基于RS技術的水土保持監測方法研究

摘 要:隨著RS(遙感)技術的進一步發展和RS數據處理技術水平的提高，RS越來越廣泛的應用于我們的生活。如今，RS技術除了對地球進行宏觀的監測外，還越來越多的應用于微觀方面的監測，在軍事、自然災害、人類活動等方面發揮著越來越大的作用。本文主要針對某水庫區特殊地理環境，提出了水庫區土壤侵蝕的主要技術指標，以及在這些指標的作用下遙感技術在水庫區土壤調查的方法，進而評價侵蝕的類型、程度以及不同類型、不同程度侵蝕的分布規律。

關鍵詞:RS技術水土保持監測

中圖分類號:V2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(c)-0014-02

1 引言

某水庫區地處漢江流域秦巴山地，以中山、低山和丘陵為主，庫區山高坡陡，地表巖層松散，土壤抗侵蝕力低，降雨集中，多暴雨是造成水土流失的自然因素。流失類型以水力侵蝕為主，局部地區有滑坡、崩塌等重力侵蝕及泥石流。由于土地資源的開發，森林植被減少，加之土地利用和耕作方式不合理，庫區水土流失較為嚴重。

現代遙感技術的發展及其在水土保持領域的應用，定量或定性與定量結合的侵蝕評價在區域調查中得以實現，而地理信息系統技術又為較大范圍的空間分析提供了快速、準確的技術手段，使得人們可以利用矢量和柵格兩種類型的空間數據分析侵蝕因子的屬性、數量值及其空間分布規律[1]。

2 庫周水土保持遙感調查方法

2.1 土壤侵蝕遙感監測分類分級系統

土壤侵蝕分類依據中華人民共和國水利行業標準SL 190-2007《土壤侵蝕分類分級標準》的總體要求，結合實際情況，按照科學性與實用性相結合、主導因素與綜合性相結合、邏輯性與可操作性相結合的原則進行確定和劃分。

侵蝕類型采用兩級劃分法:一級類型主要根據起主導作用的侵蝕外營力類型與性質來劃分，如水力、風力、凍融、重力和工程建設等;二級類型采用強度為指標劃分。由于庫區土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，因此本課題以SL 190-96《土壤侵蝕分類分級標準》中擬定的水力侵蝕分級指標作為分級標準，對土壤侵蝕進行研究應用，如表1。

2.2 土壤侵蝕影響因子指標體系

土壤侵蝕過程極其復雜，受多種自然和人為因素的綜合影響。自然因子包括氣候、植被(土地覆蓋)、地形、地質、土壤等，人為因素包括土地利用(如耕地、放牧等)、開礦、修路等。在目前土壤侵蝕機理研究尚不夠全面、深入的情況下，不可能建立一個完整的土壤侵蝕因子指標體系。不同的土壤侵蝕類型影響因子也不同，對于水蝕來說，參考通用土壤侵蝕方程各因子指標，并考慮RS技術與常規方法相結合獲取因子指標的可能性，以及在GIS中存取、表達和計算是否方便，選擇降水、地形(坡度)、溝谷密度、植被覆蓋度、成土母質及侵蝕防治措施6個因子作為土壤侵蝕量估算的因子指標。

2.3 土壤侵蝕遙感定量監測模型

土壤侵蝕量從本質上可以看作各影響因子(包括降水因子、地形因子、溝谷密度因子、植被蓋度因子、成土母質因子及侵蝕防治措施因子等)的綜合函數，即E(土壤侵蝕量)=F(降水因子，土壤因子，地形因子，植被因子，溝谷密度因子，……)由于各影響因子與土壤侵蝕量之間的關系并非是簡單的線性關系，而是極其復雜的非線性關系，上述函數要變成一個實際可操作的土壤侵蝕量計算模型是極其困難的。通用土壤侵蝕模型雖然在這方面邁出了重要的一步，但是其參數的獲取卻是極其困難的。

在目前尚難以建立一個明確物理機制、參數獲取方便的可操作的計算模型的前提下，即便是大區域、宏觀水土調查并且實測資料匱乏的條件下，指標模型不失為一種較好的選擇。其基本原理如下:首先篩選出影響土壤侵蝕的主要因子，然后對這些因子進行分級，并依據專家的經驗確定各自對侵蝕影響的權重，最后通過多因子綜合分析，得到綜合因子得分，并根據綜合因子得分，確定土壤侵蝕強度。柵格地理信息系統的出現為上述過程的實現提供了極大便利，在GIS的支持下，指標模型法的實施步驟為:獲取各影響因子分布圖，統一于同一空間框架中，并轉換為柵格數據;對各因子進行分級并定標(權重)，得到因子得分圖;利用GIS的空間分析功能(在柵格地理信息系統中，具體地說就是地圖代數運算)，計算土壤侵蝕綜合因子得分;根據土壤侵蝕綜合因子得分，劃分土壤侵蝕強度等級。

水力侵蝕模型建立在侵蝕強度和侵蝕因子之間的定量匹配關系上，根據土地利用類型、植被覆蓋度和地面坡度3個因子作為水力侵蝕的判別指標，在評價的圖斑中分析侵蝕強度。該模型將水利部行業標準中面蝕分級參考指標推而廣之，用于整個水力侵蝕。因子匹配模型如表2所示。

3 侵蝕遙感定量監測的工作程序

土壤侵蝕遙感調查依托遙感與地理信息系統技術，以TM與SPOT4影像為主要信息源，通過人機交互判讀分析，獲取土壤侵蝕專題信息;以地理信息系統專業軟件作為數據信息處理、管理、分析的主要技術手段。具體技術流程如圖1所示。

3.1 數據源選取

TM、SPOT4數據源的配合應用，經濟實用，對水土流失的分析效果較好。利用TM的多光譜特征、SPOT4的高空間分辨率特征，取長補短，進行融合處理，使融合后的影像具備兩者的優勢，大大提高衛星影像的可讀性，利于方便、快速地提取水土流失影響因子，真實、精確地反映土地利用現狀。

利用遙感圖像提取土地利用的類型有水田、旱地、林地、草地、居民地、道路、河流、湖泊、水庫、池塘、灘地、裸土地、裸巖、重力侵蝕、工程侵蝕，其中林地和草地又根據覆蓋度的不同劃分為五類:覆蓋度<30%、30%～45%、45%～60%、60%～75%、>75%。做出該水庫區某縣試驗區2000年、2004年兩期土地利用解譯圖。

坡度因子的獲取:以5萬地形圖作為數據源生成DEM(，計算坡度，并對坡度進行重分類。

3.2 土壤侵蝕圖的獲取

將解譯獲得的土地利用圖轉換為柵格數據，與重分類后的坡度圖(如圖2所示)進行疊加分析(做and運算)，即可獲得土壤侵蝕圖，如圖2、圖3所示。對水土流失的變化監測主要是對影響水土流失因子中發生變化的因子(如植被覆蓋度變化、土地利用方式變化)的監測實現的。有了兩期的土壤侵蝕做疊加運算就可以實現對土壤侵蝕的動態監測。

4 結論

該水庫試驗區土地總面積215.8km2，2000年水土流失面積為207.64km2，占土地總面積的96.2%，其中微度流失面積85km2，占流失面積的40.9%;輕度流失面積39.88km2，占流失面積的19.2%;中度流失面積為49.4km2，占流失面積的23.8%;強度流失面積為23.28km2，占流失面積的11.2%;極強度流失面積為6.85km2，占流失面積的3.3%;劇烈流失面積為3.23km2，占流失面積的1.6%;2004年水土流失面積為206.40km2，占土地總面積的95.6%，其中微度流失面積88.27km2，占流失面積的42.8%;輕度流失面積36km2，占流失面積的17.4%;中度流失面積為47km2，占流失面積的22.8%;強度流失面積為24.8km2，占流失面積的12.0%;極強度流失面積為7.22km2，占流失面積的3.5%;劇烈流失面積為3.11km2，占流失面積的1.5%。

將該水庫試驗區2000年、2004年兩期土壤侵蝕數據作比較分析，得到土壤侵蝕變化情況，其中侵蝕加劇的面積為10.72km2，侵蝕減輕的面積為11.54km2，侵蝕無變化的面積為185km2。

經分析可知該水庫試驗區主要以微度、輕度、中度土壤侵蝕為主。從2000年到2004年4年間水土流失狀況在逐漸改善。

參考文獻

[1]關元秀，劉高煥.黃河三角洲鹽堿地動態變化遙感監測.國土資源遙感No.2，2003.

[2]趙英時.遙感應用分析原理與方法.北京:科學出版社，2003.