遙感在測(cè)定水土流失定量中的應(yīng)用研究

山永鵬李韋亭

（1.青海省基礎(chǔ)地理信息中心，青海西寧 810008；2.青海省西寧市北山林場(chǎng)，青海西寧 810008）

遙感在測(cè)定水土流失定量中的應(yīng)用研究

山永鵬1李韋亭2

（1.青海省基礎(chǔ)地理信息中心，青海西寧 810008；2.青海省西寧市北山林場(chǎng)，青海西寧 810008）

當(dāng)前，水土流失災(zāi)害已成為世界各國(guó)面臨的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，尤其是在我國(guó)。我國(guó)水土流失問(wèn)題具有涉及范圍廣、波及面積大、形成因素復(fù)雜多樣等特點(diǎn)，這對(duì)我國(guó)研究和預(yù)防水土流失災(zāi)害提出了更高的要求。基于此，相關(guān)工作人員在對(duì)影響水土流失自然因子研究過(guò)程中利用了遙感技術(shù)，并對(duì)水土流失進(jìn)行了定量化的分析，在一定程度上促進(jìn)了水土流失發(fā)展趨勢(shì)的精確性，有利于相關(guān)單位及時(shí)采取相應(yīng)措施應(yīng)對(duì)水土流失災(zāi)害。

遙感技術(shù) 水土流失 定量測(cè)定 應(yīng)用

水土流失又稱(chēng)土壤侵蝕，指的是地表土質(zhì)受到諸如雨水沖擊、自然風(fēng)力、地球重力等自然環(huán)境作用，同時(shí)受人為作用共同影響，而形成了土壤破壞、地表移動(dòng)以及地質(zhì)分散等現(xiàn)象。近些年，受人類(lèi)對(duì)自然環(huán)境肆意破壞影響，水土流失問(wèn)題已成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)的重大自然災(zāi)害問(wèn)題，特別是在我國(guó)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(fēng)蝕影響、植被面積減少等，又與人類(lèi)活動(dòng)息息相關(guān)諸如人類(lèi)濫墾濫伐行為、毀林毀草行為以及過(guò)度放牧行為等。

基于此，我國(guó)加強(qiáng)了對(duì)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(wèn)題的重要因素是自然環(huán)境因素，如何對(duì)自然環(huán)境因素進(jìn)行定性定量研究已成為研究水土流失防治工作的突破點(diǎn)。

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(duì)水土流失定量分析測(cè)定過(guò)程中，主要就是針對(duì)自然因子的分析。當(dāng)前，國(guó)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(qiáng)和土壤通水性越高，則水土流失問(wèn)題越嚴(yán)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(zhǔn)確對(duì)土壤土質(zhì)因子進(jìn)行精確定量，是定量水土流失問(wèn)題的首要基礎(chǔ)前提，其中以EPIC模型對(duì)土壤可蝕性值估算為典型代表，具體步驟為：

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

在EPIC模型中，推算出土壤可蝕性值，如式（2）：

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

利用幾何平均粒徑（Dg）對(duì)K值進(jìn)行計(jì)算，如式（3）：

結(jié)合式（1）、式（2）、式（3）對(duì)K值進(jìn)行修正計(jì)算，得出K值為：

其次是降水因子，自然降水在造成水土流失問(wèn)題中屬于動(dòng)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(wèn)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(duì)地球表面土壤土質(zhì)和植被的生成成長(zhǎng)具有重要的影響，而且在對(duì)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(duì)于水土保持措施方法來(lái)說(shuō)，可通過(guò)擴(kuò)大地面覆蓋面積、對(duì)微地形進(jìn)行變更以及對(duì)土壤物理屬性進(jìn)行變更三種方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。而植被因子對(duì)水土流失問(wèn)題的影響主要從其能夠有效改善土壤的保水能力、對(duì)外力侵蝕具有一定抵抗性、緩解降水對(duì)土壤土質(zhì)的影響三方面進(jìn)行考慮。

2 遙感技術(shù)定量水土流失的具體應(yīng)用

在水土流失定量分析中，遙感技術(shù)主要是對(duì)定性坡度、植被覆蓋密度以及溝谷密度進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，再通過(guò)具體分析以明確水土流失強(qiáng)度等級(jí)。遙感技術(shù)在定量水土流失應(yīng)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(guò)對(duì)所需檢測(cè)區(qū)域的水土流失種類(lèi)、水土保持工作效果以及局部重點(diǎn)防治位置進(jìn)行明確，按照水土流失工作具體要求，對(duì)遙感技術(shù)實(shí)施路線(xiàn)進(jìn)行確定，并充分考慮其影響因素。第二步，重點(diǎn)對(duì)本底資料進(jìn)行實(shí)地考察驗(yàn)證，主要是按照前期選定路線(xiàn)，應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行地形地貌圖片或TM影像攝取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基本資料的收集和調(diào)查。第三步，重點(diǎn)工作是輸入前期調(diào)查收集的本底資料數(shù)據(jù)。首先對(duì)遙感技術(shù)實(shí)施路線(xiàn)中獲取的資料信息進(jìn)行矢量化和數(shù)字化處理，再通過(guò)運(yùn)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(shí)按照統(tǒng)計(jì)分析、整合整理以及修正改進(jìn)方法，對(duì)數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)有效的管理。第四步，重點(diǎn)是對(duì)本底資料數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和更新。以屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和小區(qū)域空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，不斷對(duì)后期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集，實(shí)現(xiàn)對(duì)本底資料數(shù)據(jù)庫(kù)的更新。第五步，通過(guò)對(duì)地面遙感監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)應(yīng)用，促進(jìn)數(shù)據(jù)資料的智能化、自動(dòng)化以及高效化的發(fā)展。

此外，在動(dòng)態(tài)水保監(jiān)測(cè)分析、植被資源動(dòng)態(tài)變化、水土流失年度變化趨勢(shì)以及林草種植措施動(dòng)態(tài)變化等信息收集之中可充分的應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

3 遙感技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題及前景

水土流失定量分析中應(yīng)用遙感技術(shù)具有操作簡(jiǎn)易、精確性高以及調(diào)查測(cè)試速度快等優(yōu)點(diǎn)。但是其在實(shí)際應(yīng)用中面臨較多問(wèn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)施需要先進(jìn)的專(zhuān)業(yè)設(shè)備和技術(shù)，同時(shí)對(duì)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(yīng)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(guó)在傳感器研制方面尚缺乏統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)性；此外，遙感技術(shù)在模擬理論方面以及設(shè)計(jì)小流域水土流失評(píng)價(jià)體系方面也存在著技術(shù)上的缺陷與不足。

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

［2］陳學(xué)兄，基于遙感與GIS的中國(guó)水土流失定量評(píng)價(jià)［D］.西北農(nóng)林科技大學(xué)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(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（22）：13453-13454.