遙感影像在羅玉溝流域下墊面調(diào)查中的應(yīng)用

徐 釗，孫曉楠，劉 曉，王 宏

(黃河水利委員會(huì) 天水水土保持科學(xué)試驗(yàn)站，甘肅 天水 741000)

遙感影像在羅玉溝流域下墊面調(diào)查中的應(yīng)用

徐 釗，孫曉楠，劉 曉，王 宏

(黃河水利委員會(huì) 天水水土保持科學(xué)試驗(yàn)站，甘肅 天水 741000)

影像解譯；調(diào)查研究；下墊面；羅玉溝流域

以2013年校正處理后的資源三號(hào)衛(wèi)星影像解譯圖為底本，采用人工全覆蓋實(shí)地勘察的方法，對(duì)遙感影像解譯的圖斑進(jìn)行逐一核實(shí)。通過(guò)調(diào)查，掌握了羅玉溝流域土地利用現(xiàn)狀和坡面水土保持措施，以及溝道工程的數(shù)量、質(zhì)量、分布情況等，彌補(bǔ)了影像判讀解譯過(guò)程中存在的一些問題和不足。該成果為黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅲ副區(qū)乃至整個(gè)黃土高原小流域下墊面調(diào)查和規(guī)劃治理提供了技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 流域概況

羅玉溝流域位于渭河支流藉河左岸，發(fā)源于麥積區(qū)新陽(yáng)鎮(zhèn)境內(nèi)的鳳凰山南麓，由西向東于秦州區(qū)東關(guān)注入藉河，溝口把口站以上控制面積72.79 km2，主溝道長(zhǎng)21.81 km，平均比降3.35%。屬黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅲ副區(qū)，按地貌特征劃分為黃土區(qū)、雜土區(qū)和土石山區(qū)3個(gè)類型區(qū)[1]。在地質(zhì)構(gòu)造上屬隴西構(gòu)造盆地東南緣，表層為更新統(tǒng)馬蘭黃土，下層是新近系灰、綠、棕、紅雜色黏土夾砂礫層，基底為前震旦系片麻巖、花崗巖等。土壤主要為山地褐色土、山地灰褐土和沖積土3種類型，包括粗骨土、雜色土、耕作黑土等11個(gè)土種[2]。植被主要有喬木、灌木和草本植物。年均降水量552.5 mm，年均蒸發(fā)量1 293.3 mm，年均氣溫10.7 ℃，極端最高氣溫38.2 ℃，極端最低氣溫-19.2℃，年均≥10 ℃活動(dòng)積溫3 360 ℃、無(wú)霜期184 d，年均日照時(shí)數(shù)2 032 h，輸沙模數(shù)4 648 t/(km2·a)[3]。該流域現(xiàn)有居民4 012戶19 258人，有耕地3 050.69 hm2、果園1 280.60 hm2，年人均產(chǎn)糧398.59 kg，年人均純收入2 600元。流域內(nèi)主要農(nóng)作物有小麥、玉米、馬鈴薯等，經(jīng)濟(jì)林以蘋果、櫻桃、杏、梨等為主。

2 遙感影像解譯

根據(jù)流域狀況，遙感影像解譯內(nèi)容主要有土地利用類型、地表物質(zhì)組成等。流域內(nèi)土地利用類型主要有耕地、園地、林地、草地、交通運(yùn)輸用地、溝道、居民點(diǎn)及工礦用地、裸地等。采用的遙感影像信息源為2013年經(jīng)校正處理后的資源三號(hào)衛(wèi)星影像，全色波段，分辨率為2.1 m，多光譜波段分辨率為5.8 m。在影像圖上為準(zhǔn)確定位流域邊界，依據(jù)該區(qū)域1 ∶1萬(wàn)地形圖，采用半自動(dòng)掃描的方法對(duì)地形圖等高線(等高距5 m)進(jìn)行數(shù)字化，主要包括掃描、糾正、檢查修改，在ArcGIS 10.2軟件平臺(tái)上進(jìn)行圖件拼接。按照《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007)要求，應(yīng)用ArcGIS 10.2軟件，通過(guò)人機(jī)交互綜合判讀，對(duì)遙感影像進(jìn)行解譯[4]。2013年羅玉溝流域遙感影像解譯結(jié)果見表1。

表1 2013年羅玉溝流域遙感影像解譯結(jié)果

通過(guò)解譯圖統(tǒng)計(jì)得到，各土地利用類型圖斑總面積為7 279.00 hm2，其中：梯田、坡耕地面積占總面積的比例較大，分別為36.290%、22.912%；其次是喬木林，占15.525%；溝臺(tái)地、壩地所占比例很小，分別為0.310%和0.006%。這與流域?qū)嶋H情況基本吻合。果園在影像中難以辨析，解譯時(shí)被判讀為耕地或林地等，故表中園地面積為0。在判讀解譯過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，喬木林地邊界比較清晰，而灌木林地、耕地、草地等類型較難分辨，同時(shí)淤地壩等工程是影像判讀的難點(diǎn)，在影像圖上很難找到。故將上述難以辨析的類型和難點(diǎn)等作為實(shí)地調(diào)查的重點(diǎn)對(duì)象，并將解譯后的影像作為典型小流域下墊面外業(yè)調(diào)查的依據(jù)。

3 實(shí)地調(diào)查

3.1 調(diào)查內(nèi)容

調(diào)查內(nèi)容主要包括：一是對(duì)影像解譯的圖斑面積進(jìn)行核實(shí)；二是對(duì)流域內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀，以及坡面水土保持措施的數(shù)量、質(zhì)量和分布等進(jìn)行實(shí)地勘查；三是對(duì)流域內(nèi)溝道工程(主要是淤地壩)的數(shù)量、淤積程度、沖毀情況等進(jìn)行勘查。另外，還對(duì)流域內(nèi)的人口、經(jīng)濟(jì)收入等社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行全面調(diào)查了解。

3.2 調(diào)查方法

采用流域全覆蓋調(diào)查方法，以解譯后的影像圖為底本，在現(xiàn)場(chǎng)采取目測(cè)、實(shí)地勘查、丈量和詢問等方法對(duì)圖斑逐一核實(shí)，確定其土地利用類型及面積。調(diào)查前，先確定調(diào)查路線，將流域內(nèi)典型地物和解譯時(shí)不確定的土地利用類型重點(diǎn)標(biāo)注，作為外業(yè)調(diào)查的重點(diǎn)對(duì)象；進(jìn)行人工現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)，確定土地利用類型，若影像解譯圖斑結(jié)果與實(shí)際地類不符，則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核查、測(cè)量，進(jìn)行圖斑類型、邊界的修正和勾繪，并詳細(xì)記錄標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)、地貌實(shí)況等信息，作為內(nèi)業(yè)修正的基礎(chǔ)依據(jù)。

3.3 調(diào)查結(jié)果

3.3.1 土地利用現(xiàn)狀

根據(jù)實(shí)地調(diào)查修正后的影像圖斑，將部分原圖斑繼續(xù)細(xì)分，如：荒草地中包含人工草地，進(jìn)而分為荒草地和人工草地兩類圖斑；將原圖斑中的道路分為公路和農(nóng)村道路兩類圖斑；原圖斑中溝道包括河道，現(xiàn)分為溝道與河道兩類；原圖斑中無(wú)工礦用地、果園和魚塘，現(xiàn)增加這三類圖斑；現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)時(shí)未發(fā)現(xiàn)原圖斑中的壩地，故取消該類圖斑?；谏鲜鲂薷?，將原影像解譯的12個(gè)土地利用類型變?yōu)?6個(gè)。另外，原解譯圖斑中的灌木林用地在實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)有部分被解譯為坡耕地，實(shí)地調(diào)查后修正為灌木林，調(diào)查結(jié)果見表2。羅玉溝流域土地利用結(jié)構(gòu)中耕地占土地總面積的比例最大，為41.911%；其次是林地和果園，分別占19.718%和17.593%；草地所占比例也較大，為12.355%。

3.3.2 坡面水土保持措施

(1)梯田。截至2014年底，羅玉溝流域梯田總面積達(dá)到2 073.26 hm2(不包括果園占梯田面積)，占流域總面積的28.483%，主要有水平梯田和坡式梯田。調(diào)查中在上、中、下游不同部位抽取26塊梯田(其中老式梯田20塊、新修梯田6塊)，從田面寬、有無(wú)田埂、縱橫向坡度、沖毀程度等幾個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，結(jié)果顯示：26塊梯田中，田面寬8～32 m的有24塊，小于5 m的2塊；有埂梯田1塊，無(wú)埂梯田25塊；梯田的縱向坡度0～2°、橫向坡度0～3°，田面比較平整；梯田的沖蝕情況不等，老式梯田中約20%存在不同程度的沖蝕，且沖蝕較輕，田坎上有明顯的沖蝕細(xì)溝和小片瀉溜，新修筑的梯田中約50%發(fā)生沖蝕，其程度比較嚴(yán)重，主要是出現(xiàn)田坎滑塌和沖刷凹口。梯田在全流域均有分布，右岸較左岸多、中下游比上游多。

表2 2014年羅玉溝流域土地利用現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果

(2)林地。羅玉溝流域林地面積為1 435.30 hm2，占總面積的19.718%。主要為喬木林和灌木林，其中：?jiǎn)棠玖志鶠槿斯しN植；灌木林80%以上為天然生長(zhǎng)，其余主要為人工種植的沙棘。林地大多為成片林地，地表無(wú)明顯沖溝，主要分布在羅玉溝上游的鳳凰山和南北分水嶺，形成防護(hù)林帶。疏林地較少，約占10%以下，零星分布在村莊周圍和較小支溝內(nèi)。

(3)果園。羅玉溝流域果園面積1 280.60 hm2，占流域總面積的17.593%。果園近地表層裸露，據(jù)2013年羅玉溝流域暴雨侵蝕資料，坡耕地上的果園地面遭受不同程度的沖蝕。主要分布在羅玉溝中下游和村莊道路周邊的坡耕地和梯田內(nèi)。

(4)人工草地。人工草地面積4.65 hm2，占流域總面積的0.064%。栽種的品種為苜蓿和小冠花，草地地面無(wú)明顯沖溝。主要分布在中上游的趙家河和橋子溝流域中部。

3.3.3 溝道工程

羅玉溝流域的溝道工程主要是淤地壩。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有骨干壩2座、小型淤地壩19座，均為2004—2005年修筑。骨干壩總庫(kù)容98萬(wàn)m3，壩址以上控制面積6.1 km2，主要分布在中上游主溝道內(nèi)，淤積量約占總庫(kù)容的55%；小型淤地壩總庫(kù)容6.30萬(wàn)m3，主要分布在羅玉溝流域下游左岸的橋子?xùn)|溝內(nèi)，成梯級(jí)狀分布，淤積量約占總庫(kù)容30%，無(wú)沖毀垮壩現(xiàn)象發(fā)生。各類溝道工程中位于溝道上部的壩淤積比較嚴(yán)重，淤積量約占庫(kù)容的60%以上，愈到溝道下部淤積愈少，僅占庫(kù)容的20%左右。另外有兩處攔泥小壩是20世紀(jì)80年代以前修筑的，現(xiàn)已淤滿。從這次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，淤地壩攔蓄徑流泥沙的作用比較顯著，但隨著年限增加其攔蓄作用逐漸減弱。

4 結(jié) 語(yǔ)

遙感影像解譯結(jié)果表明，2013年羅玉溝流域各土地利用類型圖斑總面積為7 279.00 hm2，包括12個(gè)土地利用類型，其中梯田2 641.54 hm2、坡耕地1 667.73 hm2、溝臺(tái)地22.53 hm2、壩地0.42 hm2、果園0、喬木林1 130.08 hm2、灌木林280.21 hm2、荒草地923.47 hm2、道路66.06 hm2、居民點(diǎn)379.13 hm2、溝道88.92 hm2、裸地78.91 hm2。

實(shí)地調(diào)查結(jié)果顯示，2014年羅玉溝流域主要土地利用類型有16個(gè)，其中梯田2 073.26 hm2、坡耕地954.90 hm2、溝臺(tái)地22.53 hm2、果園1 280.60 hm2、喬木林1 130.54 hm2、灌木林304.76 hm2、人工草地4.65 hm2、荒草地894.69 hm2、公路11.92 hm2、農(nóng)村道路54.14 hm2、居民點(diǎn)377.50 hm2、工礦用地1.40 hm2、魚塘0.24 hm2、河道60.02 hm2、裸地78.95 hm2、溝道28.90 hm2。水土保持坡面措施主要有坡改梯、栽植經(jīng)果林、人工種草等。溝道工程主要為淤地壩，現(xiàn)有骨干壩2座、小型淤地壩19座，目前運(yùn)行情況良好。

從以上影像解譯結(jié)果和實(shí)際核查結(jié)果對(duì)照可以看出，主要的土地利用類型和面積比較接近，但有個(gè)別地類在解譯過(guò)程中未能判讀清楚。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，果園、灌木林地、人工草地、耕地等地類判讀出錯(cuò)的較多。據(jù)此，影像解譯結(jié)果雖然節(jié)省了大量人力、物力和財(cái)力，能夠及時(shí)掌握流域下墊面基本變化情況，但必須要進(jìn)行實(shí)地調(diào)查核實(shí)，以提高成果的精度、保證質(zhì)量。通過(guò)本次調(diào)查，基本掌握了羅玉溝流域土地利用現(xiàn)狀和水土保持坡面措施的數(shù)量、質(zhì)量、分布情況，以及溝道治理工程的數(shù)量、淤積程度和損毀情況等，同時(shí)也彌補(bǔ)了遙感影像判讀解譯過(guò)程中存在的問題和不足，且調(diào)查結(jié)果較為可靠，可以作為流域規(guī)劃治理的依據(jù)。

(致謝：黃河水利委員會(huì)天水水土保持試驗(yàn)站水文水資源研究室全體人員參加了該項(xiàng)調(diào)查工作，在此深表感謝！)

[1] 李建牢,劉世德.羅玉溝流域坡面土壤侵蝕的研究[J].中國(guó)水土保持,1989(9):36-39.

[2] 黃河水利委員會(huì)天水水土保持科學(xué)試驗(yàn)站.黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)水土流失原型觀測(cè)及規(guī)律研究[M].鄭州:黃河水利出版社,2004:13-31.

[3] 安樂平,秦瑞杰,康廷祥,等.黃土丘陵溝壑區(qū)羅玉溝流域水沙特性分析[J].中國(guó)水土保持,2004(12):36-39.

[4] 黃河水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心.黃河流域水土保持遙感監(jiān)測(cè)理論與實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2013:50-63.

(責(zé)任編輯 李楊楊)

黃河水利科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)項(xiàng)目(HKY-JBYW-2013-25)

S157

A

1000-0941(2015)12-0079-03

徐釗(1991—)，男，陜西商洛市人，助理工程師，學(xué)士，主要從事水土流失原型觀測(cè)及水土保持科學(xué)研究等工作。

2015-05-15