GIS在土壤侵蚀分析中的应用

GIS在土壤侵蚀分析中的应用

摘要:土壤侵蚀是最活跃、最敏感的生态致灾因子之一,在特定的地质条件下会诱发滑坡、崩塌和泥石流等山地灾害。土壤侵蚀导致的水土流失会造成河道淤积,加剧洪涝灾害等,所以土壤侵蚀研究一直是水土保持的研究重点之一。了解该区域土壤侵蚀动态与空间格局、分析其影响因子以及其演化规律,对于土壤侵蚀的预测预报和防治有重要意义,也将为生态退耕、区域可持续发展决策提供重要依据。

关键词:GIS侵蚀

土壤侵蚀不仅会因为固体颗粒物及有机质的直接流失而引起土地退化、土壤肥力下降,而且作为一种非点源污染,会导致河流淤积和水质污染,影响河流的正常泄洪和水电工程的使用寿命及使用效率。影响土壤侵蚀的因素很多,既有自然因素又有人类活动因素。自然因素包括地质、地貌、土壤、气候、植被等,人类活动因素包括工程建设活动和土地的开发利用活动。人类活动可以较大范围、较大幅度改变原来的自然环境背景,引起土壤侵蚀的加剧;而自然因素相对来说较为稳定,但也会因为突发的自然灾害或受到人类活动的作用发生改变,进而影响土壤侵蚀的进程和强度。土壤侵蚀的严重危害性使其一直受到世界各国政府及学术界的关注,因而在土壤侵蚀评估、土壤侵蚀影响因素、土壤侵蚀的发生机制与演变动态、土壤侵蚀的时空分布规律及土壤侵蚀的预报与控制等方面开展了大量的研究工作。

一、地理信息系统(GIS)

地理信息系统(GIS)是以采集、存储、管理、分析、显示和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术。地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统,是由计算机软硬件、地理数据和用户组成的。地理信息系统是集地球科学、信息科学、计算机科学、环境科学、管理科学于一体的边缘科学。其最大特点在于可以把社会生活中的各种信息与反映地理位置的图形信息有机地结合起来,从而使复杂空间问题的科学求解成为可能。它具有空间数据处理能力和空间信息分析能力,属性数据和图形数据并存的特点,可根据用户的要求迅速地获取满足需要的各种信息,并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。

二、GIS在土壤侵蚀分析中应用问题研究

1.GIS在因子获取中的问题。使用GIS来提取巧因子时,所使用DEM的误差对因子提取的精度影响很大。其中包括DEM的比例尺问题。比例尺问题一直就是影响所有空间数据的精度的主要的因素。K.EJuraeek和D.M.woloek通过比较l:25万和l:

2.4万2种尺度的土壤数据后发现,在较大区域上使用时,在平均预测量上可以得到相似的结论,而一旦到了较小的区域或者考虑到了局部变化较大的细节信息时,二者则会产生较大的差异。DEM也不例外。

2. GIS在模型运算中的问题GIS在模型运算中的问题一方面源于土壤侵蚀模型本身。由于模型对问题复杂性的简化或者没有反映因子的时空变化,还有模型因子测量方法本身就不正确或不确定,都会导致误差产生。另外,在模型上选取不当,不完全适用本地,所选模型没有抓住主要因子,无法反映本地时空特征、尺度特征也会导致结果产生较大的误差。另一方面源于GIS。GIS在图层叠加和数据运算中也会产生附加的误差。包括线的综合、矢量栅格化和图层叠加等,尤其是在GIS与模型结合时的非线性运算将会使误差变得非常。

3. GIS在土壤侵蚀中应用的有效性问题同手工方法比较,多数学者认为使用GIS管理水土保持信息具有高效性,但RicbardR.Ha等叫却认为,虽然同传统的手工方法比较2种方法的精度相当,但由于开发模型、验证模型费时费力费钱,因此,在选用GIS应用到水土保持之前,应该仔细评估长期利益和费用。

三、GIS区域土壤侵蚀研究存在的问题

在GIS与RS结合的区域土壤侵蚀调查中,调查比例尺的大小,遥感图像的分辨率,对调查结果有很大的影响.如调查的比例尺为1∶10万、使用的是TM图像分辨率为30m×30m时,只能放大到1∶100000,再大图像就模糊了.在制图规范中要求最小的上图图斑为2mm×2mm,换算为实际面积为40000m2,即为近4hm2.也就是说面积小于4hm2的实际土地的土壤侵蚀状况无法得到反映,在一些地区可能引起较大的误差,必须采取特别的技术手段进行专门的处理.如在广大山区中,特别是在小流域治理中,坡改梯的耕地分散,地块少,一般小的不到1hm2,大的为几hm2,在1∶100000万比例尺的图像上很难判读出来.同时还由于山区坡耕地大部分零散地分布于山坡坡面上,而多数分布在整个山坡的相对比较和缓的坡位,经过人为耕作后实际坡度往往比山坡自然坡度稍缓,受图像比例尺的限制很难判读出来,因此在判读中往往以整个坡面的自然坡度替代了坡耕地的坡度,这样就提高了坡耕地的侵蚀分级强度.人为侵蚀作用,特别是大规模工程建设项目所造成的土壤侵蚀大部分呈点状、线状分布,在图像上不易判读,即使判读出来,在图上常常也无法表示出来,但是这些人为作用造成的土壤侵蚀是非常惊人的。如川西南重要钢铁基地攀枝花自投产以来至1984年,废渣发生量达10083万t,利用量211万t,仅占2.0%,堆积于矿山周围的为3108万t,只占30.9%,而高达6764万t,占67.1%的废渣倾倒于河流.另外,重力侵蚀,特别是河谷两岸陡坡地段滑坡、崩塌、泥石流广泛发生,但这些重力地貌形态因个体小,在1∶100000比例尺的图像上难以判读,也很难在图上显示出来,但其侵蚀量也是相当可观的。

总之,GIS在土壤侵蚀评价中已经得到了广泛的应用。主要用于获取土壤侵蚀模型的因子;用于土壤侵蚀模型的运算和结果可视化分析;主要应用是用GISZ 次开发语言、组件式GIS或者其他方式建立土壤侵蚀决策支持系统。

参考文献:

[1]潘剑君、赵其国、张桃林.江西省兴国县、余江县土壤侵蚀时空变化研究.土壤学报,2002,39(1):58-64

[2]胡良军、李锐、杨勤科.基于GIS的区域水土流失评价研究.土壤学报,2001,38(2):167-175

[3]于磊、张柏.基于GIS的黑土区土壤相对环境容量空间分异特征研究.土壤学报,2004,41(4):510-516