土壤侵蚀的遥感影像判读分析

土壤侵蚀的遥感影像判读分析

摘要:3S技术是进行土壤侵蚀研究的有效工具, 遥感技术具有多种类、多平台、多时段、多波段的特色和信息丰富、信息周期短,实时性和动态性强等优势,是最快速有效的先进手段之一。本文通过对丹江口库区土壤侵蚀遥感影像判读分析,并与地理信息系统(GIS)相结合,探索遥感影像应用于流域水土流失及其生态环境状况的监测的可行性。

关键词:遥感土壤侵蚀丹江口库区

我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,严重的水土流失破坏了宝贵的水土和生物资源引起气候、自然、生态环境的恶化,进一步阻碍了社会经济的发展。土壤侵蚀使中国士地资源破坏,粮食减产、灾害发生、土壤肥力下降、水资源环境污染、库塘湖泊淤积、城市安全受到威胁等一系列危害。通过对1995年以及2000年丹江口库区湖北地区的区域土壤侵蚀的遥感图像进行一定处理后进行解译判读,通过综合运用地理信息系统和遥感技术,在ARC/INFO、ARCVIEW等软件的支持下得到更为直观的土壤侵蚀数据及变化数据的空间分布,成功地获取了该地区5年间土地侵蚀的动态变化情况,揭示了该区土地侵蚀的变化规律。

1 遥感目视解译的基本理论方法

目前,从大尺度上进行土壤侵蚀调查的主要方法是采用遥感的人

机交互目视方法,其核心是土壤侵蚀强度的人机交互判读。人机交互式解译的实质是对计算机储存的遥感信息和人所掌握的关于土壤侵蚀的其他知识、经验,通过人脑和电脑的结合进行推理、判断的过程。通过对遥感影像、土地利用现状图、地形图等综合处理,并参考其他土壤侵蚀的相关资料及图件,分析土壤坡度、植被覆盖度等状况,从而判读土壤侵蚀强度。

2 区域土壤侵蚀的判读

为了相对快速、简便地得到区域的土壤侵蚀分布情况,在影响土壤侵蚀过程的众多因素中,根据因子的重要性和数据的可获取性,选择植被覆盖度和地形坡度两个要素,通过植被和坡度信息的不同组合来评价区域的水土流域的侵蚀程度。植被覆盖度和地形坡度是水利部颁布标准(水利保持司,1997)所采用的坡面侵蚀的主要分级指标[3]。

2.1 利用TM432合成的假彩色图像提取植被覆盖度

根据绿色植物的生理特点和植物反射波谱特性,研究中选择TM+4,3,2波段合成RGB标准假彩色图像。经过一定的对比度和色彩调整,图像中植被影像特征基本清晰,此合成图像植被表现为红色,其图像的色彩非常丰富,优于其他的波段组合。

TM4波段的波长0.76～0.90 um,属近红外波段,此波段避开了小于0.76 um出现叶绿素陡坡效应的坡面和大于0.90 um可能发生的水分子吸收谱带,使之更集中地反映植物的近红外波段的强反射,植物茂

盛时在图像上呈白色调;此波段对绿色植物类别差异最敏感(受植物细胞结构控制),为植物通用波段,常用于生物量调查和作物长势测定,还可以显示出水体的细微变化和水域范围。TM3波段的波长0.63～0.69 um,其信息量大,为可见光最佳波段;此波段为叶绿素的主要吸收波段,根据它对植物叶绿素吸收的能力可判断植物健康状况,也用于区分植物的种类与植物覆盖度;还广泛用于地貌、岩性、土壤、植被、水中泥沙流等方面。TM2波段的波长0.52～0.60 um,此波段对健康茂盛绿色植物反射敏感,对水的穿透力较强,可用于评价植物生长活力,区分林型、树种,也可反映水下地形。在TM432假彩色合成的影像图上,表现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变化规律。

2.2 地形坡度的判读

出于研究地区主要是因水蚀而形成的土壤侵蚀,因此,要先制作一个适用于水文分析的数字高程模型。为了得到数字高程模型DEM和坡度的计算,在覆盖丹江口市地区的DLG地形图数据基础上,将表示地表高程的点、线层数据提取出来和其他一些表示地表水体特征的数据层从DLG中被分离出来,然后采用Arc/info软件的TOPOGRIDTOOL模块来生成DEM。DEM中包含高程、坡度等地表形态属性,依据DEM计算坡度后将坡度分级等到同比例尺的坡度等级图。

2.3 土地利用因子的判读

综上所述,尽管土壤侵蚀这种自然过程在某一时刻成像的遥感图像不可能直接反映和显现,但是土壤侵蚀的地表现象却可通过遥感地学分析进行研究、调查、解和制图,而且已被近20年的国内外科学实践所证实,它是一种快速、经济、有效、连续性强、精度基本可靠的新技术和新方法。考虑到一些地区目前难以获得土壤侵蚀模数,因此间接可以通过陆地卫星影像、地形图结合相关成果资料等判读分析而获取。

3 土壤侵蚀判读结果分析

将坡度等级图、耕地分布图和植被覆盖图套入影像,依据水力侵蚀强度分级标准, 通过在Arc/info平台下的数据采集和进一步的加工处理,对研究区土壤侵蚀进行判读获得丹江口库区部分地区1995年和2000年的土壤侵蚀强度分级图,利用GIS的自动面积计算功能自动量算出研究区各种强度地块的面积。

统计可以得到:在土壤侵蚀面积中,1995年丹江口水库部分区域,包括十堰市,丹江口,郧县,郧西,其微度侵蚀面积为4216103446.1958m2,占总面积的40.67%;轻度侵蚀面积为2857416624.3669m2,占总面积的27.56%;中度侵蚀面积为1549318643.2049m2,占总面积14.94%;强度侵蚀面积为1682442437.3481m2,占总面积的16.23%;极强度侵蚀面积为60811731.429m2,占总面积的0.59%;剧烈侵蚀面积为

1068723.2188m2,占总面积的0.01%;无侵蚀面积为312786.9376m2,占总面积的0.003%。

同理,得到2000年的数据:其微度侵蚀面积为5400625371.3874m2,占总面积的49.63%;轻度侵蚀面积为2419095824.2725m2,占总面积的22.23%;中度侵蚀面积为1441292079.7067m2,占总面积的13.25%;强度侵蚀面积为1564350440.7264m2,占总面积的14.38%;极强度侵蚀面积为54385933.054m2,占总面积的0.50%;剧烈侵蚀面积为1068723.2188m2,占总面积的0.01%。

参考文献

[1] (英)M·J·柯克比,R·P·C·摩根,著.王礼先,吴斌,洪惜英,译.土壤侵蚀[M].北京:水利电力出版社,1987:121.

[2] 周为峰.基于遥感和GIS的区域土壤侵蚀调查研究[M].中国科学院遥感应用研究所,2005.