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      西吉縣2022年“7?15”暴雨重力侵蝕調(diào)查與建議

      2024-01-01 00:00:00高健健黨維勤周子淵等
      人民黃河 2024年6期
      關(guān)鍵詞:西吉縣

      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(hào):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(píng)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(hào)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(píng)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(duì)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(jí)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(duì)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(jí)支流,流域面積79.97 km,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、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?jí)支流,面積1.10km,流域內(nèi)有草地18.69 hm(主要是退耕后的荒草地)、林地39.43 hm、梯田49.45 hm(以新修梯田為主)、水域1.28hm、建設(shè)用地1.38 hm。

      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(píng)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(duì)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)。

      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(duì)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(duì)典型斑塊進(jìn)行重力侵蝕實(shí)地測量,對(duì)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?。保?處典型重力侵蝕進(jìn)行實(shí)地測量(表1 中為其中的3處)?,F(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);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);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?。?。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(duì)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(占比為55.7%);草地7 處,侵蝕面積1105.97 m(占比為39.4%);林地1 處,侵蝕面積18.37 m(占比為0.7%); 道路2 處, 侵蝕面積117.26 m( 占比4.2%)??傮w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),謝馬咀小流域最?。椋常埃埃簦耄?sup>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。

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