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基于_3S_技术的可渡河流域水土流失监测研究_图文

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中国水土保持 SWCC 2009年第 10期

基于“3S”技术的可渡河流域水土流失监测研究
赵园春
(广州航海高等专科学校 ,广东 广州 510330)

[关键词 ]“3S”技术 ;水土流失 ;动态监测 ;可渡河流域 [摘  要 ] 采用基于“3S”技术的水土流失遥感监测方法 ,以 GIS软件为平台 ,实现了在 GIS平台上“3S”的集成 。本次遥 感监测研究了可渡河流域的土壤侵蚀的详细情况 ,分析了土地利用 、植被覆盖和坡度因子与土壤侵蚀之间的关系 ,获得 了该区域土壤侵蚀的动态变化信息 ,为水土流失治理 、生态环境建设提供了决策依据 。 [中图分类号 ] S157; X87  [文献标识码 ] A   [文章编号 ] 1000 - 0941 (2009) 10 - 0038 - 03

  我国是世界上水土流失最为严重的国家之一 ,传统的水土 流失监测是由技术人员利用地形图在野外以目视判读来勾绘 侵蚀图斑 、定性评估侵蚀强度 ,但是这种方法野外工作繁重 ,无 法快速 、科学 、准确地监测和评估大区域的土壤侵蚀状况 [1 ] 。 近年来 ,“3S”技术一体化的飞速发展 ,为水土流失调查与监测 提供了新的工具 。基于“3S”技术的水土流失遥感监测方法在 PC机上实现了 GIS、RS和 GPS的集成 ,具有准确 、快速 、动态 、 定量 、定位的优点 ,受到国内外专业人士的推崇 。采用该方法 将水土流失监测和水保规划综合为一体 ,在完成监测任务的同 时 ,又可制定来年的水土流失防治方案 ,从而能适时地完成“一 年一小测 ,三年一公告 ”的水土流失动态监测任务 。
1 流域概况
可渡河是北盘江的一条支流 ,属珠江水系 ,源自云南省宣 威市白马梁子北坡 ,向北流至花鱼洞附近 ,向东沿滇黔两省边 界流经云南宣威市 、贵州 威 宁 县 和 水 城 县 汇 入 北 盘 江 , 全 长 154. 6 km ,其中滇黔两省界内河段长 105 km ,流域面积 3 140 km2。可渡河流域地处云南高原向贵州高原过渡的斜坡地带 , 地势西北高 、东南低 ,地势陡峭 ,海拔 2 100—2 300 m;地貌类型 以高原中 、低山为主 ,地形起伏大 ,沟谷纵横 ,山高坡陡 ;降雨时 空分布不均 ,人口众多 ,土地压力大 ,特殊的自然地理因素和人 为因素相互作用 ,水土流失十分严重 ; 水土流失以水力侵蚀中 的面蚀和沟蚀为主 ,其中以面蚀分布最广 ,主要发生在坡耕地 、 荒山荒坡及疏 、残 、次 、幼林地等 。
2 研究内容和技术路线
2. 1 研究内容 本研究以“3S”技术为基础 ,以 2006年“北京一号 ”卫星影
像为主要信息源 ,对可渡河流域的土壤侵蚀强度和面积 、植被 覆盖 、土地利用状况等进行遥感监测 。根据遥感影像解译数 据 、统计资料和实地考察得到的地貌 、土壤 、植被 、土地利用类 型等 ,采取合理的数理统计方法获得监测区的水土保持措施数

据 ,然后借助 GIS和 RS软件 ,制作各种专题图和统计图表 ,最 终得到水土流失动态监测成果 ,为水土流失治理 、生态环境建 设提供了决策依据 。 2. 2 技术路线
根据上述研究内容 ,制定了实施的技术路线与工作流程 , 具体包括以下 5个主要环节 : ①数据收集整编及预处理 ; ②监 测指标初步解译 ; ③野外调查 ; ④监测指标解译 、计算与分析 ; ⑤监测成果分析 、制图 。
3 数据处理 、遥感解译及 GIS分析
3. 1 基础数据获取与处理 基础数据为水土流失动态监测提供了基础影像图和必要
的解译辅助资料 ,是遥感解译 、分析 、制图及报告编写的基础 ,主 要包括遥感影像资料 、专题地理信息数据以及相关文档 3类 。 3. 1. 1 遥感影像资料
本研究采用 3个不同成像时间的 “北京一号 ”卫星影像数 据 ,成像时间分别为 2006 - 03 - 08、2006 - 09 - 24 和 2006 - 12
- 24,空间分辨率为 32 m ,基本实现了监测区域的无云全覆盖 。 然后 ,根据工作习惯和解译需要 ,在假彩色合成影像基础上对 各影像进行了必要的处理 ,主要包括镶嵌 、彩色合成以及匀色 等 ,最终生成了可渡河流域模拟真彩色遥感影像图 ,作为解译 土地利用现状和土壤侵蚀图斑的基础底图 。 3. 1. 2 专题地理信息数据
在可渡河流域 1 ∶50 000地形图 (DLG)上进行包括图幅拼 接 、编辑和数字高程模型 DEM 制作等处理过程后 ,将其作为影 像正射校正的参考地理信息 、土地坡度分析以及专题制图的基 础地理数据 。本研究采用的专题地理信息数据包括可渡河流 域 1 ∶100 000土地利用数据 (2000年 )和可渡河流域土壤侵蚀 调查成果 (1999年 ) ,并进行了必要的整理 。 3. 2 遥感解译与 GIS分析 3. 2. 1 野外调查
野外调查的主要目的是在实地了解可渡河流域植被覆盖 、

   赵园春 :基于“3S”技术的可渡河流域水土流失监测研究

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土地利用现状的基础上 ,结合遥感影像与实地水土流失状况进 行对比分析 ,掌握影响区域土壤侵蚀因子的空间分布规律和空 间结构 ,建立可渡河流域水土流失的遥感解译标志 ,为室内影 像分类和解译提供可靠的第一手资料 ,为遥感调查结果的复核 与精度评价提供可靠数据和依据 。野外调查采取典型区域重

点调查和沿公路线抽样踏查的方式 ,调查步骤为 GPS定位 —数 码相机拍照记录 —影像特征描述 —调查点植被覆盖状况 、土地

利用方式 、水土流失类型及强度记录等 。同时 ,野外调查也可 对接下来的遥感解译进行验证 ,提供精度分析 。 3. 2. 2 土壤侵蚀强度影响因子获取
土壤侵蚀强度受多种因子综合作用 ,仅根据影像特征难以 对其进行量化分级 。因此 ,水土流失遥感解译通常是通过遥感 影像获得主要影响因子如土地利用类型 、植被覆盖状况等 ,再 由 DEM 获得地形坡度数据 ,然后根据《土壤侵蚀分类分级标 准 》[2 ]进行土壤侵蚀强度分级 。现将各主要影响因子专题数据

获取方法和分级指标分述如下 : (1)土地利用类型 。土地利用类型数据是以水利部水土保
持监测中心提供的 1 ∶100 000土地利用矢量数据为基础 ,利用 eCognition软件进行更新解译 ,制作土地利用现状专题图并进行 统计分析得到的 。

(2)植被覆盖度 。根据监测精度要求 ,植被覆盖度的获取 方法采用归一化植被指数 (NDV I)转化法 。根据提供的影像资 料计算 NDV I,然后利用混合像元模型计算像元植被覆盖度 [3 ] , 获得植被覆盖栅格专题图并进行统计分析 。植被覆盖度的分

级参照《土壤侵蚀分类分级标准 》[2 ]中的分级标准 ,同时结合监 测区域的实际情况划分为低覆盖 、中低覆盖 、中覆盖 、中高覆盖

和高覆盖 5级 。 (3)地形坡度 GIS分析 。坡度分析是由 1 ∶50 000 DLG等
高线 、高程点数据 ,通过三维分析 ,生成 DEM ,据此计算地形坡 度 ,并对坡度进行分级 ,获得坡度分级专题图 。 3. 2. 3 土壤侵蚀强度 GIS分析计算
土壤侵蚀强度是基于《土壤侵蚀分类分级标准 》[2 ]采用多

因子进行叠加分析 ,根据分级标准建立判别规则 (表 1) ,对涉及 土壤侵蚀的土地利用图斑进行判别 ,获得图斑的土壤侵蚀强 度 ,判别过程由计算机程序自动实现 。

表 1 土壤侵蚀强度面蚀 (片蚀 )分级标准

地类

林草覆 盖度 ( % )

≤5

非耕地 坡耕地

60 ~75 45 ~60 30 ~45
< 30

微度 微度 微度 微度 微度

水域 、城镇及 居民用地

微度

地面坡度 ( °)

5 ~8 轻度 轻度 轻度 中度 轻度

8~15 15~25 25~35 > 35 轻度 轻度 中度 中度 轻度 中度 中度 强烈 中度 中度 强烈 极强烈 中度 强烈 极强烈 剧烈 中度 强烈 极强烈 剧烈

微度 微度 微度 微度 微度

  计算过程的实现利用了 eCognition软件 ,在土地利用更新 分类时除导入遥感影像和 2000年土地利用矢量数据外 ,坡度栅 格图也作为影像层导入分类工程 ,参与土地利用更新分类 。更 新完成后 ,在土地利用分类成果的基础上 ,对土地利用图斑做 进一步细分割 ,以获得植被覆盖度与坡度相对一致的单一类型

侵蚀地块对象 ,再利用软件的定制功能 ,建立植被覆盖度和坡 度两个自定义特征均值 。输出侵蚀地块对象矢量结果 ,将更新 分类获得的土地利用类型以及植被覆盖度 、坡度两个自定义特 征均值都添加到侵蚀地块矢量属性表中 ,然后将矢量结果转为 geodatabase格式 ,通过土壤侵蚀强度分级程序实现侵蚀强度的 自动赋值 。

4 水土流失动态监测成果

利用土壤侵蚀强度分级程序 ,计算土地利用图斑的土壤侵

蚀强度 ,从而获得可渡河流域土壤侵蚀专题图 ,并据此与 1999

年土壤侵蚀调查数据进行对比分析 ,结果见表 2和图 1。

表 2 可渡河流域土壤侵蚀动态变化统计

km2

年份

轻度

水土流失面积

中度

强烈 极强烈 合计

1999 2007 增减

756. 12 556. 55 - 199. 57

1007. 93 1206. 96 199. 03

243. 53 166. 82 - 76. 71

21. 88 47. 59 25. 71

2029. 46 1977. 92 - 51. 54

图 1 可渡河流域土壤侵蚀动态变化
4. 1 水土流失面积构成 监测成果表明 : 2007年可渡河流域内的土壤侵蚀总面积为
1 977. 92 km2 ,主要由轻度 、中度两类构成 ,两者占到总面积的 89. 16% ,并以中度侵蚀面积最大 ,占侵蚀总面积的 61102% ,其 余分别为 :轻度侵蚀 556. 55 km2 ,占总侵蚀面积的 28. 14% ;强 烈侵蚀 166. 82 km2 ,占总侵蚀面积的 8. 43% ;极强烈侵蚀 47. 59 km2 ,仅占总侵蚀面积的 2. 41% ;无剧烈侵蚀 。 4. 2 水土流失动态变化
通过对可渡河流域 2007年和 1999年两次土壤侵蚀遥感调 查的侵蚀分类结果进行对比 (表 2、图 1) ,可以看出 : 2007年土 壤侵蚀总面积比 1999年减少了 51. 54 km2 ,其中轻度侵蚀面积 减少了 199. 57 km2 ,中度侵蚀面积增加了 199. 03 km2 ,强烈侵 蚀面积减少了 76. 71 km2 ,极强烈侵蚀面积增加了 25. 71 km2。 土壤侵蚀面积变化的总体特征是侵蚀面积有所减少 ,但局部区 域面积有所增加 、强度有所加强 。上述结果表明当前采取的综 合治理和封育保护起了一定作用 ,但是部分地区的水土流失状 况仍在继续发展和加剧 。
5 结  语
本研究充分发挥“3S”技术集成应用的优势 ,除了少量野外 调研考察外 ,主要工作均可在室内完成 。为实现流域水土流失 动态监测 ,“3S”技术发挥了重要的作用 ,首先遥感影像提供了 详尽的下垫面信息 ,从中可以准确提取土壤侵蚀因子 ;其次地

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中国水土保持 SWCC 2009年第 10期

淤地坝放水涵洞进水口适宜高程的探讨
高春河 1 ,卜崇德 2 ,蒋得江 3
(1. 原州区水土保持工作站 ,宁夏 固原 756000; 2. 宁夏水利厅 水土保持局 ,宁夏 银川 750001; 3. 黄河上中游管理局 ,陕西 西安 710021)

[关键词 ] 淤地坝 ;放水涵洞 ;进水口高程 ;宁夏 [摘  要 ] 淤地坝放水涵洞进水口高程的确定直接影响到工程安全度汛 、全流域水资源统一调度 ,对于保证放水建筑物 长期安全运行 、提高坝地作物保收率和应对施工期超常洪水十分重要 。近年来 ,宁夏在小流域坝系建设过程中 ,就淤地 坝放水涵洞进水口高程的确定进行了探索与实践 ,在固原市原州区张易河小流域坝系建设中采用了降低放水涵洞进水 口高程的方法 ,工程建成初期就在水资源利用 、工程安全度汛等方面取得了很好的效果 ,也证明了放水涵洞低进水口高 程方案的可行性 。 [中图分类号 ] S157  [文献标识码 ] C  [文章编号 ] 1000 - 0941 (2009) 10 - 0040 - 02

  淤地坝是黄土高原地区治理水土流失 、改善农业生产条件 的一种重要措施 ,具有拦泥 、蓄水 、缓洪 、淤地等综合功能 ,应用 十分广泛 。淤地坝一般由土坝和放水建筑物“两大件 ”组成 ,放 水建筑物中的放水涵洞起着调节坝内水位 、保障工程安全的重 要作用 ,尤其涵洞进水口高程的确定至关重要 。因此 ,本文对 中型淤地坝 、水土保持治沟骨干工程放水涵洞进水口的适宜高 程进行了探讨 。
1 规范对放水涵洞进水口高程的要求
《水土保持治沟骨干工程技术规范 》( SL289—2003)对放水 涵洞进水口高程的选择没有明确要求 。《水土保持综合治理技 术规范 》( GB / T16453. 3—1996)只要求在淤地过程中和坝地淤 成后能及时排出坝内清水和洪水 ,以利于坝地种植 ,在淤地坝 淤满之前如兼有蓄水灌溉作用的 ,其泄水建筑物应能满足及时 供给灌溉用水的要求 。

2 放水涵洞进水口高程的选择
在 2003年以前 ,固原市原州区的做法通常是将骨干工程的 放水涵洞进水口设置在淤积面高程 ,分析原因 ,是沿用了水库 将放水涵洞进水口放置在死库容水位线的做法 。但淤地坝不 同于水库 ,特别是 2003年实行按坝系建设淤地坝以后 ,在一条 流域的各级沟道内建设比较密集的大 、中 、小型淤地坝 ,并形成 坝系 ,会彻底改变流域的水沙条件和水资源分布格局 ,也会对 下游的生态环境带来重大影响 ,因此淤地坝放水涵洞进水口高 程的选择需要认真研究 。
3 淤地坝放水涵洞进水口的适宜高程
从淤地坝的性质和技术规范的要求来看 ,其放水涵洞进水 口布设在沟底至淤积面高程之间任何位置都是允许的 ,但是综 合宁夏多年水土保持工作实践经验 ,将放水涵洞进水口高程尽 量降到沟底是十分必要的 。理由如下 :

理信息系统承担了对土壤侵蚀因子图层的整理分析工作 ,为调 研结果的存储 、显示 、查询和叠加分析提供了强有力的基础平 台 ;再次 GPS在调研中承担了野外考察定位 ,实地定位收集的 大量现场信息是室内解译和成果检查验收的重要依据 。可见 , 随着“3S”技术的不断完善发展和计算机技术的提升 ,水土流失 监测必将获得更高的技术支撑 ,研究方法将更趋完善 ,研究手 段也将更加先进 ,研究成果的可信度 、精确度也会大大提高 ,从 而极大地推动水土流失研究的进展 ,使我国水土保持管理工作 水平得到很大的提高 ,能更好地适应信息化 、现代化的发展要 求 [4]。
[参考文献 ]
[ 1 ] 郭廷辅. 我国水保工作的现状 、问题和对策 [ J ]. 地理研

究 , 1995, 14 (4) : 1 - 6. [ 2 ] SL190—2007,土壤侵蚀分类分级标准 [ S ]. [ 3 ] 李苗苗 ,吴炳方 ,颜长珍 ,等. 密云水库上游植被覆盖度的
遥感估算 [ J ]. 资源科学 , 2004, 26 (4) : 153 - 159. [ 4 ] 孙长安. 国内外应用“3S”技术开展水土流失监测的发展
状况 [ J ]. 中国水土保持 , 2008 (6) : 54 - 57.
[作者简介 ] 赵园春 ( 1978 - ) ,女 ,重庆壁山县人 ,讲师 ,硕士 , 主要从事测量 及“3 S”系 统 方 面 的 教 学 及 研 究 工 作。
[收稿日期 ] 2009 - 03 - 15
(责任编辑  李杨杨 )


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