基于遙感和GIS的縣域土壤侵蝕系統(tǒng)研究
——以興山縣為例

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基于遙感和GIS的縣域土壤侵蝕系統(tǒng)研究
——以興山縣為例

宮留留，田文俊
（湖北大學資源環(huán)境學院，武漢430062）

在縣域內，因水保部門技術條件限制，以往水保部門水土侵蝕調查評價多基于二調土地利用數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場調查，根據(jù)經驗判斷土壤侵蝕程度，耗時耗力，同時由于二調數(shù)據(jù)與現(xiàn)實狀況差距較大，使得調查失去時效性，而通過遙感與GIS方法建立一套自動化的信息提取系統(tǒng)，則可以快速的解決這些問題。

土壤侵蝕；遙感；GIS；信息提取

1　引言

根據(jù)公布的全國第二次水土流失遙感調查，我國的水土流失面積達356萬km2，占國土總面積的37%，很顯然，我國已經是水土流失比較嚴重的國家之一。而本研究區(qū)興山縣地處長江西陵峽以北，自古以來水土流失問題都是其生態(tài)、環(huán)境、土地、經濟發(fā)展的主要制約因素，因此，預防和治理水土流失成了當?shù)厮２块T的重要工作。

2　研究區(qū)概況

興山縣位于湖北省西部，長江西陵峽以北，地處秦巴大山區(qū)，在東經110°25′至111°06′，北緯31°04′至31°34′之間。東臨宜昌、?？?，西與巴東毗鄰，南接秭歸，北抵神農架林區(qū)。

數(shù)據(jù)資料包括興山縣高分辨率TM影像、DEM數(shù)據(jù)、土地利用和土壤類型數(shù)據(jù)、降雨量數(shù)據(jù)、雨站分布圖、水土保持現(xiàn)狀圖及規(guī)劃圖以及自然狀況調查統(tǒng)計資料等數(shù)據(jù)。

3　RUSLE模型及各因子自動化提取步驟

RUSLE模型是國內外研究水土侵蝕最常見的模型，其表達式為：A=R*K*L*S*C*P，式中：A為年土壤流失量；R為降雨侵蝕因子；K為土壤侵蝕因子；L為坡長因子；S為坡度因子；C為地表覆蓋與管理因子；P為水土保持措施因子。

本論文主要研究基于遙感和GIS的土壤侵蝕信息提取系統(tǒng)，各因子的計算均利用遙感和GIS技術來實現(xiàn)，因此，各因子的提取均是自動化的，下面是各因子的計算方法與自動化提取步驟。

3.1R因子

（1）R因子與降雨量、降雨歷時、雨滴大小、降雨強度及雨滴下降速度有關，反映了降雨對土壤的潛在侵蝕力，公式如下：R=-0.0334*P+0.006661*P2式中P為年降雨量。（2）自動化提取步驟。①錄入降雨數(shù)據(jù)②創(chuàng)建泰森多邊形③泰森多邊形柵格化④獲得R因子圖。

3.2S因子

（1）S因子反映地形對水土侵蝕的影響。（2）自動化提取步驟。①錄入等高線數(shù)據(jù)②生成TIN ③由TIN生成DEM ④對DEM重采樣⑤坡度分析獲得S因子圖。

3.3L因子

（1）L因子也反映地形對水土侵蝕的影響，本文采用Wischmeier 和Smith在1978年提出并改善的經典公式：L=（l/22.13）m。式中：22.13為標準小區(qū)坡長，L為坡長因子，l為像元坡長，m為坡長指數(shù)。（2）自動化提取步驟。①對DEM填洼分析②流向分析③提D因子④坡度分析⑤獲L因子圖。

3.4K因子

（1）K因子是水土侵蝕的內在因素，是評價土壤被降雨侵蝕力分離、沖蝕和搬運難易程度的指標，反映了土壤對侵蝕的敏感性。（2）自動化提取步驟。①錄入土壤類型數(shù)據(jù)②通過Sandy、Silt、Clay、Om字段轉柵格③由以上柵格圖疊加獲得K因子圖。

3.5C因子

（1）C因子反映農作物種植和管理對土壤侵蝕的影響，本文通過計算植被覆蓋度求得C因子值。（2）自動化提取步驟。①錄入土地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)②矢量轉為柵格③獲取C因子圖。

3.6P因子

（1）P因子是采取水保措施后，土壤流失量與順坡種植時的土壤流失量的比值。根據(jù)興山縣內水土保持措施特點，對每類土地覆蓋類型進行了P因子賦值，如表1。（2）自動化提取步驟。①錄入土地利用數(shù)據(jù)②進行賦值處理③轉為柵格獲得P因子圖。

表1

3.7生成土壤侵蝕分級圖

由以上所生成的各圖層，根據(jù)修正后的水土侵蝕表達式A=R*K*L*S*C*P，利用柵格計算器進行疊置分析，得到土壤侵蝕分級圖。

4　信息提取系統(tǒng)的設計

4.1系統(tǒng)界面

本系統(tǒng)主界面主要由以下幾個部分組成：（1）系統(tǒng)菜單。a）添加mxd文檔：可直接將ArcGIS保存的地圖文檔打開，并顯示在地圖容器中。b）添加.shp數(shù)據(jù)：可添加shp格式的矢量數(shù)據(jù)。c）添加柵格數(shù)據(jù)：可添加img格式的柵格數(shù)據(jù)。（2）功能菜單。包括RUSLE模型的各因子提取，只需輸入原始數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動化處理并得到結果。（3）工具條。包括添加地圖、地圖放大縮小等常用的地圖交互式工具，可以方便的瀏覽、查詢地圖。（4）圖層管理窗體。位于窗體左側，便于管理地圖中的各個圖層，也便于查詢圖層屬性信息。（5）地圖容器。地圖窗體用于展示地圖數(shù)據(jù)和處理結果數(shù)據(jù)，制版窗體可以預覽出圖效果。

4.2系統(tǒng)作業(yè)及相關功能

縣域土壤侵蝕信息提取系統(tǒng)面向的是縣域范圍，監(jiān)測的方法是實時的處理，分析輸出土壤侵蝕等級圖，通過與六大侵蝕因子的疊加分析得出侵蝕原因并給出決策，從而達到監(jiān)測與保持的目的。整個系統(tǒng)體現(xiàn)專業(yè)化，智能化，自動化，操作簡單。

5　結束語

通過以上研究發(fā)現(xiàn)：①從研究方法上來看，將GIS、RS和水土侵蝕模型結合，快速有效地獲得土壤侵蝕分級圖，為縣域提供直觀的土壤侵蝕結果，并根據(jù)結果提供合理的處理措施。文中除P因子是用興山縣水土保持措施特點進行賦值外，其他因子的計算均采用GIS和RS技術。GIS主要用于數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)空間分析，RS主要用于信息的提取。②從研究的系統(tǒng)上看，本論文系統(tǒng)的設計還有不足，不能達到數(shù)據(jù)共享的目的，如果能夠利用WebGIS技術開發(fā)B/S形式的信息提取系統(tǒng)，那么就可以達到多用戶實時的處理與獲取查詢結果，這方面工作還有待于進一步努力。

［1］王安明，章孝燦，黃智才.浙江水土流失遙感普查有關技術問題的研究［J］.中國水土保持，1999（07）：19-21.

［2］蔡強國等.關于我國土壤侵蝕模型研究進展［J］.地理科學進展，2003，22（03）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.025

宮留留（1989-），男，安徽阜陽人，碩士，學生，研究方向：地理信息系統(tǒng)應用。