基于RS和GIS技術的福建省水土流失監測研究思路探討

黃華國 羅火錢

（福建水利電力職業技術學院，福建 永安 366000）

0 引言

水土流失使土地退化,生產力下降,生態環境惡化,對人類社會可持續發展構成威脅,減緩或控制水土流失一直是世界性的課題。福建省的水土流失率逐漸下降，但仍為制約福建省經濟社會可持續發展的重要因素。應用遙感（RS）和地理信息系統（GIS）技術對水土流失進行監測，已經成為水土保持科學研究與綜合治理監測的重要方向之一。本文主要探討基于RS和GIS技術的福建省水土流失監測研究思路，擬為解決福建省水土流失問題提供科學方法和先進手段參考。

1 RS與GIS技術簡介

1.1 RS概述

RS是遙感英文名稱Remote Sensing的縮寫，是20世紀60年代發展起來的對地觀測綜合性探測技術。RS技術具有宏觀、準確、客觀、動態、綜合、多層次、多波段、多極化、全天候和全天時的特點。自20世紀70年代以來,人們就開始應用遙感技術進行土壤侵蝕調查。在我國,以航天、航空等多層次遙感資料為信息源對全國大江大河、重點水土流失區和小流域進行了遙感調查與監測,為水土保持工作提供了新的手段[1]。

1.2 GIS概述

GIS,即Geographical Information System的縮略形式,中文含義為地理信息系統。GIS是由計算機硬件、軟件和方法庫組成的技術系統,它具有采集、管理、處理、分析、建模和顯示空間數據的功能，具有空間性和動態性的特征,是多種學科交叉的產物。它以地理空間數據庫為基礎,采用空間模型分析方法,適時提供多種空間的和動態的有用信息,用于綜合研究、資源開發、區域發展規劃、環境保護、災害防治、投資環境評價和決策管理等方面[2]。

2 基于RS和GIS技術的福建省水土流失監測研究思路

遙感技術在獲取土地植被覆蓋信息方面具有大面積、多時相、多波段、低成本的特色和信息豐富、信息周期短，實時性和動態性強等優勢。同時，GIS技術的發展使得對多要素的相關空間分析成為可能。因此，遙感和GIS技術的結合為水土流失動態監測提供了廣闊的空間與強大的數據支持，更能實時動態、準確客觀地反映水土流失時空動態[3]。本文結合RS和GIS技術特點，探討福建省水土流失監測研究思路。

2.1 研究區劃分

福建省土地總面積為12.4萬平方千米，海域面積達13.6萬平方千米，福建省依山傍海，九成陸地面積為丘陵地帶，被稱為“八山一水一分田”。水土流失是十分復雜的過程，需要結合實際情況進行綜合分析，在研究水土流失時要突出水土流失的主導因素作用，以便于水土保護的實施，研究福建省水土流失監測可按照水土流失的主要成因及區域地理位置特點將福建省區域進行劃分，如劃分為山區、沿海地區等。1981年科學出版社《簡明水利水電詞典》提出，水土流失指“地表土壤及母質、巖石受到水力、風力、重力和凍融等外力的作用，使之受到各種破壞和移動、堆積過程以及水本身的損失現象。這是廣義的水土流失。狹義的水土流失是特指水力侵蝕現象”，所以也可按照土壤類型劃分福建省研究區域，如劃分為紅壤區、黃壤區等。

2.2 數據獲取

基于RS和GIS技術對水土流失進行監測，要獲取的數據主要包括：（1）福建省多年的遙感影像數據；（2）福建省的地形數據（高程數據或者DEM數據）；（3）福建省土壤類型分布圖；（4）福建省及各研究區行政區劃圖；（5）福建省氣象站點和水文站點的氣象資料、降雨數據、土壤侵蝕調查資料和圖件。

2.3 水土流失監測研究

2.3.1 水土流失影響因子提取

1）植被因子:植被覆蓋度因子是影響水土流失最為活躍的因子,而植被覆蓋度與植被指數呈近似線性相關，通過植被指數的提取來獲得相應的植被覆蓋度。本研究擬選用NDVI作為評價指標，通過RS技術生成植被覆蓋度圖，從大范圍內對植被進行動態監測[4-5]。

2）坡度因子:坡度與地表徑流量呈正相關關系，坡度不同，土壤抗沖蝕能力也有較大差別，所以坡度大小是決定水土流失的重要因素。本研究擬根據實際情況，通過數字化地形圖插值得到DEM數據，或者直接獲取到的DEM數據提取坡度信息。參考1985年全國土壤侵蝕遙感調查工作技術規則和《水土保持技術規范》及有關模型，將坡度進行分級[4-5]，最后輸出坡度分級圖。

3）溝谷密度因子:溝谷密度因子是水土流失的結果因子，提取的思路是：通過遙感影像獲取研究區的溝谷分布圖，利用GIS自動生成研究區的公里格網，把格網分布圖與溝谷分布圖進行疊加分析，利用GIS的空間分析與統計能力，自動統計處落在每個柵格內的溝谷長度，該長度除以單元格網的面積，就得出溝谷密度，最后輸出溝谷密度圖[5]。

4）降雨因子:用GIS軟件插值處理從氣象觀測站得到的降雨量數據，制成研究區的降雨量圖。

5）土地利用類型因子:土地利用類型可反映水土流失發生率，人類不合理的土地利用是水土流失發生的主要原因之一。通過遙感影像圖解譯，得到研究區的土地利用類型圖。

2.3.2 水土流失動態監測分析

基于上述RS和GIS技術的數據處理，已獲得研究區水土流失估測的因子圖，再通過RS和GIS軟件的空間建模功能，將上述5個因子專題圖進行疊加連乘，就可得出研究區的水土流失量分布圖。通過分析對比不同時期的水土流失量分布圖，從水土流失空間變化、強度變化等角度動態監測同一區域的水土流失變化情況，建立水土流失監測指標體系，為水土流失監測研究提供依據。

3 結語

利用RS和GIS技術，結合遙感影像、地形和降雨量等數據，提取對水土流失影響較大的因子如植被覆蓋度、地形坡度、溝谷密度、降雨量、土地利用類型等，制成相關影響因子圖，再進行空間疊加分析，可快速、準確、經濟地實現對水土流失強度的調查分析。本文主要通過總結分析前人研究成果，探討了基于RS和GIS技術的福建省水土流失監測研究思路，為福建省動態監測水土流失和開展水土流失綜合防治提供科學參考。

［1］劉振忠,曾致遠.基于MODIS的水土保持動態監測系統的設計與實現[J].計算機與數字工程，2007，35（11）：129-132，6-7.

［2］黃杏元.地理信息系統概論[M].南京:南京大學出版社,1993.

［3］劉會玉，王充，林振山，等.基于RS和GIS的滇池流域水土流失動態監測[J].南京師范大學學報:自然科學版，2012，35（2）：120-124.

［4］張雪才,王偉,賀新娟.3S技術在水土流失動態變化分析中的應用[J].水利與建筑工程學報，2012，10（4）：31-34.

［5］賀奮琴,何政偉,尹建忠.基于遙感和GIS的水土流失因子信息提取與分級定標研究:以攀枝花市為例[J].測繪科學，2006，31(4):126-127,111,9.