区域土壤侵蚀强度评价方法研究——以安塞县为例

２０１０年６月　８（３）：１－７　中国水土保持科学　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　Ｖ０１．８　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１０　

区域土壤侵蚀强度评价方法研究　

——以安塞县为例　

王春梅　，杨勤科　＇　，王琦　，程琳　，郭伟玲　，刘咏梅　

（１．中国科学院水利部水土保持研究所，７１２１００，陕西杨凌；２．西北大学城市与环境学院，７１００６９，西安；　３．西北农林科技大学资源环境学院，７１２１００，陕西杨凌）　

摘要以安塞县为例，应用ＧＩＳ技术，探讨坡度、植被覆盖度计算方法及土壤侵蚀评价工作程序与作业方式的改　进。结果表明：对基于５０　ｉｎ分辨率ＤＥＭ提取的坡度进行尺度变换对坡度计算结果影响很大，而进行尺度变换后的　改进方法，９８％的地区坡度值呈不同程度的增大，平均坡度增大１４．５。，陡坡面积增大，缓坡面积减小，结果更加附　合实际情况；相比现行植被覆盖度计算方法，采用改进植被覆盖度计算方法计算的植被覆盖度结果减小，平均植被　覆盖度减小ｌ１．８％；采用ＡＭＬ编程方式实现计算机自动化土壤侵蚀评价，过程可重复性强，结果更加客观、合理。　关键词　土壤侵蚀强度等级；ＧＩＳ；坡度；植被覆盖度；安塞县　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｓｏｉｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ：　

Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　Ａｎｓａｉ　Ｃｏｕｎｔｙ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　

Ｗａｎｇ　Ｃｈｕｎｍｅｉ。，Ｙａｎｇ　Ｑｉｎｋｅ。　，Ｗａｎｇ　Ｑｉ　，Ｃｈｅｎｇ　Ｌｉｎ。，Ｇｕｏ　Ｗｅｉｌｉｎｇ　，Ｌｉｕ　Ｙｏｎｇｍｅｉ　＇　

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，７１２１００，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，７１００６９，Ｘｉ’ａｎ；　３．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ａ＆Ｆ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，７１２１００，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ：Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｑｕｉｒｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔａｌｋｅｄ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｓｌｏｐｅ　ｇｒａｄｉｅｎｔ，　

ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｓｔｙｌｅｓ　ｆｏｒ　ｓｏｉｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　

Ａｎｓａｉ　Ｃｏｕｎｔｙ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ：Ｔｈｅｒｅ　ｗｅｒｅ　ｇｒｅａｔ　ｃｈａｎｇｅ　ｉｎ　ｓｌｏｐｅ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ａｆｔｅｒ　ｒｅ－　

ｓｃａｌｉｎｇ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ＤＥＭ　ｗｉｔｈ　５０　ｍ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｓｌｏｐｅ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｉｎ　９８％ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　

ａｒｅａ　ｂｅｃａｍｅ　ｌａｒｇｅｒ　ｗｉｔｈ　ａ　ｖａｒｉｅｄ　ｅｘｔｅｎｔ．Ｍｅａｎ　ｓｌｏｐｅ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｒｅａ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　１　４．５。．　

Ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ｓｔｅｅｐ　ａｒｅａｓ　ａｎｄ　ａ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ｆｉａｔ　ａｒｅａｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　

ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｗｅｒｅ　ｍｕｃｈ　ｍｏｒｅ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａ１．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｄｙ　ｔｈｅ　

ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　

ｍｅｔｈｏｄ．ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｏｆ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　１　１．８％．Ｓｏｉｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　

ｂｙ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｂｙ　ｔｈｅ　ＡＭＬ　ｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｒｅｐｅａｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　

ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｉｍｐｅｒｓｏｎａｌ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｓｏｉｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｇｒａｄｅ；ＧＩＳ；ｓｌｏｐｅ　ｇｒａｄｉｅｎｔ；ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｃｏｖｅｒａｇｅ；Ａｎｓａｉ　Ｃｏｕｎｔｙ　

收稿日期：２００９－０７－０６修回日期：２０１０－０３．２６　项目名称：国家“９７３”重点基础研究发展计划项目“中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究”（２００７ＣＢ４０７２０４）；黄委会项目　“水土流失经验模型指标体系及孤山川流域年产沙经验模型研究”（黄２００６５１—０８）；黄土高原土壤侵蚀与旱地农　业国家重点实验室基金（１０５０１—２０１）　第一作者简介：王春梅（１９８３一），女，博士研究生。主要研究方向：基于ＧＩＳ的土壤侵蚀评价。Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｌｕｅｓｋｙｌｏｖｅｒ＠１２６．ＣＯＢ　十责任作者简介：杨勤科（１９６２一），男，研究员。主要研究方向：基于遥感和ＧＩＳ的区域水土流失评价。Ｅ．ｍａｉｌ：ｑｋｙａｎｇ＠ｍｓ．

　２　中国水土保持科学　

由于土壤侵蚀宏观治理规划和国家决策的需　

要，近年来，宏观尺度上土壤侵蚀研究受到了研究者　

的高度重视¨　。我国于１９９０和２００２年发布了详　

细的水土保持公告　，形成了适合我国的土壤侵蚀　

分类分级技术标准　（简称水利部标准，下同），该　

标准在实际土壤侵蚀评价中所需数据较少，操作简　

单，在实际中被广泛采用。目前，国家正在准备新一　

轮的土壤侵蚀普查工作，受水利部委托，中国科学院　

水利部水土保持研究所进行了土壤侵蚀普查试点工　

作，旨在为全国土壤侵蚀普查工作提供技术支持。　

研究中发现，虽然目前我国土壤侵蚀普查方法有如　

上诸多优点，但仍然存在一些问题，主要包括：所需　

参数如地面坡度与植被覆盖度的计算方法问题；基　

于中低分辨率ＤＥＭ提取的坡度发生衰减，难以满足　

土壤侵蚀评价的需求；对植被覆盖度的计算方法缺　

少必要的讨论。针对这些问题，研究者已经进行了　

一些探讨　。笔者以陕西省安塞县为例，应用更　

为科学的地面坡度及植被覆盖度的计算方法（本文　

称之为改进方法，下同），采用编程方法，结合水利　

部标准　，对安塞县２００６年土壤侵蚀强度进行评　

价。在分析地面坡度及植被覆盖度的计算方法对土　

壤侵蚀评价结果的影响及改进方法可行性论述的基　

础上，对比改进方法与现行方法对土壤侵蚀强度等　

级计算结果的影响，并与第３次全国土壤侵蚀普查　结果进行对比。笔者提出的坡度、植被覆盖度计算　

改进方法及土壤侵蚀评价工作程序可为全国土壤侵　

蚀普查提供技术支持。　

１研究区概况　

安塞县总面积２　９５０　ｋｍ　．Ｅ１０８。５１　４４”～１０９￣　

２６　１８”，Ｎ３６。３０　４５”～３７。１９　３１”，境内沟壑纵横，梁峁　

起伏，属典型的黄土高原丘陵沟壑区，海拔１　０１２～　

１　７３１　ｍ，其中山地占９５％以上，年降雨量５０５．３　

ｍｍ。安塞县为暖温带半湿润向半干旱过渡区，植被　

为暖温带落叶阔叶林向干旱草原过渡的森林草原　

区，土壤为黄绵土与沙黄土的交错区。年平均输沙　

模数为８　３７３　ｔ／ｋｍ　，为黄土高原水土流失重点县之　

一。以安塞县为研究区进行土壤侵蚀评价方法的探　

讨具有典型性和代表性。　

２　研究方法　

２．１　基础数据及处理方法　

２．１．１基础数据针对水利部标准　的要求，主要　

数据如表１。数据投影为Ａｌｂｅｒｓ投影，第１、第２标　

准纬线分别为Ｎ２５。和Ｎ４７。，中央经线为Ｅｌ０５。。基　

础数据（栅格大小不同）通过二次重采样方法统一　

重采样为５０　ｍ栅格大小参与侵蚀评价（１０　ｍ分辨　

率ＤＥＭ数据除外）。　

表１基础数据　

Ｔａｂ．１　Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　

２．１．２　数据处理　土地利用数据由２００６年７月　

ＴＭ影像在Ｅｒｄａｓ　８．７下解译得到，主要过程包括影　

像数据的导人、几何校正、波段组合、数据增强处理、　

监督分类和分类后处理。数据格式为ＥＳＲＩ／Ｇｒｉｄ，　

采用二次重采样方法重采样为５０　ｍ×５０　ｍ栅格。　

ＤＥＭ数据一般由数字摄影测量或地形图数据　

插值得到。研究中基于１：２５万和１：５万地形图在　

ＡＮＵＤＥＭ下插值分别得到整个研究区５０　ｍ分辨率　

ＤＥＭ及典型样区１０　ｍ　ＤＥＭ。ＡＮＵＤＥＭ是在　

Ｍ．Ｆ．Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ　长期研究成果基础上开发的，其　

开发应用历史超过２０年。这种插值技术简单易操　

作，将等高线、高程点、河流等信息输入到软件中，设　置好各参数运行，即可输出水文地貌关系正确的　

ＤＥＭ。作为专业化ＤＥＭ生产软件，它已在国外受　

到了广泛关注　。研究中ＡＮＵＤＥＭ主要参数设置　如表２　…。　

表２　ＡＮＵＤＥＭ软件参数　Ｔａｂ．２　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ＡＮＵＤＥＭ　

降雨侵蚀力数据在ＡｒｃＧＩＳ　９．１下由点数据插　

值得到，插值方法为普通克里金插值法。最终保存　第３期　王春梅等：区域土壤侵蚀强度评价方法研究——以安塞县为例　３　

为５０　ｍ栅格大小的ＥＳＲＩ／Ｇｒｉｄ数据。　

２．２土壤侵蚀强度评价　

根据水利部标准　，基于坡度、土地利用和植　

被覆盖度评价水蚀强度（图１）。现行方法主要过程　

如图１（ａ）：由１：２５万地形图构ＴＩＮ，由ＴＩＮ数据经　

转换生成１００　ｍ分辨率规则格网ＤＥＭ（为与改进方　

法统一栅格尺寸，本文统一采用５０　ｍ作为栅格大　

小），由ＤＥＭ计算坡度（或由地形图手工编制坡度　

分级图），由ＴＭ影像解译得到土地利用图，由ＮＤＶＩ　

ｌ　１：２５万地形图　ＴＭ　汛期各月　ｌ　ＮＤＶＩ　

ｌ　ｔ　．ｒＪＮ　』　

ｌ　汛期各月　盖度　

１００ｍ　ＤＥＭ　■二＿＿＝　』　。‘一一１一。一。　Ｉ　

１００ｍ坡度　ｌ土地利用图ｌ　ｌ汛期平均植被覆盖度　ｌ　ｌ　｝土壤侵蚀强度等级ｌ　

（ａ）现行方法　

３结果与分析　计算汛期各月植被覆盖度并计算汛期植被覆盖度平　

均值，最后由坡度、土地利用和植被覆盖度按水利部　

标准计算土壤侵蚀强度等级。改进方法对于地面坡　

度和植被覆盖度的计算进行了改进（图１（ｂ））：通　

过与典型样区高分辨率坡度数据的直方图匹配进行　

坡度变换，使得坡度数据能够相对准确地反映地表　

坡度状况；通过汛期各月植被覆盖度与汛期各月降　

雨侵蚀力数据的加权平均，计算汛期植被覆盖度，参　

与土壤侵蚀评价。　

画　匝驷回　地形　ｊ　Ｉ　Ｉ　

上［５０ｍ　ｌ　ｌＤＥＭ　Ｉ　Ｉ’　０　ｌ　稠Ｉ　５０ｍ￣

一Ｉ　ｆ