基于GIS和USLE的三江平原土壤侵蚀定量评价

基于GIS／RS技术的博尔塔拉河流域土壤侵蚀定量评价

新疆农业大学学报
２０１３，３６（３）：２４５～２４９
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉｎｊｉａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文章编号：１００７ — ８６１４（２０１３）０３ — ０２４５－０５
ｗｈｏｌｅａｒｅａ，ｗｈｉｃｈｒｅａｃｈｅｓ３６１９．９ｋｍ。．Ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｉｎｔｈｅｓｅａｒｅａｓ．Ａｔｔｈｅ
ｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓ，ｗｈｉｃｈ，ｔｈｅｒｅｂｙ，ｐｒｏｖｉｄｅｄｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｂｅｓｔｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅ
ｌａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓｑｕａｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｕｓｅｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ；ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｗａｔｅｒｓｈｅｄ

GIS支持下的土壤侵蚀定量遥感监测模型及应用

GIS支持下的土壤侵蚀定量遥感监测模型及应用摘要：遥感监测模型的构建和应用离不开GIS技术，笔者结合实际工作经验，在本文中分析了GIS技术支持下，以定量遥感监测构建区域土壤侵蚀模型及其应用。

关键词：土壤侵蚀；定量遥感；GIS；模型土壤侵蚀是常见的环境危害性问题，其引发原因有复杂的人文、地理因素影响，例如降雨、土壤结构、地形构成、人为活动等，因此有必要以专业化的监测手段防止土壤侵蚀对环境和人类生存造成的不利影响。

相较于传统的以人力人为活动监测，现在普及应用的遥感技术能够收集更丰富的综合信息，以较强的实时性、较高效准确的动态性数据收集，发挥对土壤侵蚀问题的监测优势。

1土壤侵蚀的研究和监测土壤侵蚀是指土壤及其表层岩石等母质，因为各种营力作用和人类活动影响，而导致土壤结构成分除一般流失速率外，还在原位置有了更快速的流失。

其外营力影响有风力、水力、重力、融冻等因素导致的土壤侵蚀，其内营力影响主要为土壤结构和构成等。

我国的大部分区域为亚热带季风气候条件，土壤侵蚀类型以面蚀、溅蚀、沟蚀等水力侵蚀为主[1]。

1.1土壤侵蚀的研究类型依据土壤侵蚀的研究模型类别，将其分为对坡面、小流域、流域、全球范围土壤和其他区域的侵蚀研究;依据土壤侵蚀的研究手段，将其分此定性、半定量和定量这三类研究;依据土壤侵蚀的研究科目方法，将其分为以测量学、水力学、地貌学、土壤学、地球综合学等方法的研究。

1.2土壤侵蚀的监测模型构建1.2.1监测模型分类为加强土壤侵蚀的分析准确性，一般利用模型模拟的方式，让对土壤的综合分析能够更加直观化。

根据模型构建中的数据来源和构建方法，可将其分为概念模型、经验模型和物理模型这三类。

经验模型的观测数据分析对操作者的经验有更高的依赖性，而对计量数据的要求较低，因此在数据条件不足时有很好的应用效果；但其假设可能不够合理，对区域土壤的物理机制、空间异质性等的综合考虑都不足[2]。

物理模型与经验模型有很大不同，其构建基础为区域的自然机制和物理数据计算，要求模型能够真实描述区域的土壤情况，并保障各个参数选择能够严格遵守相关的物理能动量方程，以明确、可量测的、具有空间异质性的参数来构建区域土壤的监测模型，具有很好的准确性和真实性；但其大量参数计算和分析的要求，也大大增加了计量和处理的数据量增加，可能因过参数化、复杂计算、结果难检验等问题而影响了监测模型的正常利用。

浅析应用GIS进行土壤侵蚀评价研究

２地理信息系统与土壤侵蚀
２．１地理信息系统的特点
气候、土壤、地质、地貌、植被和土地利用状况六大因子影响
了土壤侵蚀的发生，根据作用显著情况得出，土壤侵蚀的发生主
要受植被覆盖度、坡度和土地利用状况这３个因子的影响『４］。因
地理信息系统（ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ或Ｇｅｏ — ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，简称ＧＩＳ），又称为“ 资源环境信息系统” 或“ 地学信息系统” 。它是一种特定的空间信息系统（ＳｐａｔｉａｌＩｎｆｏｍａｒｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ），是借助于计算机软件、硬件，对整个或部分地球表层空间中的地理数据进行采集、存储、管理、模拟、分析、显示和描述
需的信息。地理信息系统是一个能用于进行有效搜索、储存、更
新、处理、分析和显示所有形式之地理信息的计算机硬件、软件、地理数据和有关人员（用户）的有机集合［１］。由此定义，可知地理
信息系统是一种工具，但不仅仅是一个制作地图的工具，而是以数据为依据，用配件和人员有机结合进行数据处理，对其产生结
第１期
收稿日期：２０１２ — ０７ — ３１
浅析应用ＧＩＳ进行土壤侵蚀评价研究
翟金慧
（山西华晋岩土工程勘察有限公司，山西太原，０３００２１）
摘பைடு நூலகம்

三岔河流域基于RUSLE模型与GIS的土壤侵蚀模数

三岔河流域基于RUSLE模型与GIS的土壤侵蚀模数作者：刘雪枚刘爽来源：《中国科技纵横》2019年第04期摘要：对于喀斯特地区进行土壤侵蚀定量研究，可以为水土流失防护与治理工作提供科学理论指导。

目前，在GIS技术的支持下，结合日降雨量数据、土壤类型、土地利用、DEM、MODIS-NDVI等数据，利用RUSLE模型可以快速地估算研究区域内的土壤侵蚀量。

经计算，三岔河流域内的土壤侵蚀在0-5493.48t/（km2·a）之间，其中，70%以上地区属于轻度侵蚀，但问题仍然严峻。

关键词：土壤侵蚀;三岔河;RUSLE;GIS中图分类号：S157 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0014-03水土流失作为一个常见的现象，已经广泛引起各国政府及专家学者的注意。

一个国家的水土流失现象的加剧与缓解，不仅直接关系到农林牧生产，而且影响到资源利用与环境保护、防灾减灾，乃至社会的发展和进步。

深入研究不同自然和社会条件下水土流失的区域分布规律，能为水土流失防治宏观决策的制定提供理论依据和信息基础资料。

1 研究区概况三岔河为乌江南源一级支流，位于东经104°54'～106°24'、北纬26°06'～27°00'之间，流域面积为5968km2，流域地势呈现西高东低的空间格局，海拔在911～2330m范围波动。

2 数据与方法2.1 数据来源本研究采用的基础数据包括：研究区30×30m的数字高程模型（DEM），3个县级气象站点2007-2017年的日降雨数据，2015年研究区土地利用数据，2015年月合成NDVI数据，空间分辨率为500m，1：5万土壤类型图，以及联合国粮农组织和维也纳国际应用系统研究所构建的世界土壤特征数据库。

2.2 土壤侵蚀模型RULSE（Revised Universal Soil Loss Equation）是1997年由Renard K G和Foster G R俩人在修正USLE土壤流失方程的基础上建立的，通过结合GIS与RS技术，在实用性和综合能力方面相比较原有的ULSE得到了更大的提升。

基于GIS的三江源区冻融侵蚀强度评价

冻融侵蚀区是指具有强烈冻融作用的寒冷气候条件，融冻
作用是最普遍、主要的外力侵蚀过程，时应有相应的冻融侵最同
界的生态安全制高点，它通过黄河、长江和澜沧江水系将源区的
生态环境与我国东部、国乃至东亚的生态环境紧密联系在一全
蚀地貌形态表现的区域。目前，针对确定青藏高原冻融侵蚀区范
围的理论与方法有众多研究，中以张建国等其的研究为代表。张建国等的研究取冰缘区的下界作为冻融侵蚀区的下界，并认为冰缘区下界比多年冻土区下界低２０ｍ左右，０然后取年均温
一
起。三江源区位于青藏高原腹地，其海拔高、气温低、温差大的气候特性为冻融侵蚀的发生创造了条件。冻融侵蚀是该区最主要
１研究区概况
由此可推出三江源冻融侵蚀区下界海拔的计算公式为
～Ｈ＝０Ｏ６８Ｏ９
．
三江源区位于我国西部的青藏高原腹地，行政区域涉及青海省玉树、果洛、海南、南４个藏族自治州的ｌ黄６个县和格尔木
一２０（）０２
［中图分类号］Ｓ５．１７１
［文献标识码］Ａ
［文章编号］１００４（０１００４ — ３００— ９１２１）４— ０１０
３。２之间，积约为２．６３面５９万ｋ２约占整个三江源地区面积ｍ，
冻融侵蚀是高寒地区由于温度变化，导致土体或岩石的水分发生相变、体积发生变化以及由于土壤或岩石不同矿物的差异膨胀，造成土体或岩石机械破坏并在重力等作用下被搬运、迁移、堆

基于GIS和USLE模型的巢湖流域土壤侵蚀评价

基于GIS和USLE模型的巢湖流域土壤侵蚀评价肖武;徐建飞;杨坤;李素萃;吕建春;汤曾伟【摘要】Soil erosion is the problem for land resources and environmental protection that the whole world is concerned about.Chao Lake is the fifth largest freshwater lake in China,which is located in the eastern part of China,and was draw much attention for its water eutrophication and cyanobacterial bloom.Therefore,assessment of soil erosion in Chao Lake Basin is of great significance for environmental protection strategy and land planning policy.The Chao Lake Basin was taken as a case study area,GIS and USLE model was employed to evaluate the soil erosion in fourteen counties/districts in Chao Lake Basin from 2000 to 2010.The research showed that: ① soil erosion areas are mainly distributed in Hilly region of Jinan District,Shucheng County,Juchao District,as well as Hanshan County,namely the upstream region of Hangbu-Fengle River watershed,Yuxi River watershed and Zhegao River watershed in Chao Lake Basin;② From 2000 to 2010,the ratio of micro erosion,strength erosion,extreme intensity of erosion and severe soil erosion area in Chao Lake basin were reduced by 0.5%,0.05%,0.21% and 0.23%,and the ratio of mild erosion and moderate erosion area were increased by 0.98% and0.01%,generally showing the trend of transfer from micro erosion,strength erosion,extreme intensity of erosion and severe soil erosion area to the light,micro degree erosion;③ the change of vegetation coverage is the main reason for the change of soil erosion classification,and the fluctuationof vegetation coverage showed a trend of decrease in soil erosion classification in the study area.%土壤侵蚀是全世界都关心的土地资源与环境保护问题.巢湖作为中国第五大淡水湖,近年来由于水体富营养化产生的水华现象引起多方重视,对巢湖流域土壤侵蚀评估对于环境保护战略与土地规划政策具有重要的意义.基于GIS平台,采用通用土壤流失方程(USLE)来评估巢湖流域14县/区2000年到2010年土壤侵蚀空间分布变化趋势.研究表明:① 巢湖流域土壤侵蚀严重区域主要分布在金安区、舒城县、居巢区以及含山县的丘陵地区,即杭埠河-丰乐河流域、裕溪河流域与柘皋河流域的上游地区;② 从2000年到2010年,土壤微度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀和剧烈侵蚀区域占巢湖流域总面积比例分别减少了0.5%、0.05%、0.21%和0.23%,而轻度侵蚀、中度侵蚀区域所占比例分别增加了0.98%和0.01%,总体呈现土壤强度侵蚀、极强度侵蚀与剧烈侵蚀区域向轻、中度侵蚀转移的趋势.③ 植被覆盖度变化是巢湖流域土壤侵蚀分级发生变化的主要原因,总体上,2000~2010年研究区由于植被覆盖度的波动性增加呈现土壤侵蚀分级波动性降低的趋势.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)016【总页数】9页(P35-43)【关键词】土壤侵蚀;巢湖流域;通用土壤流失方程;十四县/区【作者】肖武;徐建飞;杨坤;李素萃;吕建春;汤曾伟【作者单位】中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京 100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京 100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京 100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京 100083;济宁市土地储备中心,济宁 272000;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】S157由于土壤侵蚀带来的土壤退化、土壤生产能力下降以及对水生态环境的影响极大等后果[1]，我国土壤侵蚀分析与评价及相关的防治战略逐渐受到各方重视[2—4]。

基于遥感及气象数据的土壤侵蚀敏感性评价的解决方案

基于遥感及气象数据的土壤侵蚀敏感性评价的解决方案土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力（水、风）作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。

土壤侵蚀是全球环境的灾难，他不仅影响了人们的生存和社会发展，更限制了全球经济的可持续发展。

三江源地区由于特定的自然环境和脆弱的生态系统，其水土流失问题的研究具有重要意义。

土壤侵蚀敏感性评价是三江源地区生态环境评价的重要部分，它能够为该地区生态保护和建设提供科学依据。

本方案通过对三江源地区土壤侵蚀敏感性的评价来识别容易形成土壤侵蚀的区域并进行分级。

评价主要基于三江源地区自1990 年以来生态环境数据积累，包括用于土壤侵蚀敏感性评价的各项自然指标数据。

在对该地区的生态状况进行全面调查的基础上，制定了较为合理的技术路线。

根据三江源地区土壤侵蚀类型和特点，本次评价将分水蚀区域和风蚀区域分别进行评价，然后进行综合制图。

1、数据准备及预处理土壤水蚀的影响因素有降雨侵蚀力（R）、土壤质地、土壤可蚀性、地形起伏度和植被状况。

其中降雨侵蚀力和植被状况指标随时间发生变化，分别有1990、2004 和2009 年三期数据。

土壤风蚀敏感性的指标主要有土壤质地、土壤可蚀性、地形起伏度、植被状况、风场强度和土壤表层湿度，对各因子分别评价，然后进行综合。

本次评价中植被状况、风场强度和土壤表层湿度三项指标随时间而发生变化，分别为1990、2004和2009年三期的数据。

2、研究方法2.1 地形起伏度利用三江源地区100m 分辨率dem 数据，采用ArcMap 中的空间分析(SpatialAnalyst) 模块中的邻域分析(Neighborhood Statistic)工具，以n×n像元的圆形为模板算子，对整个研究区进行移动计算, 先计算出n×n像元内的格网最大值maximum，然后计算出其领域最小值minimum，再利用模块中的栅格计算工具(Raster Calculator) 计算最大值与最小值高程差,就得到了该n×n窗口的地势起伏度结果值。

基于GIS和RUSLE的黄土高原小流域土壤侵蚀评估

收稿日期：２００８－０６．０９修订日期：２００９－０７．０３基金项目：“十一五”国家科技支撑项目（２００６ＢＡＤ０３Ａ０３）：国际泥沙研究中心生态建设综合效益评价课题作者简介：秦伟（１９８２一），男，陕两汉中人，博士，主要研究方向：水土保持及林业生态工程。北京中国水利水电科学研究院泥沙研究所，１０００４４。Ｅｍａｉｌ：ｑｉｎｗｅｉ＿ｏｆｆｉｃｅ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ ※通信作者：朱清科（１９５６－），男，宁夏人，博士。教授。主要研究方向：水土保持和林业生态工程。北京北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，１０００８３。Ｅｍａｉｌ：ｘｍｇｍｂ＠ｂｊｆｕ．ｅｄｕ．∞
抗由降雨、径流产生的侵蚀能力的综合体现。ＲＵＳＬＥ中，
土壤可蚀性因子定义为标准小区内单位降雨侵蚀力引起
的土壤流失率。采用ＲＵＳＬＥ推荐的在缺少资料时采用土
壤颗粒平均几何直径计算Ｋ因子的方法【１２】：
１
Ｋ＝７．５９４（０．００３４＋０．０４０５ｅｘｐ｛一｛－［（１０９Ｄｇ＋ｒ¨
●
、二／
１．６５９）／０．７１０１］２））
坡产生５６．５０％的侵蚀量；不同土地利用类型中，占总面积５７．０７％的草地产生９６．３７％的侵蚀最，成为目前流域内主要侵
蚀产沙源。研究为应用修正通用土壤流失方程在黄土高原进行侵蚀评估提供技术范例，为该区侵蚀防治和水土资源利用
提供有益参考。
关键词：土壤，侵蚀，地理信息系统，修正通用土壤流失方程，黄土高原
长、对角线长或边长与坡度余弦比等作为其坡长进行运算，忽略了单元格间的汇流过程，将其作为水文孤岛，从而严重减小￡因子、低估侵蚀强度【ｌｏ】。虽然有的研究选用不规则坡面的坡段三因子算法【１１１，并以分水线到单元格的实际汇流长度为坡长进行计算，在一定程度上考虑了上坡汇流对侵蚀的作用、量化了坡面内不同坡段的侵蚀差异，但ＧＩＳ中的均匀单元格实际是将三维地形简化成二维地形，单元格的侵蚀强度由上坡汇流面积决定。因此，这种算法所获得结果也存在较大误差。其次，上坡汇流面积确定不准确。鉴于二维空间中，单元格侵蚀强度由上坡汇流面积决定，Ｄｅｓｍｅｔ掣１０】提出基于上坡汇流面积的￡因子算法，得到广泛应用。然而，现有研究中的汇流面积都是根据数字高程模型（ＤＥＭ）确定的汇流方向简单累加得到，未考虑汇流路径上土地利用／覆盖对汇流的影响，尤其是植被对降雨再分配而产生的减少、阻滞地表径流的水文效应。虽然ＲＵＳＬＥ中的植被覆盖和经营管理因子（Ｃ）可反映地表覆盖对土壤侵蚀的影响，但基于单元格评估土壤侵蚀时，各因子的作用仅局限于所在单元格，上坡土地利用／覆盖对汇流的作用无法由Ｃ因子体现。因此，这类方法所获得结果仍与实际存在较大差别。