淤地壩壩控區域土地利用現狀與淤積量的相關性分析

田松良

(太原市水土保持科學研究所，山西 太原 030021)

淤地壩壩控區域土地利用現狀與淤積量的相關性分析

田松良

(太原市水土保持科學研究所，山西 太原 030021)

淤地壩；壩控區域；土地利用現狀；淤積量；晉西黃土丘陵溝壑區

淤地壩淤積庫容一般通過懸移質輸沙量和推移質輸沙量來確定，這兩個量的確定一般又要根據當地輸沙模數經驗公式來計算，這樣就會遇到兩個問題：一是當地缺乏經驗公式；二是雖有經驗公式，但壩控區域土地利用現狀變化后，計算出的量與實際出現較大偏差。地處晉西的山西太原婁煩縣淤地壩建設中就因輸沙量確定不準，導致多數淤地壩設計淤積年限和實際使用年限出現較大偏差。根據該縣淤地壩普查資料，選取黃土丘陵溝壑區大中型淤地壩42座作為研究對象，調取其壩控區域衛星影像，結合實地調繪，獲得各個壩的壩控區域土地利用現狀資料。對土地利用現狀與各壩的淤積量之間進行相關分析，用多元線性回歸的方法，得出了通過土地利用現狀計算淤積量的線性公式。

根據婁煩縣治汾辦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較大問題是，選取的輸沙模數與實際情況偏差較大，導致到達設計淤積年限時，剩余淤積庫容仍占很大比例，這對投資建設淤地壩來說也是一個較大的浪費。據統計，截至2012年底，仍正常運行的77座大中型淤地壩中，達到設計淤積年限的有8座，超過設計淤積年限的有13座，超過設計淤積年限1倍以上的有5座，實際年平均淤積量達不到設計年均淤積量的壩占到67.53%。通過實地調查，發現壩控區域內的土地利用現狀的不同導致了實際淤積量嚴重偏小，為此筆者利用衛星影像結合實地調繪獲得的壩控區域土地利用現狀資料，對壩控區域土地利用現狀對淤地壩淤積情況的影響進行了分析研究。

1 研究對象的選取

婁煩縣現在正常運行的77座大中型淤地壩，相當一部分已形成壩系，上游壩和下游壩之間淤積量形成多重包含關系，而且由于壩的建設時間不同，使這種包含關系變得更為復雜。為便于研究，在該縣黃土丘陵溝壑區選取了上下游壩之間沒有包含關系，且壩體和涵臥管未發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。各壩壩控區域內的土地利用現狀按大類分為：林地、農田、宜林荒山、水域、居民點、難利用地。林地包括：有林地(包含用材林和經濟林，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，農田包括塬地、梯田、溝灘地，水域指淤地壩的蓄水區域，居民點指村民居住區，難利用地指溝道侵蝕形成的連種草措施都難以實施的陡坡區域。土地利用現狀資料是根據2012年10月的衛星圖片解譯，結合實地調繪得出的。

2 壩控區域土地利用現狀分析

把各土地利用現狀類型(以下簡稱地類)所占壩控區域的百分比分成10個區段，每10%為一個區段(表1)。從表1可以看出，林地在前9個區段內均有分布，說明壩控區域的林地面積占比差異較大；農田占比超過20%的壩的比例為26.19%，超過40%的壩的比例為9.52%，反映出壩控范圍內農田占比較少；42.85%的壩的宜林荒山面積達到40%以上，說明壩控區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域各土地利用現狀類型占比在不同區段的分布情況 %

把各類林地所占壩控區域的百分比分成10個區段，每10%為一個區段(表2)。從表2可以看出，不同類型的林地在壩控區域內所占的面積大多不超過10%，一般不超過20%。對超過20%的林地類型進行統計，其順序為：灌木林58.54%、經濟林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%，反映出壩控區內林種的多樣性。

表2 研究選取的淤地壩壩控區域各類林地占比在不同區段的分布情況 %

3 土地利用現狀與淤積量的相關性分析

將選定壩的壩控區域內不同地類面積占比與各壩的單位面積年淤積量進行相關性分析，結果如下：

(1)不區分壩的淤積年限，對壩控區域各地類與各壩單位面積年淤積量進行相關分析，所得出的相關系數為：林地-0.330 7、農田0.347 5、宜林荒山0.164 6、水域0.299 5、居民點0.067 0、難利用地0.054 4，均未呈現出好的相關性。

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

(3)把各個壩控區域的林地與農田面積相加，再與單位面積年淤積量進行相關分析，得到以下數字：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。可以看出，1—5年和6—10年這兩組相關系數，相比單純的林地或農地與單位面積年淤積量相關系數都有所提高，說明地勢平緩的農田(包括梯田和坡度5°以下的梁峁地)所占的比例越大，輸沙模數就會越小。

4 壩型對土地利用現狀與淤積量相關性的影響

按骨干壩與中型壩進行分類后，再把它們壩控區域的地類與淤積量做相關性分析，得出的結果見表3。

表3 不同壩型土地利用現狀與淤積量的相關性分析結果

對表3的結果分析如下：

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

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

(3)淤積年限11年以上時，骨干壩和中型壩各地類與淤積量間的相關系數普遍較小，不具備相關性。11年以上的中型壩居民點面積與淤積量的相關系數為0.844 0，這是一個例外，主要是此類相關分析樣本數據較少所致。

綜合以上分析，可以認為壩型對土地利用現狀和淤積量間相關關系影響不明顯。

5 擬合線性回歸方程

本項研究把土地利用分為6類，水域、居民點、難利用地等3個地類的樣本數較少，回歸分析時不再考慮。其他3個地類，林地、農田、宜林荒山，將其中的任意2個或3個與單位面積年淤積量進行回歸分析，結果見表4。

由表4可以看出，3個地類組合中，淤積年限11年以上的，各類相關系數的值都較低，標準誤差都在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系，不能進行線性回歸。

表4 不同地類組合與單位面積年淤積量間的回歸統計分析

對淤積年限1—5年和6—10年的各種地類組合與單位面積年淤積量進行多元線性回歸，結果見表5。觀察表5發現只有1—5年的林地與農田組合這一組常數與偏回歸系數項中的P值遠小于0.05，其他組合的常數項與偏回歸系數項的P值程度不同地都有大于0.05的情況。說明淤積年限較長時，由于土地利用現狀時空變化較大，導致與淤積量之間不能呈現出好的相關性。

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果

根據淤積年限1—5年的林地、農田組合與單位面積年淤積量間的回歸計算，擬合出如下的多元線性回歸方程：

S=3 491-22L-19N

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

6 結 語

淤地壩設計中，輸沙模數是最為重要的一個參數，其取值大小關系到工程量大小和投資的多少。影響輸沙模數的因素有很多，如植被、地形、降雨、土壤等，有學者根據這四類因素擬合過相應的計算輸沙模數的公式，但實際應用中因需要參考的因子太多，操作起來較為繁瑣，不能得到廣泛應用。本文通過淤地壩壩控區域的地類構成與壩內淤積量的相關性分析，找到壩控區域土地利用現狀中林地和農田與單位面積年淤積量間較好的相關關系，并擬合出簡單的回歸方程。在實際工作中，隨著衛星圖像在土地資源調查中的普及，土地利用現狀資料的獲取正變得相對簡單，因而本文提出的用林地和農田的面積估算淤積量的方法對某一特定范圍(如一個縣區)的單一地貌而言，是具有可操作性的。對這一方法的準確性，后期還可通過對新建淤地壩運行過程中壩控區域內的地類與淤積量的調查，做出進一步的修正。

(責任編輯 王 琦)

S157

A

1000-0941(2015)08-0039-04

田松良(1965—)，男，山西陽城縣人，高級工程師，學士，主要從事水土保持科學研究工作。

2015-05-15