基于ArcGIS榆林沙区典型小流域可持续性调查研究

摘要 采用地理信息系统（ArcGIS）技术、野外调查等方法对芹河小流域地理特征（海拔、坡度、坡向）和土地利用现状进行分析。结果表明：芹河小流域海拔在1 062～1 226 m，西南高、东北低；小流域的整体坡度较低，大致为6°以下，说明小流域整体地势平缓；从小流域的地面坡向可以看出，小流域为阴坡或半阴坡，面积为2 957.36 km²，占流域面积的65.80%。芹河小流域的土地利用现状分析发现在经过治理之后，土地利用结构趋于合理，但仍需进一步完善。

关键词 小流域；可持续性；ArcGIS；榆林沙区

中图分类号 X17 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）19-0054-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.012

开放科学（资源服务）标识码（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

基金项目 陕西省科学技术厅一般项目（2022SF-422）。

作者简介 曹双成（1970—），男，陕西榆林人，高级工程师，硕士，从事荒漠化治理研究。*通信作者，高级工程师，博士，从事防沙治沙研究。

收稿日期 2023-11-22

小流域是指流域面积在5～30 km²的自然闭合集水区^［1］，所指面积不太大，经过土壤侵蚀形成便于农村调控的生态经济系统^［2］。近年来，我国的水土流失现象逐渐凸显加剧，对我国的经济可持续发展造成严重影响^［3-4］。小流域即作为水土流失的基本单元，也是水源涵养的基本单元，任何大河水系的研究及保护治理都要以小流域为基本单元，但是仅靠传统的水土保持治理已经无法满足当今社会经济发展的需要，需结合地理信息系统（ArcGIS）等技术进行数据获取及处理，来分析小流域的地理信息、土地利用现状等，为小流域治理提供科学依据和决策支持，以提高小流域的生态承载力及生态效益。

ArcGIS技术作为当今应用最为广泛的计算机软件^［5］，它不仅能对数据进行采集、处理、储存、分析等工作，还能将不同地理类型的数据进行集成和分析，为小流域的标准化治理及可持续发展提供参考依据。当前关于ArcGIS技术应用较为广泛，曹波^［6］利用遥感与ArcGIS技术、野外调查等定性与定量相结合的方式对蓟县西大峪与黄土梁子小流域进行了多样性分析；戴礼飞^［7］在ArcGIS的环境下运用RUSLE对乌梁素海上游水土流失策源地乌拉山区小流域进行分析，得到了各级别的土壤侵蚀强度。笔者利用ArcGIS技术及野外调查等方法对芹河小流域地理特征（海拔、坡度、坡向）和土地利用现状进行了分析，了解芹河小流域地形地貌及土地利用现状，以期为芹河小流域改善、生态保护、环境监测提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究区选取

利用ArcGIS技术将榆林沙区主要河流、水库分布及水系图情况进行分析处理（图1、2），可以看出整个榆林沙区主要河流、水库及水系图分布情况。结合以往经验并查阅相关文献，咨询相关人员，确定踏查路线，选取具有典型代表的芹河小流域作为研究对象。

1.2 研究区概况

芹河小流域位于陕西省榆林市境内古长城脚下，毛乌素沙漠南缘。流域面积205.2 km²，主要地貌为沙丘沙地，其间发育一条河流即芹河，属于无定河二级支流，河长16.5 km，常流量0.57 m³/s，年径流量1 805万m³。流域地处109°26′～109°43′E、38°12′～38°21′N，海拔1 062～1 227 m；流域长约15 km，面积约为45 km²；流域分水线长

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

弯曲系数1.23，区间地下水埋藏较浅，为中等富水单元。

芹河小流域位于榆阳区芹河乡和榆阳镇（图3），共包含13个村庄，分别为杨家伙场、姬家窑子、毡匠梁、石峁梁、水掌村、张家伙场、谷地峁村、孙家湾、贾家河、水掌、高家伙场、寨城庄、尚方梁。在长期以风力为主的外营力作用下，流域侵蚀地貌多呈新月型长条沙丘链和波状沙丘，治理前流沙占总面积的50.8%。流域属于草原自然地理带，系典型的大陆性季风气候。年平均气温8.1 ℃，≥10 ℃年积温3 217 ℃·d，年日照时数2 915.7 h，年辐射总量1 415 kW·h/m²，年无霜期149 d，年降水量414.1 mm。

1.3 小流域重点治理后现状

芹河小流域从1983年开始大面积综合示范治理。根据流域风沙地貌的特点，通过总结

过去治理的经验，设立专项研究课题与技术服务，坚持以防风固沙为前提，以灌木林为主体，灌、草、乔相结合，综合治理、集中治理、连续治理，加强农田水利基本建设，经过8年的努力，芹河小流域综合治理成果显著。到2015年底完成治理面积104.8 km²，占流域面积的51%，累计治理面积达173.52 km²，治理度达85%；新修水浇地586 hm²，人均0.08 hm²，累计基本农田（水浇地）1 346.07 hm²，人均0.18 hm²；造林8 483.33 hm²，其中用材林183.33 hm²，经济林247.07 hm²，灌木林8 052.93 hm²；种草1 504.21 hm²，累计林草面积达16 005.80 hm²，占流域内宜林草面积的82%；中度烈度侵蚀面积由127.80 km²降低为25.48 km²，减少80%，各项措施减沙率达到71%。沿沙面1 m高以内的风速减低2/3～3/4，丘间地出现黑色结皮，由烈度侵蚀降为微度和轻度侵蚀；土地利用结构趋于合理。基本农田大幅度增加，林草种植与保存面积逐年增加，农林牧用地比例由1∶3.6∶0.8改变为1∶7.1∶1.3。

1.4 调查内容及方法

该研究主要以陕西省榆林市无定河二级支流芹河小流域为研究对象，利用ArcGIS技术对小流域海拔、坡度、坡向等指标进行分析，定性与定量相结合，对芹河小流域综合治理效益进行系统研究。

1.5 数据来源

该研究数据来自国土三调数据、大量定位观测、调查研究数据，利用地面调查与遥感调查相结合的方法，对芹河小流域气候、地形地貌等特征进行分析及综合评价。

2 结果与分析

2.1 芹河小流域海拔变化分析

经过处理及分析可得（图4和表1），芹河小流域海拔由西南方向逐级递减，其中水掌、姬家窑子海拔较高，谷地峁村、寨城庄、尚方梁海拔较低。由此将芹河小流域的海拔划分为5类，分别为1 062～1 108、＞1 108～1 137、＞1 137～1 158、＞1 158～1 177、＞1 177～1 226 m，其面积分别为530.16、704.24、1 053.93、1 186.49、1 019.71 hm²，分别占流域面积的11.79%、15.67%、23.45%、26.40%、22.69%。

2.2 芹河小流域坡度变化分析

从图5和表2可以看出，芹河小流域地面坡度为西南高、东北低。将芹河小流域的地面坡度分为4类，分别为≤2.00°、＞2.00°～6.00°、＞6.00°～10.00°、＞10.00°～13.79°，其面积分别为2 611.52、1 724.05、149.13、9.83 hm²，分别占流域面积的58.10%、38.36%、3.32%、0.22%。

2.3 芹河小流域坡向变化分析

从图6和表3可以看出，芹河小流域坡向基本为阴坡及半阴坡。将芹河小流域的坡

向分为5类，平面没有坡向的面积为3.20 hm²，占流域面积的0.07%；北为阴坡，面积为778.30 hm²，占流域面积的17.32%；地理坡向为东北、西北、东为半阴坡，面积为2 179.06 hm²，占流域面积的48.48%；地理坡向为东南、西南、西为半阳坡，面积为1 139.80 hm²，占流域面积的25.36%；南为阳坡，面积为394.17 hm²，占流域面积的8.77%。