丹霞地区水土流失遥感评价及空间分异——以贵州省赤水市为例

丹霞地区水土流失遥感评价及空间分异——以贵州省赤水市
为例
闫利会;周忠发;王媛媛
【摘要】In order to ascertain the status and the dynamic changes of soil erosion in the past 10 years, to evaluate and prevent the soil erosion, and to provide some scientific hasis for protecting the ecology environment of the world natural heritage sites, the erosion grade, spatial distribution patter, and dynamic change regulation of soil erosion in Chishui city of Guizhou were analyzed under the support of RS and ArcGIS space analysis. The results indicated that the ratio of soil erosion areas to total area of Chishui city and the soil erosion intensity were low. There were no very strong and intense erosion areas. Compared with 2000, the soil erosion ratio decreased by 2.09 percentage points, the proportion of mild, moderate, and strong soil erosion decreased by 22.34 km2,
13.12km2, and 2.28 km2 respectively.%为了定量查清丹霞地区赤水市的水土流失现状及10年来的动态变化.也为该区快速准确地评价水土流失和开展水土流失综合防治、保护世界自然遗产地生态环境等提供科学依据,基于ArcGIS空间叠加分析方法,综合考虑影响水土流失的地形坡度、植被覆盖率、土地利用类型和沟谷密度等主要因子,在遥感定量监测技术的支撑下对贵州省赤水市水土流失进行了分析,划分出流失强度等级,并得出其空间分异规律,最后与2000年数据对比,进行动态变化分析.结果表明,水土流失区域面积占赤水市面积比例比较低,水土流失状况不甚严重,水土流失强度等级较低,无极强烈和剧烈流失区域.与2000年相比,赤水市2010年
水土流失比例下降了2.09个百分点,轻度水土流失面积下降了22.34 km2,中度水
土流失面积下降了13.12 km2,强烈水土流失面积下降了2.28 km2.
【期刊名称】《湖北农业科学》
【年(卷),期】2012(051)020
【总页数】5页(P4491-4495)
【关键词】丹霞地区;水土流失;GIS空间分析;遥感评价;空间分异
【作者】闫利会;周忠发;王媛媛
【作者单位】贵州师范大学中国南方喀斯特研究院,贵阳550001;贵州省喀斯特山
地生态环境重点实验室/省部共建国家重点实验室培育基地,贵阳 550001;贵州师范大学中国南方喀斯特研究院,贵阳550001;贵州省喀斯特山地生态环境重点实验室/省部共建国家重点实验室培育基地,贵阳 550001;贵州师范大学中国南方喀斯特研
究院,贵阳550001;贵州省喀斯特山地生态环境重点实验室/省部共建国家重点实验室培育基地,贵阳 550001
【正文语种】中文
【中图分类】S157.1
根据2005年贵州省水土流失公告，赤水河流域在贵州省水土流失治理区域划分中为重点治理区，该区以治理水土流失为主，实行全面规划，建立水土综合防治体系。

经过一系列水土保持工程的投入，赤水市的水土流失治理工程取得了明显的成效，现在的赤水市是世界自然遗产——中国丹霞·赤水、国家级风景名胜区、国家级生
态示范区、中国优秀旅游城市、中国竹子之乡、全国水土保持示范市。

为了定量查
清赤水市水土流失治理效果及10年来动态变化规律，揭示丹霞地区水土流失空间差异，利用遥感与GIS技术，选取关键影响因子，开展赤水市2010年水土流失现状遥感调查，与2000年数据叠加对比分析，揭示了10年来水土保持工程投入后
赤水市水土流失的变化规律，以期为该区快速准确地评价水土流失和开展水土流失综合防治提供决策依据，对世界自然遗产地生态环境保护也具有重要的现实意义。

1 研究区概况
1.1 地理位置
赤水市位于贵州省北部，地理坐标为东经105°36′—106°16′，北纬28°15′—28°46′，东西长 62.2 km，南北宽 55.9 km，国土面积 1 801.2 km2。

除东南与习水县相邻外，南、西、北分别与四川省古蔺县、叙永县、合江县接壤。

赤水市城区坐落在赤水河畔，是黔北重镇，素有“黔北门户”之称［1］。

森林覆盖率达70%以上。

1.2 地形地貌
赤水市位于长江流域，地处四川盆地向贵州高原过渡的斜坡地带，地势起伏明显，地形主要为高原峡谷型和山原峡谷型，地势为东南高西北低，海拔高度由东南向西北递减，海拔最高1 730 m，最低221 m，地形切割强烈，山高、坡陡、沟深，
水土流失比较严重。

东南部重峦叠嶂，峡谷幽深，西北部丘陵起伏，河谷开阔平缓。

1.3 地质岩性
出露的地层主要有侏罗系、白垩系以及新生代第四系的9个组群。

侏罗系地层以
泥页岩占的比例大，岩性较软，易于风化，地貌上表现为红岩低山丘陵。

白垩系嘉定群主要为泛滥性河流相的砖红色砂岩、间夹紫红色泥岩组成数十个大小不等的间断性旋回。

大面积分布的白垩系鲜红色厚层块状的长石石英砂岩是丹霞地貌发育的主体［1］。

2 数据与方法
2.1 水土流失强度分级标准及指标因子确定
水土流失强度分级标准依据中华人民共和国水利行业标准《土壤侵蚀分类分级标准》（SL 190—2007）［2］（表 1、表 2）。

赤水市丹霞地区主要为水蚀分布区，
水土流失主要受降雨侵蚀力、土壤可蚀性、沟谷密度、土地利用类型、地形、植被覆盖、水土保持措施等因子的影响［3，4］。

由于降雨侵蚀力、土壤可蚀性和地
形因子在较短的时间内不会发生大的变化，因此主要选取坡度、植被覆盖度、土地利用类型和沟谷密度作为评价的指标因子。

表1 面蚀（片蚀）分级标准?
表2 沟蚀分级指标?
2.2 数据来源
2.2.1 遥感数据选取2010年ALOS遥感图像，北部图像拍摄时间为2010年10
月16日、西南部图像拍摄时间为2010年9月17日、东南部图像拍摄时间为2010年2月28日。

由于三景影像拍摄时间不同，存在色差，研究采用色彩均衡
与直方图拉伸匹配方法进行处理。

2.2.2 地形数据来自于DEM数据，在赤水市的13幅1∶50 000地形图基础上制
作全要素数字地形图，并建立栅格数字高程模型（DEM），用于计算坡度和沟谷
密度。

2.2.3 植被覆盖度 NDVI是植被的较好指示，研究所用NDVI数据为ALOS NDVI
数据集，空间分辨率为10 m。

2.2.4 土地利用类型对水土流失影响较大。

研究所用土地利用数据来源于ALOS遥感影像的监督分类数据。

2.3 指标因子提取
2.3.1 坡度指标因子提取根据SL 190—2007及1985年全国土壤侵蚀遥感调查工作技术细则及有关要求，将研究区坡度划分为＜5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、
25°～35°、＞35°共 6 个级别［3］。

通过数字化地形，提取高程线和高程点，经
过插值运算，建立数字高程模型DEM，在ArcGIS 3D分析模块下生成不规则三角网（TIN）模型，再由3D Analyst工具条下的Surface Analysis中的坡度工具（Slope、Aspects）功能来生成以度为单位的坡度图（图1）。

2.3.2 植被覆盖度指标因子提取采用归一化植被覆盖指数（NDVI）来计算植被覆
盖度。

通过ERDAS中Modeler模块构建NDVI模型，计算图像植被覆盖指数NDVI，然后按照植被覆盖指数分级指标构建 Fcover模型［公式（1）］得出植被覆盖度（图 2）。

图1 赤水市坡度分级图
式中，NIR 为近红外波段（0.7～1.1 μm），R 为红波段（0.4～0.7 μm），NDVImin为植被覆盖像元最小值的NDVI，NDVImax为植被覆盖像元最大值的NDVI。

图2 赤水市植被覆盖度分级图
2.3.3 土地利用类型指标因子提取此次分类将赤水市土地利用类型分为水田、旱地、有林地、灌木林地、其他林地、天然草地、水域和建设用地8类（图3）。

按照全国土壤侵蚀遥感调查工作技术细则的标准不同土地利用类型对水土流失强度影响的分级定级指标［5－7］，并根据实际情况进行了专家修正（表 3）。

2.3.4 沟谷密度指标因子提取沟谷密度是指在一个特定的区域内地表单位面积内沟谷的总长，单位为 km ／km2［8，9］，其计算公式为：
式中，D为沟谷密度，指特定面积内的沟谷总长度；A指研究区域内的特定面积；L为沟谷长度。

图3 赤水市土地利用分类图
表3 土地利用类型对应水土流失分级标准?
沟谷密度与水土流失强度的关系见表2。

研究中使用的沟谷密度分级图是借助ArcGIS 9.0的水文分析工具（Hydrology）完成的，主要包括水流方向的确定、
洼地填平、汇流累积矩阵的生成以及沟谷网络的生成、沟谷密度的计算，最终生成赤水市沟谷密度分级图（图4）。

图4 赤水市沟谷密度分级图
2.4 水土流失强度分级评价
根据研究区实际情况及各因子对水土流失影响的大小，利用德尔菲法结合专家打分，确定各因子的权重，经计算，坡度权重为0.3、植被覆盖度权重为 0.3、土地利用
类型权重为 0.2、沟谷密度权重为0.2。

利用ArcGIS空间分析模块功能，将各评
价因子与其相应的权重叠加分析并结合指数和法，最后按照分级标准（表1、表2）最终确定水土流失等级，得到研究区水土流失等级图（图5）。

图5 赤水市2010年水土流失等级图
3 结果与分析
3.1 水土流失现状空间分布
由图5可知，该地区微度水土流失区域最大，主要分布在国家竹海森林公园、丹
霞世界自然遗产核心区等植被生长较好的地区；轻度、中度、强烈水土流失区域分布较分散，斑块较破碎，面积较小，主要集中分布于东北部石堡—官渡镇—长期镇—长沙镇一带和赤水市—大台镇—旺隆镇—萌市镇一带，均为人类活动较为密
集地带。

赤水市总面积 1 801.2 km2，2010年水土流失面积为 546.81 km2，占全市总面积的 30.36%，其中轻度水土流失面积为 345.50 km2，占 19.18%，中度水土流
失面积为 165.01 km2，占 9.16%，强烈水土流失面积为 36.30 km2，占 2.02%（表 4）。

表4 赤水市2000年和2010年水土流失数据?
3.2 水土流失空间差异分析
从地形坡度、土地利用和植被覆盖度3种角度分析了赤水市水土流失的空间分异
规律，主要表现在：
1）从地形地貌来看，赤水市水土流失主要分布在宽阔谷地、被河流切割的台面上，多位于山体的中部甚至是顶部。

主要是由于这些地方人类活动频繁，大量开垦坡耕地，植被破坏严重，导致水土流失加剧。

2）从土地利用类型方面看，赤水市水田、水域以及覆盖度较高的有林地和灌木林地水土流失为微度；轻度水土流失主要分布在5°～15°坡耕地；中度水土流失主要分布在15°～25°坡耕地；水土流失较为严重的区域主要分布在＞25°陡坡耕地和在建的建设用地，其中陡坡耕地水土流失最为严重，大多为强烈流失。

3）从植被覆盖度来分析，赤水市轻度水土流失主要分布在林草覆盖度为45%～60%的区域；中度水土流失主要分布在林草覆盖度为30%～45%的区域；强烈水
土流失主要分布在林草覆盖度＜30%的区域，植被覆盖度越高，水土流失程度越低。

3.3 2010年与2000年水土流失数据比较
通过与2000年数据对比分析（表4）可知，经过10年的治理，2010年赤水市水土流失比例比2000年下降2.09个百分点，轻度水土流失面积下降22.34 km2，中度水土流失面积下降 13.12 km2，强烈水土流失面积下降2.28 km2。

水土流失分布与植被发育程度相关性很强。

通过建立图斑转移矩阵，与赤水市2000年水土流失等级图（图6）对比分析可知，10年来赤水市水土流失空间分布特征变化主
要表现在以下三点：
1）赤水市水土流失比例比2000年下降了2.09个百分点，是赤水市大力发展“退耕还竹”，大力开展水土流失治理工程，大力加强生态环境保护的效果。

2）中度水土流失面积减少 13.12 km2，主要是因为赤水市为贵州省水土流失重点治理区，治理后，东部谷地坡耕地中＜15°的坡耕地由中度转变为轻度水土流失区。

而15°～25°坡耕地由于坡度大，蓄水能力差，水土流失程度未得到改善，需加强
水利设施建设和坡改梯工程的投入。

图6 赤水市2000年水土流失等级图
3）强烈水土流失面积减少 2.28 km2，变化的范围为2000年林草植被覆盖度＜30%的区域由强烈水土流失降低为中度。

主要是由于加大了对赤水市水土流失分
布区水土保持和退耕还林工程的投入，提高了赤水市的植被覆盖度。

4 小结与讨论
分析结果表明，赤水市的水土流失现状总体上不甚严重，但局部区域尤其是人为干扰强度较大的地区存在恶化趋势，水土流失较为严重。

10年来，赤水市水土保持
治理工程的不断实施，水土流失状况较2000年明显改善，比例及强度明显降低。

但是，从2010年分析数据来看，赤水市水土流失区域轻度水土流失面积所占比例最大。

另外，由于丹霞地区基岩主要以石英砂岩、泥页岩为主，岩性较软，易于风化，水蚀沟蚀作用的影响较大。

因此，赤水市的水土流失治理较为脆弱，水土流失治理与保护是一项长期的工程，一旦破坏，很可能向不利的方向发展。

人们在发展的同时应加强保护，应大力加强对人为破坏的限制，减少放牧、农耕对地表植被的破坏，从水－土－气－生等各环节加强保护，采取水利水保、退耕、生态修复、生态环境移民等工程措施，加强对区内水土流失的综合防治；同时采取合理利用土地资源，完善产业结构调整，提高农民治水改土的积极性等一系列对策，加强对世界遗产地的保护，使之可持续发展。

水土流失的影响因子是多方面的，这里仅从地形坡度、植被覆盖度、土地利用类型和沟谷密度等4个因子来考虑，研究结果有一定的片面性。

在今后的研究中，应
从自然演化和人为干预两个角度［10－15］选取较为全面的影响因子进行评价，
探索丹霞地区的水土流失影响因子的计算与评价方法，进行丹霞地区与喀斯特地区对比分析，加强水土流失评价及其验证方面的研究［16］。

另外，应加强水土流
失治理区与非治理区的对比，一方面是对水土流失治理效果进行科学的定量分析；另一方面是为未来水土流失治理区规划与设置提供更科学的理论依据。

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