摘要 采用地理信息系統(tǒng)（ArcGIS）技術(shù)、野外調(diào)查等方法對芹河小流域地理特征（海拔、坡度、坡向）和土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析。結(jié)果表明：芹河小流域海拔在1 062～1 226 m，西南高、東北低；小流域的整體坡度較低，大致為6°以下，說明小流域整體地勢平緩；從小流域的地面坡向可以看出，小流域?yàn)殛幤禄虬腙幤?，面積為2 957.36 km²，占流域面積的65.80%。芹河小流域的土地利用現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過治理之后，土地利用結(jié)構(gòu)趨于合理，但仍需進(jìn)一步完善。

關(guān)鍵詞 小流域；可持續(xù)性；ArcGIS；榆林沙區(qū)

中圖分類號 X17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）19-0054-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.012

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Investigation and Study on the Sustainability of Typical Small Watersheds in Yulin Sandy Area Based on ArcGIS

CAO Shuang-cheng， QIAO Yi-na， MA Zhi-lin

（Shaanxi Academy of Forestry， Xi’an， Shaanxi 710082）

Abstract Using geographic information system （ArcGIS） technology， field surveys， and other methods to analyze the geographical characteristics （altitude， slope， aspect） and land use status of the Qinhe small watershed.The results showed that the altitude of the Qinhe small watershed was 1 062-1 226 meters， with higher elevations in the southwest and lower elevations in the northeast; the overall slope of the small watershed was relatively low， roughly below 6 °， indicating that the overall terrain of the small watershed was smooth.From the surface slope of the small watershed， it could be seen that it was a shaded or semi shaded slope with an area of 2 957.36 km²， accounting for 65.80% of the watershed area.The analysis of the current status of the land use of the Qinhe Basin could be seen that after the management， the structure of the land use was more reasonable， but it still needs to be further improved.

Key words Small watershed;Sustainability;ArcGIS；Yulin Sand District

基金項(xiàng)目 陜西省科學(xué)技術(shù)廳一般項(xiàng)目（2022SF-422）。

作者簡介 曹雙成（1970—），男，陜西榆林人，高級工程師，碩士，從事荒漠化治理研究。*通信作者，高級工程師，博士，從事防沙治沙研究。

收稿日期 2023-11-22

小流域是指流域面積在5～30 km²的自然閉合集水區(qū)^［1］，所指面積不太大，經(jīng)過土壤侵蝕形成便于農(nóng)村調(diào)控的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)^［2］。近年來，我國的水土流失現(xiàn)象逐漸凸顯加劇，對我國的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重影響^［3-4］。小流域即作為水土流失的基本單元，也是水源涵養(yǎng)的基本單元，任何大河水系的研究及保護(hù)治理都要以小流域?yàn)榛締卧莾H靠傳統(tǒng)的水土保持治理已經(jīng)無法滿足當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，需結(jié)合地理信息系統(tǒng)（ArcGIS）等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取及處理，來分析小流域的地理信息、土地利用現(xiàn)狀等，為小流域治理提供科學(xué)依據(jù)和決策支持，以提高小流域的生態(tài)承載力及生態(tài)效益。

ArcGIS技術(shù)作為當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)軟件^［5］，它不僅能對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、儲存、分析等工作，還能將不同地理類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和分析，為小流域的標(biāo)準(zhǔn)化治理及可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。當(dāng)前關(guān)于ArcGIS技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，曹波^［6］利用遙感與ArcGIS技術(shù)、野外調(diào)查等定性與定量相結(jié)合的方式對薊縣西大峪與黃土梁子小流域進(jìn)行了多樣性分析；戴禮飛^［7］在ArcGIS的環(huán)境下運(yùn)用RUSLE對烏梁素海上游水土流失策源地烏拉山區(qū)小流域進(jìn)行分析，得到了各級別的土壤侵蝕強(qiáng)度。筆者利用ArcGIS技術(shù)及野外調(diào)查等方法對芹河小流域地理特征（海拔、坡度、坡向）和土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，了解芹河小流域地形地貌及土地利用現(xiàn)狀，以期為芹河小流域改善、生態(tài)保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)選取

利用ArcGIS技術(shù)將榆林沙區(qū)主要河流、水庫分布及水系圖情況進(jìn)行分析處理（圖1、2），可以看出整個榆林沙區(qū)主要河流、水庫及水系圖分布情況。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，咨詢相關(guān)人員，確定踏查路線，選取具有典型代表的芹河小流域作為研究對象。

1.2 研究區(qū)概況

芹河小流域位于陜西省榆林市境內(nèi)古長城腳下，毛烏素沙漠南緣。流域面積205.2 km²，主要地貌為沙丘沙地，其間發(fā)育一條河流即芹河，屬于無定河二級支流，河長16.5 km，常流量0.57 m³/s，年徑流量1 805萬m³。流域地處109°26′～109°43′E、38°12′～38°21′N，海拔1 062～1 227 m；流域長約15 km，面積約為45 km²；流域分水線長

44.02 km，河道寬1.0～20.6 m，河道平均比降10.93%，河道

彎曲系數(shù)1.23，區(qū)間地下水埋藏較淺，為中等富水單元。

芹河小流域位于榆陽區(qū)芹河鄉(xiāng)和榆陽鎮(zhèn)（圖3），共包含13個村莊，分別為楊家伙場、姬家窯子、氈匠梁、石峁梁、水掌村、張家伙場、谷地峁村、孫家灣、賈家河、水掌、高家伙場、寨城莊、尚方梁。在長期以風(fēng)力為主的外營力作用下，流域侵蝕地貌多呈新月型長條沙丘鏈和波狀沙丘，治理前流沙占總面積的50.8%。流域?qū)儆诓菰匀坏乩韼?，系典型的大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫8.1 ℃，≥10 ℃年積溫3 217 ℃·d，年日照時數(shù)2 915.7 h，年輻射總量1 415 kW·h/m²，年無霜期149 d，年降水量414.1 mm。

1.3 小流域重點(diǎn)治理后現(xiàn)狀

芹河小流域從1983年開始大面積綜合示范治理。根據(jù)流域風(fēng)沙地貌的特點(diǎn)，通過總結(jié)

過去治理的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)立專項(xiàng)研究課題與技術(shù)服務(wù)，堅(jiān)持以防風(fēng)固沙為前提，以灌木林為主體，灌、草、喬相結(jié)合，綜合治理、集中治理、連續(xù)治理，加強(qiáng)農(nóng)田水利基本建設(shè)，經(jīng)過8年的努力，芹河小流域綜合治理成果顯著。到2015年底完成治理面積104.8 km²，占流域面積的51%，累計(jì)治理面積達(dá)173.52 km²，治理度達(dá)85%；新修水澆地586 hm²，人均0.08 hm²，累計(jì)基本農(nóng)田（水澆地）1 346.07 hm²，人均0.18 hm²；造林8 483.33 hm²，其中用材林183.33 hm²，經(jīng)濟(jì)林247.07 hm²，灌木林8 052.93 hm²；種草1 504.21 hm²，累計(jì)林草面積達(dá)16 005.80 hm²，占流域內(nèi)宜林草面積的82%；中度烈度侵蝕面積由127.80 km²降低為25.48 km²，減少80%，各項(xiàng)措施減沙率達(dá)到71%。沿沙面1 m高以內(nèi)的風(fēng)速減低2/3～3/4，丘間地出現(xiàn)黑色結(jié)皮，由烈度侵蝕降為微度和輕度侵蝕；土地利用結(jié)構(gòu)趨于合理?；巨r(nóng)田大幅度增加，林草種植與保存面積逐年增加，農(nóng)林牧用地比例由1∶3.6∶0.8改變?yōu)?∶7.1∶1.3。

1.4 調(diào)查內(nèi)容及方法

該研究主要以陜西省榆林市無定河二級支流芹河小流域?yàn)檠芯繉ο?，利用ArcGIS技術(shù)對小流域海拔、坡度、坡向等指標(biāo)進(jìn)行分析，定性與定量相結(jié)合，對芹河小流域綜合治理效益進(jìn)行系統(tǒng)研究。

1.5 數(shù)據(jù)來源

該研究數(shù)據(jù)來自國土三調(diào)數(shù)據(jù)、大量定位觀測、調(diào)查研究數(shù)據(jù)，利用地面調(diào)查與遙感調(diào)查相結(jié)合的方法，對芹河小流域氣候、地形地貌等特征進(jìn)行分析及綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 芹河小流域海拔變化分析

經(jīng)過處理及分析可得（圖4和表1），芹河小流域海拔由西南方向逐級遞減，其中水掌、姬家窯子海拔較高，谷地峁村、寨城莊、尚方梁海拔較低。由此將芹河小流域的海拔劃分為5類，分別為1 062～1 108、＞1 108～1 137、＞1 137～1 158、＞1 158～1 177、＞1 177～1 226 m，其面積分別為530.16、704.24、1 053.93、1 186.49、1 019.71 hm²，分別占流域面積的11.79%、15.67%、23.45%、26.40%、22.69%。

2.2 芹河小流域坡度變化分析

從圖5和表2可以看出，芹河小流域地面坡度為西南高、東北低。將芹河小流域的地面坡度分為4類，分別為≤2.00°、＞2.00°～6.00°、＞6.00°～10.00°、＞10.00°～13.79°，其面積分別為2 611.52、1 724.05、149.13、9.83 hm²，分別占流域面積的58.10%、38.36%、3.32%、0.22%。

2.3 芹河小流域坡向變化分析

從圖6和表3可以看出，芹河小流域坡向基本為陰坡及半陰坡。將芹河小流域的坡

向分為5類，平面沒有坡向的面積為3.20 hm²，占流域面積的0.07%；北為陰坡，面積為778.30 hm²，占流域面積的17.32%；地理坡向?yàn)闁|北、西北、東為半陰坡，面積為2 179.06 hm²，占流域面積的48.48%；地理坡向?yàn)闁|南、西南、西為半陽坡，面積為1 139.80 hm²，占流域面積的25.36%；南為陽坡，面積為394.17 hm²，占流域面積的8.77%。

2.4 芹河小流域土地利用分析

按照LUCC分類體系，分

項(xiàng)統(tǒng)計(jì)全流域土地面積，結(jié)果見圖7和表4。從圖7和表4可以看出，高覆蓋度草地、沙地占芹河小流域面積較大，占比分別為29.32%、27.99%，裸土地、有林地、農(nóng)村居民點(diǎn)占芹河小流域面積較小，占比分別為0.55%、0.04%、0.13%。

3 討論

ArcGIS技術(shù)在小流域治理中應(yīng)用十分廣泛，可以利用GIS技術(shù)進(jìn)行小流域地理地形信息、土地利用現(xiàn)狀等獲取，為小流域治理提供基本數(shù)據(jù)及信息，進(jìn)而為小流域生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)或重建提供參考依據(jù)^［8-11］。

地形因子指標(biāo)是評價小流域水土流失的重要因子之一^［12］。對區(qū)域內(nèi)的地形因子進(jìn)行提取構(gòu)建是進(jìn)行小流域水土流失評價的關(guān)鍵步驟之一^［13-14］。這是因?yàn)榈匦我蜃影摿饔虻孛娴暮０?、坡度、坡向等物理特征，也能潛在反映流域地面的侵蝕度以及受人類活動的影響程度等。該研究利用ArcGIS技術(shù)對陜西省榆林市芹河小流域進(jìn)行了分析，從海拔可以看出，芹河小流域海拔在1 062～1 226 m，西南高、東北低，這是由于芹河小流域?qū)儆诙鯛柖嗨沟嘏_，其基底是中生代雜色砂頁巖和新生代松散沉積物。第四紀(jì)以來在風(fēng)力為主的外營力長期作用下，逐步形成延綿起伏的新月形、長條形、沙丘鏈和波狀沙地，所以造成此西南高、東北低的海拔地勢；從小流域的地面坡度可以看出，小流域的整體坡度較低，大致為6°以下，且占流域面積的96.46%，說明小流域整體地勢平緩；從小流域的地面坡向可以看出，小流域?yàn)殛幤禄虬腙幤?，面積為2 957.36 km²，占流域面積的65.80%。

土地利用情況對小流域水文環(huán)境有明顯影響^{1b2155b6f41e59e61ec72f4de88d087cd44662783966a4b647de39e0301a2042［15］}。利用GIS技術(shù)對小流域土地利用情況進(jìn)行分析和評估，發(fā)現(xiàn)該流域的土地利用治理情況及存在問題，為有效改善小流域的土地利用狀況提供依據(jù)。從芹河小流域的土地利用現(xiàn)狀分析可以看出，在經(jīng)過治理之后，土地利用結(jié)構(gòu)趨于合理。基本農(nóng)田建設(shè)所占比例基本合理，人們能在沙地、沙丘地中開發(fā)出水澆地，形成“人進(jìn)沙退”的勢頭；林草種植與保存面積所占比例較大，土地生產(chǎn)潛力得到發(fā)揮，農(nóng)林牧副各業(yè)齊頭并進(jìn)，共同發(fā)展。但仍存在一定面積的旱地與裸土地，這些地帶有局部較強(qiáng)烈的水蝕，應(yīng)當(dāng)封閉育林，恢復(fù)植被。同時還有27.99%的沙地，是由于近年來耕地造成的沙化、鹽堿化和河流的岸床侵蝕。所以芹河小流域仍需要加強(qiáng)治理，堅(jiān)持宜農(nóng)則農(nóng)、宜林則林、宜牧則牧的原則，突出造林種草、改造流沙、加強(qiáng)管護(hù)、提高植被覆蓋度；同時加強(qiáng)農(nóng)田基本建設(shè)，注重河道水土流失的治理。在生態(tài)效益和生產(chǎn)環(huán)境顯著改善的同時，促進(jìn)農(nóng)林牧各業(yè)得到較大的發(fā)展，使土地得到更加合理的整治和利用。

4 結(jié)論

利用ArcGIS技術(shù)對芹河小流域的地理地形和土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，得到芹河小流域海拔為西南高、東北低，坡度較低且地勢平緩，坡向主要為陰坡或半陰坡，土地利用狀況基本合理，但仍需要加強(qiáng)治理，為芹河小流域改善、生態(tài)保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。

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