靳春香，衣 強(qiáng)，張 巖，郭偉紅，郭 華，姚貴奇

(河南省水土保持監(jiān)測總站，河南 鄭州 450008)

土地利用數(shù)據(jù)是區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，與植物覆蓋與生物措施因子、工程措施因子計(jì)算，以及水土流失動態(tài)變化分析密切相關(guān)，其準(zhǔn)確性、精確性等直接影響著動態(tài)監(jiān)測計(jì)算結(jié)果，一般采用2 m空間分辨率的遙感影像(河南省宜選擇時(shí)相為3月上旬至4月上旬或10月上旬至11月上旬的遙感影像)解譯獲取。但是目前主要采用人工勾繪方式，解譯工作量大、投入專業(yè)技術(shù)人員多，解譯質(zhì)量和工作時(shí)間直接影響了整個動態(tài)監(jiān)測工作進(jìn)度。

2013年2月28日國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于開展第一次全國地理國情普查的通知》，決定在2013—2015年開展第一次全國地理國情普查工作，全面調(diào)查我國陸地國土范圍內(nèi)的自然和人文地理要素的現(xiàn)狀、空間分布情況[1-3]。為更好地開展2018年度河南省水土流失動態(tài)監(jiān)測工作，基于《區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定(試行)》中的技術(shù)方法，河南省采用地理國情普查數(shù)據(jù)代替遙感解譯數(shù)據(jù)，作為獲得監(jiān)測區(qū)域水土流失影響因素的基礎(chǔ)，探索區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測土地利用數(shù)據(jù)獲取的新途徑，并基于CSLE模型對河南省水土流失現(xiàn)狀進(jìn)行綜合研究和評價(jià)，從而了解水土流失面積、強(qiáng)度和空間分布狀況。

1 研究區(qū)概況

河南省地跨長江、淮河、黃河、海河四大流域，地勢西高東低，北、西、南三面太行山、伏牛山、桐柏山、大別山沿省界呈半環(huán)形分布，中、東部為黃淮海沖積平原，西南部為南陽盆地。屬北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，同時(shí)具有自東向西由平原向丘陵山地氣候過渡的特征，其特點(diǎn)為四季分明、雨熱同期、復(fù)雜多樣、氣象災(zāi)害頻繁，年平均氣溫15.7～12.1 ℃，年平均降水量532.5～1 380.6 mm。

以河南省級水土流失動態(tài)監(jiān)測區(qū)域作為研究區(qū)，包括省級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)(鄭州市管城區(qū)、金水區(qū)、惠濟(jì)區(qū)等在內(nèi)的37個縣區(qū))，省級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)(鶴壁市鶴山區(qū)、山城區(qū)、淇濱區(qū)等在內(nèi)的58個縣區(qū))，以及除水土流失重點(diǎn)防治區(qū)外的縣區(qū)(許昌市魏都區(qū)、建安區(qū)等在內(nèi)的17 個縣區(qū))，共計(jì)112個縣區(qū)，總面積9.44萬km2。

2 數(shù)據(jù)收集與計(jì)算

本研究收集的數(shù)據(jù)主要包括降水量資料、土壤資料、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地理國情普查數(shù)據(jù)、水土保持重點(diǎn)工程資料和遙感影像等。對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與處理。

2.1 數(shù)據(jù)收集

(1)降水量資料。在研究區(qū)的每個縣級行政區(qū)選擇不少于1個水文站或氣象站，選取其1986—2015年逐日降水量資料，用以計(jì)算降雨侵蝕力因子。

(2)土壤資料。采用第一次全國水利普查水土保持情況調(diào)查中關(guān)于研究區(qū)土壤可蝕性因子計(jì)算的結(jié)果。

(3)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。選用格網(wǎng)間距為10 m的1∶10 000 DEM，用以計(jì)算坡長坡度因子。

(4)地理國情普查數(shù)據(jù)。收集的河南省地理國情普查數(shù)據(jù)時(shí)相為2017年，精度2.5 m，分類包括12個一級類(包括地理單元和地形)、58個二級類和133個三級類。地理國情普查數(shù)據(jù)主要包括地表覆蓋數(shù)據(jù)和地理國情要素?cái)?shù)據(jù)，是在收集、整合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及多行業(yè)專題數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用自動與人機(jī)交互影像處理、多源信息輔助判讀解譯、外業(yè)調(diào)查、空間數(shù)據(jù)庫建模、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)空間化、多源數(shù)據(jù)融合、空間量算、地理計(jì)算等技術(shù)方法，內(nèi)外業(yè)相結(jié)合生產(chǎn)完成的，相比基于高分遙感影像解譯的土地利用數(shù)據(jù)在精度及準(zhǔn)確度等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

(5)水土保持重點(diǎn)工程資料。重點(diǎn)收集國家水土保持重點(diǎn)工程的設(shè)計(jì)、實(shí)施、竣工驗(yàn)收等相關(guān)資料，主要包括水土保持措施的分布、數(shù)量或面積。生產(chǎn)建設(shè)活動擾動資料重點(diǎn)收集生產(chǎn)建設(shè)活動擾動土地情況相關(guān)資料，主要包括研究區(qū)正在實(shí)施的生產(chǎn)建設(shè)活動的項(xiàng)目類型、防治責(zé)任范圍、擾動土地范圍與面積等信息。

(6)遙感影像。選取的遙感影像包括：①由水利部分發(fā)的分辨率為2 m的高分遙感影像——GF-1、GF-2和ZY-3系列，主要是2017—2018年的共1 572景，其中2017年的影像集中在4—10月共617景，2018年的影像集中在2—5月共955景；②2015—2017年24個半月的MODIS歸一化植被指數(shù)影像72期，時(shí)間分辨率為16 d，空間分辨率為250 m。

2.2 數(shù)據(jù)處理

(1)降水侵蝕力因子。收集研究區(qū)域降水量資料并篩選記錄≥10 mm 的日降水?dāng)?shù)據(jù)，整編后上報(bào)水利部水土保持監(jiān)測中心，由水利部水土保持監(jiān)測中心統(tǒng)一進(jìn)行研究區(qū)降雨侵蝕力因子計(jì)算并分發(fā)。

(2)遙感影像。對收集的MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正、大氣校正、融合、裁剪、精校正等處理。MODIS數(shù)據(jù)、高分遙感影像數(shù)據(jù)投影與坐標(biāo)系統(tǒng)均采用CGCS 2000國家大地坐標(biāo)系、Albers投影。

(3)地理國情普查數(shù)據(jù)。因地理國情普查數(shù)據(jù)中的地表覆蓋數(shù)據(jù)與區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測中的土地利用類型分類不一致，需對地理國情普查數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。如地理國情普查數(shù)據(jù)地表覆蓋類型包括耕地、園地、林地、草地、房屋建筑(區(qū))等12個一級類(包括地理單元和地形)、58個二級類，而區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定中土地利用類型包括耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、交通運(yùn)輸用地等8個一級類、15個二級類。綜合地理國情普查數(shù)據(jù)與區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定，將地理國情普查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測土地利用類型的方法主要包括：①“轉(zhuǎn)換”，對兩者一級、二級類屬性相同的，進(jìn)行分類代碼的整體轉(zhuǎn)換；②“合并”，國情普查中三級類分類過于詳細(xì)且與水土流失無直接關(guān)系的，對其進(jìn)行代碼屬性的合并，將其合并到對應(yīng)的二級類中，其圖斑形狀不變；③“拆分”，對國情普查一級類的耕地進(jìn)行了拆分。具體調(diào)整方法見表1。

2.3 CSLE模型水力侵蝕計(jì)算

根據(jù)《區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定(試行)》，采用中國土壤流失方程(Chinese Soil Loss Equation，CSLE)計(jì)算研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)。方程基本形式為

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；L為坡長因子；S為坡度因子；B為植被覆蓋與生物措施因子；E為工程措施因子；T為耕作措施因子。

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié) 果

依據(jù)水利部頒布的《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)將研究區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度分為6級，其中輕度及以上各級土壤侵蝕強(qiáng)度面積之和為水土流失面積。研究區(qū)水土流失面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。由表2知，研究區(qū)土壤侵蝕面積中92.05%為輕度侵蝕，水土流失面積分布呈現(xiàn)輕度>中度>強(qiáng)烈>極強(qiáng)烈>劇烈的規(guī)律。

從水土流失面積空間分布來看，水土流失主要發(fā)生在低山丘陵區(qū)及其向平原區(qū)過渡的地帶，這與研究區(qū)水土流失現(xiàn)狀基本吻合。就各縣區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，水土流失面積較大的10個縣區(qū)分別為南召縣、泌陽市、方城縣、輝縣市、禹州市、唐河縣、葉縣、舞鋼市、寶豐縣和確山縣。從侵蝕強(qiáng)度分布與土地利用類型看(表3)，輕度和中度侵蝕主要發(fā)生在耕地，強(qiáng)烈及以上級別的侵蝕主要發(fā)生在各類建設(shè)用地。

3.2 討 論

本研究以河南省為研究區(qū)，將地理國情普查數(shù)據(jù)中的地表覆蓋數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測土地利用數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上采用中國土壤流失方程計(jì)算出河南省區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測結(jié)果。應(yīng)用地理國情普查數(shù)據(jù)開展區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測工作，在一定程度上可有效地消除土地利用解譯主觀因素的影響，保障水土流失動態(tài)監(jiān)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)專業(yè)領(lǐng)域間優(yōu)勢資源的高效利用，進(jìn)一步發(fā)揮地理國情普查數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢并促進(jìn)行業(yè)之間的數(shù)據(jù)交流與共享。但在運(yùn)用過程中，尚存在一些值得討論的問題需要引起關(guān)注，比如：地理國情普查數(shù)據(jù)采用的遙感影像數(shù)據(jù)源與區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測遙感影像數(shù)據(jù)源時(shí)相、分辨率等方面存在差異；兩者分類指標(biāo)體系存在差異，特別是位于山地丘陵區(qū)的耕地、園地、林地、草地等土地利用類型，需要進(jìn)一步解譯并優(yōu)化后方可運(yùn)用。

表1 土地利用類型調(diào)整對照

表2 研究區(qū)水土流失面積統(tǒng)計(jì)

表3 研究區(qū)不同土地利用類型水土流失面積統(tǒng)計(jì) hm2