玉符河流域土地利用分类与覆盖分析

1.自然概况

玉符河位于济南市西南部，发源于泰山北麓的长城岭北坡，上游锦绣、锦阳、锦云三川汇入卧虎山水库，流经济南市的历城区、市中区、长清区和槐荫区，在槐荫区北店子村西南注入黄河，成为黄河流域的最后一条较大支流。该河道干流长85.4km，流域面积828.85km2。（刘继永，2008）地理位置详见图4-3-1。

图4-3-1　玉符河流域地理位置示意图

流域内大部分为山区，上游地势较高，最南部的长城岭，是济南市与泰安市、莱芜市的分界线，同时也构成了大汶河与小清河、玉符河的分水岭，最高点（摩天岭）为988.8m，下游入黄口海拔只有29.5m。地貌方面，以京沪铁路桥为界，以上为山丘区，以下为丘陵区。铁路桥以上，坡降较陡，河宽100～2000m；铁路桥以下坡度变缓，河宽变窄，104国道桥附近仅160m；丰齐—北店子段坡降更为平缓。受黄河回水顶托，泥沙淤积，入黄口以上3.0km形成倒坡。牛角峪处由于兴建了玉清湖水库的沉沙池，河道的堤距由700m缩短至150m，降低了河道的行洪能力。

玉符河流域植被类型主要有灌木类和草类两种，动物种类主要有水生类、爬行两栖类、鸟类、陆生及昆虫类（图4-3-2）。本书调查到的常见生物种类如表4-3-1所示。

图4-3-2　玉符河流域典型生物个例

表4-3-1　玉符河流域生物现状调查表

2.遥感地理信息状况

根据遥感信息理论，解译卫星图片得到玉符河遥感影像（张仁华，1996；周万村，1996；刘纪远，1996）。根据研究需要将流域分为三个部分：上游、中游和下游，卧虎山水库集水区为上游，104国道是中、下游的分界线，如图4-3-3所示。结果显示：流域总面积为828.85km2，三个不同区的汇水面积分别为128.17km2、143.99km2和556.68km2，上游锦绣川、锦阳川、锦云川三川流域面积分别为：226.53km2、180.67km2、57.31km2。

（1）土地利用类型。本书的土地利用分类系统借鉴2007年8月5日开始执行的《土地利用分类》国家标准和中国科学院“八五”期间“国家资源环境遥感宏观调查、动态分析与遥感技术前沿的研究”项目中所制定的分类体系，根据玉符河流域土地利用的区域特点，将该区域的土地利用类型划分为6大类13个小类，见表4-3-2。玉符河土地利用分类见图4-3-4，玉符河土地利用分类结果见表4-3-3。

表4-3-2　玉符河流域土地利用分类系统一览表

续表

图4-3-3　玉符河流域图

表4-3-3　玉符河土地利用分类结果

续表

图4-3-4　玉符河流域土地利用分类图

由分类图和分类结果可以看出：

1）在耕地类型中，玉符河流域以望天田为主，除下游水浇地较多外，上游和中游的水浇地只占很少比例，且只分布在水库和河道周边地域。

2）林地主要集中在上游；中游林地、灌木林地和疏林地面积基本相当，其他林地较少；下游其他林地占较大比例。

林地类型的分布情况可以用森林覆盖率、林地覆盖率反映，如表4-3-4所示。

表4-3-4　不同河段森林、林地覆盖率

（2）流域植被覆盖率。植被覆盖率是指某区域中植被遮盖地面的百分率（田静，2004；陈云浩，2001）。它反映了植被在地面上的生存空间、植被利用环境及影响环境的程度。本研究主要指林、灌、草的覆盖度（胡良军，2001；池宏康，2000）。

本书采用张仁华（张仁华，1996）提出的植被覆盖率与植被指数模型来获取植被覆盖率（fc），其模型为：

式中：NDVIsoil为裸露地表（即无植被）像元的NDVI值；而NDVIveg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值。利用此公式进行植被覆盖率计算的关键就是如何确定参数NDVIsoil与NDVIveg。

根据玉符河流域内植被的基本特征，将植被覆盖率等级划分为4级，分别为0～30%、30%～60%、60%～85%、85%～100%，如图4-3-5所示。

图4-3-5　玉符河流域土地利用分类图

对流域植被覆盖率进行分区面积统计，如表4-3-5所示。

表4-3-5　玉符河流域植被覆盖率分区面积统计表

从中可以发现：整个流域内植被覆盖度的变化与地形条件有紧密的联系。地势较低的沟谷和平地植被覆盖度偏低，主要是因为其受人为活动干扰剧烈；而山丘植被覆盖度相对较高，因为其地形条件限制了土地的大规模利用。然而下游因农作物的种植，平均覆盖度大于30%，由于下游平原区多为水浇地，种植大量农作物；中游丘陵区为强渗漏带，植被覆盖度偏低。

（3）河岸缓冲带。河岸缓冲带是位于水体与陆地之间的过渡地带，可描述为狭长的、线状的、滨水的水陆两栖植被带。一般而言，基础的缓冲带骨架离河岸顶部的距离是20m；在陡峭斜坡或是土壤渗透能力较差的地带是缓冲带需要的距离大约为50m，其主要是为了让径流充分进入土体，同时植物和微生物也能够有足够的时间吸收并分解营养物质、杀虫剂；若为了保护野生动植物栖息地，缓冲带的宽度则应根据需要保护的物种来具体确定，一般100m则是下限值（罗扬，2008）。根据研究需要，对卧虎山水库以下河道进行缓冲带分析，分别选择离河岸线各100m、50m和20m的距离，进行土地利用类型统计，如表4-3-6所示。

表4-3-6　玉符河干流河岸缓冲带内土地利用类型统计表

（4）河道形态。本次研究，利用遥感图件统计了玉符河河道长度、蜿蜒度和水面坡降等参数。

结果显示：玉符河河长85.40km，其中上、中、下游河段河道长分别为44.60km、14.42km、26.38km。卧虎山水库以上水网密集，支流中锦绣川河道长35.87km、锦阳川河道长33.28km、锦云川河道长16.35km，泉泸河河道长21.03km。蜿蜒度是河流的一个环境因子，主要反映河道的弯曲程度，其含义是河段两端点之间沿河道中心轴线长度与两点之间直线长度的比值，可用下式表示：

式中　Ka——蜿蜒度；

　　　L——河段实际长度，km；

　　　l——河段的直线长度，km。

结果：玉符河河流蜿蜒度为1.587，上游、中游和下游的蜿蜒度分别为1.186、1.598和1.263。

河道比降（河床比降）是指沿水流方向，单位水平距离河床高程差。根据研究需要，主要计算卧虎山水库大坝以下，即河道中、下游河段的水面坡降。根据济南市水利建筑勘测设计研究院所测数据，以卧虎山水库为基准点，依次选择了四个高程点，即卧虎山水库坝下（0+000，97m）、104国道（14+700，54m）、周王庄桥（25+000，32.8m）和入黄口（40+700，29.5m）。由此，可以计算出这4个断面间三段河道水面坡降（K1、K2、K3）依次为2.93‰、2.06‰和0.21‰，如图4-3-6所示。

图4-3-6　玉符河河道坡降示意图

（5）河口湿地状况。湿地作为独立的生态系统，具有重要的生态价值和科学研究价值。本研究利用遥感影像对玉符河下游湿地进行了分类处理，处理后的结果如图4-3-7和图4-3-8所示。

图4-3-7　玉符河下游湿地分类图

图4-3-8　周庄桥段分类影像

从处理后的遥感影像上可以看出，玉符河下游及河口区，湿地类型相对单一，主要有河流、水库、坑塘、水洼及少数的河边草滩地等，总面积约为883hm2。由于处于非汛期，河流流量小，只有周庄桥以下约600m的河段属于比较完整的湿地，水洼地较多，有几处典型的河边草滩地，如图4-3-8所示。这一段河流最宽处约63m，最窄处约8m，水洼占地面积约4.76hm2。河流两岸多为杨树林，在水洼地较多的一侧有成片杨树林约4.76hm2。河湾道包围的区域为庄稼地，面积约为7.4hm2。有的河段水流极浅被水草覆盖，在卫星影片上呈现水草的色调。入黄口处，黄河与玉符河的高度差约为1m，黄河水在丰水期很容易倒灌入玉符河，其泥沙淤积在玉符河河道便形成河滩地，由于泥沙不适合植物生长，故在影像上入黄口显示不明显。在河道周围区域还有诸多人工湿地，包括玉清湖水库、沉沙池、沟渠和部分人工坑塘等，其中，玉清湖面积为495.4hm2，沉砂池面积为141.6hm2。

3.河道及其治理状况

（1）河道现状。玉符河河道分为三段，卧虎山水库大坝以上为上游；卧虎山水库大坝至104国道为中游；104国道至入黄口为下游。

玉符河上游河段为山区型河流，由锦绣川、锦阳川、锦云川等三条较大的支流组成，汇流于卧虎山水库。锦绣川支流北侧为玉符河与小清河流域的分界，锦云川支流南依泰山山脉。流域内山川遍布，平均海拔500m左右，最高海拔885m。玉符河上游段建有水库25座，其中大型（卧虎山）1座、中型（锦绣川）1座、小型23座，塘坝42座，总库容1.56亿m3。

玉符河干流卧虎山水库（0+000）以下至京沪铁路（13+850）河段为山区性河道，河道较开阔，河宽700～2000m，比降1/270～1/380；从京沪铁路桥下河道就慢慢地变窄了，至220国道（25+310）段河道为窄深型，宽度200～250m，在220国道附近，河宽仅160m，比降1/400～1/700，地面高程50～60m。河道两岸为丘陵区和山前平原；220国道以下至入黄口，进入沿黄滩区，河道比降1/5000～1/5200，右堤为黄河大堤，左侧为黄河冲积平原，河道宽在700～2000m以上，地面高程30m左右。地势低洼，易涝易灾，是济南市的防汛难点之一。牛角屿一段河道由于兴建了玉清湖水库沉砂池，河道宽由700m缩短到150～160m，大大降低了河流的行洪能力。玉符河入黄处，由于受黄河回水影响，河口泥沙淤积，河型不明显，形成约3km的倒坡。

（2）堤防现状。玉符河上游为山谷、丘陵地区，两岸无堤防，下游有堤防。玉符河右岸北店子至宋庄段，长10.2km，筑有黄河大堤，设计标准按防御黄河洪水流量11000m3/s，顶宽10m，临水坡1∶2.5，背水坡1∶3。黄河大堤与小清河交汇处，建有睦里闸，为小清河的源头。玉符河的左岸为长清许寺洼黄河滩区，为防止玉符河洪水和黄河中小洪水从玉符河倒灌，自娘娘店至筐李长6.86km筑有堤防。其中，四里庄以下，堤顶高程33.0m，顶宽4m；四里庄至八里庄以上为旧村台，堤顶高低不齐、堤身宽窄不等；八里庄至由里庄以上2.06km，与新建的玉清湖水库公用堤防，按水库大坝标准填筑；水库大坝向上至筐李庄，堤顶高程34.5m，玉符河入黄口处已无堤形，底与左岸地面相平，群众为挡中小洪水倒灌入玉符河，河口左岸滩地筑有生产堤，目前玉符河安全泄量较小，出口段现状过水能力仅为700m3/s，仅相当于50年一遇设计流量的32.6%，防洪能力较低（刘继永，2008）。

2005年，建设完成了玉符河生态补源试验段工程。工程位于京沪铁路与104国道之间，长度1.2km，工程主要内容有河道疏挖整平、拦河橡胶坝、河两岸绿化美化、交通道路等。工程总投资1294万元。试验段的建设目的是为河道生态修复摸索路径、积累经验，工程竣工后，在景观、防洪，特别是补源方面发挥了重要作用，取得了较好的社会、经济和环境效益。

（3）历次河道规划及相关规划情况。对于玉符河的规划、整治工作，济南市水利部门从来都没有停止过。近几年，主要取得了以下成果：

1）《卧虎山水库续建配套工程可行性研究报告》。2000年12月开始进行可研报告的编写工作，2001年8月完成全部报告的编写。主要内容包括：主要建筑物的建设、金属结构及电气设备的选择、工程管理措施、水库淹没处理和工程占地补偿以及环境影响评价，并编制了水土保持方案。

2）《济南市玉符河回灌保泉生态工程可行性研究报告》（2002年）。2002年8月，济南市水利建筑勘测设计研究院完成了《山东省济南市玉符河回灌保泉生态工程可行性研究报告》，该工程利用卧虎山水库作为主要水源，项目实施既发挥了水利工程的作用，又改善了当地的生态环境，一举两得。

3）《玉符河治理总体规划》（2003年）。2003年11月，济南市水利建筑勘测设计研究院完成了《济南市玉符河综合治理工程可行性研究报告》，该工程进行了河道治理的总体方案比选及总体设计、河道工程以及建筑物的设计、绿化景观设计、环境影响设计等等，并编制了相应的水土保持方案。

4）《九龙涧生态保护区总体规划方案》（2005年）。2005年7月，由济南市规划局牵头，市水利、园林、交通等部门通力协作，完成了《九龙涧生态保护区总体规划方案》。规划内容主要包括：总体规划、水利规划、道路桥梁规划和园林景观设计规划。该规划尚未实施。

另外早期还完成了《玉符河防洪总体规划》、《锦绣川水库加固增容工程可行性研究报告》等。这些规划及可研究报告的编制与实施在一定程度上提高了玉符河的防洪能力，局部改善了当地的生态环境。

4.水文气象水资源状况

玉符河流域内有卧铺、南高而、卧虎山三个降水量长期观测站，根据三个雨量站历年观测资料，采用算术平均法计算可知流域多年平均降水量为741.3mm。降水量年内、年际分配极不均匀，汛期占年降水量77%，最大年降水量1416.9mm（1964年），最小年降水量262.3mm（1989年），最大年降水量为最小年降水量的3.9倍。采用P-Ⅲ曲线，对玉符河流域降水量进行频率分析，频率分析曲线见图4-3-9，分析结果见表4-3-7。

表4-3-7　玉符河流域1956—2006年降水量频率分析成果表

图4-3-9　玉符河流域1956—2006年降水量频率分析曲线

流域内径流主要是通过大气降水补给，其在时间上的变化特点与降水相似，但年内、年际变化相较于降雨则更大。由于其流域上游的地质条件为石灰岩地区，风化岩层较厚。因为中小强度的降雨易形成蓄满产流，入渗大，地表径流产流量小，因而径流的过程较为平缓，退水时间较长；但是于流域上游山高坡陡，多为超渗产流，易形成暴涨暴落的洪水过程。根据相关计算成果，玉符河流域多年平均天然径流量12666万m3，多年平均地下水资源量13953万m3（不含重复计算量），多年平均水资源总量26618万m3（刘继永，2008）。资料表明，玉符河流域有大、中型水库各1座，小（1）型水库3座，小（2）型水库20座，总库容1.68亿m3。大型水库为卧虎山水库，控制流域面积577km2，总库容11640万m3，兴利库容6483万m3，死库容350万m3；中型水库为锦绣川水库，控制流域面积166km2，总库容3778万m3，兴利库容2892万m3，死库容108万m3，设计洪水标准为百年一遇（设计洪水流量1514m3/s），校核洪水标准同设计洪水标准；小型水库控制流域面积94.8km2，总库容1441万m3。

卧虎山水库的主要任务是保证济南市、津浦铁路、黄河的安全，主要是保证济南市的安全。设计洪水标准为百年一遇（设计洪峰流量2925m3/s），校核洪水标准为万年一遇（校核洪峰流量8635m3/s）。由于黄河河床淤积抬高导致倒比降，河道行洪不畅，以至于卧虎山水库防洪任务重大。若水库泄洪受到黄河水顶托，则洪水积存在下游羊角峪一带，对人民群众的生命和财产安全构成了较大的威胁。因而，卧虎山水库下泄流量的确定特别的重要。卧虎山水库下泄流量具体如下：第一安全泄量为100m3/s，目的是保护玉符河上游的河滩地不受损失，并减少对玉符河末端沿黄河滩区耕地淹没；第二安全泄量为800m3/s，目的是减轻下游河道的洪峰流量，保护跨河公路桥安全；第三安全泄量为1300m3/s，目的是保护铁路桥、主要公路桥的安全行洪；第四安全泄量为2800m3/s，目的是避免玉符河洪水出槽危及济南市防洪安全；特殊安全流量为3900m3/s，目的是保护津浦铁路桥安全。根据各种泄量情况，结合卧虎山水库主要防洪任务，确定的20年一遇控制下泄流量为800m3/s，百年一遇控制下泄流量为1300m3/s，千年一遇控制下泄流量为2800m3/s。（刘继永，2008）

5.社会经济状况

玉符河流经济南市历城、长清、市中和槐萌4区，共10个乡镇，总人口约48万人，城镇年人均收入约6250元，农民年人均收入约4500元。农业以种植业和畜牧业为主，农作物以冬小麦、玉米、地瓜为主，农副产品有山楂、核桃、柿子、梨、苹果、桃、杏、板栗等果品，是济南市的主要果品基地，并且远销全国各地。流域内矿产资源丰富，有金、铁、铅、花岗石等，其中柳埠产的“柳埠红”花岗石，已形成了规模，出口多个国家和地区。2005年，玉符河流域所涉4区主要经济社会指标如表4-3-8所示。

表4-3-8　玉符河流域经济社会指标一览表

6.流域环境状况

玉符河水质，上游以卧虎山水库水质取样为代表，中下游以睦里闸处河道断面水质取样为代表。前者，据2001年11月12月和2002年5月进行的水样化验结果，为Ⅲ类水；后者，根据《山东省水功能区划》（山东省水利厅，2006年5月）成果，玉符河干流自卧虎山水库坝下至入黄河口段被确定为玉符河济南饮用水源区，水源主要用于饮用、工农业生产等，目标水质为Ⅲ类水。

2001年、2004年、2005年卧虎山水库总磷、总氮、生化需氧量、石油类等检出超标值，各年度均值除总氮外，其他项符合地表水环境质量Ⅲ类标准，具体水质结果见表4-3-9^[2]。

表4-3-9　卧虎山水库水质监测结果年度统计表

不同河段的环境问题突出表现为：

（1）上游。近年来，由于上游水土流失问题及部分旅游、餐饮行业的发展以及一些突发事件，卧虎山水库的水质日益恶化，水库富营养化严重，藻类出现，水体中溶解氧含量降低，造成一定时期内水库出现死鱼现象。同时突发的油泄露等问题也对水库水质造成一定程度的威胁。

玉符河上游局部地区水土流失现象较为严重，望天田、疏林地及未利用地规模达44.3%以上，主要集中在上游三川汇集地。该区域山峰连绵起伏，属山地丘陵地形，山顶岩石裸露地表有石灰岩及砂石岩丘陵地带，遍布石渣、砂岭土、山麓坡地分布黄土及红土，荒坡凸现，沟川地旁经济林遍布，但树种老化、果质较差。土壤母质裸露、肥力低下，土壤团粒结构破坏，保土、保水、保肥能力差，土地生产力低，水土流失较为严重，现有水土流失面积占总面积的69.4%。在水土流失面积中，轻度侵蚀占34.08%、中度侵蚀占35.32%、重度侵蚀占19.28%、极重度侵蚀占11.32%。水土流失造成地表土大量流失，还使沟系不断扩张，沟道下切，沟头不断前进，从而蚕食耕地，破坏宝贵的土地资源，造成生态环境的恶化。

（2）中游。较为严重的问题是河道断流、河床侵害。

玉符河中游以下径流受卧虎山水库调度影响十分明显，在非汛期，水库弃水较少，河道来水不足就会出现断流现象；另一方面，卧虎山水库大坝以下近十几公里河道渗漏特别大，小流量难以通过，则加重了中、下游河段的断流。

玉符河中游河道的河床遭受侵害表现在以下两个方面：一是河床被破坏，二是缓冲带被占用。从蜿蜒度调查结果来看，玉符河中游河段是全流域最好的河段，达1.598。但是，人类活动如在河道内的房屋、鱼塘建设以及采砂采石作业垃圾堆放，都严重损坏了河床自然形态和行洪能力。另外，该河段河岸缓冲带由于农业开发的占用，导致缓冲带宽度日益缩小，植被分布少等，河流生物多样性受到了很大的影响。

（3）下游。由于黄河河床被淤积的泥沙抬高，导致玉符河在入黄口以上3km里范围都是倒坡，则滞留作用很大并在河口处逐渐形成了湿地。玉符河下游地区的生态问题最突出的是，河口湿地需水量得不到保障、湿地结构不完整，部分区域被农田占用。玉符河河口湿地状况如图4-3-10所示。