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前言

南水北調(diào)中線工程作為南水北調(diào)工程“四縱三橫”總體布局的重要組成部分,具有水質(zhì)好、全線基本自流、受益面廣等特點,備受社會各界的關(guān)注[1],但是,調(diào)水活動不可避免的會改變丹江口庫區(qū)水資源的自然地理分布情況。

1.區(qū)域尺度景觀格局水土流失特征研究

景觀格局和水土流失過程具有緊密的相互關(guān)系,其復(fù)雜的相互作用機(jī)理也成為了地球科學(xué)研究的熱點前沿[2,3]。按照水土流失特點的相似性和差異性,可以將水源區(qū)涉及到的鄉(xiāng)鎮(zhèn)水土流失類型劃分為若干個區(qū)域。相同水土流失類型區(qū)的水土流失特點比較一致,而同一類型下各區(qū)之間又存在差異性。因此,在進(jìn)行研究時就可以根據(jù)所劃分的區(qū)域探討每個區(qū)水土流失的特點、成因、分布及規(guī)律,并有針對性的提出各類型區(qū)的水土流失防治對策。

分區(qū)原則

南水北調(diào)中線河南水源區(qū)水土保持類型分區(qū)就是要真實、全面、客觀的反映出區(qū)域單元的分異規(guī)律。因此,在進(jìn)行分區(qū)時要采取以下原則:

(1)遵循差異性原則:水土流失現(xiàn)象的組成因素在地域上存在差異,因此不同區(qū)域范圍內(nèi)根據(jù)自然因素和人為因素等特征的差異,就可以劃分出不同水土流失類型,這樣一來就可以揭示水土流失地域分布規(guī)律。

(2)遵循區(qū)內(nèi)相似性與區(qū)間差異性原則:任何區(qū)劃中都必須遵循區(qū)內(nèi)相似性最小和區(qū)間差異性最大的重要原則,即在同一個分區(qū)內(nèi),各個區(qū)域的判別指標(biāo)具有非常大的相似性特征,特別是綜合性特征,而在不同的分區(qū)中,各因素應(yīng)相差很大。即水土流失類型分區(qū)即要做到區(qū)內(nèi)差異性最小,又要做到區(qū)間差異性最大。

(3)遵循不同強度人類活動對水土流失影響不同的原則:上面的表格顯示,水土流失在受到自然因素影響外,或多或少的都會受到人類活動的影響。不同區(qū)域人類活動影響的程度不同,就會導(dǎo)致不同區(qū)域的水土流失特征也不同,由此導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題也都不同。所以人類活動的影響必須作為水土流失類型區(qū)劃的重要考慮因素。

(4)遵循行政區(qū)域完整性原則:在考慮水土流失類型區(qū)劃時必須強調(diào)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和區(qū)域發(fā)展目標(biāo)的一致性,遵循從整體出發(fā),綜合考慮,兼顧生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會的整體性,保證水土流失類型系統(tǒng)的完整性。因此,在分區(qū)時統(tǒng)一鄉(xiāng)鎮(zhèn)必須劃分到同一類型區(qū)內(nèi),土地利用分區(qū)界限也必須連續(xù),不能出現(xiàn)一個類型區(qū)被另一個類型區(qū)隔斷的情況。

2. 分區(qū)方法概述

近年來,隨著統(tǒng)計學(xué)、遙感和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)的快速發(fā)展,出現(xiàn)了系統(tǒng)聚類方法、模糊聚類方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、GIS法、綜合集成法等。根據(jù)分析方法的不同,聚類分析又可以劃分為系統(tǒng)聚類法、模糊聚類法、動態(tài)聚類法、圖論聚類法、有序聚類法、分裂法、最優(yōu)分割法等,其中應(yīng)用最廣泛的是系統(tǒng)聚類法。經(jīng)比較,本研究選取系統(tǒng)聚類分析法,其基本理論:首先將Ni=1個樣本視為一類,確定樣本之間的距離和類與類之間的距離;其次,挑選出距離最小的一對形成一個新類,再計算新類和其他新類的距離;然后,再經(jīng)過挑選,將距離最小的兩類形成一個新類,如此循環(huán)下去,直到所有的樣本都成為一類為止。

聚類步驟如下:

1)指標(biāo)的選擇:聚類分析可靠性在很大程度上取決于樣本與聚類指標(biāo)的選擇。因此在指標(biāo)選取時更應(yīng)注重指標(biāo)的代表性、適應(yīng)性、可測性和獨立性,并且指標(biāo)與指標(biāo)之間應(yīng)該具有明顯的差異性。

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nbsp; 2)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化:由于本研究選取的生態(tài)水文區(qū)劃指標(biāo)來源不同,量綱和數(shù)量大小不一致,變化幅度也不一樣,因此指標(biāo)之間不具備可比性。此時則采取數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化,即數(shù)據(jù)的無量綱化,通過數(shù)學(xué)變化來消除各指標(biāo)量綱影響。

3)距離的計算:在計算兩個指標(biāo)之間的相似度時所衡量的距離成為定義單元間的距離。經(jīng)比較分析,本文選擇歐式距離平方法。

4)聚類方法的選擇:系統(tǒng)聚類的相似性比較法有很多,如最長距離法、最短距離法、重心距離法類平均法、離差平方和法等。通過比較,本文采用離差平方和法。

5)聚類結(jié)構(gòu)的解析:聚類分析后可以得到譜系圖,就這就需要人為的加以解析和調(diào)整。在基本譜系圖的基礎(chǔ)上研究者就可以根據(jù)區(qū)劃的原則和研究對象的特征來進(jìn)行調(diào)整,得到需要的結(jié)果。

3. 水土流失類型分區(qū)結(jié)果

對于南水北調(diào)河南水源區(qū)水土流失分區(qū),具體步驟為:首先以區(qū)劃單元為基礎(chǔ)收集數(shù)據(jù),采用SPSS統(tǒng)計軟件對各指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化以及聚類分析,獲得各要素的聚類樹形圖,并進(jìn)行人為的合理調(diào)整,最后生成區(qū)劃圖。

其中:Ⅰ區(qū)包括淅川縣、內(nèi)鄉(xiāng)縣的老城鎮(zhèn)、香花鎮(zhèn)、厚坡鎮(zhèn)、九重鎮(zhèn)、盛灣鎮(zhèn)、金河鎮(zhèn)、倉房鎮(zhèn)、上集鎮(zhèn)、馬蹬鎮(zhèn)、大石橋鄉(xiāng)、滔河鄉(xiāng)、桃溪鎮(zhèn),主要土壤類型為黃棕壤,平均水土流失模數(shù)為4100.00t/km2.a),平均影響程度2.95km,年均降水量804.00mm,平均人口密度269.06人/km2。

Ⅱ區(qū)包括淅川縣、西峽的荊紫關(guān)鎮(zhèn)、寺灣鎮(zhèn)、西簧鄉(xiāng)、毛堂鄉(xiāng)、西坪鎮(zhèn)、雙龍鎮(zhèn)、回車鎮(zhèn)、丁河鎮(zhèn)、桑坪鎮(zhèn)、米坪鎮(zhèn)、五里橋鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、重陽鎮(zhèn)、田關(guān)鄉(xiāng)、寨根鄉(xiāng)、石界河鄉(xiāng)、軍馬河鄉(xiāng)、二郎坪鄉(xiāng),主要土壤類型為棕壤、紫色土,平均水土流失模數(shù)為4800.00t/km2.a),平均影響程度40.57km,年均降水量800.37mm,平均人口密度116.58人/km2。

Ⅲ區(qū)包括欒川、盧氏的叫河鄉(xiāng)、冷水鎮(zhèn)、三川鎮(zhèn)、湯河鄉(xiāng)、雙槐樹鄉(xiāng)、獅子坪鄉(xiāng)、五里川鎮(zhèn)、朱陽關(guān)鎮(zhèn)、瓦窯溝鄉(xiāng),主要土壤類型為褐土,平均水土流失模數(shù)為3883.33t/km2.a),平均影響程度84.22km,年均降水量706.67mm,平均人口密度138.56人/km2。