3S技術在新疆水土流失監(jiān)測評價中的應用

【摘要】新疆對水土流失治理和監(jiān)測的重視程度逐漸加大，水土流失監(jiān)測在水土保持與荒漠化防治中的地位也逐漸凸顯。3S技術是進行水土流失監(jiān)測的有效工具，就目前3S技術在新疆水土流失監(jiān)測評價領域的應用現(xiàn)狀與進展進行分析，提出存在的一些問題及在該領域的應用前景。

【關鍵詞】水土流失；3S技術；監(jiān)測；應用

新疆的水土流失日益加劇的現(xiàn)象，給當?shù)剞r(nóng)林牧業(yè)的正常生產(chǎn)帶來了嚴重影響，與生態(tài)環(huán)境保護及經(jīng)濟的發(fā)展步調(diào)不一，因此，水土流失監(jiān)測在水土保持和荒漠化防治中的地位逐漸凸顯。由于水土流失是一個動態(tài)變化過程，應用3S技術可對重點區(qū)域進行重點監(jiān)控，為災害預警提供快速、精準的科學支持，促進水土流失監(jiān)測研究的迅速發(fā)展。

1、水土流失監(jiān)測技術、方法

新疆大部分地區(qū)由于氣候、地理、歷史等原因，造成了大面積的水土流失。水土流失形式包括土壤及母質(zhì)、基巖受水力、風力、凍融和重力作用的侵蝕形式，以及被侵蝕物質(zhì)的搬運形式和堆積形式。從解剖水土流失形式入手，總結歸納水土流失規(guī)律的共性，是因地制宜地科學規(guī)劃水土保持措施的前提和必備條件。

傳統(tǒng)的水土流失監(jiān)測評價較為粗放，對數(shù)據(jù)和圖像的處理和分析，缺乏先進技術做支撐，加大了內(nèi)業(yè)工作量。同時，水土流失是一個動態(tài)的過程，分析速度明顯滯后于其發(fā)展速度，對預測、評價和處理結果產(chǎn)生的影響較大。

2、應用3S技術監(jiān)測評價水土流失

3S技術是綜合的技術概念，RS（遙感）、GIS（地理信息系統(tǒng)）及GPS（全球定位系統(tǒng)）都是作為單獨的技術被提出來的。在水土流失監(jiān)測中根據(jù)監(jiān)測對象、層次的不同，從而采取不同的監(jiān)測方法與技術，主要方法包括：應用3S技術進行地面觀測、專項試驗、調(diào)查統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析等。

2.1 RS技術在水土流失監(jiān)測中的應用

遙感技術主要是指從遠處探測、感知物體，衛(wèi)星作為此技術的傳感器的遙感平臺，受地面條件影響較小，覆蓋的范圍較為廣泛，可有效收集水土流失相關因素。由于新疆特殊的地理特征，野外條件較為惡劣，應用RS進行水土流失監(jiān)測，將會大大提高工作效率。

在實際工作中，應用最多的是衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。采用2002年MODIS1km的全年NDVI時序數(shù)據(jù)將新疆及周邊地區(qū)的土地覆蓋進行分類，研究表明新疆及周邊地區(qū)24萬km2的土地有潛在荒漠化的趨勢。

通過多時相遙感信息的對比，分析塔里木河中下游區(qū)域生態(tài)環(huán)境的演變過程，編制完成四個時相的阿拉干地區(qū)土地沙漠化類型圖。利用MODIS數(shù)據(jù)對艾比湖地區(qū)荒漠化現(xiàn)狀及動態(tài)變化進行監(jiān)測評價，艾比湖地區(qū)從2002～2004年荒漠化趨于嚴重，但1993年較2004年荒漠化程度減輕，即在這11a中荒漠化程度呈現(xiàn)波動變化，但總體趨勢呈好轉(zhuǎn)跡象。

2.2 GIS技術在水土流失監(jiān)測中的應用

GIS主要用于編輯、管理監(jiān)測信息，其圖形、屬性數(shù)據(jù)處理等空間數(shù)據(jù)信息處理，是集中多項數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)。利用GIS可進行遙感普查數(shù)據(jù)資料管理，為水土保持工作提供合理的決策依據(jù)，并且能夠為荒漠化的防治和水土保持方案提供和整理基礎資料，運用GIS與相關模型可完善荒漠化防治和水土保持計劃中的漏洞。

應用RS與GIS技術，利用2004年和2009年TM遙感數(shù)據(jù)研究分析表明，近5a來新疆克拉瑪依市荒漠化土地面積總體呈略微減少趨勢，但荒漠化程度明顯變輕，主要表現(xiàn)為極重度風蝕荒漠化和鹽漬化荒漠化且分別減少了21.96%和7.44%。

2.3 GPS技術在水土流失監(jiān)測中的應用

全球定位系統(tǒng)（GPS）是現(xiàn)代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)，具有全天候、多功能等特征，有較高的精度和效率，主要用于獲取地理位置信息，數(shù)據(jù)收集精度較高，與監(jiān)測有關的專題數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場調(diào)查繪制專題圖。應用GPS技術可改善RS技術的時間性，無法及時反映影像等局限性。在宏觀方面，對自然水土流失的監(jiān)測，應用GPS技術可建立GPS控制網(wǎng)進行像控點測量，提取合理的區(qū)域內(nèi)水土流失和土地利用信息。在微觀方面，監(jiān)測坡面地形變化、溝頭前進以及溝底下切速度等可利用GPS技術。同時，還可應用GPS技術在最短時間內(nèi)確定開荒、毀林、破壞水土保持情況等。在水土保持監(jiān)測時，如果遇到新增加的水土流失區(qū)域，應用GPS快速RTK技術測量其流失面積及分布狀況，從而進行水土流失監(jiān)測評價。

2.4水土流失監(jiān)測評價應用實例

2008年初中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所聯(lián)合烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站，共同承擔了風云三號地面應用系統(tǒng)工程建設項目“風云三號衛(wèi)星產(chǎn)品在新疆荒漠化監(jiān)測評價中的應用”。進行了基于FY-3A植被指數(shù)的北疆地區(qū)荒漠化的遙感監(jiān)測，其整體判讀正確率達82.3%。

塔里木河流域是中國Lucc研究及生物多樣性保護的關鍵區(qū)域之一，應用3S技術來監(jiān)測下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的演替規(guī)律，對比分析1959年、1983年、1992年及1996年4年航空及航天遙感信息發(fā)現(xiàn)，下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化和自然及人為因素密切相關?；凇?S”技術的塔里木河下游中段土地沙漠化監(jiān)測研究表明，2000年非沙漠化土地重心，與1990年相比向北偏東偏移2.5km，至 2006年又向東偏移1.09km。從總的偏移趨勢來看，非沙漠化土地重心越來越向耕地比較集中地靠攏。這與研究區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境變化基本一致。

應用3S技術對新疆耕地鹽漬化狀況進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新疆灌區(qū)鹽漬化耕地面積占耕地面積的32.07%，近20a來鹽漬化耕地面積占耕地總面積的比例變化不大。鹽漬化耕地大部分市縣均有分布，南疆重于北疆，主要分布在洪積扇的中下部、河流中下游、地勢平緩低洼等區(qū)域。新開墾的耕地中，土壤鹽漬化現(xiàn)象普遍[2]。

以新疆艾比湖地區(qū)為研究區(qū)，利用遙感影像數(shù)據(jù)提取研究區(qū)各類荒漠化的現(xiàn)狀與動態(tài)變化信息。研究表明，2002～2005年，艾比湖湖面面積縮小了322.51km2 ，同時土地荒漠化面積總體增加了7.18 %，土地荒漠化的過程相應地也發(fā)生了變化，風蝕、復合荒漠化增加而土地鹽漬化減少，荒漠化程度加重，復合荒漠化類型增加并向其他土地類型擴展。

3、結語

在水土流失監(jiān)測中廣泛應用3S技術，對原始遙感影像資料、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、存儲管理和信息發(fā)布，有效提高水土保持監(jiān)測的效率和數(shù)據(jù)的準確性，同時也為水土流失監(jiān)測提供實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關動態(tài)的三維位置、航速、時間信息等多功能、高精度的基礎資料。

參考文獻：

[1] 王莉雯，牛錚，衛(wèi)亞星.基于MODIS NDVI的新疆潛在荒漠化區(qū)域探測[J].2007，26（6）：456-460.

[2] 王讓會，宋郁東，樊自立等.3S技術在新疆塔里木河下游生態(tài)環(huán)境動態(tài)研究中的應用[J].南京林業(yè)大學學報，24（4）：59-63.