水土保持環(huán)境指標(biāo)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

1、水土保持環(huán)境指標(biāo)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究中國(guó)論文網(wǎng)關(guān)鍵詞：水土保持 遙感監(jiān)測(cè) 環(huán)境因子指標(biāo)中圖分類號(hào)：p2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1672-3791 (2012)10 (b) -0176-02水土保持監(jiān)測(cè)指標(biāo)選擇的出發(fā)點(diǎn)和最終歸豬均為水土保持監(jiān) 測(cè)的內(nèi)容。如前所述，水土保持監(jiān)測(cè)主要包括兩部分內(nèi)容，即土壤侵 蝕監(jiān)測(cè)和水土保持治理監(jiān)測(cè)。土壤侵蝕監(jiān)測(cè)核心內(nèi)容即監(jiān)測(cè)土壤侵蝕 類型、范圍、程度、強(qiáng)度等信息，水土保持治理監(jiān)測(cè)則監(jiān)測(cè)水土保持 治理措施內(nèi)容及治理措施對(duì)于減緩、抑制流失的發(fā)展所起的作用，即 水土保持成效監(jiān)測(cè)，如治理前后土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化、環(huán)境因子、社會(huì) 經(jīng)濟(jì)因子等的變化，通過定量指標(biāo)來監(jiān)測(cè)這些變化。兩者相

2、輔相成， 其中土壤侵蝕監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)變化為后者水土保持監(jiān)測(cè)提供了侵蝕變化 的信息，兩部分內(nèi)容的監(jiān)測(cè)又都體現(xiàn)在對(duì)于一系列地表環(huán)境要素、氣 候要素和人為活動(dòng)因子的監(jiān)測(cè)，所以在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中水土流失現(xiàn)狀 的監(jiān)測(cè)與水土流失治理的監(jiān)測(cè)是密不可分的，可以用同一指標(biāo)體系。水土保持監(jiān)測(cè)從影響土壤侵蝕、反映水土保持成效的自然環(huán)境 因了、人類影響因了(如土地利用、開發(fā)建設(shè)項(xiàng)冃等)、土壤侵蝕狀 況、治理措施監(jiān)測(cè)和治理成效等五個(gè)方面建立其指標(biāo)體系。環(huán)境因素是直接影響區(qū)域土壤侵蝕的驅(qū)動(dòng)因子或抑制因子，也 是水土保持治理成效的客觀反映，是水土保持監(jiān)測(cè)首要考慮的指標(biāo)因 子。這其中包括自然環(huán)境因子和社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境因子。自然環(huán)境因素

3、是土壤侵蝕發(fā)生、發(fā)展的潛在條件，由其引起的 地表侵蝕過程為自然侵蝕（地質(zhì)侵蝕），是地質(zhì)歷史時(shí)期地貌自然演 化的過程。自從人類在地球上出現(xiàn)以來，就不斷以各種活動(dòng)對(duì)自然界 施加影響，正常侵蝕的自然過程受到人為活動(dòng)的干擾和越來越劇烈的 影響，使土壤侵蝕現(xiàn)象由自然侵蝕狀態(tài)轉(zhuǎn)化為加速侵蝕狀態(tài)。人類活 動(dòng)可以通過改變某些自然因素來改變侵蝕力與抗蝕力的大小對(duì)比關(guān) 系，使得土壤侵蝕加劇或者達(dá)到水土保持兩種截然不同的結(jié)果。氣候、地形、土壤、地質(zhì)和植被等是影響土壤侵蝕的主要自然 因素和水土保持成效的客觀表現(xiàn)，而土地利用則代表了人類作用于地 表的結(jié)果，同時(shí)表現(xiàn)為水土保持治理的積極因素和加劇土壤侵蝕的消 極因素兩個(gè)方

4、面。而選擇上述環(huán)境因子建立水土保持監(jiān)測(cè)指標(biāo)，需要 考慮其時(shí)空尺度表達(dá)，不同時(shí)間與空間分辨率決定了地質(zhì)地貌演化、 氣候變化、植被與土壤形成與演化等自然過程的信息描述，也決定了 各因素的空間分布格局、人口數(shù)量變化與分布、土地利用、工程建設(shè) 等人類活動(dòng)過程、形式、范圍和強(qiáng)度等評(píng)價(jià)的精度與可信度。因此環(huán) 境因子指標(biāo)的選取和研究尺度均圍繞上述內(nèi)容展開。1植被因子作為地理環(huán)境重要組成部分的植被，與一定的氣候、地貌、土 壤條件相適應(yīng)，受多種因素控制，對(duì)地理環(huán)境的依賴性最大，對(duì)其它 因素的變化反映也最敏感。利用遙感所獲得的植被信息來分析影像上 并非直接記錄的、隱含在植被冠層以下的其它信息，如水土流失、區(qū) 域環(huán)

5、境演變遺留的痕跡等是選擇植被的主要原因。而對(duì)于小流域水土 保持措施，無論是生物措施還是農(nóng)業(yè)措施，其直接治理成效均表現(xiàn)于 植被變化上。而植被是土壤侵蝕的抑制因子，也是最為關(guān)鍵的水土保 持可控制因子。在進(jìn)行植被指標(biāo)選擇之前，首先需要明確植被的水土 保持功能及其機(jī)理，從而在此基礎(chǔ)上能夠選擇反映植被類型及其結(jié)構(gòu) 的適當(dāng)?shù)倪b感量化指標(biāo)。關(guān)于不同類型及結(jié)構(gòu)的植被水土保持功能對(duì)比分析方面，相關(guān) 學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。主要是基于徑流小區(qū)、小流域?qū)嵉赜^測(cè)數(shù)據(jù), 來研究不同植被類型及其結(jié)構(gòu)的減水減沙效益，如陳廉潔（1991）根 據(jù)三年的徑流小區(qū)實(shí)測(cè)資料研究了烏江中下游余慶等三縣人工林的 水土保持功能，結(jié)果表明兩層

6、結(jié)構(gòu)（如喬一一草和灌一一草型） 的水土保持效益優(yōu)于單層喬木型，喬灌草三層結(jié)構(gòu)的水土保持效益最 好。黃承標(biāo)等（1991）以桂西北山區(qū)的龍勝、田林等四縣的人工林為 研究對(duì)象，從1982年到1989年，觀測(cè)對(duì)比了不同植被種群的地表徑 流，結(jié)果是針葉林闊葉林或針闊混交林，分析原因是植被對(duì)地表徑 流的影響是由植被的樹冠群體或植物群體、枯枝落葉層和土壤層的綜 合效能決定的。這種綜合效能呈現(xiàn)出闊葉林或針闊混交林針葉林的 規(guī)律。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)研究植被類型及結(jié)構(gòu)的減水減沙效益，形成植被 的水土保持功能的基本認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，隨著植被水土保持功能研究的深 入，開始深入到植被內(nèi)部各個(gè)垂直層次來揭示植被水土保持功能的內(nèi) 在機(jī)

7、理。主要體現(xiàn)于喬、灌、草和枯枝落葉層等垂直結(jié)構(gòu)上。研究表 明，喬木層對(duì)土壤侵蝕的影響主要表現(xiàn)在冠層對(duì)雨滴的攔截而降低雨 滴的動(dòng)能，從而抑制了濺蝕。余新曉（1988）認(rèn)為喬木層對(duì)降雨動(dòng)能 的削弱有兩部分組成：一是林冠截留作用削減降雨動(dòng)能；二是林冠緩 沖作用減弱降雨侵蝕能量。灌木層和草本層與喬木層一樣對(duì)降雨有截 留作用?？葜β淙~層的截留量與其自身的蓄積量、分解程度和持水能 力有關(guān)?？葜β淙~層削減的降雨動(dòng)能也可以分為截昭作用減弱的降雨 動(dòng)能和透過枯枝落葉層所削弱的降雨動(dòng)能。前者為大氣降雨總動(dòng)能的 5.6% -13.0%,平均為9.1%,后者可將透過喬木層、灌木草本層的 降雨動(dòng)能全部削減（韋紅波，20

8、01 ）o除此之外，枯枝落葉層降低坡 面徑流速度，降低了沖刷能量，同時(shí)由于降低了徑流速度，從而增加 了在坡面上滯留時(shí)間，增加了下滲時(shí)間；更為重要的是，表層凋落物 和腐殖質(zhì)的積累，使得土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成和土壤孔隙度等土壤 理化特性得到改善，增加土壤的下滲率。2地形地貌因子地形主要包括坡度、坡長(zhǎng)、坡形和所在部位。一般而言，在降 雨、土壤和土地利用基本一致時(shí)，地形越復(fù)雜水上流失越嚴(yán)重。前人 試驗(yàn)資料表明，同樣都是耕地，由于坡度和所在部位不同，在同樣降 雨、耕種條件下水土流失差異很大（倪晉仁，2002）o（l）demo數(shù)字高程模型（dem）是表征區(qū)域地形地貌的參數(shù)指標(biāo)，同時(shí) 它也是生成與土壤侵蝕密

9、切相關(guān)的其它地形參數(shù)的重要數(shù)據(jù)源。（2）坡度。坡度與土壤侵蝕方式關(guān)系密切，坡度指標(biāo)不僅是影響土壤侵蝕 的主要地形因子，而且坡度大小也是決定面蝕或溝蝕為主導(dǎo)的關(guān)鍵因 子。一般在坡度很緩時(shí)主要以面蝕為主，而隨著坡度增加，則發(fā)生細(xì) 溝、淺溝侵蝕，當(dāng)坡度增大到一定程度時(shí)，則以切溝、沖溝為主。倪 晉仁等（2002）通過研究黃土坡面細(xì)溝發(fā)育特征，表明面蝕在整個(gè)侵 蝕過程中的貢獻(xiàn)隨坡面坡度的增大而迅速減?。辉诰徠缕旅嫔厦嫖g作 用遠(yuǎn)較溝蝕作用為大，但在陡坡坡面上則明顯較溝蝕作用為小。（3）溝壑密度。在不考慮重力侵蝕的情況下，坡面的總侵蝕量為面蝕量和溝蝕 量總和。面蝕主耍發(fā)生在植被較差、有一定坡度和沒有防護(hù)措施

10、的坡 耕地或荒坡上。隨著坡長(zhǎng)增加，地表徑流逐漸匯集成股流，沖刷力增 大，在細(xì)溝侵蝕基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展為切溝、沖溝、支溝、干溝直至成 為河流，形成蛛絲密布的徑流網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成千溝萬壑的地貌景觀。溝蝕 的主要形式為溝頭前進(jìn)、溝床下切和溝壁擴(kuò)張。將面蝕和溝蝕分離之后，就可以對(duì)面蝕和溝蝕過程進(jìn)行獨(dú)立的 研究，并對(duì)不同的侵蝕過程采用相應(yīng)的防治措施。植被覆蓋度、土地 利用、土壤質(zhì)地和坡度等是影響面蝕的主要因子，而溝壑密度則是表 征和影響溝蝕的主要指標(biāo)。它反映了一定區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的溝谷的數(shù)量 特性，通常以每平方公里的溝谷總長(zhǎng)度（公里）為度量單位。溝壑密 度對(duì)土壤侵蝕的影響主要表現(xiàn)于，它提供了臨空面，溝壑密度愈大，

11、地表受降雨、徑流的沖刷力和被侵蝕的面積愈大；同吋它也改變了降 雨的動(dòng)能，溝壑密度愈大，降雨徑流的沖刷力和侵蝕力就愈大，并且 易觸發(fā)重力產(chǎn)沙。溝壑的發(fā)育和深化過程反映地表土壤侵蝕過程的結(jié)果和土壤 侵蝕強(qiáng)度，特別是水力侵蝕研究的關(guān)鍵要素；反之溝壑發(fā)生過程的停 滯也表明了水土保持治理的成效，尤其是溝頭防護(hù)工程措施等的成效 等。因此溝壑密度既是表征土壤溝蝕結(jié)果的定量指標(biāo)、是評(píng)價(jià)水土保 持治理成效的地形地貌因子之一，也是影響土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展的客觀 因子。3 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地是支配土壤特性的根源，因其組成土粒大小和不同質(zhì) 地土粒的含量不同，可引起不同土壤理化性，如粘著性、可塑性、保 水力、抗蝕性、通透性、

12、離了交換能量及緩沖作用等性質(zhì)。在此選擇 土壤類型圖作為土壤質(zhì)地的度量指標(biāo)。4水文氣象氣候因素是影響土壤侵蝕的主要外營(yíng)力，對(duì)于水蝕而言主要是 降雨徑流，在此降雨、風(fēng)場(chǎng)信息、水文數(shù)據(jù)是重要的水文氣象參數(shù)。 主要指標(biāo)要素為汛期降雨量、日風(fēng)速風(fēng)向及頻率、流域年輸沙模數(shù)等。5 土地利用地球表層系統(tǒng)最突出的景觀標(biāo)志就是土地利用與土地覆被。土 地利用/覆被變化被逐漸意識(shí)到是推動(dòng)環(huán)境變化的重要驅(qū)動(dòng)因子 (turneretal, 1994)。人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的擾動(dòng)作用主要體現(xiàn)在對(duì) 土地覆蓋的改變，因此土地利用是表征人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕 干擾程度的良好指標(biāo)。如毀林開荒、陡坡耕種、減小植被覆蓋度等人 類農(nóng)業(yè)生活活動(dòng)，以及開采礦石、煤礦、廢渣廢料堆放等開發(fā)建設(shè)直 接加劇了土壤侵蝕。其中耕作過程雖然增加了土壤空隙度，但也破壞 了土壤結(jié)構(gòu)，減弱了土壤的耐沖性，直接促進(jìn)土壤侵蝕。同時(shí)，小流 域治理措施也看作是土地利用方式，包含于土地利用中，如退耕還草、 開墾梯田、封山育林等措施，通過土地利用指標(biāo)量化了人類活動(dòng)的擾 動(dòng)或作用結(jié)果。6社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相對(duì)于流域環(huán)境因子指標(biāo)