基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的某帝陵水土流失評(píng)價(jià)分析

引文格式： 王永紅，魏樣，李俊，等. 基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的某帝陵水土流失評(píng)價(jià)分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(4)：114-117.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0125

基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的某帝陵水土流失評(píng)價(jià)分析

王永紅，李俊，梁爽，劉廣輝

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局第二地形測(cè)量隊(duì)，陜西 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：某帝陵區(qū)域經(jīng)過千年的水土流失，陵園破壞嚴(yán)重，通過地理國(guó)情監(jiān)測(cè)，根據(jù)水利部土壤侵蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)該帝陵區(qū)域的水土流失情況，為文物遺址區(qū)的保護(hù)治理提供相應(yīng)的決策支持。通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)該保護(hù)區(qū)的水土流失情況經(jīng)過幾十年的變化，侵蝕程度總體有所下降，但部分區(qū)域水土仍非常嚴(yán)重，需要進(jìn)一步治理保護(hù)。

關(guān)鍵詞：地理國(guó)情監(jiān)測(cè)；水土流失；土壤侵蝕；遙感應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P208

收稿日期：2014-02-10

作者簡(jiǎn)介：王永紅(1971—)，男，高級(jí)工程師，主要從事航空攝影測(cè)量、數(shù)字城市和地理信息系統(tǒng)建設(shè)等方面的研究。

E-mail：357888134@qq.com

通信作者： 李俊

一、引言

某帝陵保護(hù)區(qū)溝壑縱橫，人類活動(dòng)劇烈，土壤侵蝕嚴(yán)重，嚴(yán)重破壞了文物遺址。土壤侵蝕是地球表面的一種自然現(xiàn)象，是土壤和成土母質(zhì)在外營(yíng)力作用(風(fēng)力、水力、重力等)下被分離、破壞和移動(dòng)的過程。該帝陵神道及城垣遺址所處的黃土溝壑區(qū)發(fā)生著不同程度的土壤侵蝕。在該地陵帶，因水土流失，被雨水沖擊成南北走向的深約50m，寬近200m的溝道；陵區(qū)內(nèi)還有兩條縱貫?zāi)媳钡膬蓷l大溝，深約100m，寬約500m；這3條溝道在陵區(qū)南邊匯集成河道[1]。逐年的水土流失使地形變得更加破碎，土壤養(yǎng)分流失加劇了水土流失的速度，從而破壞文物遺跡原有的地形地貌環(huán)境，對(duì)帝陵遺址產(chǎn)生了巨大的破壞。因?yàn)槲奈镞z址保護(hù)的整體性原則[2]，不能將文物保護(hù)僅僅局限于陵區(qū)的石刻、門闕、角樓等地表遺存，還應(yīng)該考慮陵寢的山體的完整性及田野文物存放的原貌。為了有效地減少水土流失對(duì)建陵的破壞，通過地理國(guó)情監(jiān)測(cè)，應(yīng)用GIS、RS、水土保持等學(xué)科的分析方法，科學(xué)有效地評(píng)價(jià)水土流失對(duì)整個(gè)帝陵保護(hù)區(qū)的破壞程度及影響因素，從而采取相應(yīng)的措施保護(hù)文物遺址。

二、研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1. 研究區(qū)概況

研究區(qū)屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，北山南塬、四季分明、雨熱同季、冷暖適中，自然環(huán)境十分優(yōu)越。地勢(shì)西北高而東南低，呈階梯型跌落，分山、塬、川3種地貌，北部屬丘陵溝壑區(qū)。

2. 數(shù)據(jù)源

本研究所采用的遙感數(shù)據(jù)是1956年和2012年的WorldView影像數(shù)據(jù)(預(yù)處理后的0.5m分辨率DOM)，輔助資料為該地區(qū)的地形圖、DEM及地表覆蓋分類圖。

三、水土流失影響因素分析

某帝陵的土壤侵蝕為水蝕，除了氣候和土壤等因素外，坡度、植被覆蓋和土地利用類型等因素影響著該地區(qū)的水土流失，以下對(duì)這幾個(gè)因素分別進(jìn)行探討。

1. 坡度

地形地貌對(duì)土壤侵蝕的影響是多方面的，影響地面物質(zhì)與能量的形成與再分配。坡度是地貌形態(tài)特征的主要要素，坡度的大小制約著土壤侵蝕量的強(qiáng)弱。

不考慮其他影響因素，坡度越大，雨水沖刷導(dǎo)致水土流失的程度會(huì)越劇烈，如圖1(圖中所示陵園及神道范圍均為示意圖)所示，陵園內(nèi)山體陡峭，坡度較大，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失，對(duì)帝陵產(chǎn)生破壞，因此在這些坡度陡峭的地區(qū)，要注意進(jìn)行水土保持，防止地表環(huán)境遭到大的破壞。

2. 植被

植被通過降雨截留、降低徑流流速、增強(qiáng)土壤入滲、減少?gòu)搅髁俊⒐探Y(jié)土壤、增強(qiáng)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和提高土壤抗蝕、抗沖性等阻止地表土壤流失，破壞地面植被，將導(dǎo)致水土流失加劇，因此植被覆蓋的優(yōu)劣也直接影響著水土流失的程度。

圖1　某帝陵保護(hù)區(qū)坡度圖

通過植被蓋度這個(gè)指標(biāo)來反映陵區(qū)的植被覆蓋情況，植被蓋度是反映植被狀況的指標(biāo)，也是影響土壤侵蝕的重要參數(shù)，植被蓋度越大，水土保持功效越強(qiáng)，較低的植被蓋度會(huì)導(dǎo)致較多的水土流失。故應(yīng)該在植被覆蓋度低的地區(qū)保證較高的植被蓋度，因此為了防止該帝陵的水土流失加劇，在實(shí)施退耕還林草時(shí)，要保證還林草的質(zhì)量，即確保植被的有效蓋度，才能達(dá)到減少土壤侵蝕的效果。

3. 土地利用

(1) 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用的變化是引起土壤侵蝕變化的重要因素。不同土地利用類型對(duì)于水土保持的功效不同，以林地最大、灌叢次之、牧草再次之、耕地最差。單純從土地利用類型的面積變化來看，很難揭示土地利用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，為更好地揭示各種土地利用類型的內(nèi)部變化特征，可以通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表1)定量說明土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化狀況，表征區(qū)域土地利用變化特征。

表1　1956—2013年某帝陵保護(hù)區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣　(%)

由表1可見，從1956年—2013年，有55.1%的耕地轉(zhuǎn)化為園地，2.2%的耕地轉(zhuǎn)化為林地，6.9%的耕地轉(zhuǎn)為草地。耕地轉(zhuǎn)化為林地、草地、園地等這些土地類型，其中主要轉(zhuǎn)化為園地，這些類型的轉(zhuǎn)移都有助于減少陵區(qū)的水土流失。園地的水土保持效益是高于耕地的，可見改變土地利用方式是快速減少區(qū)域土壤侵蝕的有效措施。然而，17.5%的園地轉(zhuǎn)化耕地，耕地的調(diào)水保土功效低于園地，故這種土地利用類型對(duì)于水土保持而言是不合理的，因此，在今后的工作中，要防止出現(xiàn)類似這種將園地、林地、草地等高水土保持功效的土地利用類型轉(zhuǎn)化為耕地等調(diào)水保土功效差的類型。

(2) 耕地在不同坡度的空間分布

該帝陵依山而建，山體陡峭，耕地的水土保持功效很低，非常容易導(dǎo)致水土流失，筆者分析1956年和2013年耕地在不同坡度的空間分布情況，如圖2和圖3所示。

圖2　1956年耕地空間分布

圖3　2013年耕地空間分布

由圖2、圖3可見，在1956年，耕地分布較多，到2013年坡耕地大量減少，尤其在帝陵陵園范圍內(nèi)，耕地?cái)?shù)量也在減少，但是經(jīng)過幾十年的變化，到2013年陵園內(nèi)仍有部分耕地。而在坡度大于25°的山坡上，坡耕地容易導(dǎo)致強(qiáng)烈的水土流失，根據(jù)國(guó)家規(guī)定坡度大于25°的坡耕地必須全部退耕還林還草。此外，尤其該帝陵是國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位，因此在建陵陵園內(nèi)應(yīng)減少人類活動(dòng)的破壞，陵園內(nèi)坡度在15°以上的耕地?cái)?shù)量也不少，應(yīng)將陵園內(nèi)坡度在15°以上的坡耕地也退耕還林還草，這樣才有助于文物的整體保護(hù)。

四、基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的土壤侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)分析

根據(jù)水利部頒布的土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3]，利用監(jiān)測(cè)區(qū)坡度、植被蓋度和土地利用進(jìn)行水蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)，將土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)分為微度、輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度和劇烈侵蝕，計(jì)算得到1956年和2013年的土壤侵蝕強(qiáng)度，如圖4、圖5所示。

通過圖4、圖5可以看出1956年和2013年各種土壤侵蝕強(qiáng)度的分布情況，微度侵蝕和輕度侵蝕主要分布在坡度較緩的地區(qū)，而陵寢所在的山體處，坡度大、山體陡峭，侵蝕嚴(yán)重，極強(qiáng)度和劇烈侵蝕主要分布在山體坡度變化大的區(qū)域。在1956年整個(gè)帝陵保護(hù)區(qū)的水土流失情況相當(dāng)嚴(yán)峻，存在大量的強(qiáng)度、極強(qiáng)度、劇烈侵蝕，尤其在陵園內(nèi)基本上是強(qiáng)度侵蝕及以上。然而到了2013年，該帝陵保護(hù)區(qū)侵蝕狀況總體好轉(zhuǎn)，中度侵蝕增多，強(qiáng)度侵蝕及以上有所下降；陵園內(nèi)強(qiáng)度及以上侵蝕下降，中度侵蝕增多。從侵蝕強(qiáng)度的空間分布來看，到2013年侵蝕狀況明顯好轉(zhuǎn)，但是土壤侵蝕形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

圖4　1956年土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)圖

圖5　2013年土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)圖

統(tǒng)計(jì)分析了過去幾十年間各強(qiáng)度的面積百分比及土壤侵蝕強(qiáng)度轉(zhuǎn)移矩陣，如圖6和表2所示。

圖6　1956年與2013年侵蝕強(qiáng)度對(duì)比

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣2013年微度輕度中度強(qiáng)度極強(qiáng)度劇烈1956年微度99.680.150.100.030.030.02輕度8.2986.604.720.39--中度5.8028.2963.041.381.300.19強(qiáng)度4.5115.1931.0348.040.670.55極強(qiáng)度4.92-43.2111.8639.450.56劇烈4.89-23.6228.9413.4329.13

對(duì)比1956年和2013年土壤侵蝕的變化(圖6)可以看出，2013年的輕度、微度、中度侵蝕相對(duì)于1956年的輕度、微度、中度侵蝕增加，而中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度、劇烈侵蝕分別減少7%、5%和1%。從表2可見，強(qiáng)度、極強(qiáng)度、劇烈侵蝕基本轉(zhuǎn)化為微度、輕度、中度侵蝕?？傮w而言，2013年相比1956年侵蝕明顯好轉(zhuǎn)，但是陵園內(nèi)的侵蝕程度仍然很強(qiáng)，水土流失對(duì)文物的破壞潛力依然非常大，若不繼續(xù)加大治理，侵蝕強(qiáng)度較大的區(qū)域，將不斷遭到雨水的侵蝕，溝谷將不斷變深、變寬，地形變得更加破碎，該帝陵將遭到進(jìn)一步破壞，再過幾百年，石刻的區(qū)域?qū)⒍紩?huì)成為溝壑，雖然不直接破壞石刻本體，但是這些文物的原貌將遭到嚴(yán)重破壞。田野文物的原貌是非常重要的，因?yàn)槟切┪奈锏臄[放方位、朝向等都可能隱含著重要的信息。為了更好地保護(hù)文化遺產(chǎn)，必須采取相應(yīng)的水土保持措施，減少水土流失對(duì)陵區(qū)的破壞，防止神道變溝壑這種情況再次發(fā)生。

五、結(jié)論與建議

通過地理國(guó)情的調(diào)查成果，應(yīng)用GIS、RS、水土保持等學(xué)科的分析方法，可以科學(xué)有效地評(píng)價(jià)水土流失，為該帝陵的保護(hù)提供重要的決策支持。通過分析發(fā)現(xiàn)，1956年至2013年土壤侵蝕程度總體減緩，強(qiáng)度、極強(qiáng)度、劇烈侵蝕等所占的比重下降，這與國(guó)家在該區(qū)域建立保護(hù)區(qū)減少了人類活動(dòng)的破壞，并且實(shí)施退耕還林草及相應(yīng)的水土保持措施的情況相吻合，由此可以看出，水土流失的狀況總體在好轉(zhuǎn)，人類活動(dòng)的減少及退耕還林草工程的實(shí)施有助于帝陵遺址的整體保護(hù)，為今后帝陵的保護(hù)規(guī)劃提供了借鑒。但是，陵區(qū)內(nèi)水土流失形勢(shì)依舊很嚴(yán)峻，部分退耕還林草區(qū)仍有部分耕地，且部分林草覆蓋區(qū)的植被蓋度仍待進(jìn)一步提高。

此外，水土流失嚴(yán)重性和治理的迫切性，已經(jīng)引起政府和文物保護(hù)部門的高度重視，通過地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，應(yīng)建立該帝陵保護(hù)區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)效機(jī)制，定期進(jìn)行水土流失監(jiān)測(cè)，進(jìn)而判定水土流失治理的成效，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施；加大退耕還林草工程，減少人類活動(dòng)對(duì)自然的破壞。將整個(gè)保護(hù)區(qū)內(nèi)坡度25°以上的坡耕地進(jìn)行退耕還林草，同時(shí)為了進(jìn)一步保護(hù)重點(diǎn)文物，將陵園內(nèi)坡度15°～25°的耕地也退耕還林草，并且要優(yōu)先種樹，保證退耕還林草的質(zhì)量(即確保植被的有效蓋度)，才能更好地減少水土流失。

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