基于遥感和GIS的侵蚀沟分类

王兆铭，刘建祥，高 燕，陈 培

（1.吉林省国土资源调查规划研究院，吉林长春130024；2.水利部松辽水利委员会，吉林长春 130021；3.黄河流域水土保持监测中心，陕西 西安 710021）



基于遥感和GIS的侵蚀沟分类

王兆铭1，刘建祥2，高 燕2，陈 培3

（1.吉林省国土资源调查规划研究院，吉林长春130024；2.水利部松辽水利委员会，吉林长春 130021；3.黄河流域水土保持监测中心，陕西 西安 710021）

［摘 要］文中通过遥感调查和实地调查相结合的方式,获取了流域侵蚀沟信息，结合流域侵蚀沟实际特点完成了侵蚀沟分类指标的筛选，在ARCGIS平台下完成了流域侵蚀沟的快速分类，并对不同类型侵蚀沟的特征及防治要求进行了分析。

［关键词］侵蚀沟；分类方法；乌裕尔河流域；遥感

根据第一次全国水利普查-东北黑土区侵蚀沟道普查，东北黑土区侵蚀沟295 663条，危害严重。然而，目前侵蚀沟分类没有形成一套技术体系，没有统一的分类标准。对于水保工作者，无法通过侵蚀沟现状数据直观地认识黑土区不同区域侵蚀沟的发展现状、危害程度及潜在危害，并根据这些数据合理、有效地开展侵蚀沟的分区防治。乌裕尔河流域是典型黑土区具有代表性的流域之一且沟蚀比较严重，因此，文中选择乌裕尔河流域开展侵蚀沟快速分类研究，为侵蚀沟防治提供决策依据。

1　研究区概况

乌裕尔河流域北起北安市，南至杜尔伯特蒙古族自治县，流域途径五大连池市、克山县、克东县、讷河市、拜泉县、依安县、明水县、富裕县、林甸县、齐齐哈尔市市辖区、大庆市市辖区、泰来县、共涉及14个县（市、区），流域总面积为2.49万km2。流域位于黑龙江省小兴安岭西南缘，为小兴安岭余脉与松嫩平原过渡地带，坡面缓而长，坡度一般在3°以下，坡长多为800～1 500 m，属于东北漫川漫岗典型黑土区，是黑龙江省粮食主产区之一。土壤主要类型为黑土、黑钙土、草甸土、沼泽土、火山灰土、白浆土。流域地处中高纬度，属寒温带半湿润半干旱大陆性季风气候，寒暑变化明显。四季气候特点是：春季干旱多风；夏季短促炎热，降水集中；秋季低温，霜冻较早，降温急剧；冬季漫长严寒。年降水量在250.5～793.9 mm之间，主要集中在7，8，9三个月，年均径流深75 mm左右。

2　流域侵蚀沟分类方法研究

2.1国内外侵蚀沟分类现状

2.1.1国外侵蚀沟分类研究

关于沟谷系统的分类问题，国外通常以不同的方式来命名。在欧美的文献中，按其规模由小到大次序，依次命名为细沟、切沟、冲沟和河道，Foster[3]等在研究中引入了浅沟（Ephemeral gully）的概念。而在苏联的文献中，根据由小到大次序，将侵蚀沟依次命名为细沟、切沟、冲沟和河谷，各国根据自己的情况命名也有差异。

2.1.2国内侵蚀沟分类研究

我国对于侵蚀沟进行的系统分类起于黄土高原的水土流失研究。目前，国内对侵蚀沟的分类没有形成统一的标准。王礼先[1]等根据沟蚀发生的形态和演变过程，将沟蚀分为浅沟侵蚀、切沟侵蚀、冲沟侵蚀、干沟侵蚀、河沟侵蚀等。罗来兴[4]将黄土高原的河谷系统分为浅沟、切沟、冲沟、坳沟和河沟，前三者是现代侵蚀沟、后二者为古代侵蚀沟。朱显谟[5]认为对于沟蚀，根据其发展阶段、演变时期和侵蚀强度等划分为细沟侵蚀、浅沟侵蚀和切沟侵蚀，而所有沟蚀的发展都是由细沟、浅沟到切沟，它们构成一个完整的体系，地面流水必先经过它们，然后注入沟谷系统的各个环节。陈永宗[2]等将黄土高原沟蚀（现代侵蚀）形态分为浅沟、条沟、悬沟、切沟和冲沟。刘增文[6]等从沟道开析状况、地面割裂程度、主支沟状况、沟头发生学角度和沟头发育程度及活跃状况对沟道及沟头进行分类，该分类从治理沟道的角度出发对侵蚀沟侵蚀分类具有实践意义，但各分类方式没有联系整合到一起，不便于科学指导。戴武刚[7]等选取了影响沟和发生发展12个主要影响因子作为分类指标，采用模糊聚类方法，将辽西低山丘陵区侵蚀沟壑分为初期“V”型发展沟、中期“U”型发展沟和后期“U”型稳定沟。张永光[8]等通过对东北漫岗黑土区两个流域的地形因子和浅沟侵蚀进行相关分析，发现浅沟长度、侵蚀体积与坡面长度呈显著相关，但没有形成侵蚀沟分类指标体系。还有一些学者或者水保工作者根据侵蚀沟的稳定程度，将侵蚀沟分为发展沟、半稳定沟和稳定沟。

2.2流域侵蚀沟分类思路

目前侵蚀沟分类方法定性描述多，定量少，而且操作性差，无法实现大面积侵蚀沟类型现状的统计分析，对侵蚀沟防治技术的指导意义也不大。文中通过遥感调查的方式获取流域侵蚀沟沟长、沟宽、吞噬耕地面积等信息，结合实地调查，筛选分类指标，快速地实现了流域侵蚀的分类与统计分析。

2.3侵蚀沟信息获取

文中以2.5 m的SPOT5彩色影像为数据源，结合地形、水系、土地利用等参考资料，通过影像预判、实地调查、建立解译标志、室内解译、解译结果实地核查与修改等步骤完成流域侵蚀沟位置、形状、长度、面积及周围自然特征等信息的获取。由于林地中的侵蚀沟受影像时相的限制，在5—7月份影像上很难识别，因此主要调查耕地中的2.5 m及以上分辨率遥感影像上能够识别的侵蚀沟，但已经发展为季节性河流或者沟谷的不再研究范围内。

经调查，研究区有侵蚀沟8 094条，总沟长4 193.89 km，吞噬耕地面积62.23 km2。将流域内不同行政区的侵蚀沟参数进行统计分析发现，克东县、克山县、拜泉县、北安市沟蚀最严重，侵蚀沟数量、面积都远大于其他各县市，四个地区侵蚀沟总计5 975条，占流域侵蚀沟总条数的88.21%，详见表1。

2.4侵蚀沟分类指标筛选及分类

目前已有的侵蚀沟分类指标主要包括侵蚀沟形态特征指标及侵蚀机理指标两大类，形态指标如沟长、沟宽、沟深等指标是可以量化的，侵蚀沟剖面形态、侵蚀方式及部分影响因子指标只能定性描述。上述指标有些是可以通过遥感影像直接获取的，如沟宽、沟深、沟的整体形态特征、沟的稳定性、沟底及周边植被信息及分布等，而其发育的影响因子如土壤、地形地貌等自然要素指标可以通过叠加要素图层获得，但利用这些指标进行分类需要做大量的侵蚀沟机理方面的理论研究工作，而且对于像乌裕尔河流域这样的中小流域，利用影响因子进行分类实用性不大，因此基于遥感和GIS技术提出了一套实用、可行的快速侵蚀沟分类方法，并能够快速地统计分析和掌握流域侵蚀沟的现状。

表1不同行政区侵蚀沟统计表

通过对侵蚀沟的调查发现，侵蚀沟发育的稳定性可通过沟内植被盖度进行评价，盖度在30%以上的沟基本稳定，30%以下处于半稳定和发展的状态，因此，将植被盖度作为侵蚀沟分类的一级分类指标。

侵蚀沟沟长、沟宽直接影响沟的治理难易及危害程度，可作为侵蚀沟二级分类指标。将侵蚀沟以沟长100 m为单位区间进行统计发现，流域内沟长在1 000 m以下的侵蚀沟占90.78%，且主要集中在100～500 m之间，沟长在100～500 m的侵蚀沟数量占整个流域的65.83%。随着沟长的增加，侵蚀沟的平均沟宽呈增加趋势，100 m以下区间到100～200 m区间增幅较大，到900 m以上增幅降低，并呈现不规则波动，从沟长1 500 m开始，平均沟宽基本在18 m上下波动。

根据侵蚀沟的沟宽和沟长指标，对将流域内沟长大于10 m的侵蚀沟分成微型发展沟、小型发展沟、中型发展沟、大型发展沟、特大型发展沟以及稳定沟，如表2所示。

表2侵蚀沟分类结果

3　流域侵蚀沟分类结果分析

流域不同类型侵蚀沟的形态特征、危害程度及防治要求有所不同，主要如下。

1）微型发展沟。该类沟沟宽从几厘米到2 m左右不等，长度一般小于100 m，多形成于坡地的低洼区域或者集水线上，一般无明显的沟缘线，该类侵蚀沟对土地的破坏比较小，治理成本也比较低，应该及时地采取简单的拦挡或者填埋等防治措施，抑制侵蚀沟的发展。

2）小型发展沟。该类沟一般处于浅沟侵蚀向切沟侵蚀的过渡阶段，发展速度比较快，农业生产影响极大。当发生朔源侵蚀，坡面侵蚀将发生明显的变化，一旦发展为切沟就难以控制，并标志着土地资源的彻底破坏。所以必须加大该类沟的治理，防止进一步发展。

3）中型发展沟 。该类型沟一般处于切沟侵蚀阶段，易发生朔源侵蚀和下切侵蚀，沟岸扩张，甚至出现毛支沟，把大片耕地分割得支离破碎，造成土地的大量丧失，严重破坏农业生产和田间机械作业环境。该类型沟一旦形成很难控制其发展，而且治理的成本比较大，短期治理效果不明显。

4）大型发展沟。该类沟一般处于冲沟侵蚀阶段，多产生二级甚至三级支沟，土壤侵蚀量大，其发展加剧了片蚀和细沟侵蚀，破坏及其严重，治理难度大。如不采取有效措施，控制土层的流失，周边的土地肥力将锐减，严重影响粮食产量。

5）特大型发展沟。该类沟一般处于坳沟侵蚀阶段，朔源侵蚀和下蚀作用减弱，谷底不再加深，沟床上有沉积物覆盖，而沟坡愈来愈变得平缓，不再有明显的沟缘，沟谷发育已进入衰亡阶段，在不危害生命和财产的前提下可暂时不予治理。

6）稳定沟。该类沟沟底不再下切加深，沟头、沟边不再发展的侵蚀沟。由于稳定沟一般沟底及沟壁均有大量植物生长，植被盖度常大于30%。

4　结论与建议

4.1结论

1）依据侵蚀沟的发育阶段将乌裕尔河流域的侵蚀沟道分为发展沟和稳定沟两种类型，依据沟宽和沟长等指标，以及不同侵蚀沟在遥感影像中的特征表现，对沟长大于10 m，沟宽大于2 m的侵蚀沟进行了分类，将侵蚀沟分为微型、小型、中型、大型、特大型发展沟和稳定沟。

2）对各类型侵蚀沟道的特征及防治要求进行了分析。微型侵蚀沟对土地的破坏比较小，治理成本也比较低，应该及时地采取简单的拦挡或者填埋等防治措施，抑制侵蚀沟的发展。小型发展沟对农业生产影响极大，一旦发展为中型发展沟就难以控制，并标志着土地资源的彻底破坏，必须及时进行防治，小型沟一旦发展为中型沟、大型沟甚至特大型沟则治理成本不仅增加，难度也随之加大，且短期治理效果不明显，而稳定沟形成以后发展停滞，沟壑内常覆盖植被，对土地的蚕食也基本停止。

4.2建议

1）建立一套合理、有效、标准化的研究观测方法，是进行侵蚀沟研究的基础和前提。目前有关侵蚀沟的观测方法较多，观测参数不一，各观测结果相互间也难以比较，迄今未能形成一套标准化的侵蚀速率及控制因子的观测研究方法。遥感法迅速、简便、易于实现周期监测，能确定侵蚀活跃部位，绘制出侵蚀沟图形；缺点是限于多数遥感影像分辨率较低，对于形态上变化小的沟道系统，如每年几十厘米的沟头前进速度，分辨率达不到要求，只能进行中长期监测，满足不了短时间尺度监测要求。

2）目前在侵蚀沟分类分级研究方面，国内外尚无成熟经验和分级标准，主要以沟蚀的发展阶段或发生发展过程将侵蚀沟分类分级，主要靠经验判断，没有定量指标和统一标准，对经验的要求很高，对侵蚀沟防治技术的指导意义也不大。建议在侵蚀沟分类分级研究工作的基础上，针对东北黑土区内不同区域，不同类型的侵蚀沟，在定量化分级的基础上进行措施优化组装和开展效益监测研究，对加快东北黑土区水土流失防治特别是沟蚀的防治具有重要意义。

［参考文献］

［1］王礼先，孙保平，余新晓.中国水利百科全书-水土保持分册［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［2］陈永宗，景可，蔡强国.黄土高原现代侵蚀与治理［M］.北京:科学技术出版社，1988.

［3］FosterGR.Modelingephemeralgullyerosionforconservation planning［J］.International Journal of Sediment Research，2005，20（3）：157-175.

［4］罗来兴.划分晋西、陕北、陇东黄土区域沟间地与沟谷的地貌类型［J］.地理学报，1956，22（8）：201-222.

［5］朱显谟.黄土区土壤侵蚀分类［J］.土壤学报，1956，4（2）：99-105.

［6］刘增文，李雅素.黄土残塬区侵蚀沟道分类研究［J］.中国水土保持，2003，9：28-30.

［7］戴武刚，张富.辽西低山丘陵区侵蚀沟壑分类的研究［J］.水土保持科技情报，2002，1：34-35.

［8］张永光，伍永秋等.东北漫岗黑土区地形因子对浅沟侵蚀的影响分析［J］.水土保持学报，2007，21（1）：35-38.

［中图分类号］S157

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）05－0040－04

[收稿日期]2016-01-28