淤地壩壩控區(qū)域土地利用現(xiàn)狀與淤積量的相關(guān)性分析

田松良

(太原市水土保持科學(xué)研究所，山西 太原 030021)

淤地壩壩控區(qū)域土地利用現(xiàn)狀與淤積量的相關(guān)性分析

田松良

(太原市水土保持科學(xué)研究所，山西 太原 030021)

淤地壩；壩控區(qū)域；土地利用現(xiàn)狀；淤積量；晉西黃土丘陵溝壑區(qū)

淤地壩淤積庫(kù)容一般通過懸移質(zhì)輸沙量和推移質(zhì)輸沙量來確定，這兩個(gè)量的確定一般又要根據(jù)當(dāng)?shù)剌斏衬?shù)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算，這樣就會(huì)遇到兩個(gè)問題：一是當(dāng)?shù)厝狈?jīng)驗(yàn)公式；二是雖有經(jīng)驗(yàn)公式，但壩控區(qū)域土地利用現(xiàn)狀變化后，計(jì)算出的量與實(shí)際出現(xiàn)較大偏差。地處晉西的山西太原婁煩縣淤地壩建設(shè)中就因輸沙量確定不準(zhǔn)，導(dǎo)致多數(shù)淤地壩設(shè)計(jì)淤積年限和實(shí)際使用年限出現(xiàn)較大偏差。根據(jù)該縣淤地壩普查資料，選取黃土丘陵溝壑區(qū)大中型淤地壩42座作為研究對(duì)象，調(diào)取其壩控區(qū)域衛(wèi)星影像，結(jié)合實(shí)地調(diào)繪，獲得各個(gè)壩的壩控區(qū)域土地利用現(xiàn)狀資料。對(duì)土地利用現(xiàn)狀與各壩的淤積量之間進(jìn)行相關(guān)分析，用多元線性回歸的方法，得出了通過土地利用現(xiàn)狀計(jì)算淤積量的線性公式。

根據(jù)婁煩縣治汾辦2012年的淤地壩普查資料，自1988年汾河上游治理工作開展以來，截至2012年底，婁煩縣修建大中型淤地壩82座，其中仍正常運(yùn)行的77座、淤滿后已移交的3座、待移交的2座。淤地壩普查暴露出的一個(gè)較大問題是，選取的輸沙模數(shù)與實(shí)際情況偏差較大，導(dǎo)致到達(dá)設(shè)計(jì)淤積年限時(shí)，剩余淤積庫(kù)容仍占很大比例，這對(duì)投資建設(shè)淤地壩來說也是一個(gè)較大的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2012年底，仍正常運(yùn)行的77座大中型淤地壩中，達(dá)到設(shè)計(jì)淤積年限的有8座，超過設(shè)計(jì)淤積年限的有13座，超過設(shè)計(jì)淤積年限1倍以上的有5座，實(shí)際年平均淤積量達(dá)不到設(shè)計(jì)年均淤積量的壩占到67.53%。通過實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)壩控區(qū)域內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀的不同導(dǎo)致了實(shí)際淤積量嚴(yán)重偏小，為此筆者利用衛(wèi)星影像結(jié)合實(shí)地調(diào)繪獲得的壩控區(qū)域土地利用現(xiàn)狀資料，對(duì)壩控區(qū)域土地利用現(xiàn)狀對(duì)淤地壩淤積情況的影響進(jìn)行了分析研究。

1 研究對(duì)象的選取

婁煩縣現(xiàn)在正常運(yùn)行的77座大中型淤地壩，相當(dāng)一部分已形成壩系，上游壩和下游壩之間淤積量形成多重包含關(guān)系，而且由于壩的建設(shè)時(shí)間不同，使這種包含關(guān)系變得更為復(fù)雜。為便于研究，在該縣黃土丘陵溝壑區(qū)選取了上下游壩之間沒有包含關(guān)系，且壩體和涵臥管未發(fā)生過因破裂垮塌等影響到攔洪淤地情況的壩共42座，其中骨干壩23座、中型壩19座。各壩壩控區(qū)域內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀按大類分為：林地、農(nóng)田、宜林荒山、水域、居民點(diǎn)、難利用地。林地包括：有林地(包含用材林和經(jīng)濟(jì)林，其中用材林又包括純林和混交林)、疏林地、灌木林地、未成林地、無立木林地、林輔地等六類，農(nóng)田包括塬地、梯田、溝灘地，水域指淤地壩的蓄水區(qū)域，居民點(diǎn)指村民居住區(qū)，難利用地指溝道侵蝕形成的連種草措施都難以實(shí)施的陡坡區(qū)域。土地利用現(xiàn)狀資料是根據(jù)2012年10月的衛(wèi)星圖片解譯，結(jié)合實(shí)地調(diào)繪得出的。

2 壩控區(qū)域土地利用現(xiàn)狀分析

把各土地利用現(xiàn)狀類型(以下簡(jiǎn)稱地類)所占?jí)慰貐^(qū)域的百分比分成10個(gè)區(qū)段，每10%為一個(gè)區(qū)段(表1)。從表1可以看出，林地在前9個(gè)區(qū)段內(nèi)均有分布，說明壩控區(qū)域的林地面積占比差異較大；農(nóng)田占比超過20%的壩的比例為26.19%，超過40%的壩的比例為9.52%，反映出壩控范圍內(nèi)農(nóng)田占比較少；42.85%的壩的宜林荒山面積達(dá)到40%以上，說明壩控區(qū)域還有較大的通過造林控制水土流失的空間；71.43%的壩的難利用地面積低于20%，說明大多數(shù)壩的壩控范圍地形破碎程度較輕。

表1 研究選取的淤地壩壩控區(qū)域各土地利用現(xiàn)狀類型占比在不同區(qū)段的分布情況 %

把各類林地所占?jí)慰貐^(qū)域的百分比分成10個(gè)區(qū)段，每10%為一個(gè)區(qū)段(表2)。從表2可以看出，不同類型的林地在壩控區(qū)域內(nèi)所占的面積大多不超過10%，一般不超過20%。對(duì)超過20%的林地類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其順序?yàn)椋汗嗄玖?8.54%、經(jīng)濟(jì)林25%、未成林13.04%、無立木林地10.52%、混交林9.52%、純林9.09%、疏林8%、林輔地0%，反映出壩控區(qū)內(nèi)林種的多樣性。

表2 研究選取的淤地壩壩控區(qū)域各類林地占比在不同區(qū)段的分布情況 %

3 土地利用現(xiàn)狀與淤積量的相關(guān)性分析

將選定壩的壩控區(qū)域內(nèi)不同地類面積占比與各壩的單位面積年淤積量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如下：

(1)不區(qū)分壩的淤積年限，對(duì)壩控區(qū)域各地類與各壩單位面積年淤積量進(jìn)行相關(guān)分析，所得出的相關(guān)系數(shù)為：林地-0.330 7、農(nóng)田0.347 5、宜林荒山0.164 6、水域0.299 5、居民點(diǎn)0.067 0、難利用地0.054 4，均未呈現(xiàn)出好的相關(guān)性。

(2)按淤積年限分別為1—5年、6—10年、11年以上，分段進(jìn)行相關(guān)性分析：①1—5年的相關(guān)性數(shù)據(jù)為：林地-0.824 7、農(nóng)田0.217 6、宜林荒山0.966 9、水域無相關(guān)性分析數(shù)據(jù)、居民點(diǎn)-0.461 0、難利用地0.078 3。這反映出林地與實(shí)際輸沙模數(shù)有較好的負(fù)相關(guān)性，說明林地占的比例越大，輸沙模數(shù)就會(huì)降得越低；宜林荒山與實(shí)際輸沙模數(shù)的正相關(guān)性較高，說明這個(gè)地類的植被覆蓋度較低，是造成泥沙淤積的主要來源。②6—10年的相關(guān)性數(shù)據(jù)為：林地-0.857 8、農(nóng)田0.285 7、宜林荒山0.744 2、水域0.540 8、居民點(diǎn)-0.09 4、難利用地-0.067。依然是林地的負(fù)相關(guān)性高，宜林荒山的正相關(guān)性高。③11年以上的相關(guān)性數(shù)據(jù)為：林地-0.075 3 、農(nóng)田0.328 0、宜林荒山-0.158 7、水域0.200 8、居民點(diǎn)0.024 4、難利用地-0.618 0。這組數(shù)字中，難利用地出現(xiàn)負(fù)相關(guān)有偶然性，其余各地類的相關(guān)性都較低。相比前面1—5年和6—10年這兩組數(shù)字中林地較高負(fù)相關(guān)性，11年以上的這組數(shù)字的出現(xiàn)，說明近10年內(nèi)各個(gè)壩控區(qū)域的植樹造林力度在加大，而且10年前造的林木在近10年間逐漸發(fā)揮出其保持水土的功效。

(3)把各個(gè)壩控區(qū)域的林地與農(nóng)田面積相加，再與單位面積年淤積量進(jìn)行相關(guān)分析，得到以下數(shù)字：1—5年為-0.939 6，6—10年為-0.778 2，11 年以上為0.305 4，全部年限為-0.133 5?？梢钥闯?，1—5年和6—10年這兩組相關(guān)系數(shù)，相比單純的林地或農(nóng)地與單位面積年淤積量相關(guān)系數(shù)都有所提高，說明地勢(shì)平緩的農(nóng)田(包括梯田和坡度5°以下的梁峁地)所占的比例越大，輸沙模數(shù)就會(huì)越小。

4 壩型對(duì)土地利用現(xiàn)狀與淤積量相關(guān)性的影響

按骨干壩與中型壩進(jìn)行分類后，再把它們壩控區(qū)域的地類與淤積量做相關(guān)性分析，得出的結(jié)果見表3。

表3 不同壩型土地利用現(xiàn)狀與淤積量的相關(guān)性分析結(jié)果

對(duì)表3的結(jié)果分析如下：

(1)不限定淤積年限時(shí)，骨干壩與各地類間呈現(xiàn)的相關(guān)關(guān)系不明顯，中型壩林地與淤積量的相關(guān)系數(shù)為-0.626 2，宜林荒山的相關(guān)系數(shù)為0.647 9，說明壩控區(qū)域較小時(shí)，林地的減沙作用和宜林荒山的產(chǎn)沙作用都有所體現(xiàn)。

(2)淤積年限1—10年時(shí)，林地、宜林荒山與淤積量都有較好的相關(guān)性，但骨干壩的相關(guān)性要略好于中型壩。

(3)淤積年限11年以上時(shí)，骨干壩和中型壩各地類與淤積量間的相關(guān)系數(shù)普遍較小，不具備相關(guān)性。11年以上的中型壩居民點(diǎn)面積與淤積量的相關(guān)系數(shù)為0.844 0，這是一個(gè)例外，主要是此類相關(guān)分析樣本數(shù)據(jù)較少所致。

綜合以上分析，可以認(rèn)為壩型對(duì)土地利用現(xiàn)狀和淤積量間相關(guān)關(guān)系影響不明顯。

5 擬合線性回歸方程

本項(xiàng)研究把土地利用分為6類，水域、居民點(diǎn)、難利用地等3個(gè)地類的樣本數(shù)較少，回歸分析時(shí)不再考慮。其他3個(gè)地類，林地、農(nóng)田、宜林荒山，將其中的任意2個(gè)或3個(gè)與單位面積年淤積量進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，3個(gè)地類組合中，淤積年限11年以上的，各類相關(guān)系數(shù)的值都較低，標(biāo)準(zhǔn)誤差都在1 000以上，P值都大于0.05，由此判斷，淤積年限11年以上的各類組合與單位面積年淤積量間均無明顯因果關(guān)系，不能進(jìn)行線性回歸。

表4 不同地類組合與單位面積年淤積量間的回歸統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)淤積年限1—5年和6—10年的各種地類組合與單位面積年淤積量進(jìn)行多元線性回歸，結(jié)果見表5。觀察表5發(fā)現(xiàn)只有1—5年的林地與農(nóng)田組合這一組常數(shù)與偏回歸系數(shù)項(xiàng)中的P值遠(yuǎn)小于0.05，其他組合的常數(shù)項(xiàng)與偏回歸系數(shù)項(xiàng)的P值程度不同地都有大于0.05的情況。說明淤積年限較長(zhǎng)時(shí)，由于土地利用現(xiàn)狀時(shí)空變化較大，導(dǎo)致與淤積量之間不能呈現(xiàn)出好的相關(guān)性。

表5 淤積年限1—5年和6—10年的各種地類組合與單位面積年淤積量多元線性回歸結(jié)果

根據(jù)淤積年限1—5年的林地、農(nóng)田組合與單位面積年淤積量間的回歸計(jì)算，擬合出如下的多元線性回歸方程：

S=3 491-22L-19N

式中：S為壩控區(qū)域單位面積年淤積量，m3/(km2·a);L為壩控區(qū)域內(nèi)林地所占的比例×100;N為壩控區(qū)域內(nèi)農(nóng)田所占的比例×100。

6 結(jié) 語(yǔ)

淤地壩設(shè)計(jì)中，輸沙模數(shù)是最為重要的一個(gè)參數(shù)，其取值大小關(guān)系到工程量大小和投資的多少。影響輸沙模數(shù)的因素有很多，如植被、地形、降雨、土壤等，有學(xué)者根據(jù)這四類因素?cái)M合過相應(yīng)的計(jì)算輸沙模數(shù)的公式，但實(shí)際應(yīng)用中因需要參考的因子太多，操作起來較為繁瑣，不能得到廣泛應(yīng)用。本文通過淤地壩壩控區(qū)域的地類構(gòu)成與壩內(nèi)淤積量的相關(guān)性分析，找到壩控區(qū)域土地利用現(xiàn)狀中林地和農(nóng)田與單位面積年淤積量間較好的相關(guān)關(guān)系，并擬合出簡(jiǎn)單的回歸方程。在實(shí)際工作中，隨著衛(wèi)星圖像在土地資源調(diào)查中的普及，土地利用現(xiàn)狀資料的獲取正變得相對(duì)簡(jiǎn)單，因而本文提出的用林地和農(nóng)田的面積估算淤積量的方法對(duì)某一特定范圍(如一個(gè)縣區(qū))的單一地貌而言，是具有可操作性的。對(duì)這一方法的準(zhǔn)確性，后期還可通過對(duì)新建淤地壩運(yùn)行過程中壩控區(qū)域內(nèi)的地類與淤積量的調(diào)查，做出進(jìn)一步的修正。

(責(zé)任編輯 王 琦)

S157

A

1000-0941(2015)08-0039-04

田松良(1965—)，男，山西陽(yáng)城縣人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事水土保持科學(xué)研究工作。

2015-05-15