基于RS和GIS技术的福建省水土流失监测研究思路探讨

黄华国 罗火钱

（福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000）

0 引言

水土流失使土地退化,生产力下降,生态环境恶化,对人类社会可持续发展构成威胁,减缓或控制水土流失一直是世界性的课题。福建省的水土流失率逐渐下降，但仍为制约福建省经济社会可持续发展的重要因素。应用遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术对水土流失进行监测，已经成为水土保持科学研究与综合治理监测的重要方向之一。本文主要探讨基于RS和GIS技术的福建省水土流失监测研究思路，拟为解决福建省水土流失问题提供科学方法和先进手段参考。

1 RS与GIS技术简介

1.1 RS概述

RS是遥感英文名称Remote Sensing的缩写，是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性探测技术。RS技术具有宏观、准确、客观、动态、综合、多层次、多波段、多极化、全天候和全天时的特点。自20世纪70年代以来,人们就开始应用遥感技术进行土壤侵蚀调查。在我国,以航天、航空等多层次遥感资料为信息源对全国大江大河、重点水土流失区和小流域进行了遥感调查与监测,为水土保持工作提供了新的手段[1]。

1.2 GIS概述

GIS,即Geographical Information System的缩略形式,中文含义为地理信息系统。GIS是由计算机硬件、软件和方法库组成的技术系统,它具有采集、管理、处理、分析、建模和显示空间数据的功能，具有空间性和动态性的特征,是多种学科交叉的产物。它以地理空间数据库为基础,采用空间模型分析方法,适时提供多种空间的和动态的有用信息,用于综合研究、资源开发、区域发展规划、环境保护、灾害防治、投资环境评价和决策管理等方面[2]。

2 基于RS和GIS技术的福建省水土流失监测研究思路

遥感技术在获取土地植被覆盖信息方面具有大面积、多时相、多波段、低成本的特色和信息丰富、信息周期短，实时性和动态性强等优势。同时，GIS技术的发展使得对多要素的相关空间分析成为可能。因此，遥感和GIS技术的结合为水土流失动态监测提供了广阔的空间与强大的数据支持，更能实时动态、准确客观地反映水土流失时空动态[3]。本文结合RS和GIS技术特点，探讨福建省水土流失监测研究思路。

2.1 研究区划分

福建省土地总面积为12.4万平方千米，海域面积达13.6万平方千米，福建省依山傍海，九成陆地面积为丘陵地带，被称为“八山一水一分田”。水土流失是十分复杂的过程，需要结合实际情况进行综合分析，在研究水土流失时要突出水土流失的主导因素作用，以便于水土保护的实施，研究福建省水土流失监测可按照水土流失的主要成因及区域地理位置特点将福建省区域进行划分，如划分为山区、沿海地区等。1981年科学出版社《简明水利水电词典》提出，水土流失指“地表土壤及母质、岩石受到水力、风力、重力和冻融等外力的作用，使之受到各种破坏和移动、堆积过程以及水本身的损失现象。这是广义的水土流失。狭义的水土流失是特指水力侵蚀现象”，所以也可按照土壤类型划分福建省研究区域，如划分为红壤区、黄壤区等。

2.2 数据获取

基于RS和GIS技术对水土流失进行监测，要获取的数据主要包括：（1）福建省多年的遥感影像数据；（2）福建省的地形数据（高程数据或者DEM数据）；（3）福建省土壤类型分布图；（4）福建省及各研究区行政区划图；（5）福建省气象站点和水文站点的气象资料、降雨数据、土壤侵蚀调查资料和图件。

2.3 水土流失监测研究

2.3.1 水土流失影响因子提取

1）植被因子:植被覆盖度因子是影响水土流失最为活跃的因子,而植被覆盖度与植被指数呈近似线性相关，通过植被指数的提取来获得相应的植被覆盖度。本研究拟选用NDVI作为评价指标，通过RS技术生成植被覆盖度图，从大范围内对植被进行动态监测[4-5]。

2）坡度因子:坡度与地表径流量呈正相关关系，坡度不同，土壤抗冲蚀能力也有较大差别，所以坡度大小是决定水土流失的重要因素。本研究拟根据实际情况，通过数字化地形图插值得到DEM数据，或者直接获取到的DEM数据提取坡度信息。参考1985年全国土壤侵蚀遥感调查工作技术规则和《水土保持技术规范》及有关模型，将坡度进行分级[4-5]，最后输出坡度分级图。

3）沟谷密度因子:沟谷密度因子是水土流失的结果因子，提取的思路是：通过遥感影像获取研究区的沟谷分布图，利用GIS自动生成研究区的公里格网，把格网分布图与沟谷分布图进行叠加分析，利用GIS的空间分析与统计能力，自动统计处落在每个栅格内的沟谷长度，该长度除以单元格网的面积，就得出沟谷密度，最后输出沟谷密度图[5]。

4）降雨因子:用GIS软件插值处理从气象观测站得到的降雨量数据，制成研究区的降雨量图。

5）土地利用类型因子:土地利用类型可反映水土流失发生率，人类不合理的土地利用是水土流失发生的主要原因之一。通过遥感影像图解译，得到研究区的土地利用类型图。

2.3.2 水土流失动态监测分析

基于上述RS和GIS技术的数据处理，已获得研究区水土流失估测的因子图，再通过RS和GIS软件的空间建模功能，将上述5个因子专题图进行叠加连乘，就可得出研究区的水土流失量分布图。通过分析对比不同时期的水土流失量分布图，从水土流失空间变化、强度变化等角度动态监测同一区域的水土流失变化情况，建立水土流失监测指标体系，为水土流失监测研究提供依据。

3 结语

利用RS和GIS技术，结合遥感影像、地形和降雨量等数据，提取对水土流失影响较大的因子如植被覆盖度、地形坡度、沟谷密度、降雨量、土地利用类型等，制成相关影响因子图，再进行空间叠加分析，可快速、准确、经济地实现对水土流失强度的调查分析。本文主要通过总结分析前人研究成果，探讨了基于RS和GIS技术的福建省水土流失监测研究思路，为福建省动态监测水土流失和开展水土流失综合防治提供科学参考。

［1］刘振忠,曾致远.基于MODIS的水土保持动态监测系统的设计与实现[J].计算机与数字工程，2007，35（11）：129-132，6-7.

［2］黄杏元.地理信息系统概论[M].南京:南京大学出版社,1993.

［3］刘会玉，王充，林振山，等.基于RS和GIS的滇池流域水土流失动态监测[J].南京师范大学学报:自然科学版，2012，35（2）：120-124.

［4］张雪才,王伟,贺新娟.3S技术在水土流失动态变化分析中的应用[J].水利与建筑工程学报，2012，10（4）：31-34.

［5］贺奋琴,何政伟,尹建忠.基于遥感和GIS的水土流失因子信息提取与分级定标研究:以攀枝花市为例[J].测绘科学，2006，31(4):126-127,111,9.