王志峰,孫 君

(1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002;2.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，工業(yè)與農(nóng)業(yè)用水量增加，再加上居民生活飲用水使用安全需求，各地區(qū)均加大了水利工程的規(guī)劃與建設(shè)力度。對(duì)于水利工程來(lái)說(shuō)，土石方開(kāi)挖(三通一平)、機(jī)械作業(yè)以及建筑物建設(shè)等施工過(guò)程中，開(kāi)挖面較多且分散、擾動(dòng)范圍廣且棄渣量大，不僅會(huì)對(duì)原地貌造成一定影響，還將降低地表土層抗腐蝕效果。在生態(tài)環(huán)境方面，水利工程施工會(huì)破壞地表土與植被的平衡狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)水土流失問(wèn)題。水利工程選址主要集中在農(nóng)村地區(qū)，水土流失危害主要表現(xiàn)為場(chǎng)地平整所產(chǎn)生的水土流失會(huì)直接危害下游耕地，導(dǎo)致耕地地力下降，對(duì)周邊植被產(chǎn)生不利影響，破壞景觀，影響工程施工和當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活，臨時(shí)堆土受暴雨沖刷會(huì)進(jìn)入天然溝道，導(dǎo)致溝道堵塞，阻礙行洪，加劇洪水災(zāi)害發(fā)生的頻率和危害。

因此，水利工程施工、工程占地造成的植被破壞、水土流失、土壤退化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題是近年生態(tài)水利工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。此背景下，水利工程施工建設(shè)者應(yīng)運(yùn)用遙感技術(shù)，以其實(shí)時(shí)、快速及作用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，來(lái)提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展質(zhì)量效率。本文以2008 年、2018 年的衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)源，通過(guò)對(duì)工程范圍內(nèi)地形條件、開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀以及產(chǎn)生的土壤侵蝕影響進(jìn)行收集，以為信息數(shù)據(jù)綜合集成與系統(tǒng)分析工作開(kāi)展提供便利。在野外調(diào)查和遙感技術(shù)的支持下，確定調(diào)查區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度及面積，并在地理信息系統(tǒng)軟件的支持下，完成遙感解譯，從空間分布來(lái)看，調(diào)查區(qū)水庫(kù)區(qū)域水土流失狀況持續(xù)好轉(zhuǎn)，10 年間，評(píng)價(jià)區(qū)微度侵蝕增加75.05 hm2，輕度侵蝕增加244.51 hm2，中度侵蝕減少78.68 hm2，強(qiáng)烈侵蝕減少227.56 hm2，極強(qiáng)烈侵蝕減少2.42 hm2。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，評(píng)價(jià)區(qū)水土流失面積減少、呈現(xiàn)中度以上水土流失面積減少趨勢(shì)，水土流失形勢(shì)總體減輕。

本文以臺(tái)江縣臺(tái)雄水庫(kù)為例，調(diào)查其施工期間主要采取的水保措施，對(duì)比分析水庫(kù)工程建設(shè)前后水土流失情況。

1 項(xiàng)目區(qū)域概況

臺(tái)雄水庫(kù)防洪灌溉工程地處貴州省黔東南州臺(tái)江縣，是以城市防洪、農(nóng)田灌溉及供水、生態(tài)環(huán)境水為主，同時(shí)兼顧發(fā)電的綜合性水利工程，項(xiàng)目所在河流系長(zhǎng)江流域洞庭湖水系巴拉河。水庫(kù)正常蓄水位為710 m，總庫(kù)容為2481 萬(wàn)m3。于2008 年9 月開(kāi)始施工，2016 年完工。業(yè)主按水保方案的要求采取了相應(yīng)的措施對(duì)施工區(qū)形成的裸地進(jìn)行恢復(fù)保護(hù)，恢復(fù)效果較好，已于2018 年9 月通過(guò)了水土保持設(shè)施驗(yàn)收。

2 主要水土保持措施

根據(jù)項(xiàng)目竣工驗(yàn)收資料，臺(tái)雄水庫(kù)工程水土保持措施體系由三部分組成:工程措施、植物措施以及臨時(shí)措施。工程措施主要包含:表土剝離、擋土墻、覆土、全面整地、截(排)水溝、沉砂池;植物措施包括栽植喬木、灌木、藤本植物、撒草及植物綜合護(hù)坡等;臨時(shí)措施有臨時(shí)攔擋、臨時(shí)苫蓋和臨時(shí)排水設(shè)施等(見(jiàn)圖1)。

圖1 水土保持措施體系布局

從目前來(lái)看，該項(xiàng)目水土保持投入使用后，擋土墻、截(排)水溝等工程措施未見(jiàn)損毀，各種植被生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)良好，項(xiàng)目周邊環(huán)境質(zhì)量有了顯著提高，水土流失治理效果較為明顯。

3 遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為了解臺(tái)雄水庫(kù)建設(shè)對(duì)區(qū)域水土流失狀況的影響，本文分析范圍為臺(tái)雄水庫(kù)庫(kù)尾末端至翁你河匯入巴拉河匯口，全長(zhǎng)約42.5 km 河段，庫(kù)區(qū)以河道中心線(xiàn)分別向外延至第一山脊線(xiàn)并兼顧灌區(qū)覆蓋范圍，灌區(qū)外延200 m，施工區(qū)紅線(xiàn)等外延200 m。

3.1 土地利用遙感調(diào)查與分析

參考《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》(GB/T 21010-2017)采用一級(jí)、二級(jí)兩個(gè)層次的分類(lèi)體系，結(jié)合水土流失特點(diǎn)和區(qū)域特點(diǎn)，從遙感技術(shù)在土地分類(lèi)中側(cè)重于土地的自然屬性識(shí)別的實(shí)際情況出發(fā)，本遙感調(diào)查采用中科院資源環(huán)境與地理研究所制訂的全國(guó)土地利用遙感分類(lèi)系統(tǒng)。依照該分類(lèi)系統(tǒng)，進(jìn)行遙感調(diào)查時(shí)多數(shù)地類(lèi)只劃分到一級(jí)分類(lèi)，但對(duì)耕地和林地劃分到二級(jí)地類(lèi)，以達(dá)到水土流失變化特征研究的要求，未完全按照《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》(GB/T 21010-2007)中相對(duì)復(fù)雜的分類(lèi)體系進(jìn)行，在此作特別說(shuō)明。

運(yùn)用QuickBird、ZY-3 商業(yè)衛(wèi)星影像遙感資料，解譯提取臺(tái)雄水庫(kù)建設(shè)前后周邊區(qū)域2008 年、2018 年2 期影像，分辨率2.1 m。在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，在ERDAS 遙感處理軟件和ARCGIS 地理信息系統(tǒng)軟件的支持下，應(yīng)用遙感自動(dòng)分類(lèi)和人機(jī)交互判讀相結(jié)合的方法，開(kāi)展調(diào)查區(qū)域項(xiàng)目建設(shè)前后土地利用類(lèi)型及面積遙感調(diào)查，分析項(xiàng)目建設(shè)對(duì)調(diào)查區(qū)域土地利用的影響方式及影響強(qiáng)度。

研究區(qū)域喀斯特和非喀斯特間雜，巖性、土壤、植被分布有一定差異，有居民點(diǎn)、集鎮(zhèn)分布，貫穿多條交通線(xiàn)。由于有水庫(kù)和河流連續(xù)分布，水域類(lèi)型面積占比較大，利用情況破碎，土地利用類(lèi)型較為復(fù)雜。對(duì)照分類(lèi)體系，應(yīng)根據(jù)貴州的山地地貌特征與自然屬性，并結(jié)合調(diào)查區(qū)實(shí)際情況對(duì)土地利用類(lèi)型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。最終劃分的土地利用類(lèi)型包括:水田、旱地、有林地、經(jīng)果林地、灌木林地、荒草地、水域以及建設(shè)用地。將調(diào)查區(qū)2008 年(水庫(kù)建設(shè)前)土地利用圖和2018 年(水庫(kù)建設(shè)后)土地利用圖進(jìn)行疊加分析(見(jiàn)圖2)，研究調(diào)查區(qū)土地利用過(guò)程發(fā)生的變化。

圖2 臺(tái)雄水庫(kù)工程建設(shè)范圍前后土地利用變化趨勢(shì)圖

項(xiàng)目實(shí)施前后，從面積分析調(diào)查區(qū)域各種土地利用類(lèi)型變化。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2008 年～2018 年間，水田減少3.22%，旱地減少2.9%，荒草地減少3.78%，經(jīng)果林地減少0.52%，有林地增加2.23%，灌木林地增加2.61%，建設(shè)用地增加1.77%，水域增加了2.81%。從動(dòng)態(tài)變化的面積分析，主要體現(xiàn)為灌木林地、有林地、水域、建設(shè)用地的增加，水田、旱地、荒草地、經(jīng)果林地的減少。

農(nóng)用地總體減少，2008 年～2018 年間，研究區(qū)域農(nóng)用地總體是減少的，但減少的幅度較小，其中經(jīng)果林地減少62.94 hm2、水田減少389.76 hm2，部分水田改變耕作性質(zhì)成為旱地，部分旱地由于退耕還林變?yōu)橛辛值鼗蛘吖嗄玖值?。由于水?kù)淹沒(méi)、生態(tài)退耕、臺(tái)江縣城市化和工業(yè)化發(fā)展造成的非農(nóng)建設(shè)用地部分占用耕地、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整使耕地用途發(fā)展轉(zhuǎn)移等原因，耕地出現(xiàn)了一定程度的減少，但減少幅度相對(duì)較小，改變性質(zhì)的農(nóng)用地多轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。

臺(tái)雄水庫(kù)建成蓄水后，庫(kù)區(qū)水面變寬，水位上漲，水域面積明顯增加，達(dá)98.05 hm2。林地面積變化較大，各種類(lèi)型之間出現(xiàn)轉(zhuǎn)換。10 年間，有林地面積增加了633.06 hm2，灌木林地增加315.93 hm2，水庫(kù)減少后的退耕還林措施效果明顯。2008 年～2018 年間，草地減少457.55 hm2，大部分區(qū)域轉(zhuǎn)變成了其他林地或建設(shè)用地，但是工程竣工時(shí)間相對(duì)較短，多數(shù)草地、退耕土地還未轉(zhuǎn)變成有林地、灌木林地等生態(tài)效益高的土地類(lèi)型。

3.2 水土流失遙感調(diào)查與分析

3.2.1水土流失類(lèi)型劃分

根據(jù)區(qū)域內(nèi)相似性和區(qū)間差異性原則，將全國(guó)分為水力侵蝕類(lèi)型區(qū)、風(fēng)力侵蝕類(lèi)型區(qū)、凍融侵蝕類(lèi)型區(qū)等三個(gè)一級(jí)類(lèi)型區(qū);西北黃土高原區(qū)、東北黑土區(qū)、北方土石區(qū)、南方紅壤丘陵區(qū)、西南土石山區(qū)、三北戈壁沙漠及沙地風(fēng)沙區(qū)、沿河環(huán)湖濱海平原風(fēng)沙區(qū)、北方凍融土侵蝕區(qū)、青藏高原冰川侵蝕區(qū)9 個(gè)等級(jí)類(lèi)型區(qū)，并從地貌、氣候、水土流失等方面描述各區(qū)特點(diǎn)。調(diào)查區(qū)為中國(guó)水力侵蝕類(lèi)型區(qū)的西南土石山區(qū)，主要由碳酸鹽類(lèi)和砂頁(yè)巖組成，發(fā)育有黃壤、紅壤和黃棕壤。具有土層薄，基巖裸露等特征，平壩地為石灰土，以溶蝕為主，在全國(guó)屬輕度-中度侵蝕(見(jiàn)表1)。

表1 不同侵蝕類(lèi)型區(qū)宜采用不同的容許土壤流失量表

按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤侵蝕類(lèi)型區(qū)進(jìn)行定性定量的劃分，應(yīng)收集區(qū)域范圍內(nèi)土壤侵蝕有關(guān)的系列圖件及相應(yīng)資料，結(jié)合系統(tǒng)分析及綜合集成，并充分利用最新的遙感技術(shù)影像資料。依據(jù)土壤侵蝕容許流失量和水力侵蝕區(qū)面蝕分級(jí)指標(biāo)表，在野外調(diào)查和遙感技術(shù)的支持下，確定調(diào)查區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度及面積，并在地理信息系統(tǒng)軟件的支持下，完成土壤侵蝕程度判定(見(jiàn)表2)。

表2 水力侵蝕區(qū)面蝕分級(jí)指標(biāo)表

3.2.2區(qū)域水土流失分布

水力侵蝕區(qū)的侵蝕形式主要有濺蝕、面蝕和溝蝕。濺蝕在坡度較陡的坡耕地上較為嚴(yán)重;面蝕主要發(fā)生在>15°的坡耕地、溝坡地上;溝蝕主要發(fā)生在溝道，通過(guò)搬運(yùn)堆積物使溝谷下切，溝岸擴(kuò)展，溝頭延伸。本項(xiàng)目區(qū)域水土流失主要受降雨、地形、土壤、巖性、植被、人為活動(dòng)等因子影響，其中降雨及其產(chǎn)生的徑流是水土流失的直接動(dòng)力，土壤則成為侵蝕的對(duì)象，巖性、地形、植被和人為活動(dòng)直接影響水土流失的程度。同時(shí)，由于調(diào)查區(qū)地處山區(qū)，高差大，坡度陡，還存在一定程度的重力侵蝕和風(fēng)力侵蝕。

根據(jù)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，調(diào)查區(qū)土壤侵蝕等級(jí)主要有微度侵蝕、輕度侵蝕、中度侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕。根據(jù)2008 年土壤侵蝕調(diào)查數(shù)據(jù)分析，調(diào)查區(qū)主要為微度侵蝕為主，占的比例最大，達(dá)44.97%，其次是輕度侵蝕，占總面積的32.01%，中度侵蝕占總面積的17.90%，強(qiáng)烈侵蝕占總面積的4.90%，極強(qiáng)烈侵蝕占總面積的0.22%;2018 年土壤侵蝕調(diào)查數(shù)據(jù)分析表明:10 年間調(diào)查區(qū)域土壤侵蝕強(qiáng)度結(jié)構(gòu)不變，調(diào)查區(qū)主要為微度侵蝕為主，占的比例最大，達(dá)45.59%，其次是輕度侵蝕，占總面積的34.03%，中度侵蝕占總面積的17.25%，強(qiáng)烈侵蝕占總面積的3.02%，極強(qiáng)烈侵蝕占總面積的0.20%。從整體上分析，調(diào)查區(qū)因?yàn)橛辛值?、灌木林地所占面積較大，林草植被覆蓋度相對(duì)較高，水土流失較為輕微。將水土流失圖和土地利用圖對(duì)比分析，顯示微度侵蝕主要集中在有林地區(qū)域、水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)域，呈斑塊狀分布于調(diào)查區(qū);侵蝕區(qū)集中于調(diào)查區(qū)的河谷、陡坡區(qū)域，其中，輕度侵蝕主要分布在灌木林區(qū)和低覆蓋度草地區(qū)，中度侵蝕主要發(fā)生在裸巖區(qū)和有一定坡度的旱地區(qū)，強(qiáng)烈侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕主要發(fā)生在受人工擾動(dòng)較強(qiáng)的建設(shè)用地區(qū)和河谷坡度較陡的耕地區(qū)，土壤侵蝕空間分布為河谷地帶集中連片，其他區(qū)域零星分布。從分布區(qū)域看，調(diào)查區(qū)北部水土流失強(qiáng)于南部區(qū)域。

如圖3，通過(guò)2008 年和2018 年兩期遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可以看出，水利項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行水土保持和植被恢復(fù)措施，注重對(duì)表土資源的收集、儲(chǔ)存和綜合利用，不會(huì)產(chǎn)生工程建設(shè)導(dǎo)致土地退化的問(wèn)題。水庫(kù)建成后，水域面積增加，局地氣候條件的改善，與工程建設(shè)配套的水保措施的實(shí)施，調(diào)查區(qū)水庫(kù)區(qū)域水土流失狀況持續(xù)好轉(zhuǎn)。10 年間，評(píng)價(jià)區(qū)極強(qiáng)烈侵蝕減少0.02%，強(qiáng)烈侵蝕減少1.88%，中度侵蝕減少0.65%，因極強(qiáng)烈、強(qiáng)烈、中度侵蝕治理后向輕度侵蝕及微度侵蝕轉(zhuǎn)化，輕度侵蝕增加2.02%，微度侵蝕增加0.62%。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，評(píng)價(jià)區(qū)水土流失面積減少、水土流失強(qiáng)度降低，水土流失形勢(shì)總體減輕。

圖3 臺(tái)雄水庫(kù)工程建設(shè)范圍前后土地侵蝕變化趨勢(shì)圖

4 結(jié)語(yǔ)

在研究區(qū)域地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖、地質(zhì)圖等等基礎(chǔ)圖件的支持下，根據(jù)不同土地利用類(lèi)型、不同水土流失等級(jí)在影像中的光譜特征差異，利用分層信息提取方法，對(duì)照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤侵蝕類(lèi)型的劃分，建立不同等級(jí)分級(jí)的閥值，在野外調(diào)查和遙感技術(shù)的支持下，確定調(diào)查區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度及面積，并在地理信息系統(tǒng)軟件的支持下，調(diào)整遙感解譯的信息。

通過(guò)2008 年和2018 年兩期遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，水庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目采取有效的水土保持措施后，在保障主體工程正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)的同時(shí)，又減少了水土流失和對(duì)周邊土壤的擾動(dòng)，較好地降低了因項(xiàng)目建設(shè)中引發(fā)水土流失的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)入生態(tài)文明新時(shí)代，生產(chǎn)建設(shè)單位應(yīng)在水土流失防治分區(qū)、防治措施體系、措施總體布局、措施布設(shè)與設(shè)計(jì)等方面進(jìn)一步完善和深化，對(duì)造成的水土流失進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展。