3S集成技術(shù)監(jiān)測福建省水土流失研究

楊一帆，黃 偉

（福建農(nóng)林大學 林學院，福建 福州350000）

1 福建省水土流失狀況

1.1 福建省氣候特征

我國南方地區(qū)地跨熱帶和亞熱帶，以福建省為例，位于我國北緯23°33′～28°20′，該地區(qū)夏季氣溫高、降水多、光照強、空氣濕潤、氣象災(zāi)害頻繁。年降水量平均在1000～2000mm，強降雨對于地面侵蝕能力強，尤其是在植被覆蓋不完全的裸露紅壤地區(qū)，降雨直接對地表土產(chǎn)生擊濺侵蝕，形成大量細溝狀侵蝕溝，造成的水土流失非常嚴重。數(shù)據(jù)表明，2012年福建省的降水量超過正常年份的40%，降雨量的增加對土地的壓力將變大。因此必須對流失區(qū)進行實時監(jiān)測，防治水土流失造成泥石流等災(zāi)害。

1.2 福建省水土流失地區(qū)

據(jù)2013年最新統(tǒng)計福建省水土流失總面積仍有12253.77km2，占全省土地總面積的10.01%。而經(jīng)過之前的調(diào)查，進而繪制出2007年福建省水土流失現(xiàn)狀統(tǒng)計表如表1，來自福建省水文站。從統(tǒng)計表可以發(fā)現(xiàn)福建省的水土流失率經(jīng)過7年的治理的，減少了一些，但仍舊流失嚴重。

表1 2007年福建省水土流失現(xiàn)狀統(tǒng)計

2 通過GIS對水土流失量動態(tài)監(jiān)測

2.1 繪制土壤侵蝕強度圖

繪制水土流失地區(qū)的土壤侵蝕強度圖，首先是查詢《土壤侵蝕分類分級標準》確定土壤侵蝕強度分級指標，再利用GIS對每一個侵蝕等級相近像元進行分類合并，最后通過繪制出土壤侵蝕強度圖，見圖1。

2.2 水土流失區(qū)數(shù)據(jù)庫建立

2.2.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計需求

基于GIS的流失地區(qū)的研究，需要大量的數(shù)據(jù)，并且要具備以下特點：類型多樣化、更新速度快，數(shù)據(jù)樣式多等特點。因此在建立數(shù)據(jù)庫必須要做到數(shù)據(jù)容易進行擴充和更新。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫的整體結(jié)構(gòu)需要包括對數(shù)據(jù)的前期采集、數(shù)據(jù)的中期處理、數(shù)據(jù)的后期使用與評價。數(shù)據(jù)的前期采集主要是通過RS進行收集，然后利用計算機將信息輸入到GIS進行管理與處理。通過在ARCGIS中建立數(shù)據(jù)庫，形成一個完整的系統(tǒng)，再利用ARCVIWEW進行編輯處理。

圖1 福建省土壤侵蝕強度

2.2.3 數(shù)據(jù)庫采集內(nèi)容

對于水土流失區(qū)GIS建立需要采集土地利用圖，降雨，坡度，土壤顆粒組成，植被狀況，DEM，遙感影像。

3 流失區(qū)侵蝕強度監(jiān)測

3.1 設(shè)置監(jiān)測點采集

在流失區(qū)進行采集數(shù)據(jù)時，通過野外實地調(diào)查，了解當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，土地利用形勢，農(nóng)田經(jīng)營模式，植被耕作制度，土壤顆粒組成，水文情況。在流失區(qū)通過設(shè)置多個監(jiān)測點進行動態(tài)監(jiān)測獲取數(shù)據(jù)。并在流失區(qū)進行實驗操作，通過設(shè)置多個不同條件的徑流小區(qū)，在植被覆蓋程度和降雨因子大致一致的條件下，研究坡度在不同條件下，侵蝕區(qū)的降雨－產(chǎn)沙－侵蝕規(guī)律，從而獲取坡度、降雨量對土壤侵蝕的影響程度。

3.2 遙感土壤分析

在水土流失地區(qū)做好了監(jiān)測點之后，可以利用遙感對土壤進行分析。可以利用土壤的波譜特性運用遙感，對水土流失區(qū)的土壤進行遙感分析。通過衛(wèi)星的拍攝的數(shù)據(jù)導入到GIS中，轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過處理分析之后，解譯出來。通過多次對同一流失區(qū)進行分析，疊加數(shù)據(jù)，進而分析所在流失地區(qū)的水土流失情況，這樣就可以做到對水土流失地區(qū)的土壤侵蝕做到動態(tài)分析。

3.3 定量模型——美國農(nóng)業(yè)部通用土壤流失方程式

對于土壤侵蝕的監(jiān)測要做到定量分析，就必須在監(jiān)測的基礎(chǔ)上確定一個模型。通過對這個模型的進行計算。而美國通用土壤流失方程式在經(jīng)過長久的實驗與實踐中證明，這個模型具有很重要的意義。它為土壤侵蝕的定量監(jiān)測提供了一個很好的模型，并且科學的闡述了土壤侵蝕的規(guī)律。我們本次研究基于美國土壤流失方程式，通過數(shù)學計算來描述土壤侵蝕規(guī)律。基于水土流失頻繁地區(qū)或者小流域地區(qū)建立了許多土壤侵蝕定量監(jiān)測模型，這種模型的建立是以美國歐洲為代表。美國農(nóng)業(yè)部通用土壤流失方程式（USLE）其表達式為：

A＝R×K×L×S×C×P

式中：A為任一坡耕地在特定的降雨、作物管理制度及所采用的水土保持措施下，單位面積年平均土壤流失量，t／hm2；R為降雨侵蝕力因子，是單位降雨侵蝕指標，如果融雪徑流顯著，需要增加融雪因子，MJ×mm／（hm2×h）；K為土壤可蝕性因子，標準小區(qū)上單位降雨侵蝕指標的土壤流失率；L為坡長因子；S為坡度因子，等于其他條件相同時實際坡度與9%坡度相比土壤流失比值；由于L和S因子經(jīng)常影響土壤流失，因此，稱LS為地形因子，以示其綜合效應(yīng)；C為植被覆蓋和經(jīng)營管理因子，等于其他條件相同時，特定植被和經(jīng)營管理地塊上的土壤流失與標準小區(qū)土壤流失之比；P為水土保持措施因子，等于其他條件相同時實行等高耕作，等高帶狀種植或修地埂、梯田等水土保持措施后的土壤流失與標準小區(qū)上土壤流失之比。

通過參考（USLE）模型，可以利用RS和GIS的優(yōu)勢，快速收集流失地區(qū)的影像資料，通過分析該地區(qū)的植被、土壤、坡長、坡度等因子，通過模型，描述所研究地區(qū)的土壤侵蝕規(guī)律，為水土保持的決策提供合理依據(jù)。通過遙感影像獲得的資料并不完全式準確的，受天氣、云、傳感器等因素的影響，會產(chǎn)生一定的誤差，這個時候就需要大量的野外實測數(shù)據(jù)提供參考，從而對遙感所形成的數(shù)據(jù)進行一些校正，以提高研究的精確度。

3.4 地面監(jiān)測

很長一段時期，我國的土壤侵蝕調(diào)查都停留在各個地區(qū)的水文站的人工紀錄方式來收集，這很大程度上降低了效率，而且各個地方水文站測試的方式不同，得到的實驗數(shù)據(jù)和統(tǒng)計的方式也出現(xiàn)很大偏差，不利于地區(qū)做統(tǒng)一的總結(jié)，耗費大量的人力物力，這些都是地面監(jiān)測的缺點，當引入遙感監(jiān)測，既提高了效率，也提高了精確性，在人無法到達的地方也可以用遙感輕易的得到數(shù)據(jù)，這是一個大的突破。

3.5 遙感監(jiān)測

隨著3S技術(shù)（GPS、GIS、RS）技術(shù)的進步，我國目前對全國進行水土流失調(diào)查大面積的采用了遙感技術(shù)，這個方法成為水土保持動態(tài)監(jiān)測一個很好的手段。為我國監(jiān)測水土流失提供了很大幫助，隨著技術(shù)的進步，遙感監(jiān)測的成本也在不斷降低，這對于水土保持事業(yè)來說是一個福音，在地方的水土保持試驗站也可以采用這一新的技術(shù)，對水土流失重災(zāi)區(qū)實行動態(tài)監(jiān)測和預(yù)報。還可以通過遙感監(jiān)測對植被的生長狀況進行動態(tài)監(jiān)測，為水土保持提供了可靠的依據(jù)。

感監(jiān)測方法需要在土壤侵蝕過程機理定量研究基礎(chǔ)上，從影響水土流失的因子著手分析，建立水土流失量與因子之間的關(guān)系，并且可以通過遙感技術(shù)以外的其他途徑獲取信息，如，土地利用率、坡度和植被覆蓋等在次基礎(chǔ)上，根據(jù)土壤侵蝕分類分級指標進行邏輯綜合分析和剖解得出土壤侵蝕強度信息監(jiān)測。

4 遙感定量監(jiān)測改善措施

通過運用遙感技術(shù)對水土流失地區(qū)進行定量監(jiān)測，然后根據(jù)解譯的影像資料通過人為的判斷分析，從而來決定土壤侵蝕的強度。受限于人的知識程度，不同人的主觀上判斷會有所差別，這就需要建立一定的量化來自動判斷水土流失強度，從而更加客觀準確的為水土保持監(jiān)測所用。

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