“3S”技术在土壤侵蚀研究中的应用汪育宏2206120217

安徽科技学院“3S”技术论文报告题目：“3S”技术在土壤侵蚀研究中的应用所在学院：城建与环境学院专业班级：地理信息系统122班姓名：汪育宏学号：2206120217指导老师：张振国提交时间：2015/7/1“3S”技术在土壤侵蚀研究中的应用汪育宏（安徽科技学院城建与环境学院，蚌埠233100）摘要：随着地球信息科学的进步与发展，“3S”技术的逐渐发展，已经成为土壤侵蚀研究的有效工具。由于我国水土流失严重且面积广大，类型复杂，治理任务艰巨，现代空间技术在水土流失监测中的作用不言而喻。在GIS支持下，用GPS对地形地貌等进行定位录入，用RS对数据进行纠正与更新，经过空间分析，编辑与处理，建立土壤侵蚀数据库，对于今后水土保持动态监测具有十分重要的作用。关键词：”3S”技术；土壤侵蚀；动态监测引言目前全球土地退化日益严重,我国是世界上土壤侵蚀最为严重的国家之一,土壤侵蚀面积占国土面积的比例高达38.2%,研究土壤侵蚀的机理,有效地对其进行监控、治理已经成为全球关注的焦点[1]。随着计算机软硬件技术的发展,人类进入了数字化时代。人们可以利用GIS地理信息系统生成DEM数字高程模型分析地貌特征;利用GIS系统从RS遥感影像上提取土地利用、植被覆盖、地表组成物质等[2]；利用GPS全球定位系统收集资料,校核判读结果。整个过程主要由计算机进行处理,人工干预少,效率高,因此,在土壤侵蚀研究中应用前景相当广阔。1、我国土壤侵蚀现状我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一，由于特殊的自然地理条件，水蚀、风蚀、冻融侵蚀广泛分布，局部地区存在滑坡、泥石流等重力侵蚀。随着城市化和工矿业的发展，地表扰动，植被破坏，进一步加剧了土壤侵蚀。土壤侵蚀已成为中国的头号环境问题，对社会经济发展和人民群众生产、生活带来严重危害。一是耕地减少，土地退化严重；二是泥沙淤积，加剧洪涝灾害；三是影响水资源的综合开发和有效利用；四是生态环境恶化，加剧贫困。水土流失已经被认为是我国头号环境问题，国家已将水土保持作为长期坚持的一项基本国策和生态建设的基础工程。目前,我国仍有水土流失面积356192万km2,在一些地区,水土流失与生态环境恶化的局面尚未得到有效遏制,工业化、城市化、区域开发等大规模的基础设施建设又产生了新的水土流失。水土流失已成为我国实现可持续发展的严重障碍,国家对水土保持科技的需求比以往任何时候都更加迫切。2、“3S”技术在土壤侵蚀中发展土壤侵蚀是全球范围内发生最广泛、危害最严重的生态环境问题之一。土壤侵蚀加速了土地荒漠化，它不仅使生态系统恶化，而且其危害性往往扩大至整个流域以及更大范围，从而对人类的生存和发展构成了严重的威胁。随着地球信息科学技术的不断进步，土壤侵蚀研究方法已经由传统的野外填图、航测填图、航（卫）片目视判读，进入数字遥感影像调查的新阶段。与其他方法相比，数字遥感影像调查不仅节省人力物力、效率高、调查标准与精度统一，而且可以与地理信息系统配合使用，建立区域土壤侵蚀信息系统，从而实现土壤侵蚀动态监测。探讨新技术在土壤侵蚀研究中的应用，对于拓宽土壤侵蚀研究的空间范围和构建其时间序列都具有重要的意义。综合运用“3S”技术进行土壤侵蚀研究已成为土壤侵蚀研究领域的热点。“3S”技术是地理信息系统（GeographicalInformationSystem，GIS）、遥感（RemoteSensing，RS）、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）的合称，是地球信息科学的技术支撑[3]。土壤侵蚀研究中“3S”技术的结合，充分发挥了GPS技术数据采集速度快精度高、RS技术覆盖范围广和GIS优越的图形、属性数据处理的特点，实现土壤侵蚀的动态监测。在新信息与数据处理方面，“3S”技术的整合，实现遥感、制图、地理信息系统、全球定位系统、虚拟现实技术和决策支持系统的一体化和全数字化；在应用领域中，更加强调信息提取的自动化、智能化以及信息共享。如印度Dwivedi等利用美国的陆地资源卫星MSS和TM以及印度遥感卫星（IRS-1A）的LISS-II数据进行土壤侵蚀和耕地变化的解译调查及动态监测；Hassan等（1999年）在苏丹的Atbara流域采用目视解译方法利用多期TM影像进行了沟道侵蚀的调查研究。Metternicht等采用线性光谱分解法进行玻利维亚的Sacaba流域的土壤侵蚀信息提取。利用“3S”集成技术研究土壤侵蚀已经成为一种趋势。3、“3S”技术在土壤侵蚀研究中的具体应用我国学者利用“3S”技术进行土壤侵蚀研究主要集中在区域土壤侵蚀调查、土壤侵蚀动态监测和土壤侵蚀模式的构建等三个方面。3.1区域土壤侵蚀调查我国学者根据中国土壤侵蚀特点和区域差异，在典型地区开展了区域土壤侵蚀的调查和研究工作。游松财等在RS和GIS支持下，利用地形和植被覆被因子的叠加，采用USLE方程进行了小流域土壤侵蚀量的估算，和流域断面实测数据进行比较，取得了较为满意的结果[4]。潘贤章等利用“3S”集成技术实现了土壤侵蚀图的野外校核，为土壤侵蚀的野外调查工作提供了科学数据[5]；赵文武等利用GIS方法研究了土壤侵蚀评价指数中各因子的具体计算和实现技术[6]。张有全等通过LandsatTM影像提取土地利用、植被覆盖度信息，并建立30m×30m像元土壤侵蚀空间数据库，运用USLE模型计算土壤侵蚀量，探求了北京密云县土壤侵蚀空间分布的特点及成因[7]。花利忠等将GIS技术Arc/Info与USLE结合，依据实地调查资料及地形、土地利用、土壤和植被等数据，建立了小流域空间数据库，利用GIS的栅格数据空间分析功能，将小流域空间离散化为10m×10m的栅格，在栅格内根据合适的因子算法进行了土壤侵蚀量估算，进而对小流域内土壤侵蚀强度空间分异和侵蚀量进行了统计分析[8]。3.2土壤侵蚀动态监测张树文等利用GIS技术结合USLE探讨1954年以来，三江平原地区土壤侵蚀的区域变化[9]；闫业超等在RS和GIS技术支持下，选取黑龙江克拜地区作为典型研究案例，以侵蚀沟密度为主要指标，分析了侵蚀沟密度的动态变化、侵蚀沟变化的高程分异特征、坡度分异特征、坡向分异特征以及侵蚀沟变化与地貌类型的关系[10]。李晓燕等利用LandsatTM影像，结合DEM，生成100m×100m的GRID数据，分析了1954~2000年东北典型丘陵漫岗区侵蚀沟密度变化，探讨了土壤侵蚀的时空动态变化[11]。朱韦等利用“3S”技术研究三峡库区1995~2000年不同土地利用方式下土壤侵蚀变化特征[12]；潘竟虎基于遥感融合影像和GIS技术，采用通用土壤流失方程，计算了庆城县水保世行贷款二期项目区1998~2004年间的土壤侵蚀量的变化，发现土壤侵蚀景观类型的主要转化过程是由极强度转化为强度、强度转化为中度[13]。3．3、土壤侵蚀模式的构建蔡崇法依据实地调查资料，建立了典型小流域地理数据库；应用径流小区观测结果，确定了定量计算通用土壤流失方程USLE因子指标的方法。在地理信息系统IDRISI支持下，根据USLE土壤侵蚀预测模型对数据库实施运算操作，预测了小流域土壤侵蚀量[14]。陈一兵采用ARC/INFO软件建立流域数据库，根据ANSWERS模型的要求确定所需参数，并建立两者的连结，从而得出能预报次降雨流失量的土壤侵蚀方程[15]。马修军等用PCRaster系统和LISEM模型对黄土高原小流域次降雨过程进行动态模拟，认为模型计算的总径流量和总土壤流失量具有较高的精度，模拟的径流过程线符合黄土高原小流域超渗产流的实际情况，取得了较好的效果，为黄土高原地区次降水过程土壤侵蚀的研究提供了很好的范例[16]。4、结论和展望新世纪研究土壤侵蚀需要信息技术的支持。“3S”技术为水土保持决策与科学管理提供信息服务和决策方案的支持，并促进实现水土保持信息化和现代化。在“3S”技术应用于土壤侵蚀监测中，尽管目前在某些技术环节上还存在着缺陷和不足（如TM时相选择，主要参考层的加细与增加，分类分级指标的合理性，土壤侵蚀模型的建立，专家思想的支持等）。但是，只要我们本着科学严谨的务实态度，坚持科研与生产相结合，为解决生产急需服务，试点与全局相结合，试点先行的原则，经过广大水土保持科技工作者的不懈努力和实践，“3S”技术在土壤侵蚀工作中的应用，定将结出丰硕的成果。【参考文献】[1]冯琰,等.地理信息系统(GIS)在土壤侵蚀研究中的应用[J].首都师范大学学报(自然科学版),2003,24(4):69-75.[2]张友水,薛重生.RS、GIS一体化研究—以湖北省土壤侵蚀遥感调查为例[J].安徽地质(2):130-133.[3]QinjuanCheng,WenjunMa,QiangguoCai.Therelativeimportanceofsoilcrustandslopeangleinrunoffandsoilloss:acasestudyinthehillyareasoftheLoessPlateau,NorthChina.GeoJournal,2008，71:117~125.[4]朱韦，魏虹，彭月．三峡库周区不同土地利用方式下土壤侵蚀变化特征．水土保持研究，2007，14（3）：376~383.[5]张树文，王文娟，李颖．近50年来三江平原土壤侵蚀动态分析．资源科学，2008，30（6）：843~849.[6]闫业超，张树文，李晓燕．黑龙江克拜黑土区多年来侵蚀沟时空变化．地理学报，2005，60（6）：1015~1020．[7]MaximinaALantican,LarryCGuerra,SadiqulIBhuiyan.ImpactsofsoilerosionintheupperManupaliwatershedonirrigatedlowlandsinthePhilippines.PaddyWaterEnvironment,2003，1:19~26.[8]潘竟虎，鱼腾飞，相得年.陇东黄土高原土壤侵蚀景观格局变化分析．山地农业生物学报，2007，26（4）：314~318．[9]赵文武，傅伯杰，郭旭东．多尺度土壤侵蚀评价指数的技术与方法．地理科学进展，2008，27（2）：47~52.[10]DeJongSM,ParacchiniML,BertoloFS.RegionalassessmentofsoilerosionusingthedistributedmodelSEMMEDandremotelysenseddata.Catena,1999，37：291~308.[11]张有全，宫辉力，赵文吉．基于GIS和USLE的密云县土壤侵蚀评价及空间特征研究．水土保持研究，2007，14（3）：358~364．[12]花利忠，贺秀斌，朱波．川中丘陵区小流域土壤侵蚀空间分异评价研究．水土保持通报，2007，27（3）：111~115．[13]秦承志，朱阿兴，施迅．坡位渐变信息的模糊推理．地理研究，2007，26（6）：1165~1174．[14]陈一兵．土壤侵蚀建模中ANSWERS及地理信息系统ARC/INFOR的应用研究．水土保持学报，1997，11（'2）:1~13.[15]马修军，谢昆青．GIS环境下流域降雨侵蚀动态模拟研究．环境科学进展，1999，7（5）:137~144.[16]潘贤章，梁音，李德成．基于“3S”集成技术的土壤侵蚀图野外校核．土壤，2007，39（6）：948~952．