3S集成技术监测福建省水土流失研究

2013-11-16杨一帆

绿色科技 2013年6期

杨一帆，黄伟

（福建农林大学林学院，福建福州350000）

1 福建省水土流失状况

1.1 福建省气候特征

我国南方地区地跨热带和亚热带，以福建省为例，位于我国北纬23°33′～28°20′，该地区夏季气温高、降水多、光照强、空气湿润、气象灾害频繁。年降水量平均在1000～2000mm，强降雨对于地面侵蚀能力强，尤其是在植被覆盖不完全的裸露红壤地区，降雨直接对地表土产生击溅侵蚀，形成大量细沟状侵蚀沟，造成的水土流失非常严重。数据表明，2012年福建省的降水量超过正常年份的40%，降雨量的增加对土地的压力将变大。因此必须对流失区进行实时监测，防治水土流失造成泥石流等灾害。

1.2 福建省水土流失地区

据2013年最新统计福建省水土流失总面积仍有12253.77km2，占全省土地总面积的10.01%。而经过之前的调查，进而绘制出2007年福建省水土流失现状统计表如表1，来自福建省水文站。从统计表可以发现福建省的水土流失率经过7年的治理的，减少了一些，但仍旧流失严重。

表1 2007年福建省水土流失现状统计

2 通过GIS对水土流失量动态监测

2.1 绘制土壤侵蚀强度图

绘制水土流失地区的土壤侵蚀强度图，首先是查询《土壤侵蚀分类分级标准》确定土壤侵蚀强度分级指标，再利用GIS对每一个侵蚀等级相近像元进行分类合并，最后通过绘制出土壤侵蚀强度图，见图1。

2.2 水土流失区数据库建立

2.2.1 数据库的设计需求

基于GIS的流失地区的研究，需要大量的数据，并且要具备以下特点：类型多样化、更新速度快，数据样式多等特点。因此在建立数据库必须要做到数据容易进行扩充和更新。

2.2.2 数据库的整体结构设计

数据库的整体结构需要包括对数据的前期采集、数据的中期处理、数据的后期使用与评价。数据的前期采集主要是通过RS进行收集，然后利用计算机将信息输入到GIS进行管理与处理。通过在ARCGIS中建立数据库，形成一个完整的系统，再利用ARCVIWEW进行编辑处理。

图1 福建省土壤侵蚀强度

2.2.3 数据库采集内容

对于水土流失区GIS建立需要采集土地利用图，降雨，坡度，土壤颗粒组成，植被状况，DEM，遥感影像。

3 流失区侵蚀强度监测

3.1 设置监测点采集

在流失区进行采集数据时，通过野外实地调查，了解当地的经济发展，土地利用形势，农田经营模式，植被耕作制度，土壤颗粒组成，水文情况。在流失区通过设置多个监测点进行动态监测获取数据。并在流失区进行实验操作，通过设置多个不同条件的径流小区，在植被覆盖程度和降雨因子大致一致的条件下，研究坡度在不同条件下，侵蚀区的降雨－产沙－侵蚀规律，从而获取坡度、降雨量对土壤侵蚀的影响程度。

3.2 遥感土壤分析

在水土流失地区做好了监测点之后，可以利用遥感对土壤进行分析。可以利用土壤的波谱特性运用遥感，对水土流失区的土壤进行遥感分析。通过卫星的拍摄的数据导入到GIS中，转化成数据库，经过处理分析之后，解译出来。通过多次对同一流失区进行分析，叠加数据，进而分析所在流失地区的水土流失情况，这样就可以做到对水土流失地区的土壤侵蚀做到动态分析。

3.3 定量模型——美国农业部通用土壤流失方程式

对于土壤侵蚀的监测要做到定量分析，就必须在监测的基础上确定一个模型。通过对这个模型的进行计算。而美国通用土壤流失方程式在经过长久的实验与实践中证明，这个模型具有很重要的意义。它为土壤侵蚀的定量监测提供了一个很好的模型，并且科学的阐述了土壤侵蚀的规律。我们本次研究基于美国土壤流失方程式，通过数学计算来描述土壤侵蚀规律。基于水土流失频繁地区或者小流域地区建立了许多土壤侵蚀定量监测模型，这种模型的建立是以美国欧洲为代表。美国农业部通用土壤流失方程式（USLE）其表达式为：

A＝R×K×L×S×C×P

式中：A为任一坡耕地在特定的降雨、作物管理制度及所采用的水土保持措施下，单位面积年平均土壤流失量，t／hm2；R为降雨侵蚀力因子，是单位降雨侵蚀指标，如果融雪径流显著，需要增加融雪因子，MJ×mm／（hm2×h）；K为土壤可蚀性因子，标准小区上单位降雨侵蚀指标的土壤流失率；L为坡长因子；S为坡度因子，等于其他条件相同时实际坡度与9%坡度相比土壤流失比值；由于L和S因子经常影响土壤流失，因此，称LS为地形因子，以示其综合效应；C为植被覆盖和经营管理因子，等于其他条件相同时，特定植被和经营管理地块上的土壤流失与标准小区土壤流失之比；P为水土保持措施因子，等于其他条件相同时实行等高耕作，等高带状种植或修地埂、梯田等水土保持措施后的土壤流失与标准小区上土壤流失之比。

通过参考（USLE）模型，可以利用RS和GIS的优势，快速收集流失地区的影像资料，通过分析该地区的植被、土壤、坡长、坡度等因子，通过模型，描述所研究地区的土壤侵蚀规律，为水土保持的决策提供合理依据。通过遥感影像获得的资料并不完全式准确的，受天气、云、传感器等因素的影响，会产生一定的误差，这个时候就需要大量的野外实测数据提供参考，从而对遥感所形成的数据进行一些校正，以提高研究的精确度。

3.4 地面监测

很长一段时期，我国的土壤侵蚀调查都停留在各个地区的水文站的人工纪录方式来收集，这很大程度上降低了效率，而且各个地方水文站测试的方式不同，得到的实验数据和统计的方式也出现很大偏差，不利于地区做统一的总结，耗费大量的人力物力，这些都是地面监测的缺点，当引入遥感监测，既提高了效率，也提高了精确性，在人无法到达的地方也可以用遥感轻易的得到数据，这是一个大的突破。

3.5 遥感监测

随着3S技术（GPS、GIS、RS）技术的进步，我国目前对全国进行水土流失调查大面积的采用了遥感技术，这个方法成为水土保持动态监测一个很好的手段。为我国监测水土流失提供了很大帮助，随着技术的进步，遥感监测的成本也在不断降低，这对于水土保持事业来说是一个福音，在地方的水土保持试验站也可以采用这一新的技术，对水土流失重灾区实行动态监测和预报。还可以通过遥感监测对植被的生长状况进行动态监测，为水土保持提供了可靠的依据。

感监测方法需要在土壤侵蚀过程机理定量研究基础上，从影响水土流失的因子着手分析，建立水土流失量与因子之间的关系，并且可以通过遥感技术以外的其他途径获取信息，如，土地利用率、坡度和植被覆盖等在次基础上，根据土壤侵蚀分类分级指标进行逻辑综合分析和剖解得出土壤侵蚀强度信息监测。