西吉縣2022年“7?15”暴雨重力侵蝕調(diào)查與建議

關(guān)鍵詞：重力侵蝕；水土保持工程；無人機(jī)影像解譯；唐家河流域；西吉縣

中圖分類號：Ｓ１５７．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０６．０１８

引用格式：高健健，黨維勤，周子淵，等．西吉縣２０２２ 年“７?１５”暴雨重力侵蝕調(diào)查與建議［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（６）：１０９－１１２．

０引言

近年來，隨著全球氣候變化，極端天氣形成的暴雨強(qiáng)度提高、頻次增加［１－２］ ，極端暴雨引發(fā)的洪水災(zāi)害、水土流失愈加嚴(yán)重［３－５］ 。如何科學(xué)評估極端天氣情況下的水土流失狀況，是當(dāng)前水土保持監(jiān)測工作亟須解決的問題。

２０２２年７月１３—１６日，黃河中游地區(qū)發(fā)生強(qiáng)降雨過程，形成渭河２０２２年第１ 號洪水。在這次強(qiáng)降雨過程中，陜西定邊縣、甘肅慶城縣、寧夏西吉縣等地受災(zāi)嚴(yán)重。其中寧夏西吉縣于７ 月１５日８：００至１６日８：００出現(xiàn)局地強(qiáng)降雨，暴雨中心位于什字鄉(xiāng)唐莊村一帶，實(shí)測最大１ ｈ 降雨量為７２．６ ｍｍ，唐莊雨量站、馬咀水庫雨量站實(shí)測２４ ｈ 降雨量分別為１１３．２、１５９．６ ｍｍ，根據(jù)《寧夏暴雨圖集》推算的唐莊站和馬咀水庫站降雨重現(xiàn)期均超１００ ａ。為及時(shí)了解和科學(xué)評估此次暴雨造成的水土流失情況及水土保持措施的作用，水利部水土保持監(jiān)測中心于２０２２ 年７ 月２５—２９ 日組織開展了西吉縣“７?１５”暴雨水土保持綜合調(diào)查，對暴雨洪水特征、土壤侵蝕情況、水土流失危害、水土保持措施的效果等進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，根據(jù)調(diào)查內(nèi)容分為道路侵蝕、梯田侵蝕、淤地壩淤積量、淤地壩水文計(jì)算、暴雨洪水計(jì)算、重力侵蝕等６ 個(gè)專題。筆者參加了重力侵蝕專題調(diào)查，本文簡要介紹此次調(diào)研情況及此次強(qiáng)降雨造成的重力侵蝕情況，以期為黃土高原水土流失尤其重力侵蝕規(guī)律的監(jiān)測、研究與防治提供參考。

１調(diào)查概況

１．１選擇典型小流域

在寧夏西吉縣選擇典型小流域開展調(diào)查，選擇原則：１）本次強(qiáng)降雨過程中雨量大、雨強(qiáng)高（最大１、３、６ｈ 降雨量均超１００ ａ 一遇暴雨量）；２）各類淤地壩分布較多；３）布設(shè)有水土保持監(jiān)測站點(diǎn)（包括坡面徑流場和小流域卡口站等）；４）屬國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，有水土保持工程措施；５）邊界閉合的完整小流域。

根據(jù)以上原則，通過無人機(jī)正射影像解譯和外業(yè)踏勘，確定對唐家河流域內(nèi)的五十岔、連家岔、謝馬咀、朱家灣、海南灣等５ 條小流域進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，涉及行政區(qū)包括西吉縣馬蓮鄉(xiāng)和什字鄉(xiāng)，本文以五十岔小流域調(diào)查結(jié)果為主進(jìn)行分析。

唐家河流域是渭河上游支流葫蘆河的一級支流，流域面積７９．９７ ｋｍ^２，屬黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)，地貌以梁狀侵蝕丘陵為主，梁峁相間，土壤侵蝕類型以水蝕為主，兼有重力侵蝕。流域多年平均降水量３６５ｍｍ、土壤侵蝕模數(shù)４ ６００ ｔ／ ｋｍ^２、輸沙量３４．３６ 萬ｔ。本次強(qiáng)降雨在流域內(nèi)馬咀雨量站最大１、３、６ ｈ 降雨量分別為８７．４、１１５．０、１５４．２ｍｍ，均超１００ａ一遇暴雨量。五十岔小流域?qū)儆谔萍液恿饔虻囊患壷Я鳎娣e１．１０ｋｍ^２，流域內(nèi)有草地１８．６９ ｈｍ^２（主要是退耕后的荒草地）、林地３９．４３ ｈｍ^２、梯田４９．４５ ｈｍ^２（以新修梯田為主）、水域１．２８ｈｍ^２、建設(shè)用地１．３８ ｈｍ^２。

１．２調(diào)查方法

采取無人機(jī)影像解譯和現(xiàn)場復(fù)核相結(jié)合的方法，獲取重力侵蝕位置、面積及侵蝕量等數(shù)據(jù)，以評估重力侵蝕狀況。

１．２．１遙感影像獲取及處理

遙感影像由黃河水土保持綏德治理監(jiān)督局提供的固定翼華測Ｐ３３０ 無人機(jī)獲取。該無人機(jī)垂直起降，采用固定翼結(jié)合四旋翼的復(fù)合翼布局形式，具有航時(shí)長、速度快、航程遠(yuǎn)、精度高（分辨率為０．２ｍ）、效率高等特點(diǎn)。

采用無人機(jī)獲取遙感影像是本次調(diào)查的主要方法，對五十岔等５條小流域進(jìn)行航拍，內(nèi)業(yè)采用ＥＰＳ軟件成圖，之后人工勾繪重力侵蝕斑塊，量算各斑塊重力侵蝕面積及重力侵蝕量。

１．２．２重力侵蝕量計(jì)算

采用如下公式計(jì)算重力侵蝕量：

Ｍ ＝ γＶ （１）

式中：Ｍ 為重力侵蝕量，Ｖ 為重力侵蝕土方量，γ 為重力侵蝕土方密度（通過現(xiàn)場測定并查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，確定其取值為１．４５ｔ／ ｍ^３）。

由式（１）可知，計(jì)算重力侵蝕量的關(guān)鍵是確定重力侵蝕土方量。本次調(diào)查依據(jù)暴雨后的無人機(jī)航測成果，按照如下方法確定重力侵蝕土方量：１）確定侵蝕位置與面積。采用軟件ＰＩＸ４Ｄ 整理航測成果，生成分辨率為０．２ ｍ 的ＤＯＭ、ＤＥＭ，導(dǎo)入ＡＲＣＧＩＳ 軟件并通過影像目視解譯確定重力侵蝕的位置（范圍） 及面積。２）獲取暴雨后地形。使用軟件ｌｉｄａｒ３６０對ＰＩＸ４Ｄ 生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，獲取地面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而使用軟件南方ｃａｓｓ 生成暴雨后１∶１０００地形圖。３）通過手動(dòng)操作將侵蝕位置（范圍）與１ ∶ １ ０００地形圖疊加，并將發(fā)生重力侵蝕部位的地形圖恢復(fù)至重力侵蝕之前，進(jìn)而使用南方ｃａｓｓ進(jìn)行土方分析，確定各斑塊的重力侵蝕土方量。

１．３現(xiàn)場復(fù)核（實(shí)地測量）

通過外業(yè)對典型斑塊進(jìn)行重力侵蝕實(shí)地測量，對無人機(jī)影像解譯結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。鑒于此次強(qiáng)降雨造成的各類重力侵蝕（崩塌、滑坡、泥石流等）斑塊較多（五十岔小流域共２６ 個(gè)），現(xiàn)場復(fù)核時(shí)根據(jù)不同土地利用類型發(fā)生重力侵蝕的情況，隨機(jī)選取１０ 處典型重力侵蝕進(jìn)行實(shí)地測量（表１ 中為其中的３處）。現(xiàn)場勘測采用奧維互助地圖手機(jī)ＡＰＰ進(jìn)行實(shí)地定位和拍照，用皮尺、鋼卷尺等測量重力侵蝕的規(guī)模（長、寬、深）并現(xiàn)場記錄。

２調(diào)查結(jié)果分析

２．１五十岔小流域調(diào)查結(jié)果

通過無人機(jī)正射影像解譯和現(xiàn)場復(fù)核，確認(rèn)此次強(qiáng)降雨在五十岔小流域造成的重力侵蝕共有２６處，其分布情況見圖１、侵蝕面積及侵蝕量見表２。

由表２可知，在五十岔小流域的２６ 處重力侵蝕中：崩塌２１處（占比為８０. ８％）， 侵蝕面積占比為６５．３％，侵蝕量占比為７２．５％（單位面積侵蝕量為０.１１ｔ／ｍ^２）；滑坡４ 處（占比為１５.４％），侵蝕面積占比為２９.７％，侵蝕量占比為２５.６％（單位面積侵蝕量為０.０４ｔ／ ｍ^２）；泥石流１ 處（占比為３.８％），侵蝕面積占比為５.０％，侵蝕量占比為１.９％（單位面積侵蝕量較小）。由此表明，崩塌是五十岔小流域易發(fā)生的重力侵蝕類型，而滑坡、泥石流相對較少。

五十岔小流域發(fā)生重力侵蝕的地類有梯田、草地、林地、道路等４類，其中：梯田１６ 處，侵蝕面積１５６７.４３ｍ^２（占比為５５.７％）；草地７ 處，侵蝕面積１１０５．９７ ｍ^２（占比為３９.４％）；林地１ 處，侵蝕面積１８.３７ ｍ^２（占比為０.７％）； 道路２ 處， 侵蝕面積１１７.２６ ｍ^２（ 占比４.２％）。總體來看，重力侵蝕主要發(fā)生在梯田和草地，兩者侵蝕面積之和占侵蝕總面積的９５.１％，道路和林地侵蝕面積僅占侵蝕總面積的４．９％。

從各類重力侵蝕發(fā)生的地類看：崩塌有１２ 處發(fā)生在梯田（占崩塌總數(shù)的５７．１％），有６ 處發(fā)生在草地（占崩塌總數(shù)的２８．６％），有３ 處發(fā)生在道路和林地（占崩塌總數(shù)的１４．３％）；滑坡有７５％發(fā)生在梯田。

２.２.５條典型小流域調(diào)查結(jié)果及問題

此次強(qiáng)降雨在唐家河流域的５ 條典型小流域共造成重力侵蝕１２０處，其中崩塌８５處、滑坡２９處、泥石流６處。從次暴雨重力侵蝕強(qiáng)度看，五十岔小流域最大（為１５００ｔ／ｋｍ^２），謝馬咀小流域最小（為３００ｔ／ｋｍ^２）。

由調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)及實(shí)地踏勘可知，此次強(qiáng)降雨過程造成的重力侵蝕主要發(fā)生在新修梯田、道路和荒草地。造成較嚴(yán)重重力侵蝕的原因之一是水土保持工程措施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、配套設(shè)施體系不完備，如存在梯田、道路缺乏截排水設(shè)施，梯田田坎標(biāo)準(zhǔn)偏低，田坎缺乏植被保護(hù)等問題，暴雨造成了嚴(yán)重的水土流失。此外，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)耕作梯田內(nèi)使用的塑料地膜在耕作時(shí)被全覆蓋，大大降低了降水入滲率，因而加快（加大）了產(chǎn)匯流（量），加劇了重力侵蝕的發(fā)生。

３建議

在今后的水土保持工程建設(shè)中，適當(dāng)提高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化梯田建設(shè)施工工藝，注重梯田田坎防護(hù)設(shè)施布設(shè)，如及時(shí)在田坎坡面撒播草種等；提高林草植被建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)道路、溝道排水設(shè)施建設(shè)，增強(qiáng)水土保持措施抵御暴雨洪水能力，并使其持續(xù)發(fā)揮效益、支撐小流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。