安丽琴

(清水县水务局，甘肃 清水 741400)

0 引 言

水土保持规划是生态环境保护综合治理开发各项工作的总体战略部署与具体工作计划，它对于预防水土流失，搞好总体整治，合理开发与利用土地和生物资源，提高生态环境保护，推动全国林业事业和经济发展等工作方面都有着重要意义[1-2]。而传统的土地保护方案设计中，面临着资源取得技术手段简单、科技参考不精确、规范设计方式滞后等许多不足之处[2]。尤其是对大规模的水土保持规划管理工作，多采取以1∶10 000位置图辅助于外业人工抽样调研的方式开展，数据有效性较差，且外业核查覆盖面少，无法客观全面地反映研究范围的基本状况与动态变化，这些都导致了水土保持规划设计的没有科学化和实用价值，也导致各项措施布置不恰当、水土流失防治质量较低等问题[3-4]。

低空遥感技术具备信息的传播速率较快、周期短、实时性强、图像效果清晰、受气候条件的影响较小等优点[3-5]。将低空遥感技术与水保建设现行的有关法规、规范相结合，在低空遥感技术数据收集、水土流失信息抽取和水土保持规划设计研究等方面形成了基于低空遥感技术的生态环境保持规划设计方法，可以克服传统总体规划工程设计手法的技术缺陷，极大地提高了水土保持规划设计研究成果的专业性、细致化和效率[6-8]。本文根据陕西省榆林市横山鲍家寺水土保持规划设计项目，通过利用低空遥感技术对研究区域内的土地利用情况、水土侵蚀因子进行数据获取，同时根据数据对该研究区内水土侵蚀现状作出相应分析。

1 研究区概况

在研究中，选择陕西省榆林市横山鲍家寺所处的横山区为研究对象，其中该地响水镇的研究区域总面积约2.32 km2，高度约973～1 086 m。平均气温较低，约为8.5℃，年均降雨量397.8 mm，最高风力16.0 m/s(西北风)，动土最深处是1.29 m。该区域主要地形地貌是东北低且西南高的特点，其中地貌结构类型主要以鄂尔多斯地区和陕北地区中北段地区地形。位于毛乌素荒漠南缘也是该研究的研究区域，该地区的地形大多是风城草滩地，土质大多是以黄土为主，在半干旱区域，植被较为稀少，主要的植被为草本，除此之外还有一些本木和半乔木的植物，且都位于横山境内。该地农民经济收入较低，每年平均6 100元左右，人均基本农田面积仅有0.02 hm2左右。

2 技术路径设计和数据来源

首先按照研究区域范围和数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)等成果精度条件，完成飞行路径方案设计，内容包括确定飞行方位、飞行高度、倾角、人生航向和重叠程度等，同时布置相应的数量控制点。除控制轴线之外，对于一些相应的数量解译的标志也要布置好，其中必须将所有的地物类别包含在内，为今后开展土地使用状况分析研究提供基础。按照设定好的航行路径，开展航拍和摄影，将原始的遥感影像资料进行获取。然后再将这些资料数据置入专业的制作软件之中如PixeIGrid等，来获得DEM和DOM的结果。图1为数据制作流程图，表1为各类用地面积情况统计。

图1 DEM、DOM 数据制作流程图

表1 研究区各类用地面积现状情况统计

由图1可知，从DEM和DOM中获取分辨率和高程精确度的结果有1 m，0.53 m：0.1 m，0.47 m的平面精确度。

3 土地利用现状

基于获取的DOM和DEM研究数据，并结合国家生态保护建设的有关标准准则，在ArcGIS中对水土保持防治工程土地使用状况进行目视检查解译，现状土地包括旱田、江河水域、荒草地、半裸地、内陆海滩、山坡耕地、疏林、梯田、有林区、矿山土地、传统村庄、景观名胜基础设施土地和高速公路土地等共13类土地，并绘制研究区内土地的使用状况示意图(图2)。为了保证规划设计人员工作效率得到提高，同时可以将详细的数字化基础信息和分析服务更加迅速，所以获得了土地编码、图斑编码、一般坡度以及第一和最小点的高度。此外，还有图斑建筑面积和所在村落数量等特征属性数据信息内容并加以赋值，这些数据都可连动查找所在村落的特征属性以及信息。这种方法的使用还体现在对于分组采集的研究领域中提取信息，将沟道型式和沟长以及高度和比降，还有一般宽度和沟道面积与沟道的起终止端高程、水平距离等特征属性数据，并进行了赋值[9]。沟道的形状及属性信息不但可以作为土地侵蚀状况分类，而且还可以为生态环境及城市总体规划的设计人员开展重大工程措施规划布局，提供直观精确的参考依据。

图2 研究区土地利用现状图

4 水土流失现状分析

现阶段，国内外关于水土侵蚀与区土地侵蚀程度的认识基本一致，主要用水土侵蚀的硬度表现区土地侵蚀的力度[10]。因此，本文将通过分析研究区土地侵蚀硬度，对土地侵蚀现象作出进一步解析。研究区内的沟谷纵横交错，地势起伏较大，沟谷川地也占有较大面积。按照《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190-2007)中的水力冲刷强度面蚀、沟蚀等级指标，对研究区内水土流失强度进行划分。

4.1 水土流失相关因子指标提取

4.1.1 坡度指标因子提取

在研究过程中，将研究斜坡分成6个等级，主要使用ArcGIS中的3DAnalysT为技术工具，把DEM结果作为基准，以《土地保护整治计划通则》(GB/T15772-1995)为标准，主要有5°的斜坡、5°～8°的斜坡、8°～15°的斜坡、15°～25°的斜坡、25°～35°的斜坡以及大于等于35°的斜坡，它们都具有斜坡矢量的数值。通过将不同斜坡等级的体积和大小的占比计算，可以得到研究区内斜坡等级的示意图。其中，坡率在8°～15°左右的地块占研究区域内总面积最大，达75.74 hm2。

4.1.2 植被覆盖度指标因子提取

利用遥感技术图像分析技术从ENVI软件上首先获得研究区域的植被，随后将植被提取图像和生态环境保持管理工程土地利用状况图片进行叠加，从而计算现状各种土地的植被覆盖率。按照《土地侵蚀程度类型等级规范》(SL 190-2007)中土地侵蚀面蚀等级指标里相应的非林草盖度等级规范，土地植被覆盖率图是通过将植被覆盖率按比例划分的，其中有4个类别：第一类是30%、第二类是30%～45%、第三类是45%～60%、第四类是60%。在此要说明的是，在大于60%的土地中，分别有林地和荒草地，还有疏林和坡耕地，其中荒草地占比最多，最少的是坡耕地。

4.1.3 土地利用类型指标因子提取

综合参考有关各种土地使用类型对土地侵蚀强度影响的有关文献资料，并根据研究范围内现状土地的使用类型，最后制定了根据不同土地的使用类型对土地侵蚀强度分级的定级指标[11]。见表2。

表2 土地利用定级指标

4.1.4 沟壑密度指标因子提取

沟谷密度是指每平方公里范围内河川沟(或水文网)的平均总长度，以km或者km2来表示。它是对于土地流失状况的另类表达形式，同时也是一项重要的可供参考的指标，主要看土地流失级别的分类。使用ArcGIS软件将汇水面面积和沟谷的网络信号进行获取，同时将DEN中获得的数据分辨率为1 m的设为11 hm2的水面面积阈值。为了测算每个统计单位中的沟谷和总坡面的占比，也可将全沟谷密度系数统计表建立出来。

4.2 水土流失强度分析通过提取

通过对研究区内土地流失有关因子指标解析，并依据《土地流失类型等级规范》(SL 190-2007)中相关等级指标以及按照土地的利用状况类型，对研究区内土地流失硬度的要求作出界定。具体流程见图3。

图3 研究区土地侵蚀流程分析图

4.2.1 土地侵蚀面蚀分析

在研究中土地侵蚀面强度等级图的绘制要通过以下几点来获得：

1) 参照《土地侵蚀分类分级标准》(SL 190-2007)，其中对土地侵蚀面蚀等级的标明要记录下来。

2) 分析数据主要使用ArcGIS软件，该软件中有数据分析的功能。

3) 叠加各类新生成的植被覆盖率图以及地势的坡度图。

4) 最终得到的土地侵蚀面强度等级图还需要将土地侵蚀面等级结果进行修成，使用不同土地，并利用类别所对应的土地入侵强度来修正。

4.2.2 土地侵蚀沟蚀分析

通过调查获取的沟谷密度指标因子和沟谷所占坡面体积比，以及根据《土地侵蚀地貌分类分级规范》(SL 190-2007)中土地侵害沟蚀等级指数，确立研究区内土地侵害沟蚀的强度等级，并制作沟谷侵害强度等级示意图。

4.2.3 水土流失强度分析

因研究区沟道具有特定比重，为获得较准确的土质侵蚀结论，经过参阅有关文献研究资源以及与水保研究专家的互动交换，决定采用土质冲刷沟蚀的硬度来校准表面蚀硬度。按照沟道占图斑面积的百分比，对研究区内土地侵蚀面蚀成果加以校对，最后进行校对后的土地侵蚀力度等级确定[12]。

4.3 水土流失现状分析

图4为土地侵蚀状况的示意图，它的划分依据是水土流失的强度。通过对土地侵蚀最强烈地区总面积的计算统计可知，在研究区内的土地流失平均面积的总面积189.56 hm2，以研究区内的所有土地面积为总体，占比是81.76%；在以土地流失面积为总面积时，轻微丧失的平均面积为146.37 hm2，它的占比是63.13%；0.76 hm2是中等丧失的平均面积，19.69 hm2的强烈丧失平均面积以及22.32 hm2的极强烈丧失平均面积和0.51 hm2的剧烈丧失平均面积，它们的占比分别为0.29%、8.49%、9.63%及0.22%，可以看出极强烈丧失平均面积最少。由以上水土流失的数据可以看出，最大比例的水土流失覆盖的面积是轻度的，因此为了避免水土流失更加严重就要采取相应的措施来保护生态环境。

图4 研究区水土流失现状图

就土地使用种类而言，轻微水土侵蚀一般散布于斜坡在15°～25°之间的有森林、疏林和荒草地；严重水土侵蚀一般散布于斜坡在25°～35°之间的荒草地、坡农田和疏森林；水土流失较严重的地区，一般散布在斜坡超过35°以上的荒草地、裸地和内陆海滩。就植物覆盖度而言，研究区轻微和中等水土侵蚀一般集中分布在森林树木覆盖率在45%～60%的地区；剧烈和极强土地侵蚀一般集中分布在森林树木覆盖率在30%～45%的地区；水土流失严重的地区森林树木覆盖率低于30%。

5 结 论

本文通过运用低空遥感技术，收集了榆林市横山鲍家寺研究区内的DOM和DEM数据信息，基本上获取了研究区内土地利用状况，并根据获取的地势坡度、植被覆盖面、沟谷密度等有关指标，综合评价了研究区内土地侵蚀状况。结论如下：

1) 据统计和计算，以研究区内的总面积为整体，189.56 hm2的水土流失面积就要占其81.76%的比例，其轻微、中等、严重、极严重、严重丧失的总面积占比分别为63.13%、0.29%、8.49%、9.63%和0.22%。根据数据分析结果，应尽快采取生态环境综合措施控制水土流失情况继续恶化，使研究区域轻度水土流失面积比例较大情况得到控制和改善。

2) 从土地使用类型和植被覆盖率两个方面，对研究区域土地侵蚀现象的空间分异进行分析。结果表明，各种土地使用类型出现水土侵蚀的程度均随着坡度的提高而加剧，水土侵蚀主要出现在坡度超过15°的斜坡。水土侵蚀大多出现在植被覆盖率不足60%的斜坡，植被覆盖率对水土侵蚀危害较大，应当提高植被覆盖率以减少水土侵蚀的出现。

综上所述，通过运用低空遥感技术进行水土流失状况数据分析，能够提升水土保持管理的有效性、准确度和规范化。同时，进一步推动水土保持管理的数字化、信息化进度，还能为生态环境保持与管理措施建设和后期的水土保持区动态监控，以及生态环境治理等有关工作提供技术支持与帮助。