遥感影像在罗玉沟流域下垫面调查中的应用

徐 钊，孙晓楠，刘 晓，王 宏

(黄河水利委员会 天水水土保持科学试验站，甘肃 天水 741000)

遥感影像在罗玉沟流域下垫面调查中的应用

徐 钊，孙晓楠，刘 晓，王 宏

(黄河水利委员会 天水水土保持科学试验站，甘肃 天水 741000)

影像解译；调查研究；下垫面；罗玉沟流域

以2013年校正处理后的资源三号卫星影像解译图为底本，采用人工全覆盖实地勘察的方法，对遥感影像解译的图斑进行逐一核实。通过调查，掌握了罗玉沟流域土地利用现状和坡面水土保持措施，以及沟道工程的数量、质量、分布情况等，弥补了影像判读解译过程中存在的一些问题和不足。该成果为黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区乃至整个黄土高原小流域下垫面调查和规划治理提供了技术支撑和科学依据。

1 流域概况

罗玉沟流域位于渭河支流藉河左岸，发源于麦积区新阳镇境内的凤凰山南麓，由西向东于秦州区东关注入藉河，沟口把口站以上控制面积72.79 km2，主沟道长21.81 km，平均比降3.35%。属黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区，按地貌特征划分为黄土区、杂土区和土石山区3个类型区[1]。在地质构造上属陇西构造盆地东南缘，表层为更新统马兰黄土，下层是新近系灰、绿、棕、红杂色黏土夹砂砾层，基底为前震旦系片麻岩、花岗岩等。土壤主要为山地褐色土、山地灰褐土和冲积土3种类型，包括粗骨土、杂色土、耕作黑土等11个土种[2]。植被主要有乔木、灌木和草本植物。年均降水量552.5 mm，年均蒸发量1 293.3 mm，年均气温10.7 ℃，极端最高气温38.2 ℃，极端最低气温-19.2℃，年均≥10 ℃活动积温3 360 ℃、无霜期184 d，年均日照时数2 032 h，输沙模数4 648 t/(km2·a)[3]。该流域现有居民4 012户19 258人，有耕地3 050.69 hm2、果园1 280.60 hm2，年人均产粮398.59 kg，年人均纯收入2 600元。流域内主要农作物有小麦、玉米、马铃薯等，经济林以苹果、樱桃、杏、梨等为主。

2 遥感影像解译

根据流域状况，遥感影像解译内容主要有土地利用类型、地表物质组成等。流域内土地利用类型主要有耕地、园地、林地、草地、交通运输用地、沟道、居民点及工矿用地、裸地等。采用的遥感影像信息源为2013年经校正处理后的资源三号卫星影像，全色波段，分辨率为2.1 m，多光谱波段分辨率为5.8 m。在影像图上为准确定位流域边界，依据该区域1 ∶1万地形图，采用半自动扫描的方法对地形图等高线(等高距5 m)进行数字化，主要包括扫描、纠正、检查修改，在ArcGIS 10.2软件平台上进行图件拼接。按照《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2007)要求，应用ArcGIS 10.2软件，通过人机交互综合判读，对遥感影像进行解译[4]。2013年罗玉沟流域遥感影像解译结果见表1。

表1 2013年罗玉沟流域遥感影像解译结果

通过解译图统计得到，各土地利用类型图斑总面积为7 279.00 hm2，其中：梯田、坡耕地面积占总面积的比例较大，分别为36.290%、22.912%；其次是乔木林，占15.525%；沟台地、坝地所占比例很小，分别为0.310%和0.006%。这与流域实际情况基本吻合。果园在影像中难以辨析，解译时被判读为耕地或林地等，故表中园地面积为0。在判读解译过程中发现，乔木林地边界比较清晰，而灌木林地、耕地、草地等类型较难分辨，同时淤地坝等工程是影像判读的难点，在影像图上很难找到。故将上述难以辨析的类型和难点等作为实地调查的重点对象，并将解译后的影像作为典型小流域下垫面外业调查的依据。

3 实地调查

3.1 调查内容

调查内容主要包括：一是对影像解译的图斑面积进行核实；二是对流域内的土地利用现状，以及坡面水土保持措施的数量、质量和分布等进行实地勘查；三是对流域内沟道工程(主要是淤地坝)的数量、淤积程度、冲毁情况等进行勘查。另外，还对流域内的人口、经济收入等社会经济情况进行全面调查了解。

3.2 调查方法

采用流域全覆盖调查方法，以解译后的影像图为底本，在现场采取目测、实地勘查、丈量和询问等方法对图斑逐一核实，确定其土地利用类型及面积。调查前，先确定调查路线，将流域内典型地物和解译时不确定的土地利用类型重点标注，作为外业调查的重点对象；进行人工现场目测，确定土地利用类型，若影像解译图斑结果与实际地类不符，则通过现场核查、测量，进行图斑类型、边界的修正和勾绘，并详细记录标志点的坐标、地貌实况等信息，作为内业修正的基础依据。

3.3 调查结果

3.3.1 土地利用现状

根据实地调查修正后的影像图斑，将部分原图斑继续细分，如：荒草地中包含人工草地，进而分为荒草地和人工草地两类图斑；将原图斑中的道路分为公路和农村道路两类图斑；原图斑中沟道包括河道，现分为沟道与河道两类；原图斑中无工矿用地、果园和鱼塘，现增加这三类图斑；现场核实时未发现原图斑中的坝地，故取消该类图斑。基于上述修改，将原影像解译的12个土地利用类型变为16个。另外，原解译图斑中的灌木林用地在实际调查中发现有部分被解译为坡耕地，实地调查后修正为灌木林，调查结果见表2。罗玉沟流域土地利用结构中耕地占土地总面积的比例最大，为41.911%；其次是林地和果园，分别占19.718%和17.593%；草地所占比例也较大，为12.355%。

3.3.2 坡面水土保持措施

(1)梯田。截至2014年底，罗玉沟流域梯田总面积达到2 073.26 hm2(不包括果园占梯田面积)，占流域总面积的28.483%，主要有水平梯田和坡式梯田。调查中在上、中、下游不同部位抽取26块梯田(其中老式梯田20块、新修梯田6块)，从田面宽、有无田埂、纵横向坡度、冲毁程度等几个方面进行质量评估，结果显示：26块梯田中，田面宽8～32 m的有24块，小于5 m的2块；有埂梯田1块，无埂梯田25块；梯田的纵向坡度0～2°、横向坡度0～3°，田面比较平整；梯田的冲蚀情况不等，老式梯田中约20%存在不同程度的冲蚀，且冲蚀较轻，田坎上有明显的冲蚀细沟和小片泻溜，新修筑的梯田中约50%发生冲蚀，其程度比较严重，主要是出现田坎滑塌和冲刷凹口。梯田在全流域均有分布，右岸较左岸多、中下游比上游多。

表2 2014年罗玉沟流域土地利用现状调查结果

(2)林地。罗玉沟流域林地面积为1 435.30 hm2，占总面积的19.718%。主要为乔木林和灌木林，其中：乔木林均为人工种植；灌木林80%以上为天然生长，其余主要为人工种植的沙棘。林地大多为成片林地，地表无明显冲沟，主要分布在罗玉沟上游的凤凰山和南北分水岭，形成防护林带。疏林地较少，约占10%以下，零星分布在村庄周围和较小支沟内。

(3)果园。罗玉沟流域果园面积1 280.60 hm2，占流域总面积的17.593%。果园近地表层裸露，据2013年罗玉沟流域暴雨侵蚀资料，坡耕地上的果园地面遭受不同程度的冲蚀。主要分布在罗玉沟中下游和村庄道路周边的坡耕地和梯田内。

(4)人工草地。人工草地面积4.65 hm2，占流域总面积的0.064%。栽种的品种为苜蓿和小冠花，草地地面无明显冲沟。主要分布在中上游的赵家河和桥子沟流域中部。

3.3.3 沟道工程

罗玉沟流域的沟道工程主要是淤地坝。据调查，现有骨干坝2座、小型淤地坝19座，均为2004—2005年修筑。骨干坝总库容98万m3，坝址以上控制面积6.1 km2，主要分布在中上游主沟道内，淤积量约占总库容的55%；小型淤地坝总库容6.30万m3，主要分布在罗玉沟流域下游左岸的桥子东沟内，成梯级状分布，淤积量约占总库容30%，无冲毁垮坝现象发生。各类沟道工程中位于沟道上部的坝淤积比较严重，淤积量约占库容的60%以上，愈到沟道下部淤积愈少，仅占库容的20%左右。另外有两处拦泥小坝是20世纪80年代以前修筑的，现已淤满。从这次调查中发现，淤地坝拦蓄径流泥沙的作用比较显著，但随着年限增加其拦蓄作用逐渐减弱。

4 结 语

遥感影像解译结果表明，2013年罗玉沟流域各土地利用类型图斑总面积为7 279.00 hm2，包括12个土地利用类型，其中梯田2 641.54 hm2、坡耕地1 667.73 hm2、沟台地22.53 hm2、坝地0.42 hm2、果园0、乔木林1 130.08 hm2、灌木林280.21 hm2、荒草地923.47 hm2、道路66.06 hm2、居民点379.13 hm2、沟道88.92 hm2、裸地78.91 hm2。

实地调查结果显示，2014年罗玉沟流域主要土地利用类型有16个，其中梯田2 073.26 hm2、坡耕地954.90 hm2、沟台地22.53 hm2、果园1 280.60 hm2、乔木林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、农村道路54.14 hm2、居民点377.50 hm2、工矿用地1.40 hm2、鱼塘0.24 hm2、河道60.02 hm2、裸地78.95 hm2、沟道28.90 hm2。水土保持坡面措施主要有坡改梯、栽植经果林、人工种草等。沟道工程主要为淤地坝，现有骨干坝2座、小型淤地坝19座，目前运行情况良好。

从以上影像解译结果和实际核查结果对照可以看出，主要的土地利用类型和面积比较接近，但有个别地类在解译过程中未能判读清楚。在调查中发现，果园、灌木林地、人工草地、耕地等地类判读出错的较多。据此，影像解译结果虽然节省了大量人力、物力和财力，能够及时掌握流域下垫面基本变化情况，但必须要进行实地调查核实，以提高成果的精度、保证质量。通过本次调查，基本掌握了罗玉沟流域土地利用现状和水土保持坡面措施的数量、质量、分布情况，以及沟道治理工程的数量、淤积程度和损毁情况等，同时也弥补了遥感影像判读解译过程中存在的问题和不足，且调查结果较为可靠，可以作为流域规划治理的依据。

(致谢：黄河水利委员会天水水土保持试验站水文水资源研究室全体人员参加了该项调查工作，在此深表感谢！)

[1] 李建牢,刘世德.罗玉沟流域坡面土壤侵蚀的研究[J].中国水土保持,1989(9):36-39.

[2] 黄河水利委员会天水水土保持科学试验站.黄土丘陵沟壑区第三副区水土流失原型观测及规律研究[M].郑州:黄河水利出版社,2004:13-31.

[3] 安乐平,秦瑞杰,康廷祥,等.黄土丘陵沟壑区罗玉沟流域水沙特性分析[J].中国水土保持,2004(12):36-39.

[4] 黄河水土保持生态环境监测中心.黄河流域水土保持遥感监测理论与实践[M].北京:中国水利水电出版社,2013:50-63.

(责任编辑 李杨杨)

黄河水利科学研究院基本科研业务费专项项目(HKY-JBYW-2013-25)

S157

A

1000-0941(2015)12-0079-03

徐钊(1991—)，男，陕西商洛市人，助理工程师，学士，主要从事水土流失原型观测及水土保持科学研究等工作。

2015-05-15