前言
南水北调中线工程作为南水北调工程“四纵三横”总体布局的重要组成部分,具有水质好、全线基本自流、受益面广等特点,备受社会各界的关注[1],但是,调水活动不可避免的会改变丹江口库区水资源的自然地理分布情况。
1.区域尺度景观格局水土流失特征研究
景观格局和水土流失过程具有紧密的相互关系,其复杂的相互作用机理也成为了地球科学研究的热点前沿[2,3]。按照水土流失特点的相似性和差异性,可以将水源区涉及到的乡镇水土流失类型划分为若干个区域。相同水土流失类型区的水土流失特点比较一致,而同一类型下各区之间又存在差异性。因此,在进行研究时就可以根据所划分的区域探讨每个区水土流失的特点、成因、分布及规律,并有针对性的提出各类型区的水土流失防治对策。
分区原则
南水北调中线河南水源区水土保持类型分区就是要真实、全面、客观的反映出区域单元的分异规律。因此,在进行分区时要采取以下原则:
(1)遵循差异性原则:水土流失现象的组成因素在地域上存在差异,因此不同区域范围内根据自然因素和人为因素等特征的差异,就可以划分出不同水土流失类型,这样一来就可以揭示水土流失地域分布规律。
(2)遵循区内相似性与区间差异性原则:任何区划中都必须遵循区内相似性最小和区间差异性最大的重要原则,即在同一个分区内,各个区域的判别指标具有非常大的相似性特征,特别是综合性特征,而在不同的分区中,各因素应相差很大。即水土流失类型分区即要做到区内差异性最小,又要做到区间差异性最大。
(3)遵循不同强度人类活动对水土流失影响不同的原则:上面的表格显示,水土流失在受到自然因素影响外,或多或少的都会受到人类活动的影响。不同区域人类活动影响的程度不同,就会导致不同区域的水土流失特征也不同,由此导致的生态环境问题也都不同。所以人类活动的影响必须作为水土流失类型区划的重要考虑因素。
(4)遵循行政区域完整性原则:在考虑水土流失类型区划时必须强调生态环境保护和区域发展目标的一致性,遵循从整体出发,综合考虑,兼顾生态、经济和社会的整体性,保证水土流失类型系统的完整性。因此,在分区时统一乡镇必须划分到同一类型区内,土地利用分区界限也必须连续,不能出现一个类型区被另一个类型区隔断的情况。
2. 分区方法概述
近年来,随着统计学、遥感和地理信息系统等技术的快速发展,出现了系统聚类方法、模糊聚类方法、人工神经网络方法、GIS法、综合集成法等。根据分析方法的不同,聚类分析又可以划分为系统聚类法、模糊聚类法、动态聚类法、图论聚类法、有序聚类法、分裂法、最优分割法等,其中应用最广泛的是系统聚类法。经比较,本研究选取系统聚类分析法,其基本理论:首先将Ni=1个样本视为一类,确定样本之间的距离和类与类之间的距离;其次,挑选出距离最小的一对形成一个新类,再计算新类和其他新类的距离;然后,再经过挑选,将距离最小的两类形成一个新类,如此循环下去,直到所有的样本都成为一类为止。
聚类步骤如下:
1)指标的选择:聚类分析可靠性在很大程度上取决于样本与聚类指标的选择。因此在指标选取时更应注重指标的代表性、适应性、可测性和独立性,并且指标与指标之间应该具有明显的差异性。
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nbsp; 2)数据的标准化:由于本研究选取的生态水文区划指标来源不同,量纲和数量大小不一致,变化幅度也不一样,因此指标之间不具备可比性。此时则采取数据的标准化,即数据的无量纲化,通过数学变化来消除各指标量纲影响。
3)距离的计算:在计算两个指标之间的相似度时所衡量的距离成为定义单元间的距离。经比较分析,本文选择欧式距离平方法。
4)聚类方法的选择:系统聚类的相似性比较法有很多,如最长距离法、最短距离法、重心距离法类平均法、离差平方和法等。通过比较,本文采用离差平方和法。
5)聚类结构的解析:聚类分析后可以得到谱系图,就这就需要人为的加以解析和调整。在基本谱系图的基础上研究者就可以根据区划的原则和研究对象的特征来进行调整,得到需要的结果。
3. 水土流失类型分区结果
对于南水北调河南水源区水土流失分区,具体步骤为:首先以区划单元为基础收集数据,采用SPSS统计软件对各指标进行数据标准化以及聚类分析,获得各要素的聚类树形图,并进行人为的合理调整,最后生成区划图。
其中:Ⅰ区包括淅川县、内乡县的老城镇、香花镇、厚坡镇、九重镇、盛湾镇、金河镇、仓房镇、上集镇、马蹬镇、大石桥乡、滔河乡、桃溪镇,主要土壤类型为黄棕壤,平均水土流失模数为4100.00t/km2.a),平均影响程度2.95km,年均降水量804.00mm,平均人口密度269.06人/km2。
Ⅱ区包括淅川县、西峡的荆紫关镇、寺湾镇、西簧乡、毛堂乡、西坪镇、双龙镇、回车镇、丁河镇、桑坪镇、米坪镇、五里桥镇、太平镇、重阳镇、田关乡、寨根乡、石界河乡、军马河乡、二郎坪乡,主要土壤类型为棕壤、紫色土,平均水土流失模数为4800.00t/km2.a),平均影响程度40.57km,年均降水量800.37mm,平均人口密度116.58人/km2。
Ⅲ区包括栾川、卢氏的叫河乡、冷水镇、三川镇、汤河乡、双槐树乡、狮子坪乡、五里川镇、朱阳关镇、瓦窑沟乡,主要土壤类型为褐土,平均水土流失模数为3883.33t/km2.a),平均影响程度84.22km,年均降水量706.67mm,平均人口密度138.56人/km2。
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