在GIS平台上汶川土壤侵蚀变化特征的研究

第1章文献综述

1.1国内外水土流失研究现状
国外目前已经试验应用遥感和GIS进行水土流失的调查、监测工作，其方法有两大类：一、单因子提取法。美国Morgan等人在遥感资料中，试图提取通用土壤侵蚀方程中的P和C因子。二、综合法。澳大利亚Pickup等人提出"土壤稳定性系数"概念，加拿大和新西兰专家提出"侵蚀斑"等概念，用以图像处理和制图[8-11]。美国农业部(USDA)下设自然资源保护局(Natural Resources Conser VationService, NRCS;1994年以前称土壤保持局，SCS)，负责全美自然资源保护和管理。监测重点为水土流失动态（NRCS),将监测区分为六个工作区，各区有专门联络员从事专项工作，目前已建成80万个监测点网络系统，对全国水土流失进行长期定点监测。监测工作采用实地观测和RS相结合的方法，对较大区域采用卫星遥感技术。近年来，GIS技术被广泛应用其中，监测结果大多在Internet网上公布或制成光盘无偿提供给社会各界利用。日本利用洪涝灾害监测和预报计算机辅助制图，通过设计（CADD)遥感系统建立土壤侵蚀模型，改进流域水土流失治理管理问题。通过TM、 SPOT图像分析，他们从STREAMS系统输出已经分类好的土壤流失图，再在图上标出不同降雨下区域水土流失情况。荷兰学者最早在80年代末期，提出用PCRASTERGIS地理信息系统编写，基于物理过程和栅格GIS的荷兰土壤侵蚀和地表径流模型LISEM(Limburg SoilErosion Model), LISEM模型考虑了降雨、截留、填洼、渗透、土壤分散、水分运动等主要过程。LISEM模型是第一个能与GIS完全集成的物理模型，可以直接利用遥感数据更加清楚地反映土壤侵蚀的机理和时空动态，在一定程度上代表了土壤侵蚀模型开发的新思潮。此外，加拿大、新西兰等许多发展中国家也在水土流失状况方面，作了大量的研究与实验，在应用方面取得了诸多进展。
1.1.1国内水土流失研究现状
韩晓增等[25]系统地论述了东北黑土区水土流失对土壤物理性状、化学性状、生物性状的影响,并分析了主要水土保持措施的效果。何智英等[26]在三处径流场共28个径流小区进行的多年定位研究结果表明：炼山、整地、抚育等营林措施，均造成杉木幼林地不同程度的水土流失。唐永森等[27]研究表面：赣州市水土流失面积1964?1988年呈增长趋势，1988年以后呈减少趋势章、贡两江输沙量1988年以后逐渐减少,尤其是1998年以来显著减少。事实证明人为破坏、重治轻防是水土流失加剧的根本原因，预防为主、综合防治是我市水土保持的成功之路。40a来水土流失与章、贡两江水沙变化态势是赣州市水土保持工作的客观反映。山仑等[28]认为通过将水土流失和水分利用一起解决是黄土高原水土保持综合治理的基础，并在文中提出基本农田和降水利用现阶段存在的问题和发展潜力。黄毅[29]在土壤侵蚀遥感普査中将卫星影像上的光密度观测数据与实地植被覆盖度调査结果做回归分析，将回归关系式作为植被覆盖率定量解译的尺度。在锡林河流域中游草原植被退化遥感监测中，应用影像提取归一化植被指数，结合地面生物量的定位测定，建立了草原地上生物量估产模型。高素华等以影像为基础提取归一化植被指数，釆用最大似然法则解译中国北方地区植被覆盖度，通过植被覆盖度推算水土保持作用系数。方秀琴等[32]都是利用NDVL植被指数来间接表示植被覆盖度。
我国学者在研究以GIS与遥感为技术平台的土壤侵蚀模型应用中，用GIS方便进行参数输入和对计算结果土壤侵蚀空间分别差异的描述，同时可用GIS中数据分析根据需要进行数据的分析和査询。GIS与土壤侵蚀分布模型结合将成为当前土壤侵蚀模型研究中的一个重要方向[33—35]。基于GIS区域水土流失的评价预报研究主要集中在对评价预报的空间单元、评价预报参数和指标体系、评价预报模型的基本结构等方面。在小流域、区域等中小尺度，各地利用GIS结合RS制图技术，分别进行了土壤侵蚀的评价和空间分布特征的研究。如西北水保所在陕北黄土丘陵纸坊沟流域，将土壤侵蚀定量评价模型与GIS系统ARC/INFO进行集成，完成了小流域土壤侵蚀空间变化定量研究[36-38]。王恰堂等[39]以北京郊区为研究试验区，建立了基于微机上的水土流失因子数据库系统和图形文件管理系统。任伏虎等进行了北京水土流失信息系统的应用研究，其研制的系统应用主要体现在以下4方面：水土流失信息管理；水土流失指标量算统计；水土流失规律统计分析；水土流失评价(包括模糊评价模型和专家评判模型)。胡良军等以黄土高原为研究区，对该区的水土流失进行系统、宏观、综合的分析，确定了一套适于该区水土流失宏观定量评价的指标体系，并运用GIS技术对该区影响水土流失的各个因子进行了空间分析，实现了多源数据的集成和专题信息的提取，建立了适于该区水土流失评价的宏观定量数学模型，并对研究区一定年限内的水土流失状况进行了应用评价。李璧成、李锐[43]依据黄土高原实际建成了小流域水土保持系统，由数据釆集、处理和系统输出及应用三部分组成。

    1.2 汶川地震新生水土流失研究现状 ....................13
    1.3 基于GIS平台水土流失研究现状 ....................13-14
    1.4 汶川地震新生水土流失研究的展望 ....................14-15
第2章 绪论 ....................15-17
    2.1 研究的意义 ....................15
    2.2 研究的目标与内容 ....................15-16
    2.3 技术路线 ....................16-17
第3章 研究与方法 ....................17-21
    3.1 研究区概况 ....................17-19
    3.2 研究方法 ....................19
    3.3 数据来源和处理 ....................19-21
第4章 地震前后土地利用/土地覆被变化特征 ....................21-37
    4.1 研究区域土地利用/土地覆被面积变化特征 ...............26-30
    4.2 自然生态系统变化特征 ....................30-31
    4.3 耕地生态系统变化特征 ....................31-32
    4.4 不同坡度下土地利用/土地覆被变化分布特征 ...............32-34
    4.5 小结 ....................34-37
第5章 植被覆盖度变化特征 ....................37-47
    5.1 不同植被覆盖度类型面积变化 ....................39-41
    5.2 植被覆盖度类型空间变化特征 ....................41-44
    5.3 小结 ....................44-47
第6章 研究区域土壤侵蚀变化特征 ....................47-55
    6.1 不同土壤侵蚀程度面积变化.................... 47-50
    6.2 土壤侵蚀强度指数变化特征 ....................50-51
    6.3 土地利用结构特征指数 ....................51-53
    6.4 小结 ....................53-55

结论

通过研究分析平武、青川和北川县汶川地震前、后不同土地利用/土地覆被类型面积变化特征，得出研究区域震前、震后主要土地利用/土地覆被类型为耕地生态系统中的旱地、水田和自然生态系统中的林地、草地。耕地生态系统和自然生态系统为研究区域侧重点，具有地类代表性。通过分析这两种生态系统在区域内面积变化特征，可间接反映出三县震后新生水土流失空间的变化特征。通过分析震前、震后研究区域不同坡度段下各地类面积变化量和净变幅度，找出不同坡度段下各地类面积在空间变化上的特征及变化趋势，从而得到与水土流失密切相关的坡度因素震后在区域的空间变化特征。分析汶川震前、震后不同植被覆盖度段占地面积变化量及净变幅度，研究平武、青川和北川县在不同覆盖度段下区域面积空间变化的特征。不同土壤侵蚀程度在区域内面积的变化量和净变幅度，是三县土壤侵蚀面积在不同土壤侵蚀程度下的空间变化特征及变化趋势。三县在不同坡度段、不同土地利用/土地覆被、不同植被覆盖度和不同土壤侵蚀程度下，可得出地震对研究区域土地利用、土地覆被、土壤侵蚀强度等的空间变化特征及影响。汶川震后新生水土流失的空间变化特征及趋势，是研究其他重灾区新生水土流失发展走向、空间变化特征、趋势及防治对策的科学参考依据。

参考文献

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