土壤侵蝕的遙感影像判讀分析

摘 要：3S技術是進行土壤侵蝕研究的有效工具， 遙感技術具有多種類、多平臺、多時段、多波段的特色和信息豐富、信息周期短，實時性和動態性強等優勢，是最快速有效的先進手段之一。本文通過對丹江口庫區土壤侵蝕遙感影像判讀分析，并與地理信息系統（GIS）相結合，探索遙感影像應用于流域水土流失及其生態環境狀況的監測的可行性。

關鍵詞：遙感 土壤侵蝕 丹江口庫區

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0129-01

我國是世界上土壤侵蝕最嚴重的國家之一，嚴重的水土流失破壞了寶貴的水土和生物資源引起氣候、自然、生態環境的惡化，進一步阻礙了社會經濟的發展。土壤侵蝕使中國士地資源破壞，糧食減產、災害發生、土壤肥力下降、水資源環境污染、庫塘湖泊淤積、城市安全受到威脅等一系列危害。通過對1995年以及2000年丹江口庫區湖北地區的區域土壤侵蝕的遙感圖像進行一定處理后進行解譯判讀，通過綜合運用地理信息系統和遙感技術，在ARC/INFO、ARCVIEW等軟件的支持下得到更為直觀的土壤侵蝕數據及變化數據的空間分布，成功地獲取了該地區5年間土地侵蝕的動態變化情況，揭示了該區土地侵蝕的變化規律。

1 遙感目視解譯的基本理論方法

目前，從大尺度上進行土壤侵蝕調查的主要方法是采用遙感的人機交互目視方法，其核心是土壤侵蝕強度的人機交互判讀。人機交互式解譯的實質是對計算機儲存的遙感信息和人所掌握的關于土壤侵蝕的其他知識、經驗，通過人腦和電腦的結合進行推理、判斷的過程。通過對遙感影像、土地利用現狀圖、地形圖等綜合處理，并參考其他土壤侵蝕的相關資料及圖件，分析土壤坡度、植被覆蓋度等狀況，從而判讀土壤侵蝕強度。

2 區域土壤侵蝕的判讀

為了相對快速、簡便地得到區域的土壤侵蝕分布情況，在影響土壤侵蝕過程的眾多因素中，根據因子的重要性和數據的可獲取性，選擇植被覆蓋度和地形坡度兩個要素，通過植被和坡度信息的不同組合來評價區域的水土流域的侵蝕程度。植被覆蓋度和地形坡度是水利部頒布標準（水利保持司，1997）所采用的坡面侵蝕的主要分級指標[3]。

2.1 利用TM432合成的假彩色圖像提取植被覆蓋度

根據綠色植物的生理特點和植物反射波譜特性，研究中選擇TM+4，3，2波段合成RGB標準假彩色圖像。經過一定的對比度和色彩調整，圖像中植被影像特征基本清晰，此合成圖像植被表現為紅色，其圖像的色彩非常豐富，優于其他的波段組合。

TM4波段的波長0.76～0.90 um，屬近紅外波段，此波段避開了小于0.76 um出現葉綠素陡坡效應的坡面和大于0.90 um可能發生的水分子吸收譜帶，使之更集中地反映植物的近紅外波段的強反射，植物茂盛時在圖像上呈白色調；此波段對綠色植物類別差異最敏感（受植物細胞結構控制），為植物通用波段，常用于生物量調查和作物長勢測定，還可以顯示出水體的細微變化和水域范圍。TM3波段的波長0.63～0.69 um，其信息量大，為可見光最佳波段；此波段為葉綠素的主要吸收波段，根據它對植物葉綠素吸收的能力可判斷植物健康狀況，也用于區分植物的種類與植物覆蓋度；還廣泛用于地貌、巖性、土壤、植被、水中泥沙流等方面。TM2波段的波長0.52～0.60 um，此波段對健康茂盛綠色植物反射敏感，對水的穿透力較強，可用于評價植物生長活力，區分林型、樹種，也可反映水下地形。在TM432假彩色合成的影像圖上，表現最敏感的是植被因子，可以清楚地看出植被的平面分布位置和垂直變化規律。

2.2 地形坡度的判讀

出于研究地區主要是因水蝕而形成的土壤侵蝕，因此，要先制作一個適用于水文分析的數字高程模型。為了得到數字高程模型DEM和坡度的計算，在覆蓋丹江口市地區的DLG地形圖數據基礎上，將表示地表高程的點、線層數據提取出來和其他一些表示地表水體特征的數據層從DLG中被分離出來，然后采用Arc/info軟件的TOPOGRIDTOOL模塊來生成DEM。DEM中包含高程、坡度等地表形態屬性，依據DEM計算坡度后將坡度分級等到同比例尺的坡度等級圖。

2.3 土地利用因子的判讀

綜上所述，盡管土壤侵蝕這種自然過程在某一時刻成像的遙感圖像不可能直接反映和顯現，但是土壤侵蝕的地表現象卻可通過遙感地學分析進行研究、調查、解和制圖，而且已被近20年的國內外科學實踐所證實，它是一種快速、經濟、有效、連續性強、精度基本可靠的新技術和新方法。考慮到一些地區目前難以獲得土壤侵蝕模數，因此間接可以通過陸地衛星影像、地形圖結合相關成果資料等判讀分析而獲取。

3 土壤侵蝕判讀結果分析

將坡度等級圖、耕地分布圖和植被覆蓋圖套入影像，依據水力侵蝕強度分級標準， 通過在Arc/info平臺下的數據采集和進一步的加工處理，對研究區土壤侵蝕進行判讀獲得丹江口庫區部分地區1995年和2000年的土壤侵蝕強度分級圖，利用GIS的自動面積計算功能自動量算出研究區各種強度地塊的面積。

統計可以得到：在土壤侵蝕面積中，1995年丹江口水庫部分區域，包括十堰市，丹江口，鄖縣，鄖西，其微度侵蝕面積為4216103446.1958m2，占總面積的40.67%；輕度侵蝕面積為2857416624.3669m2，占總面積的27.56%；中度侵蝕面積為1549318643.2049m2，占總面積14.94%；強度侵蝕面積為1682442437.3481m2，占總面積的16.23%；極強度侵蝕面積為60811731.429m2，占總面積的0.59%；劇烈侵蝕面積為1068723.2188m2，占總面積的0.01%；無侵蝕面積為312786.9376m2，占總面積的0.003%。

同理，得到2000年的數據：其微度侵蝕面積為5400625371.3874m2，占總面積的49.63%；輕度侵蝕面積為2419095824.2725m2，占總面積的22.23%；中度侵蝕面積為1441292079.7067m2，占總面積的13.25%；強度侵蝕面積為1564350440.7264m2，占總面積的14.38%；極強度侵蝕面積為54385933.054m2，占總面積的0.50%；劇烈侵蝕面積為1068723.2188m2，占總面積的0.01%。

參考文獻

[1]（英）M·J·柯克比，R·P·C·摩根，著.王禮先，吳斌，洪惜英，譯.土壤侵蝕[M].北京：水利電力出版社，1987：121.

[2]周為峰.基于遙感和GIS的區域土壤侵蝕調查研究[M].中國科學院遙感應用研究所，2005.