基于RS和GIS的区域水土流失快速评价研究

贺金兰 唐 静

（成都理工大学管理科学学院，四川 成都 610059）

一直以来，我国十分重视对水土流失的研究，因为水土流失会导致土地退化、生产力下降、生态环境恶化，对社会经济的可持续发展构成严重威胁［1］。水土流失是自然界物质、能量迁移的一种过程，是指地表土层受流水作用造成水和土的流失［2］。随着经济和科技的发展，水土流失经历了从经验模型到物理模型、从定性到定量的分析［3］。最初的土壤通用侵蚀方程（USLE）是由Wischmier结合美国20世纪30年代的8 000多个土壤侵蚀试验观测点资料统计总结提出的。该方程不仅仅是经验模型的典型代表，而且是之后所有研究水土流失模型的基本模型。由于影响水土流失的因素有很多，在自然因素和人为因素的作用下，其监测存在一定的复杂性和不确定性［1］，所以应用遥感（RS）和地理信息系统技术（GIS）对水土流失进行监测，已成为水土保持科学研究与综合治理监测的重要方向之一［1］。

1 研究区概况

研究区的中心位置位于北纬48.3°、东经133.1°，地处建三江，属寒温带湿润季风气候区，年平均气温1～2℃，平均降水量为550～600 mm，无霜期为110～135 d。这里是水稻、豆类及其他经济作物的最佳生长区带。

2 数据来源

研究区的数据来自2017年5月27日的高分一号遥感影像图，分辨率为16 m，含4个波段，利用ENVI5.1对遥感影像进行辐射定标、大气校正、拼接、裁剪，得到预处理之后的遥感影像。

3 研究区水土流失因子提取

3.1 高程信息提取

高程是影响水土流失的因素之一，一般地势较高的地区比较容易发生水土流失，地势较低的地区发生水土流失的概率相对较低［4］，在ArcGIS中，把高程数据分为5个等级，分别为＜100、100～200、200～320、320～470和＞470（单位：m）。

3.2 地形坡度提取

地形坡度的坡长、坡形、坡向等会对研究区的水土流失产生一定的影响［4］，该研究区的大部分区域坡度较缓，在ArcGIS中，把地形坡度分为5个等级，分别为＜3、3～7、7～12、12～20和＞20（单位：°）。

3.3 河网密度提取

河网密度越密集的区域越容易发生水土流失，河网密度较稀疏的地方发生水土流失的可能性相对较小，在Arc-GIS中，把河网密度分为5个等级，分别为＜18、18～34、34～50、50～66和＞66（单位：m/km2）。

3.4 植被盖度提取

植被是影响水土流失的一个重要因素，植被对水土流失有很好的控制作用。植被盖度较高的地方，水土流失的可能性较小；植被盖度较低的地方，水土流失的可能性较大。基于像元二分模型，利用归一化植被指数，对研究区的植被盖度进行分析，在ArcGIS中，把植被盖度分为5个等级，分别为＜0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8和0.8～1.0。

3.5 土地利用信息提取

土地利用类型是影响该研究区最重要的因素，利用K-means算法，对研究区分类，把分类之后的结果再分为5类，分别为裸地、滩地、盐碱地、沼泽地，居民用地、城镇用地，低盖度草地、中盖度草地、高盖度草地，疏林地、灌木林地、有林地，水田、湖泊、河渠、水库坑塘。

4 水土流失评价模型

4.1 各因子分级赋值

每个因子被划分为5级，各个级别对水土流失的影响程度依次为9、7、5、3和1，则对各个因子分级赋值为0.36、0.28、0.20、0.12和0.04。

4.2 各因子权重

利用层次分析法确定各个因子的权重，根据研究区的实际情况，土地利用类型对水土流失的影响较大，其次是植被盖度和高程，最后是坡度和河网密度。根据这些因素对水土流失影响的大小，构建出研究区水土流失的判断矩阵，利用方根法求出最大特征根为5，且对判断矩阵进行一致性检验和随机检验，符合层次分析法的要求，可以得到各个因子的权重，土地利用类型、植被盖度、高程、坡度和河网密度的权重依次为0.353、0.235、0.235、0.118和0.059。

4.3 水土流失评价模型

在5个因子的共同作用下，水土流失的评价模型为：

式（1）中，f表示最终的水土流失程度，μi表示各因子相对应的分级数值，vi表示各因子的权重。

5 试验结果

根据水土流失评价模型，在ArcGIS中进行加权叠加，得到水土流失分级图，再对各个等级的水土流失情况进行统计，其中，微度流失占总面积的5.8%，轻度流失占总面积的65.3%，中度流失占总面积的11.2%，强度流失占总面积的11.4%，极强度流失占总面积的6.3%。

6 结论

该研究区大部分地区的水土流失情况为轻度流失，占研究区总面积的65.3%；部分地区为中度流失与强度流失，分别为11.2%、11.4%；较小部分地区为微度流失和极强度流失。土地利用分类对研究取得水土流失评价起主要作用，程度流失较强的大部分地区为沼泽地、裸地、居民用地等，林地、水田的水土流失度较小。与实际情况相对比，本文对该研究区水土流失的评价是有效的，但是微度流失的比例相对实际情况较小，这是因为在进行土地利用分类时，由于噪声数据的影响，位于研究区东南部的湖泊被分为居民用地，影响了水土流失的分级。在后续的研究中，需要更加精确地提取各个因子的信息。