基于RS技术的水土保持监测方法研究

基于RS技术的水土保持监测方法研究
摘要：随着RS（遥感）技术的进一步发展和RS数据处理技术水平的提高，RS越来越广泛的应用于我们的生活。

如今，RS技术除了对地球进行宏观的监测外，还越来越多的应用于微观方面的监测，在军事、自然灾害、人类活动等方面发挥着越来越大的作用。

本文主要针对某水库区特殊地理环境，提出了水库区土壤侵蚀的主要技术指标，以及在这些指标的作用下遥感技术在水库区土壤调查的方法，进而评价侵蚀的类型、程度以及不同类型、不同程度侵蚀的分布规律。

关键词：RS技术水土保持监测
1引言
某水库区地处汉江流域秦巴山地，以中山、低山和丘陵为主，库区山高坡陡，地表岩层松散，土壤抗侵蚀力低，降雨集中，多暴雨是造成水土流失的自然因素。

流失类型以水力侵蚀为主，局部地区有滑坡、崩塌等重力侵蚀及泥石流。

由于土地资源的开发，森林植被减少，加之土地利用和耕作方式不合理，库区水土流失较为严重。

现代遥感技术的发展及其在水土保持领域的应用，定量或定性与定量结合的侵蚀评价在区域调查中得以实现，而地理信息系统技术又为较大范围的空间分析提供了快速、准确的技术手段，使得人们可以利用矢量和栅格两种类型的空间数据分析侵蚀因子的属性、数量值及其空间分布规律[1]。

2库周水土保持遥感调查方法
2.1土壤侵蚀遥感监测分类分级系统
土壤侵蚀分类依据中华人民共和国水利行业标准SL 190-2007《土壤侵蚀分类分级标准》的总体要求，结合实际情况，按照科学性与实用性相结合、主导因素与综合性相结合、逻辑性与可操作性相结合的原则进行确定和划分。

侵蚀类型采用两级划分法：一级类型主要根据起主导作用的侵蚀外营力类型与性质来划分，如水力、风力、冻融、重力和工程建设等，二级类型采用强度为指标划分。

由于库区土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，因此本课题以SL 190-96《土壤侵蚀分类分级标准》中拟定的水力侵蚀分级指标作为分级标准，对土壤侵蚀进行研究应用，如表1。

2.2土壤侵蚀影响因子指标体系
土壤侵蚀过程极其复杂，受多种自然和人为因素的综合影响。

自然因子包括气候、植被（土地覆盖）、地形、地质、土壤等，人为因素包括土地利用（如耕地、放牧等）、开矿、修路等。

在目前土壤侵蚀机理研究尚不够全面、深入的情况下，不可能建立一个完整的土壤侵蚀因子指标体系。

不同的土壤侵蚀类型影响因子也不同，对于水蚀
来说，参考通用土壤侵蚀方程各因子指标，并考虑RS技术与常规方法相结合获取因子指标的可能性，以及在GIS中存取、表达和计算是否方便，选择降水、地形（坡度）、沟谷密度、植被覆盖度、成土母质及侵蚀防治措施6个因子作为土壤侵蚀量估算的因子指标。

2.3土壤侵蚀遥感定量监测模型
土壤侵蚀量从本质上可以看作各影响因子（包括降水因子、地形因子、沟谷密度因子、植被盖度因子、成土母质因子及侵蚀防治措施因子等）的综合函数，即E（土壤侵蚀量）=F（降水因子，土壤因子，地形因子，植被因子，沟谷密度因子，……）由于各影响因子与土壤侵蚀量之间的关系并非是简单的线性关系，而是极其复杂的非线性关系，上述函数要变成一个实际可操作的土壤侵蚀量计算模型是极其困难的。

通用土壤侵蚀模型虽然在这方面迈出了重要的一步，但是其参数的获取却是极其困难的。

在目前尚难以建立一个明确物理机制、参数获取方便的可操作的计算模型的前提下，即便是大区域、宏观水土调查并且实测资料匮乏的条件下，指标模型不失为一种较好的选择。

其基本原理如下：首先筛选出影响土壤侵蚀的主要因子，然后对这些因子进行分级，并依据专家的经验确定各自对侵蚀影响的权重，最后通过多因子综合分析，得到综合因子得分，并根据综合因子得分，确定土壤侵蚀强度。

栅格地理信息系统的出现为上述过程的实现提供了极大便利，在GIS的支持下，指标模型法的实施步骤为：获取各影响因子分布图，统一于同
一空间框架中，并转换为栅格数据，对各因子进行分级并定标（权重），得到因子得分图，利用GIS的空间分析功能（在栅格地理信息系统中，具体地说就是地图代数运算），计算土壤侵蚀综合因子得分，根据土壤侵蚀综合因子得分，划分土壤侵蚀强度等级。

水力侵蚀模型建立在侵蚀强度和侵蚀因子之间的定量匹配关系上，根据土地利用类型、植被覆盖度和地面坡度3个因子作为水力侵蚀的判别指标，在评价的图斑中分析侵蚀强度。

该模型将水利部行业标准中面蚀分级参考指标推而广之，用于整个水力侵蚀。

因子匹配模型如表2所示。

3侵蚀遥感定量监测的工作程序
土壤侵蚀遥感调查依托遥感与地理信息系统技术，以TM与SPOT4影像为主要信息源，通过人机交互判读分析，获取土壤侵蚀专题信息，以地理信息系统专业软件作为数据信息处理、管理、分析的主要技术手段。

具体技术流程如图1所示。

3.1数据源选取
TM、SPOT4数据源的配合应用，经济实用，对水土流失的分析效果较好。

利用TM的多光谱特征、SPOT4的高空间分辨率特征，取长补短，进行融合处理，使融合后的影像具备两者的优势，大大提高卫星影像的可读性，利于方便、快速地提取水土流失影响因子，真实、精确地反映土地利用现状。

利用遥感图像提取土地利用的类型有水田、早地、林地、草地、居民地、道路、河流、湖泊、水库、池塘、滩地、裸土地、裸岩、重力侵蚀、工程侵蚀，其中林地和草地又根据覆盖度的不同划分为五类：覆盖度<30%、30% -45%、45% -60%、60%:-75%、>75%。

做出该水库区某县试验区2000年、2004年两期土地利用解译图。

坡度因子的获取：以5万地形图作为数据源生成DEM（，计算坡度，并对坡度进行重分类。

3.2土壤侵蚀图的获取
将解译获得的土地利用图转换为栅格数据，与重分类后的坡度图（如图2所示）进行叠加分析（做and运算），即可获得土壤侵蚀图，如图2、图3所示。

对水土流失的变化监测主要是对影响水土流失因子中发生变化的因子（如植被覆盖度变化、土地利用方式变化）的监测实现的。

有了两期的土壤侵蚀做叠加运算就可以实现对土壤侵蚀的动态监测。

4结论
该水库试验区土地总面积215. 8km2，2000年水土流失面积为207. 64km2，占土地总面积的96. 2%，其中微度流失面积85km2，占流失
面积的40. 9%．轻度流失面积39. 88km2，占流失面积的19.2%，中度流失面积为49. 4km2，占流失面积的23. 8%，强度流失面积为23. 28km2，占流失面积的11.296，极强度流失面积为6.85km2，占流失面积的3. 3%，剧烈流失面积为3.23km2，占流失面积的1. 6%，2004年水土流失面积为206. 40km2，占土地总面积的95. 6%，其中微度流失面积88. 27km2，占流失面积的42. 8%，轻度流失面积36km2，占流失面积的17. 4%，中度流失面积为47 krri2，占流失面积的22. 8%，强度流失面积为24. 8km2，占流失面积的12.0%，极强度流失面积为7. 22km2，占流失面积的
3.5%，剧烈流失面积为3.11krri2，占流失面积的1.5%。

将该水库试验区2000年、2004年两期土壤侵蚀数据作比较分析，得到土壤侵蚀变化情况，其中侵蚀加剧的面积为10.72krri2，侵蚀减轻的面积为11.54km2，侵蚀无变化的面积为l85km2。

经分析可知该水库试验区主要以微度、轻度、中度土壤侵蚀为主。

从2000年到2004年4年间水土流失状况在逐渐改善。