基于RS和GIS技術(shù)的福建省水土流失監(jiān)測研究思路探討

黃華國 羅火錢

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 永安 366000）

0 引言

水土流失使土地退化,生產(chǎn)力下降,生態(tài)環(huán)境惡化,對人類社會可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅,減緩或控制水土流失一直是世界性的課題。福建省的水土流失率逐漸下降，但仍為制約福建省經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。應(yīng)用遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)對水土流失進(jìn)行監(jiān)測，已經(jīng)成為水土保持科學(xué)研究與綜合治理監(jiān)測的重要方向之一。本文主要探討基于RS和GIS技術(shù)的福建省水土流失監(jiān)測研究思路，擬為解決福建省水土流失問題提供科學(xué)方法和先進(jìn)手段參考。

1 RS與GIS技術(shù)簡介

1.1 RS概述

RS是遙感英文名稱Remote Sensing的縮寫，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的對地觀測綜合性探測技術(shù)。RS技術(shù)具有宏觀、準(zhǔn)確、客觀、動態(tài)、綜合、多層次、多波段、多極化、全天候和全天時的特點(diǎn)。自20世紀(jì)70年代以來,人們就開始應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行土壤侵蝕調(diào)查。在我國,以航天、航空等多層次遙感資料為信息源對全國大江大河、重點(diǎn)水土流失區(qū)和小流域進(jìn)行了遙感調(diào)查與監(jiān)測,為水土保持工作提供了新的手段[1]。

1.2 GIS概述

GIS,即Geographical Information System的縮略形式,中文含義為地理信息系統(tǒng)。GIS是由計算機(jī)硬件、軟件和方法庫組成的技術(shù)系統(tǒng),它具有采集、管理、處理、分析、建模和顯示空間數(shù)據(jù)的功能，具有空間性和動態(tài)性的特征,是多種學(xué)科交叉的產(chǎn)物。它以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),采用空間模型分析方法,適時提供多種空間的和動態(tài)的有用信息,用于綜合研究、資源開發(fā)、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害防治、投資環(huán)境評價和決策管理等方面[2]。

2 基于RS和GIS技術(shù)的福建省水土流失監(jiān)測研究思路

遙感技術(shù)在獲取土地植被覆蓋信息方面具有大面積、多時相、多波段、低成本的特色和信息豐富、信息周期短，實(shí)時性和動態(tài)性強(qiáng)等優(yōu)勢。同時，GIS技術(shù)的發(fā)展使得對多要素的相關(guān)空間分析成為可能。因此，遙感和GIS技術(shù)的結(jié)合為水土流失動態(tài)監(jiān)測提供了廣闊的空間與強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，更能實(shí)時動態(tài)、準(zhǔn)確客觀地反映水土流失時空動態(tài)[3]。本文結(jié)合RS和GIS技術(shù)特點(diǎn)，探討福建省水土流失監(jiān)測研究思路。

2.1 研究區(qū)劃分

福建省土地總面積為12.4萬平方千米，海域面積達(dá)13.6萬平方千米，福建省依山傍海，九成陸地面積為丘陵地帶，被稱為“八山一水一分田”。水土流失是十分復(fù)雜的過程，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，在研究水土流失時要突出水土流失的主導(dǎo)因素作用，以便于水土保護(hù)的實(shí)施，研究福建省水土流失監(jiān)測可按照水土流失的主要成因及區(qū)域地理位置特點(diǎn)將福建省區(qū)域進(jìn)行劃分，如劃分為山區(qū)、沿海地區(qū)等。1981年科學(xué)出版社《簡明水利水電詞典》提出，水土流失指“地表土壤及母質(zhì)、巖石受到水力、風(fēng)力、重力和凍融等外力的作用，使之受到各種破壞和移動、堆積過程以及水本身的損失現(xiàn)象。這是廣義的水土流失。狹義的水土流失是特指水力侵蝕現(xiàn)象”，所以也可按照土壤類型劃分福建省研究區(qū)域，如劃分為紅壤區(qū)、黃壤區(qū)等。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

基于RS和GIS技術(shù)對水土流失進(jìn)行監(jiān)測，要獲取的數(shù)據(jù)主要包括：（1）福建省多年的遙感影像數(shù)據(jù)；（2）福建省的地形數(shù)據(jù)（高程數(shù)據(jù)或者DEM數(shù)據(jù)）；（3）福建省土壤類型分布圖；（4）福建省及各研究區(qū)行政區(qū)劃圖；（5）福建省氣象站點(diǎn)和水文站點(diǎn)的氣象資料、降雨數(shù)據(jù)、土壤侵蝕調(diào)查資料和圖件。

2.3 水土流失監(jiān)測研究

2.3.1 水土流失影響因子提取

1）植被因子:植被覆蓋度因子是影響水土流失最為活躍的因子,而植被覆蓋度與植被指數(shù)呈近似線性相關(guān)，通過植被指數(shù)的提取來獲得相應(yīng)的植被覆蓋度。本研究擬選用NDVI作為評價指標(biāo)，通過RS技術(shù)生成植被覆蓋度圖，從大范圍內(nèi)對植被進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測[4-5]。

2）坡度因子:坡度與地表徑流量呈正相關(guān)關(guān)系，坡度不同，土壤抗沖蝕能力也有較大差別，所以坡度大小是決定水土流失的重要因素。本研究擬根據(jù)實(shí)際情況，通過數(shù)字化地形圖插值得到DEM數(shù)據(jù)，或者直接獲取到的DEM數(shù)據(jù)提取坡度信息。參考1985年全國土壤侵蝕遙感調(diào)查工作技術(shù)規(guī)則和《水土保持技術(shù)規(guī)范》及有關(guān)模型，將坡度進(jìn)行分級[4-5]，最后輸出坡度分級圖。

3）溝谷密度因子:溝谷密度因子是水土流失的結(jié)果因子，提取的思路是：通過遙感影像獲取研究區(qū)的溝谷分布圖，利用GIS自動生成研究區(qū)的公里格網(wǎng)，把格網(wǎng)分布圖與溝谷分布圖進(jìn)行疊加分析，利用GIS的空間分析與統(tǒng)計能力，自動統(tǒng)計處落在每個柵格內(nèi)的溝谷長度，該長度除以單元格網(wǎng)的面積，就得出溝谷密度，最后輸出溝谷密度圖[5]。

4）降雨因子:用GIS軟件插值處理從氣象觀測站得到的降雨量數(shù)據(jù)，制成研究區(qū)的降雨量圖。

5）土地利用類型因子:土地利用類型可反映水土流失發(fā)生率，人類不合理的土地利用是水土流失發(fā)生的主要原因之一。通過遙感影像圖解譯，得到研究區(qū)的土地利用類型圖。

2.3.2 水土流失動態(tài)監(jiān)測分析

基于上述RS和GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)處理，已獲得研究區(qū)水土流失估測的因子圖，再通過RS和GIS軟件的空間建模功能，將上述5個因子專題圖進(jìn)行疊加連乘，就可得出研究區(qū)的水土流失量分布圖。通過分析對比不同時期的水土流失量分布圖，從水土流失空間變化、強(qiáng)度變化等角度動態(tài)監(jiān)測同一區(qū)域的水土流失變化情況，建立水土流失監(jiān)測指標(biāo)體系，為水土流失監(jiān)測研究提供依據(jù)。

3 結(jié)語

利用RS和GIS技術(shù)，結(jié)合遙感影像、地形和降雨量等數(shù)據(jù)，提取對水土流失影響較大的因子如植被覆蓋度、地形坡度、溝谷密度、降雨量、土地利用類型等，制成相關(guān)影響因子圖，再進(jìn)行空間疊加分析，可快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)對水土流失強(qiáng)度的調(diào)查分析。本文主要通過總結(jié)分析前人研究成果，探討了基于RS和GIS技術(shù)的福建省水土流失監(jiān)測研究思路，為福建省動態(tài)監(jiān)測水土流失和開展水土流失綜合防治提供科學(xué)參考。

［1］劉振忠,曾致遠(yuǎn).基于MODIS的水土保持動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].計算機(jī)與數(shù)字工程，2007，35（11）：129-132，6-7.

［2］黃杏元.地理信息系統(tǒng)概論[M].南京:南京大學(xué)出版社,1993.

［3］劉會玉，王充，林振山，等.基于RS和GIS的滇池流域水土流失動態(tài)監(jiān)測[J].南京師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2012，35（2）：120-124.

［4］張雪才,王偉,賀新娟.3S技術(shù)在水土流失動態(tài)變化分析中的應(yīng)用[J].水利與建筑工程學(xué)報，2012，10（4）：31-34.

［5］賀奮琴,何政偉,尹建忠.基于遙感和GIS的水土流失因子信息提取與分級定標(biāo)研究:以攀枝花市為例[J].測繪科學(xué)，2006，31(4):126-127,111,9.