基于地理国情监测的某帝陵水土流失评价分析

引文格式： 王永红，魏样，李俊，等. 基于地理国情监测的某帝陵水土流失评价分析[J].测绘通报，2015(4)：114-117.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0125

基于地理国情监测的某帝陵水土流失评价分析

王永红，李俊，梁爽，刘广辉

(国家测绘地理信息局第二地形测量队，陕西 西安 710054)

Soil and Water Loss Evaluation in the Area of an Emperor Mausoleum

Based on Geographical Conditions Census

WANG Yonghong，LI Jun， LIANG Shuang，LIU Guanghui

摘要：某帝陵区域经过千年的水土流失，陵园破坏严重，通过地理国情监测，根据水利部土壤侵蚀评价标准，监测该帝陵区域的水土流失情况，为文物遗址区的保护治理提供相应的决策支持。通过监测发现该保护区的水土流失情况经过几十年的变化，侵蚀程度总体有所下降，但部分区域水土仍非常严重，需要进一步治理保护。

关键词：地理国情监测；水土流失；土壤侵蚀；遥感应用

中图分类号：P208

收稿日期：2014-02-10

作者简介：王永红(1971—)，男，高级工程师，主要从事航空摄影测量、数字城市和地理信息系统建设等方面的研究。

E-mail：357888134@qq.com

通信作者： 李俊

一、引言

某帝陵保护区沟壑纵横，人类活动剧烈，土壤侵蚀严重，严重破坏了文物遗址。土壤侵蚀是地球表面的一种自然现象，是土壤和成土母质在外营力作用(风力、水力、重力等)下被分离、破坏和移动的过程。该帝陵神道及城垣遗址所处的黄土沟壑区发生着不同程度的土壤侵蚀。在该地陵带，因水土流失，被雨水冲击成南北走向的深约50m，宽近200m的沟道；陵区内还有两条纵贯南北的两条大沟，深约100m，宽约500m；这3条沟道在陵区南边汇集成河道[1]。逐年的水土流失使地形变得更加破碎，土壤养分流失加剧了水土流失的速度，从而破坏文物遗迹原有的地形地貌环境，对帝陵遗址产生了巨大的破坏。因为文物遗址保护的整体性原则[2]，不能将文物保护仅仅局限于陵区的石刻、门阙、角楼等地表遗存，还应该考虑陵寝的山体的完整性及田野文物存放的原貌。为了有效地减少水土流失对建陵的破坏，通过地理国情监测，应用GIS、RS、水土保持等学科的分析方法，科学有效地评价水土流失对整个帝陵保护区的破坏程度及影响因素，从而采取相应的措施保护文物遗址。

二、研究区概况与数据源

1. 研究区概况

研究区属暖温带半干旱大陆性季风气候，北山南塬、四季分明、雨热同季、冷暖适中，自然环境十分优越。地势西北高而东南低，呈阶梯型跌落，分山、塬、川3种地貌，北部属丘陵沟壑区。

2. 数据源

本研究所采用的遥感数据是1956年和2012年的WorldView影像数据(预处理后的0.5m分辨率DOM)，辅助资料为该地区的地形图、DEM及地表覆盖分类图。

三、水土流失影响因素分析

某帝陵的土壤侵蚀为水蚀，除了气候和土壤等因素外，坡度、植被覆盖和土地利用类型等因素影响着该地区的水土流失，以下对这几个因素分别进行探讨。

1. 坡度

地形地貌对土壤侵蚀的影响是多方面的，影响地面物质与能量的形成与再分配。坡度是地貌形态特征的主要要素，坡度的大小制约着土壤侵蚀量的强弱。

不考虑其他影响因素，坡度越大，雨水冲刷导致水土流失的程度会越剧烈，如图1(图中所示陵园及神道范围均为示意图)所示，陵园内山体陡峭，坡度较大，容易产生严重的水土流失，对帝陵产生破坏，因此在这些坡度陡峭的地区，要注意进行水土保持，防止地表环境遭到大的破坏。

2. 植被

植被通过降雨截留、降低径流流速、增强土壤入渗、减少径流量、固结土壤、增强土壤结构稳定性和提高土壤抗蚀、抗冲性等阻止地表土壤流失，破坏地面植被，将导致水土流失加剧，因此植被覆盖的优劣也直接影响着水土流失的程度。

图1　某帝陵保护区坡度图

通过植被盖度这个指标来反映陵区的植被覆盖情况，植被盖度是反映植被状况的指标，也是影响土壤侵蚀的重要参数，植被盖度越大，水土保持功效越强，较低的植被盖度会导致较多的水土流失。故应该在植被覆盖度低的地区保证较高的植被盖度，因此为了防止该帝陵的水土流失加剧，在实施退耕还林草时，要保证还林草的质量，即确保植被的有效盖度，才能达到减少土壤侵蚀的效果。

3. 土地利用

(1) 土地利用转移矩阵

土地利用的变化是引起土壤侵蚀变化的重要因素。不同土地利用类型对于水土保持的功效不同，以林地最大、灌丛次之、牧草再次之、耕地最差。单纯从土地利用类型的面积变化来看，很难揭示土地利用的内部结构变化，为更好地揭示各种土地利用类型的内部变化特征，可以通过土地利用转移矩阵(表1)定量说明土地利用类型之间的相互转化状况，表征区域土地利用变化特征。

表1　1956—2013年某帝陵保护区土地利用类型转移矩阵　(%)

由表1可见，从1956年—2013年，有55.1%的耕地转化为园地，2.2%的耕地转化为林地，6.9%的耕地转为草地。耕地转化为林地、草地、园地等这些土地类型，其中主要转化为园地，这些类型的转移都有助于减少陵区的水土流失。园地的水土保持效益是高于耕地的，可见改变土地利用方式是快速减少区域土壤侵蚀的有效措施。然而，17.5%的园地转化耕地，耕地的调水保土功效低于园地，故这种土地利用类型对于水土保持而言是不合理的，因此，在今后的工作中，要防止出现类似这种将园地、林地、草地等高水土保持功效的土地利用类型转化为耕地等调水保土功效差的类型。

(2) 耕地在不同坡度的空间分布

该帝陵依山而建，山体陡峭，耕地的水土保持功效很低，非常容易导致水土流失，笔者分析1956年和2013年耕地在不同坡度的空间分布情况，如图2和图3所示。

图2　1956年耕地空间分布

图3　2013年耕地空间分布

由图2、图3可见，在1956年，耕地分布较多，到2013年坡耕地大量减少，尤其在帝陵陵园范围内，耕地数量也在减少，但是经过几十年的变化，到2013年陵园内仍有部分耕地。而在坡度大于25°的山坡上，坡耕地容易导致强烈的水土流失，根据国家规定坡度大于25°的坡耕地必须全部退耕还林还草。此外，尤其该帝陵是国家重点文物保护单位，因此在建陵陵园内应减少人类活动的破坏，陵园内坡度在15°以上的耕地数量也不少，应将陵园内坡度在15°以上的坡耕地也退耕还林还草，这样才有助于文物的整体保护。

四、基于地理国情监测的土壤侵蚀强度评价分析

根据水利部颁布的土壤侵蚀分类分级标准[3]，利用监测区坡度、植被盖度和土地利用进行水蚀强度评价，将土壤侵蚀强度等级分为微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈侵蚀，计算得到1956年和2013年的土壤侵蚀强度，如图4、图5所示。

通过图4、图5可以看出1956年和2013年各种土壤侵蚀强度的分布情况，微度侵蚀和轻度侵蚀主要分布在坡度较缓的地区，而陵寝所在的山体处，坡度大、山体陡峭，侵蚀严重，极强度和剧烈侵蚀主要分布在山体坡度变化大的区域。在1956年整个帝陵保护区的水土流失情况相当严峻，存在大量的强度、极强度、剧烈侵蚀，尤其在陵园内基本上是强度侵蚀及以上。然而到了2013年，该帝陵保护区侵蚀状况总体好转，中度侵蚀增多，强度侵蚀及以上有所下降；陵园内强度及以上侵蚀下降，中度侵蚀增多。从侵蚀强度的空间分布来看，到2013年侵蚀状况明显好转，但是土壤侵蚀形势依然严峻。

图4　1956年土壤侵蚀强度分级图

图5　2013年土壤侵蚀强度分级图

统计分析了过去几十年间各强度的面积百分比及土壤侵蚀强度转移矩阵，如图6和表2所示。

图6　1956年与2013年侵蚀强度对比

动态转移矩阵2013年微度轻度中度强度极强度剧烈1956年微度99.680.150.100.030.030.02轻度8.2986.604.720.39--中度5.8028.2963.041.381.300.19强度4.5115.1931.0348.040.670.55极强度4.92-43.2111.8639.450.56剧烈4.89-23.6228.9413.4329.13

对比1956年和2013年土壤侵蚀的变化(图6)可以看出，2013年的轻度、微度、中度侵蚀相对于1956年的轻度、微度、中度侵蚀增加，而中度、强度、极强度、剧烈侵蚀分别减少7%、5%和1%。从表2可见，强度、极强度、剧烈侵蚀基本转化为微度、轻度、中度侵蚀。总体而言，2013年相比1956年侵蚀明显好转，但是陵园内的侵蚀程度仍然很强，水土流失对文物的破坏潜力依然非常大，若不继续加大治理，侵蚀强度较大的区域，将不断遭到雨水的侵蚀，沟谷将不断变深、变宽，地形变得更加破碎，该帝陵将遭到进一步破坏，再过几百年，石刻的区域将都会成为沟壑，虽然不直接破坏石刻本体，但是这些文物的原貌将遭到严重破坏。田野文物的原貌是非常重要的，因为那些文物的摆放方位、朝向等都可能隐含着重要的信息。为了更好地保护文化遗产，必须采取相应的水土保持措施，减少水土流失对陵区的破坏，防止神道变沟壑这种情况再次发生。

五、结论与建议

通过地理国情的调查成果，应用GIS、RS、水土保持等学科的分析方法，可以科学有效地评价水土流失，为该帝陵的保护提供重要的决策支持。通过分析发现，1956年至2013年土壤侵蚀程度总体减缓，强度、极强度、剧烈侵蚀等所占的比重下降，这与国家在该区域建立保护区减少了人类活动的破坏，并且实施退耕还林草及相应的水土保持措施的情况相吻合，由此可以看出，水土流失的状况总体在好转，人类活动的减少及退耕还林草工程的实施有助于帝陵遗址的整体保护，为今后帝陵的保护规划提供了借鉴。但是，陵区内水土流失形势依旧很严峻，部分退耕还林草区仍有部分耕地，且部分林草覆盖区的植被盖度仍待进一步提高。

此外，水土流失严重性和治理的迫切性，已经引起政府和文物保护部门的高度重视，通过地理国情监测项目，应建立该帝陵保护区水土保持监测的长效机制，定期进行水土流失监测，进而判定水土流失治理的成效，提出相应的改进措施；加大退耕还林草工程，减少人类活动对自然的破坏。将整个保护区内坡度25°以上的坡耕地进行退耕还林草，同时为了进一步保护重点文物，将陵园内坡度15°～25°的耕地也退耕还林草，并且要优先种树，保证退耕还林草的质量(即确保植被的有效盖度)，才能更好地减少水土流失。

参考文献：

[1]赵静.帝陵档案[M].西安：三秦出版社, 2010.

[2]李嵘.整体性原则在唐陵保护中的实践与思考[D].西安：西北大学,2008.

[3]中华人民共和国水利部. SL 190-2007 土壤侵蚀分类分级标准[S].北京：中国水利水电出版社, 2007.