基于SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的湖南省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分

宋 楠

(湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

湖南省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分是湖南省水土保持規(guī)劃的核心內(nèi)容，也是落實(shí)《中華人民共和國(guó)水土保持法》和《湖南省實(shí)施〈中華人民共和國(guó)水土保持法〉辦法》的重要舉措[1]。水土流失的發(fā)生及其防治是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，反應(yīng)水土流失重點(diǎn)區(qū)域的水土流失重點(diǎn)防治區(qū)也應(yīng)隨之調(diào)整[2]。為滿(mǎn)足新形勢(shì)下湖南省水土保持工作的需求，亟需開(kāi)展境內(nèi)重點(diǎn)防治區(qū)的劃分工作。

近年來(lái)，越來(lái)越多的專(zhuān)家學(xué)者從不同角度對(duì)重點(diǎn)防治區(qū)劃分進(jìn)行深入研究，其內(nèi)容主要包含指標(biāo)體系的構(gòu)建和指標(biāo)閾值的確定[3- 5]?，F(xiàn)階段我國(guó)不同省區(qū)在水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分過(guò)程中，由于自然社會(huì)條件相差各異，其劃分指標(biāo)不盡相同[6- 13]，本次劃分根據(jù)湖南省的自然社會(huì)條件，提出了湖南省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分指標(biāo)體系。當(dāng)前省域水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分主要是定性指標(biāo)與定量指標(biāo)相結(jié)合，但以定性為主劃分，少量定量指標(biāo)也多是人為判讀，存在很大的主觀性，劃分過(guò)程科學(xué)性、客觀性還存在一定不足[14- 15]。因此，為提高湖南省水土保持規(guī)劃劃分水土流失重點(diǎn)防治區(qū)的定量化水平，本次劃分創(chuàng)新的運(yùn)用SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行了指標(biāo)閾值的確定。

1 研究區(qū)概況

湖南省地處我國(guó)中部、長(zhǎng)江中游地區(qū)，是長(zhǎng)江中下游地區(qū)水土流失較為嚴(yán)重的省份之一。侵蝕類(lèi)型以水蝕為主，部分地區(qū)存在滑坡、泥石流等重力侵蝕。根據(jù)湖南省第三次土壤侵蝕遙感調(diào)查數(shù)據(jù)，全省現(xiàn)有輕度以上土壤侵蝕面積37357.47km2，占全省土地總面積的17.63%。其中，輕度侵蝕面積25498.07km2，中度侵蝕面積9337.44km2，強(qiáng)烈侵蝕面積1298.02km2，極強(qiáng)烈侵蝕面積925.89km2，劇烈侵蝕面積298.05km2。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究涉及有水土流失現(xiàn)狀、土地利用、地形坡度、坡耕地分布、植被覆蓋度等數(shù)據(jù)。其中，水土流失數(shù)據(jù)采用湖南省水土保持監(jiān)測(cè)總站2015年發(fā)布的湖南省第三次土壤侵蝕遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；土地利用數(shù)據(jù)采用2015年湖南省第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)。同時(shí)，運(yùn)用ArcGIS軟件空間分析功能，基于數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)生成湖南省坡度以及坡耕地空間分布圖，并計(jì)算出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)坡度和坡耕地面積比；使用湖南省TM影像，獲得本次劃分所需要的植被覆蓋和植被類(lèi)型數(shù)據(jù)，并計(jì)算出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林覆蓋率。

2.2 技術(shù)路線(xiàn)

湖南省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分技術(shù)路線(xiàn)詳如圖1所示。

圖1 湖南省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分技術(shù)路線(xiàn)圖

2.3 劃分方法

2.3.1水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分指標(biāo)體系

湖南省劃分水土流失重點(diǎn)防治區(qū)的指標(biāo)體系是在國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，從水土保持學(xué)科和行業(yè)特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合湖南省實(shí)際情況進(jìn)一步細(xì)化確定，包括定性指標(biāo)與定量指標(biāo)。

(1)重點(diǎn)預(yù)防區(qū)劃分指標(biāo)體系

定性指標(biāo)：①是否涉及湘、資、沅、澧四水及其他江河源頭；②是否涉及國(guó)家級(jí)和省級(jí)的自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園、重要濕地、城市群生態(tài)綠心地區(qū)等生態(tài)功能區(qū)及國(guó)家級(jí)蓄滯洪區(qū)；③是否涉及25°以上的陡坡地和20°以上的風(fēng)化花崗巖、紫色砂頁(yè)巖、紅砂巖、泥質(zhì)頁(yè)巖坡。

定量指標(biāo)：①集中連片面積；②森林覆蓋率。

劃分標(biāo)準(zhǔn)：定性指標(biāo)中滿(mǎn)足任意一項(xiàng)均可劃入水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)，定量指標(biāo)中①～②項(xiàng)需同時(shí)滿(mǎn)足方可劃入水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)。

(2)重點(diǎn)治理區(qū)劃分指標(biāo)體系

定性指標(biāo)：①水土流失危害程度；②水土流失治理緊迫性。

定量指標(biāo)：①集中連片面積；②水土流失面積比；③中度以上水土流失面積比；④坡耕地面積比。

劃分標(biāo)準(zhǔn)：符合定性因素中的任意一項(xiàng)，并同時(shí)滿(mǎn)足定量指標(biāo)中①～③項(xiàng)或第④項(xiàng)的方可劃入省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。

2.3.2基于SOFM的指標(biāo)閾值確定

指標(biāo)閾值的確定是將準(zhǔn)備好的重點(diǎn)預(yù)防區(qū)與治理區(qū)劃分定量指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入MatLab7.0中運(yùn)行，運(yùn)行SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)，從而得出具體的指標(biāo)閾值，見(jiàn)表1。

表1 基于SOFM的水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分定量指標(biāo)閾值確定

3 劃分結(jié)果與分析

根據(jù)確定的水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分指標(biāo)體系和定量指標(biāo)閾值，基于GIS平臺(tái)開(kāi)展多因子空間疊置分析，得出基于SOFM的水土流失重點(diǎn)防治區(qū)定量劃分方案，隨后根據(jù)定性指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，得出最終的湖南省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分成果。

3.1 湖南省水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)劃分結(jié)果

根據(jù)劃分成果，湖南省共劃定6個(gè)省級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)，涉及45個(gè)縣(其中含重復(fù)縣市區(qū)8個(gè))，重點(diǎn)預(yù)防面積16193.53km2，詳見(jiàn)表2。

3.2 湖南省水土流失重點(diǎn)治理區(qū)劃分結(jié)果

根據(jù)劃分成果，全省共劃定5個(gè)省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，涉及37個(gè)縣(其中含重復(fù)縣市區(qū)18個(gè))，重點(diǎn)治理面積10686.63km2，詳見(jiàn)表3。

表2 湖南省省級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)劃分結(jié)果表

3.3 湖南省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分情況匯總

涉及湖南省的國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)防治面積為14749.69km2，其中國(guó)家級(jí)重點(diǎn)預(yù)防面積7164.24km2，國(guó)家級(jí)重點(diǎn)治理面積7585.45km2；本次省級(jí)水土流失重點(diǎn)防治面積為26880.16km2，其中省級(jí)重點(diǎn)預(yù)防面積16193.53km2，省級(jí)重點(diǎn)治理面積10686.63km2。共計(jì)重點(diǎn)防治總面積41629.85km2，占全省國(guó)土總面積的19.65%。

4 結(jié)論

本研究確定了湖南省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分指標(biāo)體系，并創(chuàng)新的選用SOFM方法進(jìn)行指標(biāo)閾值的確定，提高了劃分結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。劃分方法為湖南省各市縣區(qū)和正處于探索階段的其他省份開(kāi)展水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分工作提供了借鑒和參考，劃分成果為《湖南省水土保持規(guī)劃》的編制和指導(dǎo)全省水土保持生態(tài)建設(shè)工作奠定了重要的基礎(chǔ)。

表3 湖南省省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)劃分結(jié)果表