基于GIS的若爾蓋凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)

郭夢(mèng)迪+韓繼沖

摘 要：本研究基于RS和GIS技術(shù)，利用遙感影像數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)等資料，以年平均氣溫、年降水量、坡度、坡向和植被覆蓋度五個(gè)評(píng)價(jià)因素來(lái)研究若爾蓋地區(qū)的凍融侵蝕狀況。在GIS技術(shù)支持下借助層次分析法和分級(jí)權(quán)重法等一系列過(guò)程完成了凍融侵蝕的研究。結(jié)果：獲得若爾蓋縣凍融侵蝕強(qiáng)度分級(jí)評(píng)價(jià)圖，掌握若爾蓋凍融侵蝕強(qiáng)度的時(shí)空變化規(guī)律。該研究成果對(duì)若爾蓋水土保持規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供了科學(xué)的決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：凍融侵蝕；分級(jí)權(quán)重評(píng)價(jià)模型；RS和GIS；層次分析法；若爾蓋

引言

凍融侵蝕是高寒地區(qū)由于溫度變化，導(dǎo)致土體或巖石中的水分發(fā)生相變，體積發(fā)生變化，以及由于土壤或巖石不同礦物的差異脹縮，造成土體或巖石的機(jī)械破壞并在重力等作用下被搬運(yùn)、遷移、堆積的整個(gè)過(guò)程。由于自然環(huán)境多樣，所面臨的生態(tài)問(wèn)題復(fù)雜，對(duì)凍融地區(qū)的草原生態(tài)環(huán)境凍融侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分析并制定可靠的保護(hù)措施是當(dāng)務(wù)之急。我國(guó)的凍融侵蝕主要發(fā)生在高海拔的青藏高原地區(qū)，其遭受了大范圍的凍融侵蝕。若爾蓋地區(qū)位于我國(guó)青藏高原東部，橫斷山區(qū)高山峽谷向高原過(guò)渡地帶，該地區(qū)正在發(fā)生著凍融侵蝕，環(huán)境脆弱。基于上述背景，本研究選取若爾蓋為研究實(shí)例區(qū)，集成GIS與RS技術(shù)，構(gòu)建若爾蓋凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)模型，對(duì)若爾蓋凍融侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，揭示了若爾蓋凍融侵蝕強(qiáng)度的分布狀況，對(duì)于制定若爾蓋草原地區(qū)防治和保護(hù)措施具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

若爾蓋縣地處青藏高原東北邊緣，地理坐標(biāo)范圍為102°08′E-103°39′E、32°56′N(xiāo)-34°19′N(xiāo)。由于該地區(qū)草量充足，適合食草類(lèi)動(dòng)物如牛羊等生存，畜牧業(yè)成為主要產(chǎn)業(yè)。當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生活水平具有重要作用。高海拔導(dǎo)致該地區(qū)氣溫低，再加上該地區(qū)是重要的水源區(qū)，地形起伏大使得凍融侵蝕不斷加大，同時(shí)長(zhǎng)期的草地過(guò)度放牧，使得原本就脆弱的環(huán)境遭受到嚴(yán)重破壞。因此選擇該區(qū)作為研究實(shí)例區(qū)對(duì)開(kāi)展典型凍融侵蝕強(qiáng)度綜合評(píng)估具有代表性和示范性。

2 凍融侵蝕區(qū)范圍界定

本研究對(duì)若爾蓋凍融侵蝕研究是在前人研究理論的基礎(chǔ)上，依照張建國(guó)等人的界定凍融區(qū)界限的方法為基礎(chǔ)，認(rèn)為凍土區(qū)的下界范圍相比于冰緣區(qū)的下界范圍高出200米，而把冰原區(qū)下界范圍作為凍融侵蝕區(qū)的下界范圍，取年均溫-2.5℃作為凍土區(qū)的下界范圍，根據(jù)若爾蓋地區(qū)及周?chē)鷼庀笳军c(diǎn)近40年年平均氣溫（T）、緯度（Y）、經(jīng)度（X）及海拔（H）數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸分析，進(jìn)而推出若爾蓋凍融侵蝕區(qū)下界海拔的計(jì)算公式（通過(guò)P=0.05的顯著性檢驗(yàn)）：

此時(shí)再利用若爾蓋的土地利用數(shù)據(jù)去掉冰川和沙漠的分布，最后得出若爾蓋地區(qū)的凍融侵蝕范圍。

3 侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)

3.1 侵蝕指標(biāo)體系構(gòu)建

凍融侵蝕是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其影響因子很多。在已有研究基礎(chǔ)上，本研究遵循代表性、整體性、科學(xué)性和可操作性的原則，并綜合考慮若爾蓋地區(qū)生態(tài)環(huán)境存在的各種實(shí)際問(wèn)題，選取年平均氣溫、年降水量、坡度、坡向和植被覆蓋度五個(gè)影響因素研究。

（1）氣溫年較差

青藏高原及其周?chē)絽^(qū)的氣溫與低溫呈現(xiàn)出密切的相關(guān)性，因此本研究利用研究區(qū)站點(diǎn)氣溫?cái)?shù)據(jù)的變化模擬土壤溫度的變化。本研究利用若爾蓋及其周?chē)臍庀笳军c(diǎn)近40年的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)域的氣溫年較差（T）與經(jīng)度（X）、緯度（Y）及海拔（H）進(jìn)行多元線性回歸分析，得出的氣溫年較差的回歸方程（通過(guò)P=0.05的顯著性檢驗(yàn)）為：

基于ArcGIS平臺(tái)，利用該線性回歸方程模擬研究區(qū)氣溫年較差。

（2）坡度與坡向

隨著坡度變大，使得凍融侵蝕運(yùn)輸轉(zhuǎn)移的物質(zhì)變多，移動(dòng)的距離也越遠(yuǎn)，侵蝕程度越劇烈。坡向由于陽(yáng)坡太陽(yáng)輻射相對(duì)陰坡較大，故土溫晝夜溫差大，侵蝕強(qiáng)度相對(duì)劇烈。

（3）植被覆蓋度

植被覆蓋度的大小對(duì)凍融侵蝕的影響主要表現(xiàn)在植被可以固定土壤，防止土壤流失。同時(shí)，植被還可以降低土壤因外界環(huán)境變化而引起的溫度差異。

（4）年降水量

降水是土壤中水分的主要來(lái)源。在外界環(huán)境變化時(shí)，凍融侵蝕區(qū)土壤中水分含量的多少會(huì)引起體積的變化，從而造成土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，加重凍融侵蝕的發(fā)生。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重計(jì)算

本文中以氣溫年較差、坡度、坡向、植被覆蓋度、年降水量5個(gè)影響因子作為若爾蓋凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究區(qū)域不同位置的凍融影響因子的分布情況不同，在此基礎(chǔ)上確立各評(píng)價(jià)因子的分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)，然后運(yùn)用AHP（層次分析法）計(jì)算出各影響因子的權(quán)重。

3.3 凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法

對(duì)凍融侵蝕強(qiáng)度的評(píng)價(jià)就是將多項(xiàng)強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合，使之成為單一的強(qiáng)度指數(shù)。本研究采取分級(jí)賦權(quán)重的方法計(jì)算凍融侵蝕強(qiáng)度指數(shù)，其計(jì)算式為

式中：S為凍融侵蝕強(qiáng)度指數(shù)；Wi為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；Ii為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的等級(jí)賦值；n為評(píng)價(jià)因子總數(shù)。借助ArcGIS將強(qiáng)度指數(shù)重分類(lèi)，按自然間隔方法進(jìn)行分級(jí)，凍融侵蝕強(qiáng)度劃分為5個(gè)等級(jí)：極強(qiáng)烈侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕、中度侵蝕、輕度侵蝕和微度侵蝕。

4 結(jié)果與分析

（1）若爾蓋地區(qū)凍融侵蝕區(qū)分布面積較小，若爾蓋南部和東北部地區(qū)由于海拔相對(duì)較高、氣溫年較差較大、坡度高等因素凍融侵蝕嚴(yán)重；南部地區(qū)雖然氣溫年較差較低，但由于其海拔高、植被覆蓋度較小、坡向大等因素的影響也使得凍融侵蝕嚴(yán)重。

（2）若爾蓋凍融侵蝕強(qiáng)度以中輕度為主，中輕度侵蝕主要分布在若爾蓋中南部地區(qū)。而在若爾蓋的東北部地區(qū)主要發(fā)生的是強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈侵蝕；呈現(xiàn)出自西向東輕中度向強(qiáng)烈、極強(qiáng)度侵蝕過(guò)度的帶狀分布特征。此外，由于地形起伏因素的影響，坡度低的區(qū)域凍融侵蝕較弱，而像山地這種坡度大的地區(qū)則發(fā)生的凍融侵蝕程度大。

（3）本文基于RS和GIS技術(shù)，運(yùn)用層次分析法、分級(jí)權(quán)重法構(gòu)建若爾蓋凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)模型，及其變化趨勢(shì)。本研究的凍融侵蝕結(jié)果，將為若爾蓋的生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)有效的依據(jù)，具有重要意義。

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