張新艷

(鄯善縣水管總站，新疆 鄯善 838200)

1 研究區(qū)概況

伊犁河谷位于天山西部為中國關(guān)鍵農(nóng)牧業(yè)基地，其河谷兩側(cè)堆積了大量泥土，且谷地具有復(fù)雜地形，且有大面斜坡。在豐水的季節(jié)，由于坡面抗侵蝕能力脆弱，由此引發(fā)水土流失問題。根據(jù)統(tǒng)計分析，該區(qū)域的水土流失面積達(dá)3.74×104km2，達(dá)總體的66%的流域總面積，其中被水侵蝕面積高達(dá)3.73×104km2，已成為影響生態(tài)安全的關(guān)鍵因素和生態(tài)環(huán)境亟待解決的問題[1]。地理位置圖，見圖1。

圖1 地理位置圖

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

RUSLE分析模式作為關(guān)鍵的土壤侵蝕模型分析工具。該工具模型出現(xiàn)給野外土壤分析帶來便捷性，并在多種場景分析中具備優(yōu)異的處理效果[2]，計算公式為：

A=R*K*L*S*C*P

(1)

式中：A為土壤侵蝕量，t/km2·a；R為降雨侵蝕力度因子，MJ·mm/(hm2·a)；L、S為坡長和坡度因子；C為植被覆蓋度因子；P為水土保持因子。

2.1 氣象數(shù)據(jù)

通過RLISLE模型計算伊犁土壤侵蝕問題。對此需要獲取區(qū)域氣象數(shù)據(jù)，而該區(qū)域的氣象條件處于多變之中，因此會影響該模型的實際使用效果[3]。對此為了實現(xiàn)提升處理效果，本工作中具體收集了2005-2015年中的伊犁及其周邊縣氣象站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，經(jīng)過一定處理作為數(shù)據(jù)輸入。

2.2 遙感數(shù)據(jù)

文章的所有數(shù)據(jù)來自于包括從美國國家航天局和地理空間數(shù)據(jù)云下載的免費數(shù)據(jù)，以及研究團(tuán)隊前期研究所購買的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型為Landsat OLI,TM和MSS。影像拍攝時間為2018年。

2.3 DEM

文章DEM數(shù)據(jù)采集于某地理空間數(shù)據(jù)云平臺。對所研究地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理，從而能夠覆蓋該區(qū)域，對此可得完整圖片的分辨率為30m×30m下，伊犁地區(qū)高程圖，見圖2。對此分析可知，該區(qū)域中部低四周高，最高海拔可達(dá)5757m;東南地區(qū)地勢偏低，海拔最低為314m[3]。

圖2 伊犁地區(qū)高程圖

2.4 土壤數(shù)據(jù)

對應(yīng)的土壤數(shù)據(jù)采集與世界土壤數(shù)據(jù)庫，其由HWSD所提供。該數(shù)據(jù)庫中，中國境內(nèi)數(shù)據(jù)主要采集自南京土壤所第二次全國土地調(diào)查1:100萬土壤數(shù)據(jù)[4]。數(shù)據(jù)的空間分辨率為1km，數(shù)據(jù)格式為grid柵格格式，投影為WGS84，主要分類系統(tǒng)為FAO-900。

3 土壤侵蝕各因子計算

3.1 降雨侵蝕力因子

文章研究主要對象為伊利河谷及其周邊地區(qū)，而根據(jù)相應(yīng)額數(shù)據(jù)模型擬合分析可知，對應(yīng)的適應(yīng)性數(shù)據(jù)計算方式為[5]：

(2)

式中：R為年降雨侵蝕力，M·mm)/hm2·h·a；P為為第i月的降雨量，mm；P為年平均降雨量，mm。上述計算方法相對簡便，對應(yīng)的數(shù)據(jù)也便于獲取，對應(yīng)的精度也相對較高。由此將上述公式作為本項目的主要計算工具模型，對此可以獲取對應(yīng)的年降雨侵蝕力，降雨侵蝕力分布圖，見圖3。

圖3 降雨侵蝕力分布圖

伊犁地區(qū)總體R因子平均值處于1600至5014之間。在空間分布上，西南部和中東部地區(qū)R值分布較高，其中最大值多位于中東區(qū)域，R值最大值為5014，北部地區(qū)的降雨侵蝕力值平均水平較低。

3.2 坡度

一般而言，水土流失問題出現(xiàn)同地形地貌條件密不可分，而地形地貌條件中主要影響因素為坡度因子和坡長因子等。因此在文章研究中，首先考慮土壤地形坡度因子和坡長因子。對此依托獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)在ArcGIS 10.2軟件中，利用DEM高程模型，然后運用“空間分析”模塊中的“地表分析”工具生成研究區(qū)的坡度分布柵格圖，并按5°、5°-8°、8°-15°、15°-25°、25°-35°和>35°的范圍進(jìn)行重新分類。

根據(jù)統(tǒng)計，伊犁坡度的平均值為20.65°，最大值為80.10°，最小值為0°。坡度分布圖，見圖4。由上圖4可以看出，伊犁中部及中西部地區(qū)的坡度值較小，該地區(qū)多為平地，相應(yīng)地土壤侵蝕強(qiáng)度也較低。中部以外的地區(qū)坡度值逐漸增高，地勢險峻，土壤侵蝕發(fā)生的強(qiáng)度也會相應(yīng)升高。

圖4 坡度分布圖

3.3 植被覆蓋因子

根據(jù)分析可知，被植被覆蓋區(qū)域土壤緊實，因而侵蝕影響相對被抑制。對此可根據(jù)植被覆蓋程度機(jī)型相應(yīng)的分析。根據(jù)DEM數(shù)據(jù)，依托Arc-GIS地表分析技術(shù)形成對應(yīng)的地形坡度功能。此外為了降低該模型針對遙感數(shù)據(jù)的不確定性問題，依托envi軟件繼續(xù)寧植被覆蓋區(qū)域和非覆蓋區(qū)域的分別提取，并將NDVIsoil和NDVIve值代入公式進(jìn)行計算，提高植被覆蓋精度[6]。

(3)

式中：NIR為近紅外波段，R為紅波段。

(4)

式中：c為植被覆蓋密度因子，%；NDVIsoil為荒地或者沒有植被覆蓋區(qū)域的NDVI值；NDVIveg為全部被植被覆蓋區(qū)的NDVI值[7]。

伊犁地區(qū)植被覆蓋總體較高，平均值為0.65，在地區(qū)邊界的高山處植被覆蓋較平均值低，中東部地區(qū)植被覆蓋度最高，最大值為0.92.結(jié)合土壤可蝕性圖與坡度圖來看，坡度較高的山地植被覆蓋度出現(xiàn)降低，土壤可蝕性提升。植被因子覆蓋圖，見圖5。

圖5 植被因子覆蓋圖

3.4 土壤可蝕性

侵蝕對土壤的影響極大，容易造成土壤疏松，水土流失的情況。根據(jù)分析可知，這種侵蝕作用實際上是各種的因素作用于土壤的綜合影響。對此文章依托土Wischmeier等人方法模型進(jìn)行計算，獲得K值公式。

K=[2.1×10-4(12-0M)M1.14+3.25(S-2)+2.5(P-3)/100×Ratio]

(5)

式中：K為土壤可蝕性值，t·h·hm-4·MJ·mm-1；OM為土壤有機(jī)質(zhì)含量百分比，%;M為美制區(qū)分(粉粒+極細(xì)砂)與(100——黏粒)百分比之積；S為土壤結(jié)構(gòu)系；P為滲透等級，S和P依托對照表獲取;Ratio表示美制單位轉(zhuǎn)國標(biāo)的系數(shù)，一般取值0.1317。

獲取到的伊犁地區(qū)土壤空間分布數(shù)據(jù)是矢量數(shù)據(jù)，依托ArcGIS10.2軟件的轉(zhuǎn)換工具進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。對此根據(jù)公式(2)，可計算出該區(qū)域土壤可蝕性值(K)。伊犁地區(qū)土壤可蝕性因子，見圖6。經(jīng)計算可知對應(yīng)的土壤可蝕性因子平均值為0.0491。而腐蝕性低地區(qū)為中部地區(qū)，其中最小值是0。伊犁中部地區(qū)整體的土壤可蝕性值處于中等水平，趨近于平均值。伊犁土壤侵蝕強(qiáng)度分布圖，見圖7。

圖6 伊犁地區(qū)土壤可蝕性因子

圖7 伊犁土壤侵蝕強(qiáng)度分布圖

4 土壤侵蝕分布與侵蝕量分析

對此文章進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計分析。根據(jù)研究可知，可將該區(qū)域的土壤類型分為無土壤侵蝕強(qiáng)度類型，建設(shè)用地劃分為微土壤侵蝕強(qiáng)度類型。土壤侵蝕強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 土壤侵蝕強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 伊犁土壤侵蝕面積占比表

從圖7可知，該區(qū)域土壤侵蝕分布不集中，由此分布面積較為廣泛，整體達(dá)總流域面積的45.1%。這些侵蝕區(qū)域當(dāng)多處于平原、高臺區(qū)域以及丘陵地區(qū)等。輕、中度區(qū)域比列分別為29.6%、3.2%。以強(qiáng)度和高強(qiáng)度為主要形式，這些區(qū)域分別占比為1.4%、11.3%。而劇烈區(qū)域相對較少，主要分布在山區(qū)，主要特點為植被稀疏，土壤疏松，且對應(yīng)的比例為0.57%，而主要侵蝕嚴(yán)重時段為春季伊犁土壤侵蝕量計算表，見表3。

表3 伊犁土壤侵蝕量計算表

根據(jù)相關(guān)計算可知，年均侵蝕量為19.556萬t，對應(yīng)的單位總量可達(dá)3.120萬t/km2·a。此外根據(jù)表3可知，對應(yīng)的侵蝕情況分別為：微度侵蝕2.82萬km2，565.3萬t；輕度侵蝕1.85萬km2，927.65t；中度侵蝕0.20萬km2，501.4萬t；侵蝕量最小的區(qū)域為強(qiáng)烈侵蝕0.08萬km2，438.75萬t，伊犁年侵蝕量最大的區(qū)域是劇區(qū)域，侵蝕面積0.58萬km2。

圖8 侵蝕面積與侵蝕量占比圖

5 結(jié) 論

文章依托來自各大研究單位的DEM格式的遙感數(shù)據(jù)，并依托這些數(shù)據(jù)對當(dāng)前伊犁河谷進(jìn)行模型分析，得出：伊犁地區(qū)總體R因子平均值處于1600-5014之間，侵蝕力較低，坡度的平均值為20.65°，最大值為80.10°，最小值為0°。植被覆蓋總體較高，平均值為0.65。根據(jù)分析可知，對應(yīng)的該地區(qū)的微性腐蝕面積達(dá)45.1%，占比第一，而強(qiáng)烈區(qū)域面積最小，其對應(yīng)面積比例為1.4%。對應(yīng)侵蝕量劇烈區(qū)域展占量達(dá)8837萬t，而對應(yīng)的強(qiáng)烈區(qū)域侵蝕量為433萬t。