湖北省水土保持區(qū)劃方法探討

張 杰，周 全，陳 芳，徐 昕

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院，湖北 武漢430064)

湖北省水土保持區(qū)劃方法探討

張 杰，周 全，陳 芳，徐 昕

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院，湖北 武漢430064)

水土保持；區(qū)劃；方法；湖北省

湖北省自然條件多樣，水土流失形式、強度不一，經(jīng)濟發(fā)展不平衡導致區(qū)域水土資源開發(fā)、利用、保護的需求不一，治理方向、模式、標準也存在較大差異。為了提高水土保持工作的科學性、合理性和可操作性，做到因地制宜、分區(qū)指導湖北省水土保持工作，需要開展系統(tǒng)的水土保持區(qū)劃工作。湖北省水土保持區(qū)劃采用主成分分析法建立指標體系，運用層次聚類分析法進行水土保持區(qū)劃，確定各區(qū)的水土保持主導功能，構建湖北省水土保持區(qū)劃體系。湖北省水土保持區(qū)劃采用兩級分區(qū)體系，共劃分為8個一級區(qū)、13個二級區(qū)。

2012年11月水利部以《水利部辦公廳關于印發(fā)〈全國水土保持區(qū)劃(試行)〉的通知》(辦水保〔2012〕512號)明確了《全國水土保持區(qū)劃(試行)》，湖北省涉及的8個水土保持三級分區(qū)分別是桐柏大別山山地丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)、南陽盆地及大洪山丘陵保土農(nóng)田防護區(qū)、江漢平原及周邊丘陵農(nóng)田防護人居環(huán)境維護區(qū)、洞庭湖丘陵平原農(nóng)田防護水質(zhì)維護區(qū)、幕阜山九嶺山山地丘陵保土生態(tài)維護區(qū)、丹江口水庫周邊山地丘陵水質(zhì)維護保土區(qū)、大巴山山地保土生態(tài)維護區(qū)及鄂渝山地水源涵養(yǎng)保土區(qū)。為滿足湖北省水土保持規(guī)劃工作的需要，在全國水土保持區(qū)劃確定的三級區(qū)的基礎上，開展湖北省水土保持二級區(qū)劃分工作。

1 區(qū)劃原則及分級體系

1.1 區(qū)劃原則

水土保持區(qū)劃必須全面、客觀、真實地反映各劃分區(qū)域之間的差異，結合湖北省的特點，按照“從源、從眾、從主”的區(qū)劃基本原則，結合省級水土保持區(qū)劃的目的，確定區(qū)劃的原則，具體有：區(qū)內(nèi)相似性和區(qū)間差異性原則；主要因子及綜合分析相結合原則；區(qū)域連續(xù)性與取大去小原則；自上而下與自下而上相結合原則；水土保持主導功能原則[1]。

1.2 分級體系

湖北省水土保持區(qū)劃采用兩級分區(qū)體系，一級區(qū)(沿用國家級三級區(qū))為總體布局區(qū)，用于確定全省水土保持工作戰(zhàn)略部署、總體布局和防治途徑，協(xié)調(diào)跨市(州)的重大區(qū)域性規(guī)劃目標、任務及重點；二級區(qū)為基本功能區(qū)，主要用于確定區(qū)域的水土保持基本功能，研究防治模式及技術標準，優(yōu)化水土資源配置，作為重點項目布局與規(guī)劃的基礎。

2 區(qū)劃指標建立

本研究湖北省水土保持區(qū)劃一級區(qū)沿用國家級三級區(qū)，主要是確定湖北省二級區(qū)的區(qū)劃指標，依據(jù)《全國水土保持區(qū)劃導則(試行)》，采用主成分分析法建立區(qū)劃指標體系[2]。水土保持區(qū)劃涉及地形地貌、氣象水文等自然因子，水土流失強度、分布等水土流失因子，還涉及人口、人均GDP等經(jīng)濟社會因子，同時要與農(nóng)、林、水、國土等行業(yè)的區(qū)劃相協(xié)調(diào)。運用主成分分析法，從自然、社會經(jīng)濟、土地利用和水土流失等方面選取20個指標，建立湖北省水土保持區(qū)劃指標體系。

根據(jù)水土保持區(qū)劃體系結構，將水土保持區(qū)劃指標體系分為4個層次，包括目標層(A)、要素層(B)、因子層(C)和指標層(D)，見表1。其中，要素層(B)包括自然要素(B1)、社會經(jīng)濟要素(B2)、土地利用要素(B3)和水土流失要素(B4)；因子層(C)由各項指標構成，包括地形地貌因子(C1)等；指標層(D)是水土保持各影響因素的具體體現(xiàn)，根據(jù)湖北省具體情況進行選擇確定。

選用標準差標準化方法，使區(qū)劃指標盡量保留實際值的數(shù)值關系。使用SPSS 19.0軟件對標準化后的數(shù)據(jù)進行主成分分析。通過計算分析，抽取因子數(shù)量為10，保證抽取主成分的累計貢獻率大于85%，見表2。從各主成分權重來看，自然要素有坡耕地比例、平均坡度、年均降水量和林草覆蓋率，基本能反映湖北省自然情況的區(qū)內(nèi)一致性和區(qū)間差異性；社會經(jīng)濟要素有人口密度、人均GDP和第一產(chǎn)業(yè)增加值比例，反映了湖北省產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平特別是第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平對湖北省水土流失產(chǎn)生較大影響的現(xiàn)狀；土地利用要素有建設用地比例，說明湖北省不同土地利用類型會對水土流失產(chǎn)生不同程度的影響；水土流失要素有水土流失面積比、中度侵蝕面積比，符合湖北省水土流失以中度為主的實際，作為水土流失要素的主成分，能夠有效劃分不同水土流失情況和特征的區(qū)域。

表1 湖北省水土保持區(qū)劃選擇指標

表2 湖北省水土保持區(qū)劃指標體系

3 區(qū)劃方法

考慮到全國三級分區(qū)中涉及湖北省的縣級行政區(qū)多、面積大，需對三級分區(qū)進行進一步劃分，才能完成湖北省水土保持二級分區(qū)。

對涉及湖北省的8個全國水土保持三級區(qū)進行綜合分析，部分三級區(qū)內(nèi)各縣市在自然條件、社會經(jīng)濟條件等方面一致性較好、差異較小，與湖北省原有的水土流失類型區(qū)劃分比較協(xié)調(diào)，本次不再進一步劃分；對涉及縣市較多，區(qū)內(nèi)自然條件、社會經(jīng)濟條件有較大區(qū)別，與原有的湖北省水土流失類型區(qū)差異較大的大巴山山地保土生態(tài)維護區(qū)等4個全國水土保持三級區(qū)，運用層次聚類分析法進一步劃分。應用層次聚類分析法[3]進行水土保持區(qū)劃的基本步驟：

(1)數(shù)據(jù)標準化。水土保持區(qū)劃中被聚類的對象是由多個要素構成的，不同要素的數(shù)據(jù)往往具有不同的單位和量綱，且數(shù)值差異可能很大，這會對分類結果產(chǎn)生較大影響。在分類要素的對象確定后、進行聚類分析前，先對各聚類要素數(shù)據(jù)進行處理，主要采用總和標準化方法。

(2)樣品與樣品之間的距離。在應用層次聚類分析法進行水土保持區(qū)劃實踐中，把每個分類對象(以縣級行政區(qū)為單元)稱為樣品，樣品與樣品之間的距離采用歐氏距離平方計算。

(3)聚類方法。通過反復試驗，發(fā)現(xiàn)Ward聚類分析法在湖北省水土保持區(qū)劃中分類效果最好，因此采用Ward聚類分析法進行湖北省水土保持二級區(qū)劃。

以大巴山山地保土生態(tài)維護區(qū)為例，基于統(tǒng)計分析軟件SPSS 19.0進行分析，依據(jù)SPSS平臺輸出的樹狀圖(圖1)，將大巴山山地保土生態(tài)維護區(qū)劃分為2個湖北省二級分區(qū)，該劃分成果保持了區(qū)劃連續(xù)性，不再進行調(diào)整，如果劃分成果在地域上不連續(xù)，則需進行進一步分析調(diào)整。大巴山山地保土生態(tài)維護區(qū)區(qū)劃結果見表3。

圖1 大巴山山地保土生態(tài)維護區(qū)使用Ward聯(lián)接的樹狀圖

同樣方法，根據(jù)樹狀圖分析結果，桐柏大別山山地丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)、南陽盆地及大洪山丘陵保土農(nóng)田防護區(qū)2個區(qū)按最大差異各劃分為2個區(qū)，按區(qū)內(nèi)相鄰的原則進行復核，能滿足劃分要求；江漢平原及周邊丘陵農(nóng)田防護人居環(huán)境維護區(qū)若按最大差異劃分為2片，不能滿足區(qū)內(nèi)相鄰的原則，若按3片進行劃分，則可以滿足區(qū)內(nèi)連續(xù)性的要求，故將該區(qū)進一步劃分為3個湖北省二級區(qū)。最終，湖北省共劃分為13個區(qū)，其中洞庭湖丘陵平原農(nóng)田防護水質(zhì)維護區(qū)、幕阜山九嶺山山地丘陵保土生態(tài)維護區(qū)、丹江口水庫周邊山地丘陵水質(zhì)維護保土區(qū)、鄂渝山地水源涵養(yǎng)保土區(qū)保留了原有區(qū)劃。

表3 大巴山山地保土生態(tài)維護區(qū)二級區(qū)劃結果

4 水土保持功能評價

參考《全國水土保持區(qū)劃導則(試行)》，結合湖北省實際情況分析，10項水土保持基礎功能中防風固沙、攔沙減沙等功能與湖北省實際關系相對較小，防災減災、蓄水保水在省內(nèi)也多為局部零星分布，因此僅選取水源涵養(yǎng)、土壤保持、生態(tài)維護、農(nóng)田防護、水質(zhì)維護、人居環(huán)境維護等6項基礎功能進行評價。評價指標、權重值及指標分解標準按《全國水土保持區(qū)劃導則(試行)》中推薦值，以桐柏大別山山地丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)進一步劃分的鄂東北低山丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)為例進行計算。結果表明，鄂東北低山丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)主導基礎功能是水源涵養(yǎng)、土壤保持，故命名為水源涵養(yǎng)保土區(qū)(表4)。

表4 鄂東北低山丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)水土保持基礎功能評價

5 區(qū)劃成果

5.1 分區(qū)命名

水土保持區(qū)劃單元命名是水土保持區(qū)劃成果表述的重要環(huán)節(jié)，命名遵循以下原則：命名采用多段式命名法，文字簡明扼要；體現(xiàn)區(qū)域所處的地理空間位置和優(yōu)勢地貌特征；單元命名應基本保持一致。湖北省一級區(qū)沿用國家三級區(qū)命名，湖北省二級區(qū)采用“區(qū)域地理位置(區(qū)域相對于湖北省區(qū)位、特定地理名稱)+地貌類型組合+基本功能”的方式命名。

5.2 區(qū)劃結果

湖北省水土保持區(qū)劃在國家區(qū)劃體系的基礎上，進一步將8個湖北省一級區(qū)(國家三級區(qū))劃分為13個湖北省二級區(qū)，形成湖北省區(qū)劃體系，見圖2。

6 結 語

(1)按照“從源、從眾、從主”確定區(qū)劃原則的基本思想，從自然、社會經(jīng)濟、土地利用和水土流失等方面選取20個指標，運用主成分分析法，最終得到各要素主成分10個，建立區(qū)劃指標，達到了簡化數(shù)據(jù)、提取重點的效果。

(2)對湖北省涉及的全國水土保持三級區(qū)進行綜合分析，部分三級區(qū)內(nèi)各縣市在自然條件、社會經(jīng)濟條件等方面一致性較好，差異較小，與湖北省原有的水土流失類型區(qū)劃分比較協(xié)調(diào)，不再進一步劃分；對其他的三級區(qū)采用Ward聚類分析法進行分析。最終共劃分為13個湖北省二級區(qū)。

①—鄂西北丹江口水庫周邊山地丘陵水質(zhì)維護保土區(qū)；②—鄂西大巴山荊山山地生態(tài)維護區(qū)；③—鄂北崗地農(nóng)田防護區(qū)；④—鄂西大巴山南坡保土區(qū)；⑤—大洪山丘陵保土區(qū)；⑥—鄂東北低山丘陵水源涵養(yǎng)保土區(qū)；⑦—鄂西南武陵山地水源涵養(yǎng)保土區(qū)；⑧—江漢平原西部丘陵人居環(huán)境維護農(nóng)田防護區(qū)；⑨—漢江平原農(nóng)田防護區(qū)；⑩—鄂東孝-漢-黃城市群丘陵人居環(huán)境維護區(qū)；—鄂東沿江丘陵平原農(nóng)田防護區(qū)；—荊南丘陵平原農(nóng)田防護水質(zhì)維護區(qū)；—鄂東南山地丘陵保土生態(tài)維護區(qū)
圖2 湖北省水土保持二級區(qū)劃

(3)參考《全國水土保持區(qū)劃導則(試行)》，對形成的湖北省二級區(qū)進行分析評價，確定各區(qū)主導的水土保持功能，采用多段式命名法命名劃定的湖北省二級區(qū)，形成湖北省水土保持區(qū)劃成果。從區(qū)劃成果來看，比較全面地反映了湖北省地區(qū)特色和湖北省水土保持特征，其結果可為編制《湖北省水土保持規(guī)劃》奠定重要基礎。

[1] 趙巖,王治國,孫保平,等.中國水土保持區(qū)劃方案初步研究[J].地理學報,2013,68(3):307-317.

[2] 承志榮,王新軍,王雪晴,等.基于主成分分析法的江蘇省水土保持區(qū)劃指標體系研究[J].水土保持通報,2013,33(6):181-186.

[3] 李瑞,李勇.層次聚類分析法在貴州省水土保持四級區(qū)劃中的應用[J].中國水土保持,2013(2):21-22.

(責任編輯 李楊楊)

S157

A

1000-0941(2017)07-0030-04

張杰(1972—)，男，湖北武漢市人，高級工程師，學士，主要從事水土保持規(guī)劃咨詢及方案編制工作。

2016-11-04