遙感在測定水土流失定量中的應用研究

山永鵬 李韋亭

【摘 要】 當前，水土流失災害已成為世界各國面臨的生態(tài)環(huán)境問題，尤其是在我國。我國水土流失問題具有涉及范圍廣、波及面積大、形成因素復雜多樣等特點，這對我國研究和預防水土流失災害提出了更高的要求。基于此，相關(guān)工作人員在對影響水土流失自然因子研究過程中利用了遙感技術(shù)，并對水土流失進行了定量化的分析，在一定程度上促進了水土流失發(fā)展趨勢的精確性，有利于相關(guān)單位及時采取相應措施應對水土流失災害。

【關(guān)鍵詞】 遙感技術(shù) ?水土流失 ?定量測定 ?應用

水土流失又稱土壤侵蝕，指的是地表土質(zhì)受到諸如雨水沖擊、自然風力、地球重力等自然環(huán)境作用，同時受人為作用共同影響，而形成了土壤破壞、地表移動以及地質(zhì)分散等現(xiàn)象。近些年，受人類對自然環(huán)境肆意破壞影響，水土流失問題已成為當今世界范圍內(nèi)的重大自然災害問題，特別是在我國表現(xiàn)的尤為突出。水土流失形成的因素既包含自然條件的變化諸如降水量增多、地表地貌受風蝕影響、植被面積減少等，又與人類活動息息相關(guān)諸如人類濫墾濫伐行為、毀林毀草行為以及過度放牧行為等。

基于此，我國加強了對水土流失防治相關(guān)研究工作。研究發(fā)現(xiàn)，影響水土流失問題的重要因素是自然環(huán)境因素，如何對自然環(huán)境因素進行定性定量研究已成為研究水土流失防治工作的突破點。

1 水土流失自然因子概況

影響水土流失的因素包括自然因子和人為因子，但是以自然因子為主。遙感技術(shù)對水土流失定量分析測定過程中，主要就是針對自然因子的分析。當前，國內(nèi)外主要研究的自然因子有[1]：

首先是土壤土質(zhì)因子，水土流失受土質(zhì)分散能力和土壤通水性影像明顯。若土質(zhì)分散性越強和土壤通水性越高，則水土流失問題越嚴重。通常在水土流失方程USLE中使用K表示土壤土質(zhì)因子。能否準確對土壤土質(zhì)因子進行精確定量，是定量水土流失問題的首要基礎(chǔ)前提，其中以EPIC模型對土壤可蝕性值估算為典型代表，具體步驟為：

（1）

式中：M為美國粒徑分級制中（粉粒+極細沙）%與（100-粘粒）之積;OM為土壤有機質(zhì)含量;s為結(jié)構(gòu)系數(shù);p為滲透性等級。

在EPIC模型中，推算出土壤可蝕性值，如式（2）：

（2）

式（2）中：SAN、SIL、CLA、C 為土壤中砂粒、粉粒、粘粒和有機碳含量所占百分比（%），SN1=1-SAN/100。

利用幾何平均粒徑（Dg）對K值進行計算，如式（3）：

（3）

結(jié)合式（1）、式（2）、式（3）對K值進行修正計算，得出K值為：

（4）

（5）

（6）

其次是降水因子，自然降水在造成水土流失問題中屬于動力因子，降水量越大則水土流失潛在發(fā)生概率越高。通常在水土流失方程USLE中使用R表示降水因子，定量降水因子和定量土壤土質(zhì)因子都是定量水土流失問題的基礎(chǔ)工作之一。

再次是地形因子，在自然環(huán)境中，地形是地理環(huán)境中最為基本的元素組成，其不但對地球表面土壤土質(zhì)和植被的生成成長具有重要的影響，而且在對生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)換、能量轉(zhuǎn)換等起到?jīng)Q定作用。

此外，影響水土流失的自然因子還包括水土保持措施因子和植被因子。對于水土保持措施方法來說，可通過擴大地面覆蓋面積、對微地形進行變更以及對土壤物理屬性進行變更三種方式進行實現(xiàn)。而植被因子對水土流失問題的影響主要從其能夠有效改善土壤的保水能力、對外力侵蝕具有一定抵抗性、緩解降水對土壤土質(zhì)的影響三方面進行考慮。

2 遙感技術(shù)定量水土流失的具體應用

在水土流失定量分析中，遙感技術(shù)主要是對定性坡度、植被覆蓋密度以及溝谷密度進行數(shù)據(jù)收集，再通過具體分析以明確水土流失強度等級。遙感技術(shù)在定量水土流失應用中的具體步驟主要有[2]：第一步，充分收集和分析本底資料，通過對所需檢測區(qū)域的水土流失種類、水土保持工作效果以及局部重點防治位置進行明確，按照水土流失工作具體要求，對遙感技術(shù)實施路線進行確定，并充分考慮其影響因素。第二步，重點對本底資料進行實地考察驗證，主要是按照前期選定路線，應用遙感技術(shù)對檢測區(qū)域進行地形地貌圖片或TM影像攝取，從而實現(xiàn)對基本資料的收集和調(diào)查。第三步，重點工作是輸入前期調(diào)查收集的本底資料數(shù)據(jù)。首先對遙感技術(shù)實施路線中獲取的資料信息進行矢量化和數(shù)字化處理，再通過運用SEMGIS系統(tǒng)錄入圖像數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)以及其他屬性數(shù)據(jù)等，同時按照統(tǒng)計分析、整合整理以及修正改進方法，對數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)有效的管理。第四步，重點是對本底資料數(shù)據(jù)庫的建立和更新。以屬性數(shù)據(jù)庫和小區(qū)域空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，不斷對后期動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行匯集，實現(xiàn)對本底資料數(shù)據(jù)庫的更新。第五步，通過對地面遙感監(jiān)測集成系統(tǒng)進行實時應用，促進數(shù)據(jù)資料的智能化、自動化以及高效化的發(fā)展。

此外，在動態(tài)水保監(jiān)測分析、植被資源動態(tài)變化、水土流失年度變化趨勢以及林草種植措施動態(tài)變化等信息收集之中可充分的應用遙感技術(shù)進行實現(xiàn)。

3 遙感技術(shù)應用問題及前景

水土流失定量分析中應用遙感技術(shù)具有操作簡易、精確性高以及調(diào)查測試速度快等優(yōu)點。但是其在實際應用中面臨較多問題或困境，主要有[3]：首先，遙感技術(shù)受自然環(huán)境影響較為明顯，特別是在惡劣外在環(huán)境下實現(xiàn)對水土流失數(shù)據(jù)信息精確分析有一定難度和困難;其次，遙感技術(shù)的實施需要先進的專業(yè)設(shè)備和技術(shù)，同時對基礎(chǔ)資料的收集要求較高，這就是必須有足夠的資金支持，這也是遙感技術(shù)應用的一大弊端;再次，遙感技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)是傳感器的研制技術(shù)，但是受各種因素影響，目前我國在傳感器研制方面尚缺乏統(tǒng)一性和標準性;此外，遙感技術(shù)在模擬理論方面以及設(shè)計小流域水土流失評價體系方面也存在著技術(shù)上的缺陷與不足。

參考文獻：

[1]王文娟，張樹文等.高分辨率遙感影像在水土流失定量評價中的應用探討—以Quickbird影像為例[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究，2008，24（4）：441-446.

[2]陳學兄，基于遙感與GIS的中國水土流失定量評價[D].西北農(nóng)林科技大學碩士畢業(yè)生論文，2013.04.

[3]蔣鑫鑫，李巧云，等.遙感在水土流失定量評價中的應用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（22）：13453-13454.