楊一帆 黃偉 范素珍

摘 要：水土流失，土壤侵蝕是制約人類發(fā)展的一項(xiàng)重大資源問題，因此采用地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)對水土流失進(jìn)行了檢測，這是一種比較便捷的調(diào)查方式。由于水土流失的復(fù)雜性和安全隱患問題，經(jīng)過相關(guān)研究部門的討論研究突破了單一的信息源和依靠光譜特性的限制，還涉及到植被、降水量、坡度和土壤等因素的影響，為水土流失，土壤侵蝕提供了一套新的研究方法。

關(guān)鍵詞：GIS；小流域；遙感；監(jiān)測

1 基于GIS的土壤流失量監(jiān)測

1.1 流域土壤矢量的計(jì)算

結(jié)合GIS的強(qiáng)大運(yùn)算能力，可計(jì)算出，每一個(gè)像元的壤流失量。在像元土侵蝕的基礎(chǔ)上，根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》確定土壤侵蝕強(qiáng)度分級指標(biāo)將侵蝕量在同一侵蝕等級的像元進(jìn)行歸并，進(jìn)而繪制出小流域土壤侵蝕強(qiáng)度圖如圖1：

1.2 小流域環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建立

我國在2004年對太平洋1989年1：1萬航測地形圖與流域的彩虹外航片和地質(zhì)圖進(jìn)行了實(shí)地考察研究，調(diào)查內(nèi)容有土壤類型、土地利用方式、土地植被等。最后對圖形數(shù)據(jù)和屬性進(jìn)行了統(tǒng)一編碼和標(biāo)準(zhǔn)化處理，并在Acee和Are軟件管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)的支持下建立了研究區(qū)環(huán)境流域數(shù)據(jù)庫如表1：

基于GIS的遙感定量監(jiān)測結(jié)果要比定性遙感結(jié)果的準(zhǔn)確度高，它不僅在水土保持的科學(xué)管理中有更大的使用價(jià)值，而且對農(nóng)林的可持續(xù)發(fā)展有著相應(yīng)的價(jià)值，為了防止流域水土流失，必須采取合理有效的措施。植樹造林和破改梯著兩種方式可以減少水土流失和落地面積侵蝕強(qiáng)度和流失量的減少程度，如果將強(qiáng)度以上的土壤侵蝕度減少到中度侵蝕的話，則流域泥沙科減少4.64×102×102t，侵蝕模數(shù)下降到1251t/km2，侵蝕強(qiáng)度下降一個(gè)等級，所以現(xiàn)在流域治理的重點(diǎn)在于面積17.7%的土壤流失強(qiáng)度區(qū)。

2 土壤侵蝕強(qiáng)度監(jiān)測

2.1 地面實(shí)測數(shù)據(jù)

在小流域布設(shè)多個(gè)不同條件的徑流小區(qū)進(jìn)行一下實(shí)驗(yàn)操作，在用植被覆蓋因子和雨量因子基本一致的條件下，測量不同坡度的降水-產(chǎn)沙-侵蝕規(guī)律，依據(jù)降水、侵蝕、堆積實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過對土表降水前后機(jī)械組成的分析土壤侵蝕與水土流失的關(guān)系，通過降水、產(chǎn)水、侵蝕、堆積的徑流試驗(yàn)，分析植被副高的與侵蝕規(guī)律的關(guān)系，人為管理因子與工程措施對水土流失的實(shí)驗(yàn)研究。在試驗(yàn)檢測過程中要詳細(xì)記錄徑流數(shù)量、持續(xù)降雨量和侵蝕模數(shù)等。長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)表明不同植被覆蓋與降水量、土壤質(zhì)地土地利用等和土壤侵蝕量的數(shù)值關(guān)系。

2.2 建立土壤侵蝕強(qiáng)度檢測模型

在地面量大的試驗(yàn)研究分析基礎(chǔ)上，引入外營力指標(biāo)，建立土壤侵蝕強(qiáng)度監(jiān)測模型，在土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)上，計(jì)算出侵蝕土壤強(qiáng)度結(jié)果。

2.3 引入外營力

首先引入外營力要通過遙感影像的自動(dòng)分類方法監(jiān)測的到土壤侵蝕的分類圖。并且根據(jù)不同的土壤侵蝕類型采用不同的外營力指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)，對于風(fēng)力侵蝕要選擇氣象站年風(fēng)速平均指標(biāo)。

3 定量模型、地面實(shí)測與遙感監(jiān)測

3.1 定量模型

土壤侵蝕的定量監(jiān)測必須依賴于抽象的描述客觀世界侵蝕規(guī)律和過程的定量模型，長期人們對土壤侵蝕影響因子定量和土壤侵蝕群過程機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，建立了一套嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方程來描述土壤侵蝕的規(guī)律，并產(chǎn)生依賴感。到那時(shí)隨著土壤侵蝕影響因子研究的深入，基于小流域、坡面和徑流小區(qū)建立了很多土壤侵蝕定量監(jiān)測模型，這種模型的建立是以美國歐洲為代表。

所以不管建立怎樣的模型都是以土壤水文學(xué)和河流等為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型或者是物理過程模型，模型主要是基于長期的野外觀測資料或者是室內(nèi)侵蝕過程的模擬試驗(yàn)，但是遙感地理信息系統(tǒng)技術(shù)在其中僅是輔助作用。并且現(xiàn)在利用集成GIS直接利用遙感數(shù)據(jù)也只是局限在少量模型中，但是和其他模型的共同特點(diǎn)就是，大多都是參考模型，不能直接發(fā)揮遙感和GIS的優(yōu)勢，還需要大量的野外實(shí)測數(shù)據(jù)作為應(yīng)用輸入。

3.2 地面實(shí)測

長期以來，土壤侵蝕都是通過各地水文站來對土壤侵蝕進(jìn)行模型數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)和觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，但是這種方式存在著一定的局限性，如，觀測結(jié)果多為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表表的形式，只能表明某一個(gè)地區(qū)或地點(diǎn)水土流失量的描述，不能直接顯示出水土流失量的強(qiáng)度，這種方式不能準(zhǔn)確的將土壤侵蝕的空間位置掌握住，也難以提供土壤侵蝕數(shù)量的確切數(shù)量。觀測結(jié)果大多為點(diǎn)狀，知識(shí)微觀尺度的監(jiān)測，但是區(qū)域尺度上水土流失發(fā)生的規(guī)律或是分布特點(diǎn)與微觀尺度存在著明顯的區(qū)別。以上的局限性分析，這樣中觀測方式會(huì)給水土保持治理帶來極大的難度。

3.3 遙感監(jiān)測

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近年來遙感技術(shù)用于大范圍的水土流失調(diào)查中，已成為水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測的一種重要手段。遙感技術(shù)利用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對雨量的短期預(yù)報(bào)和監(jiān)測，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了水土流失在短期內(nèi)的預(yù)報(bào)和監(jiān)測。遙感技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)定量的植被覆蓋率監(jiān)測與土地利用信息的采集，滿足了流域中長期水土流失監(jiān)測預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)要求。

土壤侵蝕遙感監(jiān)測方法需要在土壤侵蝕過程機(jī)理定量研究基礎(chǔ)上，從影響水土流失的因子著手分析，建立水土流失量與因子之間的關(guān)系，，并且可以通過遙感技術(shù)以外的其他途徑獲取信息，如，土地利用率、坡度和植被覆蓋等在次基礎(chǔ)上，根據(jù)土壤侵蝕分類分級指標(biāo)進(jìn)行邏輯綜合分析和剖解得出土壤侵蝕強(qiáng)度信息監(jiān)測。

遙感技術(shù)是一種效應(yīng)的測試結(jié)果，無法從影像光譜中直接提取土壤侵蝕的強(qiáng)度值。土壤侵蝕是復(fù)雜的地理系統(tǒng)負(fù)向效應(yīng)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，不同于土地覆蓋或其他地物，而遙感影像所攜帶的信息是地表特征的客觀反映。

4 遙感定量監(jiān)測需要完善的地方

4.1 定量化

基于遙感技術(shù)完善水土流失判斷因子，現(xiàn)實(shí)區(qū)域水土流失監(jiān)測的定量是水土流失定量監(jiān)測遙感監(jiān)測方法的核心。根據(jù)影像光譜對底層表面的客觀反映，在建立影像解釋標(biāo)志的基礎(chǔ)上需要人腦的配合分析，影響著土壤侵蝕結(jié)果的環(huán)境因子特征值，再根據(jù)預(yù)定的分類分級指標(biāo)進(jìn)行綜合性的判斷，并確定土壤侵蝕結(jié)果，這一過程需要解釋者來判斷完成，所以解釋者的知識(shí)水平很大程度上決定了土壤侵蝕測定結(jié)果的精確度。實(shí)現(xiàn)因子的定量化與自定獲取以及結(jié)果的自動(dòng)判斷，避免主觀性的判斷方式，這是實(shí)現(xiàn)水土流失監(jiān)測的方法研究主要方向。

4.2 溝蝕問題和地面實(shí)測數(shù)據(jù)的補(bǔ)充與支持

由于實(shí)際操作中進(jìn)行溝蝕判斷應(yīng)用比較少，因此溝蝕和面蝕侵蝕強(qiáng)度方面存在著一定的問題。在水土侵蝕保持地面觀測中，水蝕地面觀測有較好的基礎(chǔ)，但是對于水土流失影響比較大，溝蝕觀測方法也比較薄弱。所以不管是利用溝蝕的侵蝕強(qiáng)度還是面蝕侵蝕強(qiáng)度所得到的判別都是不確定，也在侵蝕機(jī)理方面存在諸多問題。所以溝蝕與面蝕侵蝕強(qiáng)度的判別還需要相關(guān)理論的研究。

我國水土保持監(jiān)測部門在全國地區(qū)土壤侵蝕中得到了大量有關(guān)各級土壤侵蝕分布的數(shù)據(jù)，但是與各觀測點(diǎn)監(jiān)測所得到的數(shù)據(jù)信息基本上是相互獨(dú)立的不能滿足監(jiān)測所需數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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