第３１卷第３期 ２０１３年６月 凯里学院学报 Ｊｏｕｒｎａ１ ｏｆ Ｋａｉｌｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖ０Ｉ．３１ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２ｏ１３ ・工程科学・ 岩溶地区水土流失遥感监测研究 ——以贵州省贵阳市为例 陈起伟 ，熊康宁 ，兰安军 （１．贵州师范学院地理与旅游学院，贵阳 ５５０００３；２．贵州师范大学中国南方喀斯特研究院，贵阳 ５５０００１） 摘 要：中国是世界上水土流失最严重的国家之一，水土流失是我国的头号环境问题．以典型岩 溶区贵阳市为研究对象，用２０１０年ＡＳＴＥＲ影像为信息源，开展适合喀斯特山区水土流失遥感 监测的技术方法研究．研究表明，利用遥感技术和地理信息系统获取岩溶区水土流失因子能实现 区域水土流失快速监测，可有效地促进水土保持工作的顺利开展．贵阳市２０１０年水土流失面积 为３ ２３４．１ ｋｍ ，占总面积的４Ｏ．３ ，水土流失面积呈逐步下降的趋势，但水土保持形势依然十 分严峻． 关键词：岩溶区；水土流失；遥感监测；减少；贵阳市 论文编码：Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７３—９３２９．２０１３．Ｏ３．２８ 全球岩溶分布面积约占陆地面积的１５ ，喀 辖６区３县１市，总面积８ ０３４ ｋｍ ．境内山峦重 叠，地势起伏较大，海拔在５００～１ ７６０ ｍ之间，山 地丘陵占总面积的８９．７％，境内喀斯特地貌十分 发育，占总面积的７３．３％，是典型的岩溶山区．贵 斯特环境问题已成为当代国际地学研究的热点之 一［１］．中国西南喀斯特地区，地质条件脆弱，再加上 不合理人为活动，致使生态环境严重退化，水土流 失严重，出现了大面积基岩裸露的喀斯特石漠化问 题．水土流失已经成为当前喀斯特地区重大环境问 题之一＿２ ］．长期以来，不少学者在水土流失方面 做了大量的研究，取得了一系列成绩．如水土流失 监测手段［４］、水土流失机理［５］、营养元素流失机 阳属亚热带湿润温和型气候，兼有高原性和季风性 气候特点，夏无酷暑，冬无严寒，气候温和，四季宜 人，年平均气温１５．３℃，年降雨量１ ２００ ｍｍ． ２ 技术路线 研究所用影像由１２景日本ＡＳＴＥＲ卫星影像 拼接而成，影像获取时间主要为２０１０年，空间分辨 率１５ ｉｎ．结合贵阳市１：５；ｇ ＤＥＭ对影像进行了正 理 ］以及水土流失治理 等．但这些研究主要侧重 于非岩溶地区，对岩溶区水土流失遥感调查和流失 特征进行野外实地观测的较少．为此，本研究以典 型岩溶区贵阳市为研究对象，利用高分辨率的卫星 遥感影像ＡＳＴＥＲ，综合应用３Ｓ技术，在ＥＲＤＡＳ 和ＡｒｃＧＩＳ软件的支持下，开展典型岩溶区水土流 失遥感调查与监测方法研究，以了解岩溶区水土流 失特征，为治理岩溶区水土流失提供科学依据． １研究区概况 射几何校正和配准，纠正的精度在一个像元内．贵 阳市属于我国水力侵蚀类型区的西南土石山区，水 土流失的主要类型为水力侵蚀，全国土壤侵蚀分类 分级标准（ＳＬ１９０—２００７）中水土流失强度界定标 准主要以基于坡度和土地利用方式的标准为主，贵 阳市岩溶面积占总面积的７Ｏ 以上，因岩溶区水 土流失过程中允许土壤流失量远远小于非岩溶区， 贵阳市位于贵州省中部、云贵高原东斜坡上， 属于全国东部平原向西部高原过渡地带．位于东经 １０６。０７ ～１０７。１７ ，北纬２６。１ｌ ～２７。２２ 之间，全市 与非岩溶地区以坡面流失为主的水土流失方式不 同，岩溶区水土流失除地表坡面流失外，泥沙不仅 在降雨过程中通过地表径流进入水流系统，而且随 收稿日期：２０１３—０２—２８ 基金项目：国家“十二五”重大科技支撑计划课题“喀斯特高原峡谷石漠化综合治理技术与示范”（２０１１ＢＡＣ０９Ｂ０１）；贵州省水利厅委托项目 “贵州省水土流失遥感监测对比分析研究” 作者简介：陈起伟（１９８１一），男，重庆渝北人，硕士，贵州师范学院地理与旅游学院讲师，主要从事喀斯特生态治理与地理信息系统方面研究． 水流通过落水洞、竖井、漏斗携带泥沙进入地下管 道和地下河 ．仍然使用全国范围使用的土壤 流失强度标准显然不适应，需分别采用岩溶区和非 岩溶区水土流失强度界定标准．参照岩溶区与非岩 际可分程度，将水土流失强度划分为剧烈、极强烈、 强烈、中度、轻度、微度侵蚀６类．分别提取岩性、基 岩裸露率、植被覆盖度、坡度和土地利用５个专题 图层，利用ＧＩＳ的空间分析功能，根据不同水土流 溶区土壤侵蚀分级指标，结合遥感调查与监测的实 失分级标准生成的水土流失分级图． 臣 石漠化图 甲分灭々魁影像 “ ±日 目 № Ｉ 甲ｌ 植被覆盖度 １ ＤＥＮ模型生成 ◆ 岩性 ｌ ＋ 土地利用类型 ｌ 基岩裸露率 ｌ 坡度计算与分级 ｌ ● 各专题空间叠置图 Ｉ岩溶区 ｌ Ｉ 【‘ 目 ， ｍ＋＝ ｌ非岩溶区ｌＩ Ｊ 土壤侵蚀分级标准 Ｉ ｌｌ ｌ 贵阳市水土流失等级图 图１ 水土流失遥感监测技术路线图 ３水土流失信息提取 土地利用可以明显地影响水土流失状况，人类 植被指数（ＮＤＶＩ），根据像元二分模型，一个像元 的ＮＤＶＩ值可以表达为由绿色植被部分所贡献的 不合理的土地利用是土壤侵蚀发生的主要原因之 一．信息ＮＤＶＩ 与无植被覆盖部分所贡献的信息 ＮＤＶＩｓｏｉｌ这两部分组成．将归一化植被指数（ＮＤ— ＶＩ）代入公式可以得到植被覆盖度： Ｆ 一（ＮＤＶＩ—ＮＤＶＩ 。。１）／（ＮＤＶＩ 一ＮＤＶＩ 。ｉｌ）． 利用ＥＲＤＡＳ软件对ＡＳＴＥＲ遥感影像进行分 层信息提取，得到研究区土地利用类型的矢量数 据．将土地利用类型分为水田、旱地、林地、灌木、水 域、居民点、荒草地和未利用地．土地利用类型的划 研究区岩性资料直接引用贵阳市１：５矢量地 质图，基岩裸露率计算采用遥感反演获取ｌ＿】 ，基于 多光谱遥感影像的裸岩率计算方法将单个像元作 为计算分析的基本单元，每个像元的裸岩率取值范 围为０～１００ ，在喀斯特地区，除建设用地、水域 外，其他区域的土地覆被构成均可分成３大类：植 分根据建立的解译标志，按照分类系统对影像进行 分层分类．分层分类法针对各种地物不同的信息特 点，按一定原则进行层层分解，使信息提取比较纯 净，可以在较大程度上避免那些传统分类方法因为 同物异谱或异物同谱现象而导致的分类精度不高 的现象＿１ ¨ｊ． 被、土壤和岩石．因此，基于多光谱遥感影像的裸岩 率计算方法为在单位面积内，若植被覆盖度达到 地形坡度是构成水力侵蚀的动力条件，坡度大 小是决定水土流失强弱的重要因素．研究区利用 ｌ：５万地形图作为底图，矢量化生成ＤＥＭ数据，以 Ｘ％，土壤裸露率占到Ｙ ，则裸岩率为（１一Ｘ 一 Ｙ ）．可用数学公式表示如下： ＢＲｐ＝（１一ＢＳｐ—Ｆ ）１００ ， ２０ ｍ为单元格计算研究区的坡度 ．根据分级标 准中的面蚀分级指标，将地面坡度分为６个等级． 其中：ＢＲｐ代表基岩裸露率，ＢＳｐ代表土壤裸 露率，Ｆ 代表植被覆盖度，利用像元二分模型计算 植被覆盖度，土壤裸露率的计算主要是利用裸土指 植被覆盖度是衡量植被群落保持水土功能的 重要指标，也是影响水土流失的活跃因子之一．利 用植被指数与植被覆盖度的关系，建立了使用植被 指数估算植被覆盖度的模型 ．利用归一化差值 数（ＢＩ），参考利用ＮＤＶＩ估算植被覆盖度的方法 来实现．在提取的岩石裸露率成果基础上，结合贵 ｌ３７． ［１１］王魁，马祖陆，蔡德所，等．我国岩溶地区水土流失 ＣＨＥＮ Ｈ Ｓ，ＳＨＡ０ Ｍ Ｇ，ＬＩ Ｙ Ｙ．Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ［５］ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｂａｌａｎｃｅ ｏｎ ｓｔｅｅｐ ｇｒａｓｓｌａｎｄ 研究进展及发展趋势［Ｊ］．中国水土保持，２０１１，（９）： ３Ｏ一３２． ｕｎｄｅｒ ｎａｔｕｒａｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒａｉｎｆａｌ１ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ［１２］牛明香，赵庚星，李尊英．南四湖湿地遥感信息分区分 层提取研究［Ｊ］．地理与地理信息科学，２００４，２Ｏ（２）： ４５—５２． Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ ｏｆ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，２００８，３６０ （１２）：２４２—２５１． ｒ６］ＺＨＡＮＧ Ｗ，ＣＨＥＮ Ｈ Ｓ，ＷＡＮＧ Ｋ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉ— ［１３］王建，董光荣，李文君，等．利用遥感信息决策树方 法分层提取荒漠化土地类型的研究探讨［Ｊ］．中国沙 漠，２０００，２Ｏ（３）：２４３—２４７． ｅｎｔｓ ｉｎ ｐｅａｋ—ｃｌｕｓｔｅｒ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｒｅａｓ ｏｆ ｋａｒｓｔ ｒｅｇｉｏｎ ［Ｊ］．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，２００７，６（３）：３２２— ３２９． ［１４］赵帮元，喻权刚，马红斌，等．不同比例尺数字高程模 型在水土保持信息提取中的应用分析［Ｊ］．中国水土 保持，２０００（２）：３３—３４． ［１５］ＬＥＰＲＩＥＵＲ Ｃ，ＶＥＲｓＴＲＡＥＴＥ Ｍ Ｍ，ＰＩＮＴＹ Ｂ．Ｅ— ｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎ— ｄｉｃｅｓ ｔｏ ｒｅｔｒｉｅｖｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｏｖｅｒ ｆｒｏｍ ＡＶＨＲＲ ｄａｔａ ［７］彭建，杨明德．贵州花江喀斯特峡谷水土流失状态分 析［Ｊ］．山地学报，２００１，１９（６）：５１１—５１５． ［８］曹建华，蒋忠诚，杨德生，等．我国西南岩溶区土壤侵蚀 强度分级标准研究［Ｊ］．中国水土保持科学，２００８，６ （６）：１—７． ［Ｊ］．Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｒｅｖｉｅｗ，１９９４（１０）：２６５—２８４． ［１６］张盼盼，胡远满，肖笃宁，等．一种基于多光谱遥感影 ［９］张信宝，王世杰，贺秀斌，等．碳酸盐岩风化壳中的土壤 蠕滑与岩溶坡地的土壤地下漏失［Ｊ］．地球与环境， ２００７（３）：２０２—２０６． 像的喀斯特地区裸岩率的计算方法初探［Ｊ］．遥感技 术与应用，２０１０，２５（４）：５１０—５１４． ［１Ｏ］周念清，李彩霞，江思珉，等．普定岩溶区水土流失与 土壤漏失模式研究［Ｊ］．水土保持通报，２００９，２９（１）：７ 一［责任编辑：张和平］ 】１． Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｎ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ ｌｏｓｓ ｉｎ Ｋａｒｓｔ Ａｒｅａ： ａ Ｃａｓｅ ｉｎ Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ ＣＨＥＮ Ｑｉ—ｗｅｉ ，ＸＩＯＮＧ Ｋａｎｇ—ｎｉｎｇ。，ＬＡＮ Ａｎ—ｊｕｎ。 （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｔｏｕｒｉｓｍ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ，５５０００３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｋａｒｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，５５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｉｎａ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｅｒｉｏｕｓ ｓｏｌｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ，ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｓｏｌｌ ｌｏｓｓ ｉｓ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ Ｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｕｓｉｎｇ ｔｙｐｉｃａｌ ｋａｒｓｔ ａｒｅａ ｏｆ ｇｕｉｙａｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ２０１０ ＡＳＴＥＲ ｉｍａｇｅｓ，ｔｏ ｆｉｎｄ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏ— ｒｉｎｇ ｂｙ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ Ｋａｒｓｔ ｄｉｓｔｒｉｃｔ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ：ｕｓｉｎｇ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｅｘｔｒａｃｔ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｒａｐｉｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｏｓｓ，ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｗｏｒｋ．Ｇｕｉｙａｎｇ ２０１０ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ａｒｅａ ｉｓ ３ ２３４．１ ｋｍ ，ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ４０．３ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ａｒｅａ，Ｇｕｉｙａｎｇ’Ｓ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｏｓｓ ａｒｅａ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｄｅｃｌｉｎｉｎｇ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｒｅｍａｉｎｓ ｖｅｒｙ ｓｅｒｉｏｕｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｋａｒｓｔ ａｒｅａ；ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｏｓｓ；ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｄｅｃｒｅａｓｅ；Ｇｕｉｙａｎｇ
