基于RS和GIS的區(qū)域水土流失快速評(píng)價(jià)研究

賀金蘭 唐 靜

（成都理工大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

一直以來(lái)，我國(guó)十分重視對(duì)水土流失的研究，因?yàn)樗亮魇?huì)導(dǎo)致土地退化、生產(chǎn)力下降、生態(tài)環(huán)境惡化，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅［1］。水土流失是自然界物質(zhì)、能量遷移的一種過(guò)程，是指地表土層受流水作用造成水和土的流失［2］。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，水土流失經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷轿锢砟Ｐ汀亩ㄐ缘蕉康姆治觯?］。最初的土壤通用侵蝕方程（USLE）是由Wischmier結(jié)合美國(guó)20世紀(jì)30年代的8 000多個(gè)土壤侵蝕試驗(yàn)觀(guān)測(cè)點(diǎn)資料統(tǒng)計(jì)總結(jié)提出的。該方程不僅僅是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡湫痛恚沂侵笏醒芯克亮魇Ｐ偷幕灸Ｐ汀Ｓ捎谟绊懰亮魇У囊蛩赜泻芏啵谧匀灰蛩睾腿藶橐蛩氐淖饔孟拢浔O(jiān)測(cè)存在一定的復(fù)雜性和不確定性［1］，所以應(yīng)用遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）對(duì)水土流失進(jìn)行監(jiān)測(cè)，已成為水土保持科學(xué)研究與綜合治理監(jiān)測(cè)的重要方向之一［1］。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)的中心位置位于北緯48.3°、東經(jīng)133.1°，地處建三江，屬寒溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫1～2℃，平均降水量為550～600 mm，無(wú)霜期為110～135 d。這里是水稻、豆類(lèi)及其他經(jīng)濟(jì)作物的最佳生長(zhǎng)區(qū)帶。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究區(qū)的數(shù)據(jù)來(lái)自2017年5月27日的高分一號(hào)遙感影像圖，分辨率為16 m，含4個(gè)波段，利用ENVI5.1對(duì)遙感影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、拼接、裁剪，得到預(yù)處理之后的遙感影像。

3 研究區(qū)水土流失因子提取

3.1 高程信息提取

高程是影響水土流失的因素之一，一般地勢(shì)較高的地區(qū)比較容易發(fā)生水土流失，地勢(shì)較低的地區(qū)發(fā)生水土流失的概率相對(duì)較低［4］，在ArcGIS中，把高程數(shù)據(jù)分為5個(gè)等級(jí)，分別為＜100、100～200、200～320、320～470和＞470（單位：m）。

3.2 地形坡度提取

地形坡度的坡長(zhǎng)、坡形、坡向等會(huì)對(duì)研究區(qū)的水土流失產(chǎn)生一定的影響［4］，該研究區(qū)的大部分區(qū)域坡度較緩，在ArcGIS中，把地形坡度分為5個(gè)等級(jí)，分別為＜3、3～7、7～12、12～20和＞20（單位：°）。

3.3 河網(wǎng)密度提取

河網(wǎng)密度越密集的區(qū)域越容易發(fā)生水土流失，河網(wǎng)密度較稀疏的地方發(fā)生水土流失的可能性相對(duì)較小，在Arc-GIS中，把河網(wǎng)密度分為5個(gè)等級(jí)，分別為＜18、18～34、34～50、50～66和＞66（單位：m/km2）。

3.4 植被蓋度提取

植被是影響水土流失的一個(gè)重要因素，植被對(duì)水土流失有很好的控制作用。植被蓋度較高的地方，水土流失的可能性較小；植被蓋度較低的地方，水土流失的可能性較大。基于像元二分模型，利用歸一化植被指數(shù)，對(duì)研究區(qū)的植被蓋度進(jìn)行分析，在ArcGIS中，把植被蓋度分為5個(gè)等級(jí)，分別為＜0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8和0.8～1.0。

3.5 土地利用信息提取

土地利用類(lèi)型是影響該研究區(qū)最重要的因素，利用K-means算法，對(duì)研究區(qū)分類(lèi)，把分類(lèi)之后的結(jié)果再分為5類(lèi)，分別為裸地、灘地、鹽堿地、沼澤地，居民用地、城鎮(zhèn)用地，低蓋度草地、中蓋度草地、高蓋度草地，疏林地、灌木林地、有林地，水田、湖泊、河渠、水庫(kù)坑塘。

4 水土流失評(píng)價(jià)模型

4.1 各因子分級(jí)賦值

每個(gè)因子被劃分為5級(jí)，各個(gè)級(jí)別對(duì)水土流失的影響程度依次為9、7、5、3和1，則對(duì)各個(gè)因子分級(jí)賦值為0.36、0.28、0.20、0.12和0.04。

4.2 各因子權(quán)重

利用層次分析法確定各個(gè)因子的權(quán)重，根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，土地利用類(lèi)型對(duì)水土流失的影響較大，其次是植被蓋度和高程，最后是坡度和河網(wǎng)密度。根據(jù)這些因素對(duì)水土流失影響的大小，構(gòu)建出研究區(qū)水土流失的判斷矩陣，利用方根法求出最大特征根為5，且對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)和隨機(jī)檢驗(yàn)，符合層次分析法的要求，可以得到各個(gè)因子的權(quán)重，土地利用類(lèi)型、植被蓋度、高程、坡度和河網(wǎng)密度的權(quán)重依次為0.353、0.235、0.235、0.118和0.059。

4.3 水土流失評(píng)價(jià)模型

在5個(gè)因子的共同作用下，水土流失的評(píng)價(jià)模型為：

式（1）中，f表示最終的水土流失程度，μi表示各因子相對(duì)應(yīng)的分級(jí)數(shù)值，vi表示各因子的權(quán)重。

5 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)水土流失評(píng)價(jià)模型，在ArcGIS中進(jìn)行加權(quán)疊加，得到水土流失分級(jí)圖，再對(duì)各個(gè)等級(jí)的水土流失情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中，微度流失占總面積的5.8%，輕度流失占總面積的65.3%，中度流失占總面積的11.2%，強(qiáng)度流失占總面積的11.4%，極強(qiáng)度流失占總面積的6.3%。

6 結(jié)論

該研究區(qū)大部分地區(qū)的水土流失情況為輕度流失，占研究區(qū)總面積的65.3%；部分地區(qū)為中度流失與強(qiáng)度流失，分別為11.2%、11.4%；較小部分地區(qū)為微度流失和極強(qiáng)度流失。土地利用分類(lèi)對(duì)研究取得水土流失評(píng)價(jià)起主要作用，程度流失較強(qiáng)的大部分地區(qū)為沼澤地、裸地、居民用地等，林地、水田的水土流失度較小。與實(shí)際情況相對(duì)比，本文對(duì)該研究區(qū)水土流失的評(píng)價(jià)是有效的，但是微度流失的比例相對(duì)實(shí)際情況較小，這是因?yàn)樵谶M(jìn)行土地利用分類(lèi)時(shí)，由于噪聲數(shù)據(jù)的影響，位于研究區(qū)東南部的湖泊被分為居民用地，影響了水土流失的分級(jí)。在后續(xù)的研究中，需要更加精確地提取各個(gè)因子的信息。