基于資源三號衛星影像的平和縣水土流失調查研究

鄭旭霞

(福建省地質測繪院，福建 福州 350011)

1.引言

隨著經濟建設快速的發展，我國的環境問題越來越突出，其中水土流失是一個嚴重的生態環境問題。水土流失造成了土地資源破壞，農業生產降低，同時也制約著各行業的發展。福建是全國森林覆蓋率最高的省份，但近幾年經濟的發展導致水土流失的情況也越來越突出，因此通過對水土流失及影響因素進行調查研究是十分有意義的。

本研究以平和縣為例。平和縣是水果之鄉，水果種植成為主要產業。而水土流失導致平和縣土壤退化，生態系統遭到破壞，制約本縣的經濟發展。因此，對平和縣水土流失調查，可以為水土流失防治提供指導，為該縣乃至全省的水土保持建設提供參考，對我省的生態文明建設也有重要意義。

2.研究內容與方法

本研究在收集相關資料的基礎上，采用2012年資源三號衛星(ZY3)遙感影像和數字高程模型(DEM)，利用遙感技術，提取相關信息，并計算得到平和縣2012年水土流失數據。

2.1 數據源及預處理。主要收集了平和縣1:1萬數字高程模型和2012年資源三號衛星遙感影像。1:1萬DEM 的格網間距為5 米。ZY3 衛星影像包括4 個波段的多光譜影像(空間分辨率6 米)和全色影像(空間分辨率2.1 米)，目前ZY3影像已經廣泛應用于國土監測、國情普查、林業調查等領域。

本研究的數據預處理包括DEM 和ZY3 影像數據。影像預處理包括幾何校正、圖像增強、融合等步驟。分別對資源三號衛星影像的多光譜和全色影像作正射校正，再采用pansharp 圖像融合算法進行融合，得到空間分辨率為2.1 米的正射彩色影像圖。最后對預處理結果影像進行裁剪得到實驗區影像。

2.2 研究方法。綜合分析平和縣的地域特點，利用專家的先驗知識分析影響水土流失的因素。主要包括植被覆蓋度、土地利用類型和坡度三種。本文采用遙感和地理信息技術對水土流失進行研究調查。首先利用DEM 數據提取坡度信息，并生成坡度數據;利用融合后的ZY3 影像容易判讀的特點進行計算機自動分類與人工目視解譯相結合的方法提取土地利用信息;利用多光譜影像光譜信息豐富的特點，采用近紅外和紅色波段進行植被指數的計算，得到植被覆蓋度。

利用地理信息中的空間分析功能將獲取的坡度、土地利用及植被覆蓋數據進行空間疊加分析，按照水土侵蝕標準將空間疊加分析的成果進行分級表示，得到土壤侵蝕強度分級數據。

2.3 因子分析及提取

1)提取植被覆蓋度因子。植被覆蓋度主要是通過植被指數NDVI 的計算獲得的，因為植被指數與植被分布密度呈線性相關，同時消除了地形和群落結構的陰影影響，同時對大氣也有一定的抗干擾能力，因此NDVI 是計算植被覆蓋度最佳指示因子。

植被覆蓋度的等級劃分參照《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—2007)中的植被蓋度分級標準，分為五級:低覆蓋(覆蓋度＜30%)、中低覆蓋(覆蓋度＜30～45%)、中覆蓋(覆蓋度＜45～60%)、中高覆蓋(覆蓋度＜60～75%)和高覆蓋(覆蓋度＞75%)，坡耕地植被不分等級。

利用ZY3 衛星影像的多光譜影像對平和縣進行植被覆蓋度提取分析，得到平和縣的植被覆蓋圖。灰度值越高植被覆蓋度越高，反之灰度值越低植被覆蓋度也越低。

2)提取土地利用類型。根據國家《土地利用現狀分類標準》制定適合于平和縣的土地利用分類系統，主要包括居民點、水域、林地、水田、旱地、荒草地、灌木和裸地。利用ZY3 融合影像，采用遙感信息提取中的監督分類和非監督分類相結合的方法進行提取，再通過人工判讀解譯進行修正，最后可以獲得以上8 類的平和縣2012年的土地利用類型數據。

3)提取坡度因子。土壤侵蝕強度受地形坡度的影響很大，因此坡度是其重要因子之一。根據參考文獻可知，坡度大于0度小于40 度時，地形坡度和土壤沖刷量是呈正比例關系。在《土壤侵蝕分類分級標準》中將坡度劃分為6 個等級，分別是:＜5 度、5 度～8 度、8 度～15 度、15 度～25 度、25 度～35 度和＞35 度。本研究是利用空間格網間距為5 米的DEM 數據提取坡度信息，并在ARCGIS 進行分級得到坡度等級數據。

4)生成土壤侵蝕強度圖。利用以上方法提取的3 個主要因子，在ARCGIS 中通過空間疊加分析模塊計算每個圖斑的土壤侵蝕強度及類型，生成土壤侵蝕強度圖。

3.結果與分析

平和縣全縣土地面積約2334 平方公里，通過本次調查該縣水土流失總面積386.43 平方公里，占土地面積16.65%，其中輕度流失184.31 平方公里，占流失總面積47.70%，中度流失175.48 平方公里，占流失總面積45.41%，強烈流失23.10 平方公里，占流失總面積5.98%，極強烈流失3.46平方公里，占流失總面積0.90%，劇烈流失0.08 平方公里，占流失總面積0.02% 。從平和縣水土流失分布情況，可知本縣西部地區水土流失較輕，東部水土流失較大，中度及以上的侵蝕主要分布在東部人類活動密集的地區，且東部植被覆蓋度較低，植被生長發育的狀況差的地區水土流失較重。而植被覆蓋度較高的西部地區則水土流失較輕。通過該研究結果進一步表明:土地利用類型和地形因素對土壤侵蝕程度影響較大。

通過本文的研究表明采用遙感影像數據和地形數據通過遙感和地理信息的技術與方法可以快速獲得土壤侵蝕強度信息，從而計算出水土流失的面積，并獲得水土流失的空間分布情況，可以為政府提供決策支持，有利于我省生態環境的保護與生態文明的建設。

［1］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.

［2］李曉琴，田壟，余珍風.黃河流域水土流失遙感監測［J］.國土資源遙感，2009，(4):57-61.

［3］黃于同.基于RS 和GIS 的水土流失遙感調查方法探討［J］.廈門理工學院學報，2010，18 (2):47-50.

［4］金時來.“3S”在水土保持上的應用——以閩東南沿海遙感調查為例［J］.亞熱帶水土保持，2009，21 (1):64-67.