基于RS与GIS的太行山山地丘陵区水土流失风险评价

王雪　赵筱青　王兴友

摘要：太行山山地丘陵区由于地形、地貌、气候等自然条件和人类活动的干扰，出现了一定程度的水土流失。本文以河北省赞皇县为例，选取美国陆地卫星2010年Landsat5TM遥感影像、DEM数据和土地利用现状等数据，在RS和GIS的技术支持下，提取对水土流失影响较大的植被覆盖度、地形坡度和土地利用类型等因子，对赞皇县水土流失强度进行等级划分。结果表明：赞皇县水土流失程度有微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈几种情况，其中以微度、轻度和中度为主，分别占土地总面积的69.27%、19.30%和10.86%，主要集中分布于自然保留地、旱地和园地。

关键词：太行山；山地丘陵；RS；GIS；水土流失；植被覆盖度

中图分类号：S157文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）07-0102-05

AbstractDue to natural conditions such as terrain， physiognomy， climate and interference of human activities， there was a certain degree of soil erosion in the Taihang Mountain hilly area. Taking Zanhuang County for example and selecting Landsat5TM remote-sensing image， DEM and land-use map in 2010 as primary data， the major factors affecting soil erosion， such as vegetation coverage， terrain slope， land-use type and so on，were extracted based on RS and GIS. And the soil erosion intensity in Zanhuang County was graded. The results showed that the soil erosion in Zanhuang County was divided into the degrees of mired， mild， moderate， strength， pole strength and fierce. Among which， mired， mild and moderate were the primary， which took up 69.27%， 19.30% and 10.86% of total land area respectively， and mainly distributed in nature reserve， dry land and garden plot.

Key wordsThe Taihang Mountain； Hilly area； RS； GIS； Soil erosion； Vegetation coverage

水土流失是全世界面临的一个重大环境问题，它会使土地退化，生产力下降，生态环境恶化，从而对社会可持续发展构成威胁[1]。近年来，国内外运用RS和GIS对水土流失进行了一定的研究。Wischmeier等[2]提出的通用水土流失方程（USLE），因不受主观影响、形式简单，得到了较普遍的应用；后来，美国农业部对其进行了修正，修正方程RUSLE具有更广泛的应用范围和更高的精度[3]。但对于多山地区，由于地形因素的制约，进行实测及侵蚀模数调查存在一定困难，难以用侵蚀模数进行水土流失的研究，因此，贺奋琴[4]、赵善伦[5]、魏兴萍[6]等通过选取植被覆盖度、地形坡度、沟谷密度和土地利用类型等因子，运用RS和GIS对相应研究区的水土流失进行了分级研究和空间分析。本文以河北省赞皇县为例，基于RS和GIS，提取对水土流失影响较大的地形坡度、植被覆盖度、土地利用类型等因子，对赞皇县的水土流失强度分布特征及其与土地利用情况的关系进行了分析，以期为太行山山地丘陵区的水土流失调查、监测和环境整治提供一定的科学参考。

1研究区概况

赞皇县地处河北省太行山中段，位于北纬37°26′～37°46′，东经114°2′～114°31′之间，国土面积832 km2，辖11个乡镇，2010年底总人口为24.65万人。地势西高东低，西部、西南部为深山区，海拔大都在500 m以上，占土地总面积的22.23%；中部为浅山区和丘陵区，海拔在100～500 m之间，占总面积的69.52%；东部为山前平原区，占总面积的8.25%，构成“七山一滩二分田”的格局。土壤类型主要有褐土、棕壤、黄褐土；气候类型为暖温带大陆性季风气候，年均气温13.3℃，无霜期约190 d，年均降水量568 mm，且分布不均，12月至次年2月降水量占全年降水量的 2.3%，6～9月占全年降水量的75.8%。由于境内地形起伏较大，土质贫瘠，降雨多且集中，存在一定程度的水土流失。

2水土流失强度评价方法

2.1数据准备

选用2010年8月TM 7个波段的遥感影像，以及赞皇县土地利用类型图（2010年）、DEM（1∶50 000）、赞皇县行政区划图。栅格计算以30 m×30 m为基本单元，所有数据均采用统一的WGS_1984_UTM_Zone_49N投影进行空间计算。此外，还选用了赞皇县的社会经济统计数据。

2.2水土流失因子信息提取

水土流失是发生在地表的过程，一些特殊的侵蚀退化标志（如地表裸露程度、地形地貌、植被覆盖度和土地利用方式的改变等）易于被遥感影像所记录[7]，地理信息系统的快速发展使大范围的土壤侵蚀监测成为可能。根据国家水利部颁布的《土壤侵蚀分级分类标准》（SL190-96）[8]，研究区属于北方土石山区，按年水土流失量分为微度（<200 t/km2）、轻度（200～2 500 t/km2）、中度（2 500～5 000 t/km2）、强度（5 000～8 000 t/km2）、极强度（8 000～15 000 t/km2）和剧烈（>15 000 t/km2）六级。

本研究利用ENVI对遥感影像进行处理，提取植被覆盖度；对DEM提取坡度，并进行重分类，利用表1中的指标进行水土流失强度分级。

4结论与讨论

本研究综合考虑植被覆盖度、地形、土地利用等水土流失因子，参照《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-96）中的规定，基于RS和GIS，得出了赞皇县的水土流失强度级别。结果表明：（1）赞皇县水土流失强度可分为微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈，以微度、轻度和中度为主，分别占土地总面积的69.27%、19.30%和10.86%，主要分布在许亭乡、嶂石岩乡、院头镇和黄北坪乡；（2）水土流失主要集中于自然保留地、旱地和园地，其它土地利用类型较少。在今后的土地利用中应结合当地情况，认真开展土地适宜性评价，合理、科学地制定土地利用规划，抑制建设用地的大量扩增，完善基本农田保护制度；对水土流失较严重的地区，如赞皇西部深山区，应禁止对25°以上的坡地进行开垦，已开垦耕地应逐渐退耕还林还草；对于自然保留地，应采取一定的科学技术手段进行林草种植和生态恢复。

水土流失过程复杂，影响因素众多。对赞皇县来说，地形地貌变化不太剧烈，与采用相同研究方法研究的西南地区比较，侵蚀相对较轻，可见地形是影响水土流失的重要因子。将本研究结果与赞皇县环保部门现有的水土流失资料进行对比分析，本文所得结论与现有数据的准确率接近90%，说明，采用本研究方法计算水土流失强度等级较为客观，且具有较高的可行性。随着今后研究的深入，可考虑采用水土流失方程，进而在更大尺度上评价该区域的水土流失侵蚀程度。

参考文献：

[1]吕航，陈圣波，孟治国，等.基于RS与GIS的大尺度水土流失分级制图[J].遥感技术与应用，2007，22（6）：715-717.

[2]Wischmeier W H， Smith D D. Predicting rainfall erosion losses. A guide to conservation planning， USDA[M]. Washington D C： Agriculture Handbook No.537，1978.

[3]Renard K G， Foster G A， Weesies G A， et al. Predicting soil erosion by water： A guide to conservation planning with RUSLE USDA[M]. Washington D C： Agriculture Handbook No.703， 1997.

[4]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.

[5]赵善伦，张伟，尹民.GIS支持下的山东省土壤侵蚀空间特征分析[J].地理科学，2002，22（6）：694-699.

[6]魏兴萍.基于RS和GIS的重庆南川区水土流失变化研究[J].水土保持研究，2009，16（5）：60-65.

[7]罗志军，刘耀林.基于 RS 与 GIS 的植被覆盖度与水土流失关系研究——以三峡库区秭归县为例[J].国土资源科技管理，2008，25（3）：6-10.

[8]中华人民共和国水利部.土壤侵蚀分类分级标准（SL190- 96）[S].北京：水利电力出版社，1997.

[9]刘淼，秦大庸，刘家宏，等.基于NDVI的山西省植被覆盖度变化研究[J].人民黄河，2009，31（5）：17-18.

[10]秦伟，朱清科.植被覆盖度及其测算方法研究进展[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2006，34（9）：163-166.

[11]杜子涛，占玉林，王长耀.基于NDVI序列影像的植被覆盖变化研究[J].遥感技术与应用，2008，23（1）： 47-50，125.

[12]郭芬芬，范建容，严冬，等.基于像元二分模型的昌都县植被盖度遥感估算[J].中国水土保持，2010（5）：65-67.

[13]陈述彭，童庆禧，郭华东.遥感信息机理研究[M].北京：科学出版社，1998：345-349.

[14]王晓峰，任志远.基于RS和GIS的榆林市植被覆盖度动态变化研究[J].陕西师范大学学报：自然科学版，2008，36（3）：101-104.

[15]周兆叶，储少林，王志伟，等.基于NDVI的植被覆盖度的变化分析[J].草业科学，2008，25（12）： 23-29.

本研究利用ENVI对遥感影像进行处理，提取植被覆盖度；对DEM提取坡度，并进行重分类，利用表1中的指标进行水土流失强度分级。

4结论与讨论

本研究综合考虑植被覆盖度、地形、土地利用等水土流失因子，参照《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-96）中的规定，基于RS和GIS，得出了赞皇县的水土流失强度级别。结果表明：（1）赞皇县水土流失强度可分为微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈，以微度、轻度和中度为主，分别占土地总面积的69.27%、19.30%和10.86%，主要分布在许亭乡、嶂石岩乡、院头镇和黄北坪乡；（2）水土流失主要集中于自然保留地、旱地和园地，其它土地利用类型较少。在今后的土地利用中应结合当地情况，认真开展土地适宜性评价，合理、科学地制定土地利用规划，抑制建设用地的大量扩增，完善基本农田保护制度；对水土流失较严重的地区，如赞皇西部深山区，应禁止对25°以上的坡地进行开垦，已开垦耕地应逐渐退耕还林还草；对于自然保留地，应采取一定的科学技术手段进行林草种植和生态恢复。

水土流失过程复杂，影响因素众多。对赞皇县来说，地形地貌变化不太剧烈，与采用相同研究方法研究的西南地区比较，侵蚀相对较轻，可见地形是影响水土流失的重要因子。将本研究结果与赞皇县环保部门现有的水土流失资料进行对比分析，本文所得结论与现有数据的准确率接近90%，说明，采用本研究方法计算水土流失强度等级较为客观，且具有较高的可行性。随着今后研究的深入，可考虑采用水土流失方程，进而在更大尺度上评价该区域的水土流失侵蚀程度。

参考文献：

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[7]罗志军，刘耀林.基于 RS 与 GIS 的植被覆盖度与水土流失关系研究——以三峡库区秭归县为例[J].国土资源科技管理，2008，25（3）：6-10.

[8]中华人民共和国水利部.土壤侵蚀分类分级标准（SL190- 96）[S].北京：水利电力出版社，1997.

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[11]杜子涛，占玉林，王长耀.基于NDVI序列影像的植被覆盖变化研究[J].遥感技术与应用，2008，23（1）： 47-50，125.

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[13]陈述彭，童庆禧，郭华东.遥感信息机理研究[M].北京：科学出版社，1998：345-349.

[14]王晓峰，任志远.基于RS和GIS的榆林市植被覆盖度动态变化研究[J].陕西师范大学学报：自然科学版，2008，36（3）：101-104.

[15]周兆叶，储少林，王志伟，等.基于NDVI的植被覆盖度的变化分析[J].草业科学，2008，25（12）： 23-29.

本研究利用ENVI对遥感影像进行处理，提取植被覆盖度；对DEM提取坡度，并进行重分类，利用表1中的指标进行水土流失强度分级。

4结论与讨论

本研究综合考虑植被覆盖度、地形、土地利用等水土流失因子，参照《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-96）中的规定，基于RS和GIS，得出了赞皇县的水土流失强度级别。结果表明：（1）赞皇县水土流失强度可分为微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈，以微度、轻度和中度为主，分别占土地总面积的69.27%、19.30%和10.86%，主要分布在许亭乡、嶂石岩乡、院头镇和黄北坪乡；（2）水土流失主要集中于自然保留地、旱地和园地，其它土地利用类型较少。在今后的土地利用中应结合当地情况，认真开展土地适宜性评价，合理、科学地制定土地利用规划，抑制建设用地的大量扩增，完善基本农田保护制度；对水土流失较严重的地区，如赞皇西部深山区，应禁止对25°以上的坡地进行开垦，已开垦耕地应逐渐退耕还林还草；对于自然保留地，应采取一定的科学技术手段进行林草种植和生态恢复。

水土流失过程复杂，影响因素众多。对赞皇县来说，地形地貌变化不太剧烈，与采用相同研究方法研究的西南地区比较，侵蚀相对较轻，可见地形是影响水土流失的重要因子。将本研究结果与赞皇县环保部门现有的水土流失资料进行对比分析，本文所得结论与现有数据的准确率接近90%，说明，采用本研究方法计算水土流失强度等级较为客观，且具有较高的可行性。随着今后研究的深入，可考虑采用水土流失方程，进而在更大尺度上评价该区域的水土流失侵蚀程度。

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[9]刘淼，秦大庸，刘家宏，等.基于NDVI的山西省植被覆盖度变化研究[J].人民黄河，2009，31（5）：17-18.

[10]秦伟，朱清科.植被覆盖度及其测算方法研究进展[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2006，34（9）：163-166.

[11]杜子涛，占玉林，王长耀.基于NDVI序列影像的植被覆盖变化研究[J].遥感技术与应用，2008，23（1）： 47-50，125.

[12]郭芬芬，范建容，严冬，等.基于像元二分模型的昌都县植被盖度遥感估算[J].中国水土保持，2010（5）：65-67.

[13]陈述彭，童庆禧，郭华东.遥感信息机理研究[M].北京：科学出版社，1998：345-349.

[14]王晓峰，任志远.基于RS和GIS的榆林市植被覆盖度动态变化研究[J].陕西师范大学学报：自然科学版，2008，36（3）：101-104.

[15]周兆叶，储少林，王志伟，等.基于NDVI的植被覆盖度的变化分析[J].草业科学，2008，25（12）： 23-29.