基于RS與GIS的太行山山地丘陵區水土流失風險評價

王雪　趙筱青　王興友

摘要：太行山山地丘陵區由于地形、地貌、氣候等自然條件和人類活動的干擾，出現了一定程度的水土流失。本文以河北省贊皇縣為例，選取美國陸地衛星2010年Landsat5TM遙感影像、DEM數據和土地利用現狀等數據，在RS和GIS的技術支持下，提取對水土流失影響較大的植被覆蓋度、地形坡度和土地利用類型等因子，對贊皇縣水土流失強度進行等級劃分。結果表明：贊皇縣水土流失程度有微度、輕度、中度、強度、極強度和劇烈幾種情況，其中以微度、輕度和中度為主，分別占土地總面積的69.27%、19.30%和10.86%，主要集中分布于自然保留地、旱地和園地。

關鍵詞：太行山；山地丘陵；RS；GIS；水土流失；植被覆蓋度

中圖分類號：S157文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）07-0102-05

AbstractDue to natural conditions such as terrain， physiognomy， climate and interference of human activities， there was a certain degree of soil erosion in the Taihang Mountain hilly area. Taking Zanhuang County for example and selecting Landsat5TM remote-sensing image， DEM and land-use map in 2010 as primary data， the major factors affecting soil erosion， such as vegetation coverage， terrain slope， land-use type and so on，were extracted based on RS and GIS. And the soil erosion intensity in Zanhuang County was graded. The results showed that the soil erosion in Zanhuang County was divided into the degrees of mired， mild， moderate， strength， pole strength and fierce. Among which， mired， mild and moderate were the primary， which took up 69.27%， 19.30% and 10.86% of total land area respectively， and mainly distributed in nature reserve， dry land and garden plot.

Key wordsThe Taihang Mountain； Hilly area； RS； GIS； Soil erosion； Vegetation coverage

水土流失是全世界面臨的一個重大環境問題，它會使土地退化，生產力下降，生態環境惡化，從而對社會可持續發展構成威脅[1]。近年來，國內外運用RS和GIS對水土流失進行了一定的研究。Wischmeier等[2]提出的通用水土流失方程（USLE），因不受主觀影響、形式簡單，得到了較普遍的應用；后來，美國農業部對其進行了修正，修正方程RUSLE具有更廣泛的應用范圍和更高的精度[3]。但對于多山地區，由于地形因素的制約，進行實測及侵蝕模數調查存在一定困難，難以用侵蝕模數進行水土流失的研究，因此，賀奮琴[4]、趙善倫[5]、魏興萍[6]等通過選取植被覆蓋度、地形坡度、溝谷密度和土地利用類型等因子，運用RS和GIS對相應研究區的水土流失進行了分級研究和空間分析。本文以河北省贊皇縣為例，基于RS和GIS，提取對水土流失影響較大的地形坡度、植被覆蓋度、土地利用類型等因子，對贊皇縣的水土流失強度分布特征及其與土地利用情況的關系進行了分析，以期為太行山山地丘陵區的水土流失調查、監測和環境整治提供一定的科學參考。

1研究區概況

贊皇縣地處河北省太行山中段，位于北緯37°26′～37°46′，東經114°2′～114°31′之間，國土面積832 km2，轄11個鄉鎮，2010年底總人口為24.65萬人。地勢西高東低，西部、西南部為深山區，海拔大都在500 m以上，占土地總面積的22.23%；中部為淺山區和丘陵區，海拔在100～500 m之間，占總面積的69.52%；東部為山前平原區，占總面積的8.25%，構成“七山一灘二分田”的格局。土壤類型主要有褐土、棕壤、黃褐土；氣候類型為暖溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫13.3℃，無霜期約190 d，年均降水量568 mm，且分布不均，12月至次年2月降水量占全年降水量的 2.3%，6～9月占全年降水量的75.8%。由于境內地形起伏較大，土質貧瘠，降雨多且集中，存在一定程度的水土流失。

2水土流失強度評價方法

2.1數據準備

選用2010年8月TM 7個波段的遙感影像，以及贊皇縣土地利用類型圖（2010年）、DEM（1∶50 000）、贊皇縣行政區劃圖。柵格計算以30 m×30 m為基本單元，所有數據均采用統一的WGS_1984_UTM_Zone_49N投影進行空間計算。此外，還選用了贊皇縣的社會經濟統計數據。

2.2水土流失因子信息提取

水土流失是發生在地表的過程，一些特殊的侵蝕退化標志（如地表裸露程度、地形地貌、植被覆蓋度和土地利用方式的改變等）易于被遙感影像所記錄[7]，地理信息系統的快速發展使大范圍的土壤侵蝕監測成為可能。根據國家水利部頒布的《土壤侵蝕分級分類標準》（SL190-96）[8]，研究區屬于北方土石山區，按年水土流失量分為微度（<200 t/km2）、輕度（200～2 500 t/km2）、中度（2 500～5 000 t/km2）、強度（5 000～8 000 t/km2）、極強度（8 000～15 000 t/km2）和劇烈（>15 000 t/km2）六級。

本研究利用ENVI對遙感影像進行處理，提取植被覆蓋度；對DEM提取坡度，并進行重分類，利用表1中的指標進行水土流失強度分級。

4結論與討論

本研究綜合考慮植被覆蓋度、地形、土地利用等水土流失因子，參照《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-96）中的規定，基于RS和GIS，得出了贊皇縣的水土流失強度級別。結果表明：（1）贊皇縣水土流失強度可分為微度、輕度、中度、強度、極強度和劇烈，以微度、輕度和中度為主，分別占土地總面積的69.27%、19.30%和10.86%，主要分布在許亭鄉、嶂石巖鄉、院頭鎮和黃北坪鄉；（2）水土流失主要集中于自然保留地、旱地和園地，其它土地利用類型較少。在今后的土地利用中應結合當地情況，認真開展土地適宜性評價，合理、科學地制定土地利用規劃，抑制建設用地的大量擴增，完善基本農田保護制度；對水土流失較嚴重的地區，如贊皇西部深山區，應禁止對25°以上的坡地進行開墾，已開墾耕地應逐漸退耕還林還草；對于自然保留地，應采取一定的科學技術手段進行林草種植和生態恢復。

水土流失過程復雜，影響因素眾多。對贊皇縣來說，地形地貌變化不太劇烈，與采用相同研究方法研究的西南地區比較，侵蝕相對較輕，可見地形是影響水土流失的重要因子。將本研究結果與贊皇縣環保部門現有的水土流失資料進行對比分析，本文所得結論與現有數據的準確率接近90%，說明，采用本研究方法計算水土流失強度等級較為客觀，且具有較高的可行性。隨著今后研究的深入，可考慮采用水土流失方程，進而在更大尺度上評價該區域的水土流失侵蝕程度。

參考文獻：

[1]呂航，陳圣波，孟治國，等.基于RS與GIS的大尺度水土流失分級制圖[J].遙感技術與應用，2007，22（6）：715-717.

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[4]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.

[5]趙善倫，張偉，尹民.GIS支持下的山東省土壤侵蝕空間特征分析[J].地理科學，2002，22（6）：694-699.

[6]魏興萍.基于RS和GIS的重慶南川區水土流失變化研究[J].水土保持研究，2009，16（5）：60-65.

[7]羅志軍，劉耀林.基于 RS 與 GIS 的植被覆蓋度與水土流失關系研究——以三峽庫區秭歸縣為例[J].國土資源科技管理，2008，25（3）：6-10.

[8]中華人民共和國水利部.土壤侵蝕分類分級標準（SL190- 96）[S].北京：水利電力出版社，1997.

[9]劉淼，秦大庸，劉家宏，等.基于NDVI的山西省植被覆蓋度變化研究[J].人民黃河，2009，31（5）：17-18.

[10]秦偉，朱清科.植被覆蓋度及其測算方法研究進展[J].西北農林科技大學學報：自然科學版，2006，34（9）：163-166.

[11]杜子濤，占玉林，王長耀.基于NDVI序列影像的植被覆蓋變化研究[J].遙感技術與應用，2008，23（1）： 47-50，125.

[12]郭芬芬，范建容，嚴冬，等.基于像元二分模型的昌都縣植被蓋度遙感估算[J].中國水土保持，2010（5）：65-67.

[13]陳述彭，童慶禧，郭華東.遙感信息機理研究[M].北京：科學出版社，1998：345-349.

[14]王曉峰，任志遠.基于RS和GIS的榆林市植被覆蓋度動態變化研究[J].陜西師范大學學報：自然科學版，2008，36（3）：101-104.

[15]周兆葉，儲少林，王志偉，等.基于NDVI的植被覆蓋度的變化分析[J].草業科學，2008，25（12）： 23-29.

本研究利用ENVI對遙感影像進行處理，提取植被覆蓋度；對DEM提取坡度，并進行重分類，利用表1中的指標進行水土流失強度分級。

4結論與討論

本研究綜合考慮植被覆蓋度、地形、土地利用等水土流失因子，參照《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-96）中的規定，基于RS和GIS，得出了贊皇縣的水土流失強度級別。結果表明：（1）贊皇縣水土流失強度可分為微度、輕度、中度、強度、極強度和劇烈，以微度、輕度和中度為主，分別占土地總面積的69.27%、19.30%和10.86%，主要分布在許亭鄉、嶂石巖鄉、院頭鎮和黃北坪鄉；（2）水土流失主要集中于自然保留地、旱地和園地，其它土地利用類型較少。在今后的土地利用中應結合當地情況，認真開展土地適宜性評價，合理、科學地制定土地利用規劃，抑制建設用地的大量擴增，完善基本農田保護制度；對水土流失較嚴重的地區，如贊皇西部深山區，應禁止對25°以上的坡地進行開墾，已開墾耕地應逐漸退耕還林還草；對于自然保留地，應采取一定的科學技術手段進行林草種植和生態恢復。

水土流失過程復雜，影響因素眾多。對贊皇縣來說，地形地貌變化不太劇烈，與采用相同研究方法研究的西南地區比較，侵蝕相對較輕，可見地形是影響水土流失的重要因子。將本研究結果與贊皇縣環保部門現有的水土流失資料進行對比分析，本文所得結論與現有數據的準確率接近90%，說明，采用本研究方法計算水土流失強度等級較為客觀，且具有較高的可行性。隨著今后研究的深入，可考慮采用水土流失方程，進而在更大尺度上評價該區域的水土流失侵蝕程度。

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本研究利用ENVI對遙感影像進行處理，提取植被覆蓋度；對DEM提取坡度，并進行重分類，利用表1中的指標進行水土流失強度分級。

4結論與討論

本研究綜合考慮植被覆蓋度、地形、土地利用等水土流失因子，參照《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-96）中的規定，基于RS和GIS，得出了贊皇縣的水土流失強度級別。結果表明：（1）贊皇縣水土流失強度可分為微度、輕度、中度、強度、極強度和劇烈，以微度、輕度和中度為主，分別占土地總面積的69.27%、19.30%和10.86%，主要分布在許亭鄉、嶂石巖鄉、院頭鎮和黃北坪鄉；（2）水土流失主要集中于自然保留地、旱地和園地，其它土地利用類型較少。在今后的土地利用中應結合當地情況，認真開展土地適宜性評價，合理、科學地制定土地利用規劃，抑制建設用地的大量擴增，完善基本農田保護制度；對水土流失較嚴重的地區，如贊皇西部深山區，應禁止對25°以上的坡地進行開墾，已開墾耕地應逐漸退耕還林還草；對于自然保留地，應采取一定的科學技術手段進行林草種植和生態恢復。

水土流失過程復雜，影響因素眾多。對贊皇縣來說，地形地貌變化不太劇烈，與采用相同研究方法研究的西南地區比較，侵蝕相對較輕，可見地形是影響水土流失的重要因子。將本研究結果與贊皇縣環保部門現有的水土流失資料進行對比分析，本文所得結論與現有數據的準確率接近90%，說明，采用本研究方法計算水土流失強度等級較為客觀，且具有較高的可行性。隨著今后研究的深入，可考慮采用水土流失方程，進而在更大尺度上評價該區域的水土流失侵蝕程度。

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