基于遙感和GIS的縣域土壤侵蝕系統研究
——以興山縣為例

宮留留，田文俊（湖北大學　資源環境學院，武漢　430062）

基于遙感和GIS的縣域土壤侵蝕系統研究
——以興山縣為例

宮留留，田文俊
（湖北大學資源環境學院，武漢430062）

在縣域內，因水保部門技術條件限制，以往水保部門水土侵蝕調查評價多基于二調土地利用數據進行現場調查，根據經驗判斷土壤侵蝕程度，耗時耗力，同時由于二調數據與現實狀況差距較大，使得調查失去時效性，而通過遙感與GIS方法建立一套自動化的信息提取系統，則可以快速的解決這些問題。

土壤侵蝕；遙感；GIS；信息提取

1　引言

根據公布的全國第二次水土流失遙感調查，我國的水土流失面積達356萬km2，占國土總面積的37%，很顯然，我國已經是水土流失比較嚴重的國家之一。而本研究區興山縣地處長江西陵峽以北，自古以來水土流失問題都是其生態、環境、土地、經濟發展的主要制約因素，因此，預防和治理水土流失成了當地水保部門的重要工作。

2　研究區概況

興山縣位于湖北省西部，長江西陵峽以北，地處秦巴大山區，在東經110°25′至111°06′，北緯31°04′至31°34′之間。東臨宜昌、保康，西與巴東毗鄰，南接秭歸，北抵神農架林區。

數據資料包括興山縣高分辨率TM影像、DEM數據、土地利用和土壤類型數據、降雨量數據、雨站分布圖、水土保持現狀圖及規劃圖以及自然狀況調查統計資料等數據。

3　RUSLE模型及各因子自動化提取步驟

RUSLE模型是國內外研究水土侵蝕最常見的模型，其表達式為：A=R*K*L*S*C*P，式中：A為年土壤流失量；R為降雨侵蝕因子；K為土壤侵蝕因子；L為坡長因子；S為坡度因子；C為地表覆蓋與管理因子；P為水土保持措施因子。

本論文主要研究基于遙感和GIS的土壤侵蝕信息提取系統，各因子的計算均利用遙感和GIS技術來實現，因此，各因子的提取均是自動化的，下面是各因子的計算方法與自動化提取步驟。

3.1R因子

（1）R因子與降雨量、降雨歷時、雨滴大小、降雨強度及雨滴下降速度有關，反映了降雨對土壤的潛在侵蝕力，公式如下：R=-0.0334*P+0.006661*P2式中P為年降雨量。（2）自動化提取步驟。①錄入降雨數據②創建泰森多邊形③泰森多邊形柵格化④獲得R因子圖。

3.2S因子

（1）S因子反映地形對水土侵蝕的影響。（2）自動化提取步驟。①錄入等高線數據②生成TIN ③由TIN生成DEM ④對DEM重采樣⑤坡度分析獲得S因子圖。

3.3L因子

（1）L因子也反映地形對水土侵蝕的影響，本文采用Wischmeier 和Smith在1978年提出并改善的經典公式：L=（l/22.13）m。式中：22.13為標準小區坡長，L為坡長因子，l為像元坡長，m為坡長指數。（2）自動化提取步驟。①對DEM填洼分析②流向分析③提D因子④坡度分析⑤獲L因子圖。

3.4K因子

（1）K因子是水土侵蝕的內在因素，是評價土壤被降雨侵蝕力分離、沖蝕和搬運難易程度的指標，反映了土壤對侵蝕的敏感性。（2）自動化提取步驟。①錄入土壤類型數據②通過Sandy、Silt、Clay、Om字段轉柵格③由以上柵格圖疊加獲得K因子圖。

3.5C因子

（1）C因子反映農作物種植和管理對土壤侵蝕的影響，本文通過計算植被覆蓋度求得C因子值。（2）自動化提取步驟。①錄入土地現狀數據②矢量轉為柵格③獲取C因子圖。

3.6P因子

（1）P因子是采取水保措施后，土壤流失量與順坡種植時的土壤流失量的比值。根據興山縣內水土保持措施特點，對每類土地覆蓋類型進行了P因子賦值，如表1。（2）自動化提取步驟。①錄入土地利用數據②進行賦值處理③轉為柵格獲得P因子圖。

表1

3.7生成土壤侵蝕分級圖

由以上所生成的各圖層，根據修正后的水土侵蝕表達式A=R*K*L*S*C*P，利用柵格計算器進行疊置分析，得到土壤侵蝕分級圖。

4　信息提取系統的設計

4.1系統界面

本系統主界面主要由以下幾個部分組成：（1）系統菜單。a）添加mxd文檔：可直接將ArcGIS保存的地圖文檔打開，并顯示在地圖容器中。b）添加.shp數據：可添加shp格式的矢量數據。c）添加柵格數據：可添加img格式的柵格數據。（2）功能菜單。包括RUSLE模型的各因子提取，只需輸入原始數據，系統會自動化處理并得到結果。（3）工具條。包括添加地圖、地圖放大縮小等常用的地圖交互式工具，可以方便的瀏覽、查詢地圖。（4）圖層管理窗體。位于窗體左側，便于管理地圖中的各個圖層，也便于查詢圖層屬性信息。（5）地圖容器。地圖窗體用于展示地圖數據和處理結果數據，制版窗體可以預覽出圖效果。

4.2系統作業及相關功能

縣域土壤侵蝕信息提取系統面向的是縣域范圍，監測的方法是實時的處理，分析輸出土壤侵蝕等級圖，通過與六大侵蝕因子的疊加分析得出侵蝕原因并給出決策，從而達到監測與保持的目的。整個系統體現專業化，智能化，自動化，操作簡單。

5　結束語

通過以上研究發現：①從研究方法上來看，將GIS、RS和水土侵蝕模型結合，快速有效地獲得土壤侵蝕分級圖，為縣域提供直觀的土壤侵蝕結果，并根據結果提供合理的處理措施。文中除P因子是用興山縣水土保持措施特點進行賦值外，其他因子的計算均采用GIS和RS技術。GIS主要用于數據的處理和數據空間分析，RS主要用于信息的提取。②從研究的系統上看，本論文系統的設計還有不足，不能達到數據共享的目的，如果能夠利用WebGIS技術開發B/S形式的信息提取系統，那么就可以達到多用戶實時的處理與獲取查詢結果，這方面工作還有待于進一步努力。

［1］王安明，章孝燦，黃智才.浙江水土流失遙感普查有關技術問題的研究［J］.中國水土保持，1999（07）：19-21.

［2］蔡強國等.關于我國土壤侵蝕模型研究進展［J］.地理科學進展，2003，22（03）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.025

宮留留（1989-），男，安徽阜陽人，碩士，學生，研究方向：地理信息系統應用。