià),確定各區(qū)主導(dǎo)的水土保持功能,采用多段式命名法命名劃定的湖北省二級(jí)區(qū),形成湖北省水土保持區(qū)劃成果。從區(qū)劃成果來看,比較全面地反映了湖北省地區(qū)特色和湖北省水土保持特征,其結(jié)果可為編制《湖北省水土保持規(guī)劃》奠定重要基礎(chǔ)。

        [1] 趙巖,王治國,孫保平,等.中國水土保持區(qū)劃方案初步研究[J].地理學(xué)報(bào),2013,68(3):307-317.

        [2] 承志榮,王新軍,王雪晴,等.基于主成分分析法的江蘇省水土保持區(qū)劃指標(biāo)體系研究[J].水土保持通報(bào),2013,33(6):181-186.

        [3] 李瑞,李勇.層次聚類分析法在貴州省水土保持四級(jí)區(qū)劃中的應(yīng)用[J].中國水土保持,2013(2):21-22.

        (責(zé)任編輯 李楊楊)

        S157

        A

        1000-0941(2017)07-0030-04

        張杰(1972—),男,湖北武漢市人,高級(jí)工程師,學(xué)士,主要從事水土保持規(guī)劃咨詢及方案編制工作。

        2016-11-04

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