基于侵蝕因子顯性變化的區(qū)域水蝕動態(tài)監(jiān)管方法研究

李智廣，任志勇，李子軒

（1.水利部 水土保持監(jiān)測中心，北京100055；2.山西省水土保持監(jiān)測中心，山西 太原030002；3.海河流域水土保持監(jiān)測中心站，天津300170）

近年來，水利部不斷強(qiáng)化水土保持監(jiān)管工作。在國務(wù)院批復(fù)的《全國水土保持規(guī)劃（2015—2030年）》中，設(shè)專章“綜合監(jiān)管”對水土保持監(jiān)督管理、動態(tài)監(jiān)測和信息化建設(shè)進(jìn)行全面規(guī)劃，確保實現(xiàn)動態(tài)實時監(jiān)控，有效控制人為水土流失，不斷提高水土流失防治水平和效益。2018年，水利部先后印發(fā)了《全國水土流失動態(tài)監(jiān)測規(guī)劃（2018—2022年）》《國家水土保持監(jiān)管規(guī)劃（2018—2020年）》，全面推進(jìn)實施生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)管、國家水土保持重點工程監(jiān)管、全國水土流失動態(tài)監(jiān)測及信息化監(jiān)管能力建設(shè)；印發(fā)了《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持信息化監(jiān)管技術(shù)規(guī)定（試行）》［1］《國家水土保持重點工程信息化監(jiān)管技術(shù)規(guī)定（試行）》［2］《區(qū) 域 水 土 流 失 動 態(tài) 監(jiān) 測 技 術(shù) 規(guī) 定（試行）》［3］，指導(dǎo)和規(guī)范相關(guān)監(jiān)管工作。2018年，水利部提出“把水土保持工作重心切實轉(zhuǎn)變到監(jiān)管上來，在監(jiān)管上強(qiáng)手段，在治理上補(bǔ)短板”的水土保持工作總思路。目前，水土流失動態(tài)監(jiān)測、生產(chǎn)建設(shè)項目“天地一體化”監(jiān)管、重點工程“圖斑精細(xì)化”管理等3項工作正在推進(jìn)實施。但工作中仍存在一些不足、面臨一些挑戰(zhàn)，需要從技術(shù)上、組織上統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、研究解決，如：3項工作的“三體合一”尚需在組織與安排上研究落實，基于高分遙感影像的水土流失動態(tài)監(jiān)測結(jié)果、重點工程精細(xì)化管理成果、生產(chǎn)建設(shè)活動監(jiān)管信息三者之間的對應(yīng)性和匹配度不直接；動態(tài)監(jiān)測、生產(chǎn)建設(shè)項目和重點工程信息化監(jiān)管的最直接結(jié)果——圖斑（地塊）難以直接應(yīng)用于設(shè)計預(yù)防和治理措施、指示監(jiān)督檢查對象、落實監(jiān)管對策；難以精準(zhǔn)地說清楚水土流失動態(tài)變化的數(shù)量、分布，高度關(guān)聯(lián)地說明引起變化的原因和存在問題，針對性地制定精準(zhǔn)的防治策略。本文初步探索基于高分遙感影像等高精度數(shù)據(jù)的區(qū)域水蝕動態(tài)監(jiān)管方法，包括監(jiān)管基本對象確定、顯性變化因素識別、侵蝕動態(tài)分析評價等，以期為形成科學(xué)、有效的水土流失動態(tài)監(jiān)管技術(shù)和方法提供參考。

1 研究區(qū)概況

原平市位于東經(jīng)112°17′—113°35′，北緯38°35′—39°09′之間，地處山西省北中部。轄區(qū)東西相距62 km，南北長約58 km，東西綿亙?nèi)荷綖樘烊唤缬?，陽武河、滹沱河畔是全市的開闊地帶。全市地貌特征是山地型高原，東西兩面高，中間低，“兩山夾一盆”為顯著特點，地面高程一般在800 m 以上，最高山峰雙頂山海撥為2 393 m，中間嵌著滹沱河地塹谷地地形，相對高差1 500 m，山地約1 410 km2，丘陵約570 km2，平川約580 km2。該市屬北溫帶季風(fēng)型半干燥大陸氣候，四季分明，降雨少而集中，多年平均降雨量450～500 mm，年平均徑流深60 mm，年際及年內(nèi)各月分配不均。近30 a氣象資料表明，年最大降雨為760.6 mm，年最少僅為162.4 mm。年平均氣溫8～9 ℃，全年日照2 800 h，大于等于10 ℃積溫為3 246℃，無霜期120～190 d。全市土壤和植被多樣，在山區(qū)，分布有針葉闊葉混交林，土壤以棕壤、淋溶褐土為主；在丘陵區(qū)，植被稀疏，零星分布著楊、柳、榆樹、刺槐、臭椿等，土壤屬黃土狀物質(zhì)；在平川地區(qū)，以耕地為主，沒有大面積的林草，土壤以草甸土和鹽土為主。

本著改善生態(tài)環(huán)境，增加收入、發(fā)展經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，該市科學(xué)規(guī)劃、合理配置各項防治措施，實行山水林田路綜合治理。截至2017 年，累計建設(shè)基本農(nóng)田20 529 hm2（包括梯田9 638.1 hm2，壩灘地8 130.8 hm2，旱坪地2 760.1 hm2），造林47 265.97 hm2（包括喬木林20 005.77 hm2，灌木林15 607.73 hm2，經(jīng)濟(jì)林11 652.47 hm2），種草698 hm2，封禁治理6 797.8 hm2，其他1 578.7 hm2，充分發(fā)揮了蓄水保土，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境的作用。

2 研究方法

2.1 區(qū)域水蝕監(jiān)管的基本單元：土壤侵蝕地塊

影響水蝕的因素包括自然因素和人為活動2方面，其中自然因素主要為降水及其徑流、地形、土壤、植被等，人為活動主要為各種經(jīng)營管理和生產(chǎn)建設(shè)活動等。為保證水蝕動態(tài)變化評價對象與其影響因素對應(yīng)，尤其是自然因素疊加人為活動進(jìn)而交織耦合對水蝕的影響，基于近年來高分遙感影像及GIS 技術(shù)在水土保持監(jiān)管中普遍應(yīng)用的現(xiàn)實［1-5］，經(jīng)反復(fù)調(diào)研，本文將“土壤侵蝕地塊”作為水蝕動態(tài)監(jiān)管的基本單元［3-8］。

土壤侵蝕地塊是指影響水土流失的自然因素和人為活動等因素相對一致、空間上連續(xù)的范圍，是水土流失發(fā)生和演變的基本空間單元。其中，自然因素主要指地表坡度、地表覆被，人為活動主要指土地利用類型、水土保持措施、經(jīng)營管理方式。

2.2 區(qū)域水蝕監(jiān)管對象的基本特征：侵蝕因子顯性變化

水土保持監(jiān)管的基本要求是監(jiān)管的對象及其狀態(tài)務(wù)必明確、精準(zhǔn)，能夠得到監(jiān)管方、被監(jiān)管方和第三方機(jī)構(gòu)等共同認(rèn)可和接受，而不存在一方是是非非、另一方非是是非、第三方似是而非。為發(fā)揮監(jiān)管方監(jiān)視、監(jiān)督、調(diào)控被監(jiān)管方行為的作用，達(dá)到防止水土流失及其危害發(fā)生的目的，水蝕動態(tài)監(jiān)管的對象及其變化應(yīng)是顯著的、達(dá)到可被識別、可被監(jiān)視的程度。這就要求區(qū)域水蝕動態(tài)監(jiān)管應(yīng)是基于侵蝕因子顯性變化的監(jiān)管。

侵蝕因子顯性變化是指區(qū)域內(nèi)某種或幾種土壤侵蝕因子在局部發(fā)生變化，并呈現(xiàn)出顯著的可被識別、可被監(jiān)視的明確特征。這種可被識別、可被監(jiān)視的特征體現(xiàn)在兩個方面：①侵蝕因子的變化顯著到既可以被監(jiān)管方測量、應(yīng)用于監(jiān)視水土流失及其調(diào)控，又能夠使得被監(jiān)管方和第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)可和接受；②侵蝕因子的變化可以為監(jiān)視水土流失及其危害提供空間位置精準(zhǔn)的、可以被相關(guān)方驗算的水土流失動態(tài)變化信息。當(dāng)這種顯性變化發(fā)生時，必然意味著區(qū)域內(nèi)某個或某些土壤侵蝕地塊的侵蝕因子發(fā)生了變化，如：坡耕地變成梯田，荒地豐育成林，耕地林地草地被生產(chǎn)建設(shè)活動擾動；或者造成原來土壤侵蝕地塊發(fā)生了變化，如不同的地塊變成同一性質(zhì)的地塊，某個地塊被分解成性質(zhì)不同的2個或2個以上地塊。

在顯性變化發(fā)生時，只要分析評價發(fā)生顯性變化的所有土壤侵蝕地塊的水土流失動態(tài)變化，就可以全面掌握區(qū)域水土流失動態(tài)變化，進(jìn)而按照地塊精準(zhǔn)實施水土流失監(jiān)管，指導(dǎo)和監(jiān)督被監(jiān)管方及時停止擾動水土資源的行為、針對性地采取預(yù)防和治理措施，防止水土流失及其危害的發(fā)生。

2.3 區(qū)域水蝕動態(tài)的監(jiān)管方法：因子顯性變化識別與侵蝕強(qiáng)度分析評價

既然區(qū)域是土壤侵蝕地塊的總和，那么區(qū)域水蝕動態(tài)就是區(qū)域內(nèi)土壤侵蝕地塊水蝕動態(tài)的總和，即：基于土壤侵蝕地塊本身的變化及其影響因素的變化，分析評價地塊的面積及其侵蝕強(qiáng)度，進(jìn)而統(tǒng)計分析區(qū)域水蝕的強(qiáng)度、面積和分布的動態(tài)變化。

2.3.1 因子顯性變化地塊侵蝕強(qiáng)度動態(tài)變化分析 顯性變化地塊侵蝕強(qiáng)度變化，是指因侵蝕因子發(fā)生顯性變化引起地塊侵蝕強(qiáng)度由某個等級變化為另一個等級。分析和計算過程為：首先，調(diào)查確定侵蝕因子發(fā)生顯性變化的地塊，根據(jù)侵蝕因子現(xiàn)狀分析和計算地塊的侵蝕強(qiáng)度現(xiàn)狀，記為SEIi，t（i表示第i 個侵蝕地塊，t表示動態(tài)監(jiān)管的現(xiàn)狀時期）；然后，基于以往的土壤侵蝕圖（圖斑圖），獲取該地塊以往的侵蝕強(qiáng)度，記為SEIi，t0（t0表示動態(tài)監(jiān)管的對比本底時期）。當(dāng)SEIi，t與SEIi，t0不同時，地塊的侵蝕強(qiáng)度就 發(fā)生了變化；否則，表示侵蝕因子的顯性變化還未引起侵蝕強(qiáng)度的變化。

如果原來的1個土壤侵蝕地塊被分為2 個或2個以上地塊，應(yīng)先分別分析這些被分成地塊的現(xiàn)狀侵蝕強(qiáng)度；反過來，如果原來的2個或2個以上地塊土壤侵蝕地塊被合并為1個地塊，應(yīng)按1個地塊分析現(xiàn)狀侵蝕強(qiáng)度。

2.3.2 區(qū)域水蝕動態(tài)變化分析

（1）水蝕強(qiáng)度動態(tài)變化 區(qū)域水蝕強(qiáng)度動態(tài)變化主要通過各級侵蝕強(qiáng)度面積的變化量反映。在“因子顯性變化地塊侵蝕強(qiáng)度動態(tài)變化分析”的基礎(chǔ)上，通過計算t，t0兩個時間節(jié)點之間該侵蝕強(qiáng)度面積的差值得到動態(tài)變化。具體的計算式如下：

式中：ΔSseig——區(qū)域內(nèi)某侵蝕強(qiáng)度等級總面積的變化量；Sseit——發(fā)生顯性變化后，即在t時期，區(qū)域內(nèi)侵蝕強(qiáng)度為某等級的地塊的總面積，這類地塊的總數(shù)為m；Sseit0——對應(yīng)于發(fā)生顯性變化的地塊，在t0時期，區(qū)域內(nèi)侵蝕強(qiáng)度等級為某等級的總面積，這類地塊的總數(shù)為n。

（2）水土流失面積動態(tài)變化 區(qū)域水土流失面積的動態(tài)變化主要通過微度侵蝕面積的變化量表達(dá)，即：在兩個時間節(jié)點之間，區(qū)域內(nèi)所有侵蝕強(qiáng)度由輕度及其以上的降低為微度的土壤侵蝕地塊面積之和減去所有侵蝕強(qiáng)度由微度升高為輕度及其以上的土壤侵蝕地塊面積之和的差［9］。具體的計算式如下：

式中：ΔS——區(qū)域水土流失面積的變化量；Sg→0k——第k個侵蝕強(qiáng)度由輕度及其以上的降低為微度的地塊的面積，這類地塊的總數(shù)為p；S0→gl——第l個侵蝕強(qiáng)度由微度升高為輕度及其以上的地塊的面積，這類地塊的總數(shù)為q。

（3）水蝕分布動態(tài)變化 基于“因子顯性變化地塊侵蝕強(qiáng)度動態(tài)變化分析”結(jié)果，更新侵蝕強(qiáng)度等級發(fā)生變化的地塊，就得到水土流失動態(tài)變化的分布。在以往土壤侵蝕圖（圖斑圖）上，將侵蝕強(qiáng)度等級發(fā)生變化的地塊更新為現(xiàn)狀侵蝕強(qiáng)度，就得到土壤侵蝕現(xiàn)狀圖。

2.4 地塊因子顯性變化及其侵蝕動態(tài)評價

既然土壤侵蝕地塊的水蝕動態(tài)集中變化體現(xiàn)在顯性變化的侵蝕因子上，那么水蝕動態(tài)的分析評價就可以集中在對侵蝕因子顯性變化的分析及其對侵蝕強(qiáng)度、面積的影響上。如可通過模型中發(fā)生顯性變化因子的數(shù)值變化計算土壤流失模數(shù)，可通過因子變更判別侵蝕強(qiáng)度，可通過建設(shè)活動擾動及其對周邊的影響、水土保持措施等推斷是否發(fā)生水土流失及其強(qiáng)度。

鑒于中國目前的土地利用分類既反映了土地的利用方式、經(jīng)營管理等人類活動特點，又反映土地的資源環(huán)境、地表覆被等自然屬性特征，為盡可能精確地計算水蝕量和判別侵蝕強(qiáng)度，盡可能針對性地支撐監(jiān)視、監(jiān)督、調(diào)控等水土保持監(jiān)管活動，本研究以土壤侵蝕地塊為基本評價單元，將地塊的土地利用及其水土保持措施作為背景，采用對應(yīng)的方法評價各種侵蝕因子發(fā)生顯性變化時的水蝕現(xiàn)狀及其動態(tài)變化。

參考GB／T 21010-2017《土地利用現(xiàn)狀分類》和《區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定（試行）》［1］，依據(jù)地表覆被與地表組成物質(zhì)特征，將土壤侵蝕地塊分為耕地園地林地草地、項目建成建設(shè)用地、生產(chǎn)建設(shè)活動用地、農(nóng)村道路、水域及水利設(shè)施用地、其他土地等6類對象，根據(jù)侵蝕因子顯性變化狀況，提出對應(yīng)的方法，分析評價地塊的水土流失狀況。

2.4.1 耕地園地林地草地 這4種土壤侵蝕地塊，地表覆被分別為耕地、園地、林地、草地對應(yīng)的覆被狀況，地表組成物質(zhì)為正常耕作或經(jīng)營狀態(tài)下的土壤。對這4種土地利用，可采用中國土壤流失方程（Chinese Soil Loss Equation，CSLE）M＝R·K·L·S·B·E·T［3，5］計算每個地塊的水蝕模數(shù)，進(jìn)而依據(jù)SL 190-2007《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》判別侵蝕強(qiáng)度。在熟悉區(qū)域水土流失情況，建立了土壤流失模數(shù)與侵蝕強(qiáng)度、侵蝕因子之間的對應(yīng)關(guān)系之后，也可基于遙感影像、DEM 等資料采集侵蝕因子，判別侵蝕強(qiáng)度［10-11］。

當(dāng)耕地、園地、林地、草地中某些地塊的用途及屬性發(fā)生變更時，CSLE 中的相關(guān)因子將發(fā)生顯著變化，水蝕模數(shù)與強(qiáng)度也將發(fā)生變化。如：坡耕地修建梯田時，CSLE中的E 因子值明顯降低（如土坎梯田為0.084，石坎水平梯田為0.121［3］）；退耕還林還草和荒地封禁治理育林育草植被恢復(fù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（如郁閉度達(dá)0.7以上，林間有70%以上的地被物［12］）時，B因子值明顯降低；林草地植被覆蓋度明顯好轉(zhuǎn)時，B因子值明顯降低。一旦開辦生產(chǎn)建設(shè)項目時，通常就不宜采用CSLE計算地塊的水蝕模數(shù)，而應(yīng)基于是否及時實施水土保持方案設(shè)計的防治措施來判別侵蝕強(qiáng)度。

2.4.2 項目建成建設(shè)用地 這類用地主要指已經(jīng)建成的城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村建設(shè)用地、其他建設(shè)用地等建設(shè)用地和其他交通用地，主要特征是相關(guān)的建設(shè)活動已全部完成即項目建成，而不是建設(shè)活動正在實施當(dāng)中?；谶@些類型用地的地表覆被為項目建成的相關(guān)設(shè)施，地表組成物質(zhì)為固體形態(tài)、幾乎不能被日常人為活動擾動等特征，可直接判定其侵蝕強(qiáng)度為微度；對于較大城鎮(zhèn)、大型其他交通用地，亦可不進(jìn)行水蝕狀況評價，而直接采用用地類型名稱，不再計入水蝕面積［13］。

鑒于這些類型地塊的用途及屬性一般地不會發(fā)生改變，尤其是不會在年際間頻繁地改變，通?？烧J(rèn)為水蝕強(qiáng)度基本不發(fā)生變化。如若發(fā)生改變，那將是長期性甚至永久性的變更，其水蝕動態(tài)可根據(jù)演變方向和程度采用對應(yīng)對象的方法進(jìn)行評價。

2.4.3 生產(chǎn)建設(shè)活動用地 這類用地主要包括采礦用地和其他生產(chǎn)建設(shè)活動用地，突出特征是地表正在被采礦和其他生產(chǎn)建設(shè)活動擾動著。采礦用地的主要特征是：開采面裸露，礦石礦料裸露堆積，礦渣裸露堆積、或有稀疏植被生長，礦石和棄渣之間的運輸路面常被車輛壓扎而裸露。其他生產(chǎn)建設(shè)活動用地的主要特征是：絕大部分地表正在被生產(chǎn)建設(shè)活動擾動，大多數(shù)取土取料場、棄土棄渣場裸露或者被苫蓋，施工營地或正在建設(shè)的區(qū)域被材料和建筑物等覆蓋。

如果這2類的生產(chǎn)活動在水土保持方案確定的防治責(zé)任范圍內(nèi)，相關(guān)對象均被及時實施了防治措施，且對周邊沒有造成水土流失危害，就可以將整個防治責(zé)任范圍的侵蝕強(qiáng)度判定為微度。如果生產(chǎn)活動屬于未批先建，或者生產(chǎn)活動超出了防治責(zé)任范圍，或者局部區(qū)域、某些對象沒有按照設(shè)計及時采取防治措施，或者造成了水土流失危害，就可以直接判定相關(guān)區(qū)域（如前述的未批先建的整個范圍、生產(chǎn)活動超出部分、局部區(qū)域）的水蝕強(qiáng)度，其等級應(yīng)高于擾動前的強(qiáng)度，強(qiáng)度判定應(yīng)根據(jù)項目所處區(qū)域的地貌類型、地塊下墊面擾動情況、水土保持設(shè)施實施情況等綜合判定，判別指標(biāo)見表1。

表1 生產(chǎn)建設(shè)活動擾動地塊侵蝕強(qiáng)度判定指標(biāo)

2.4.4 農(nóng)村道路 鑒于農(nóng)村道路主要用于村間、田間交通運輸，建設(shè)時間一般都較短，或者就是“走的人多了也就成了路”，建設(shè)期間一般不會造成水土流失；成路之后，盡管缺少植被覆蓋，但由于路面低于兩旁的土地、路面坡度與兩旁的土地一致，道路的水土流失強(qiáng)度基本與兩旁的土地一致，其土壤流失模數(shù)計算與強(qiáng)度判別可納入兩旁的用地一并進(jìn)行。

當(dāng)農(nóng)村道路的用途及屬性發(fā)生變化時，可根據(jù)變化狀況分別對待。變化狀況主要包括2種情形：一是由于地塊變化引起改道，改道后的道路變成了農(nóng)田；二是道路加寬硬化，變成了類似其他交通用地的道路。對于改道的，可按照道路兩旁的土地利用類型進(jìn)行水蝕狀況評價。對于硬化的，可直接判定其侵蝕強(qiáng)度為微度。

2.4.5 水域及水利設(shè)施用地 這類用地主要包括河湖庫塘、沼澤地，是上游徑流攜帶泥沙運移和淤積的部位?；谶@些類型用地的地形比周邊低洼，或者有穩(wěn)固的大型工程，水體下面的土壤很少被擾動，一般不產(chǎn)生土壤流失。即使是河道，主要也是泥沙運移的通道，或者還有少量沉積。因此，可直接將其侵蝕強(qiáng)度判定為微度；對于較大的河湖庫，可不進(jìn)行水蝕狀況評價，而直接采用用地類型的名稱“水體”，不再計入水蝕面積［12］。

水利設(shè)施一般地不會被改變成其他的類型，通常可認(rèn)為水蝕強(qiáng)度基本不發(fā)生變化。與項目建成建設(shè)用地一樣，如若發(fā)生改變，那將是長期性甚至永久性的變更，其水蝕動態(tài)可根據(jù)演變方向和程度采用對應(yīng)對象的方法進(jìn)行評價。

河湖塘、沼澤地等水域一般地也不會被改變成其他的類型，通?？烧J(rèn)為水蝕強(qiáng)度基本不發(fā)生變化。如若發(fā)生改變，水蝕動態(tài)可根據(jù)演變方向和程度采用對應(yīng)對象的方法進(jìn)行評價。

2.4.6 其他土地 這類用地主要包括鹽堿地、裸巖石礫地。鹽堿地是表層鹽堿聚集、生長天然耐鹽植物的土地，其水蝕狀況可根據(jù)天然生長的耐鹽植物的類型，參照“耕地園地林地草地”的方法評價。當(dāng)這類土地被改變、作為其他用途時，可根據(jù)變化后的利用類型，采用對應(yīng)對象的方法進(jìn)行評價。

裸巖石礫地是地表礫石覆蓋大于70%或裸巖覆蓋率大于70%的土地。鑒于表層土壤很少甚至無土可流，可直接判定其侵蝕強(qiáng)度為微度?；谶@類土地難以被利用或被改變用途，通?？烧J(rèn)為水蝕強(qiáng)度基本不發(fā)生變化。如若發(fā)生改變，水蝕動態(tài)可以根據(jù)演變方向和程度采用對應(yīng)對象的方法進(jìn)行評價。

3 研究區(qū)地塊與水蝕動態(tài)變化情況

為全面提取研究區(qū)2個時段侵蝕地塊的顯性變化，分別選擇2011 年和2018 年的遙感影像，提取土地利用、水土保持措施和植被覆蓋度。其中，2011年影像為CIRS-P5（10景）和RapidEye（3景），空間分辨率分別為2.5 m 和5 m，采用Pansharp方法對配準(zhǔn)后的P5與Rapid Eye影像融合、生成2.5 m 分辨率的真彩色影像；2018 年影像以現(xiàn)勢性強(qiáng)的、中國研發(fā)的GF2為主（11景），GF1為輔（6景），空間分辨率分別為0.8 m 和2 m。利用CIRS-P5和資源三號衛(wèi)星影像立體像對提取制作數(shù)字高程模型（DEM，格網(wǎng)間距12.5 m，比例尺相當(dāng)于1∶25 000），提取地表坡度。所有影像和地形數(shù)據(jù)均采用CGCS2000國家大地坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為國家1985高程基準(zhǔn)。收集水土保持重點工程的設(shè)計、實施、竣工驗收等資料，分析治理措施的類型、分布、數(shù)量（如面積）；收集生產(chǎn)建設(shè)活動擾動土地情況資料，主要包括項目類型、防治責(zé)任范圍、擾動土地范圍與面積等。

3.1 土壤侵蝕地塊的顯性變化

研究區(qū)2011—2018年間各類土壤侵蝕地塊顯性變化的面積變化矩陣見表2。2011和2018年各類地塊面積降序排列分別見圖1。2011—2018 年各類土壤侵蝕地塊動態(tài)變化降序排列見圖2。由表2和圖1可知，2011—2018年間，各類土壤侵蝕地塊的總體結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，即：旱地、灌木林地、有林地等地類的面積最大，城鎮(zhèn)建設(shè)用地、其他林地及裸巖石礫地的面積最小，其他類型的面積仍然處于中間；只有果園、采礦用地、水澆地、河湖庫塘及其他建設(shè)用地的排序發(fā)生輕微變化，這主要是受期間研究區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)活動及年度降雨變化等因素影響；除了裸巖石礫地外，其他各類土壤侵蝕地塊的面積均發(fā)生了變化。

圖1 各類土壤侵蝕地塊面積統(tǒng)計

表2 土壤侵蝕地塊顯性變化統(tǒng)計結(jié)果 km2

結(jié)合表2與圖2可知，2011—2018年間，面積變化最大的土壤侵蝕地塊類型為采礦用地、其次為其他建設(shè)用地，轉(zhuǎn)化面積分別為24.34 km2，7.63 km2。其中，采礦用地由灌木林地、有林地、旱地、其他草地、其他建設(shè)用地和其他林地等6種類型的地塊轉(zhuǎn)化而來，其他建設(shè)用地由旱地、灌木林地、有林地、其他草地、河湖庫塘、水澆地、果園和其他林地等8種類型的地塊轉(zhuǎn)化而來；以上變化過程也導(dǎo)致了灌木林地及旱地面積的大幅減少。

2011—2018年，研究區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)活動比較活躍，主要集中于西北部與中南部；水域及水利設(shè)施用地、耕地園地林地草地的動態(tài)變化比較零散。整體上來看，2018年，項目建成建設(shè)用地、生產(chǎn)建設(shè)活動用地的增加大多數(shù)由耕地、林地及草地轉(zhuǎn)化而來。由此可見，與2011年相比，2018年度生產(chǎn)建設(shè)活動規(guī)模有所增加，原有耕地、林地及園地被侵占較多。

圖2 2011－2018年各類土壤侵蝕地塊面積動態(tài)變化

3.2 水蝕面積與分布的動態(tài)變化

2011—2018年間，研究區(qū)顯性變化地塊的水蝕面積變化如表3所示。由表3可知，在耕地、園地、林地及草地中，各二級類地塊的各級侵蝕強(qiáng)度的水土流失面積幾乎都在減?。ǔ疂驳厮亮魇娣e無變化、果園的微度及輕度侵蝕略有增加）。其中，灌木林的流失面積減少最多、旱地次之；項目建成建設(shè)用地、生活建設(shè)活動用地、水域及水利設(shè)施用地的各級侵蝕強(qiáng)度面積均出現(xiàn)不同程度的增加，尤以采礦用地流失面積的增加最為明顯。

從各級強(qiáng)度侵蝕面積的變化來看，極強(qiáng)烈侵蝕增加最大，中度次之，強(qiáng)烈最??；輕度侵蝕面積大幅下降，劇烈侵蝕面積略有減少。雖然生產(chǎn)建設(shè)活動用地的擾動影響范圍較大，且各級強(qiáng)度侵蝕的變化面積較大，但總的水土流失面積增加量小于耕地、園地、林地及草地的減小量，研究區(qū)水土流失面積整體上呈減小趨勢。

2011—2018年間，研究區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度變化空間分布與土地利用變化空間分布具有一定的相關(guān)性，侵蝕強(qiáng)度變化集中分布于有林地、灌木林地及其他土地利用類型發(fā)生變化的區(qū)域，而水澆地、旱地、果園、農(nóng)村建設(shè)用地及城鎮(zhèn)居民用地等比較集中的區(qū)域侵蝕強(qiáng)度變化不顯著。研究區(qū)內(nèi)侵蝕強(qiáng)度變化集中表現(xiàn)在輕度侵蝕，這與表3中的統(tǒng)計結(jié)果一致，侵蝕強(qiáng)度變化區(qū)域呈現(xiàn)明顯的條帶狀：西部最為密集、東部相對稀疏、中部幾乎無變化。

表3 顯性變化地塊水蝕面積變化統(tǒng)計 km2

3.3 地塊顯性變化與水蝕動態(tài)變化關(guān)聯(lián)性分析

結(jié)合土壤侵蝕地塊顯性變化結(jié)果與地塊水蝕面積動態(tài)變化特征可知，與2011 年相比，研究區(qū)2018年項目建成建設(shè)用地、生活建設(shè)活動用地的面積增加較明顯，而耕地、園地、林地及草地的面積減小較明顯。耕地、園地、林地及草地的微度侵蝕及水土流失面積均出現(xiàn)了減小的現(xiàn)象，并不代表侵蝕狀況的好轉(zhuǎn)，而是由土壤侵蝕地塊被侵占導(dǎo)致的。由此可知，水蝕的變化主要受控于土壤侵蝕地塊類型的變化，發(fā)生改變的驅(qū)動力因素主要為生產(chǎn)建設(shè)活動對于其他地類的侵占。

4 結(jié)論

基于對區(qū)域水蝕監(jiān)管基本單元——土壤侵蝕地塊的定義，以原平市為例，分析研究了基于侵蝕因子顯性變化的水蝕動態(tài)監(jiān)管方法，認(rèn)為：為全面查清水蝕動態(tài)變化、掌握引起變化的原因并一一對應(yīng)地確定監(jiān)管手段、提出區(qū)域水土流失監(jiān)管政策與方法，區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)管應(yīng)采用這樣的技術(shù)路線和方法：在掌握區(qū)域水土流失基本情況的基礎(chǔ)上，基于高分遙感影像、水土保持工程施工與生產(chǎn)建設(shè)活動資料以及相關(guān)專題的調(diào)查數(shù)據(jù)，精細(xì)識別和分析顯性變化的侵蝕因子，計算顯性變化引起水蝕強(qiáng)度和面積的變化，綜合統(tǒng)計得到水土流失的動態(tài)變化與現(xiàn)狀。這種方法尤其適用于年際間水蝕動態(tài)監(jiān)測及其后續(xù)的管理，如生產(chǎn)建設(shè)活動監(jiān)督執(zhí)法、水土保持方案落實監(jiān)督檢查、重點治理工程進(jìn)度督導(dǎo)、違法違規(guī)查處。

關(guān)于這種技術(shù)路線和方法的應(yīng)用，討論如下：

（1）本研究提出侵蝕因子顯性變化、并將顯性變化的對象作為動態(tài)監(jiān)管的主體。對監(jiān)管而言，這種方法具有可被識別、可被監(jiān)視的特征與方便性，可將變化及其程度、原因以及合規(guī)性、處理方法等對應(yīng)地關(guān)聯(lián)起來。這有利于水土流失動態(tài)監(jiān)測、生產(chǎn)建設(shè)活動監(jiān)管與綜合治理工程督查在方法上、在實施上有機(jī)結(jié)合，將極大地促進(jìn)綜合監(jiān)管工作在量上快速做大、在質(zhì)上全面做好，充分發(fā)揮“找著問題、認(rèn)定問題、嚴(yán)格追責(zé)”的作用。

（2）盡管本研究進(jìn)一步闡述了土壤侵蝕地塊及其劃分與確定的影響因素，但限于基礎(chǔ)資料精細(xì)程度和工作范圍的廣大，在實際中常常存在2種困惑：一是劃分地塊的工作量大，二是地塊的邊界不易確定。對于前者，可通過2個途徑解決：①基于水土流失動態(tài)監(jiān)測的背景數(shù)據(jù)（圖斑圖），通過修正得到地塊。②根據(jù)監(jiān)管工作需求，該精細(xì)的區(qū)域，劃分精準(zhǔn)地塊；無需精細(xì)的區(qū)域及侵蝕因子無顯性變化的區(qū)域，粗略劃分地塊。隨著工作范圍的擴(kuò)展，逐步細(xì)化地塊。對于后者，除可采用前述的2個途徑外，還可結(jié)合土地經(jīng)營、綜合治理、項目建設(shè)及相關(guān)工作實際確定。

（3）水蝕動態(tài)變化，既突出地體現(xiàn)在本研究強(qiáng)調(diào)的侵蝕因子顯性變化的地塊，也存在與相反的對象上（稱為“隱性變化”）。如何反映這種“隱性變化”引起的水蝕動態(tài)變化呢？初步的想法是：在年際間的動態(tài)監(jiān)測中，不過多地考慮“隱性變化”，而是給這種變化更長的時間，讓它不斷發(fā)展，或積累下來、或自行消失。等到定期普查的時候，再全面反映這種變化的積累情況。