水土流失动态监测技术问题解析

王爱娟，曹文华

(水利部 水土保持监测中心，北京 100055)

2012年，水利部批准实施《全国水土流失动态监测与公告项目规划(2013—2017年)》，水利部水土保持监测中心和各流域机构监测中心(站)对35个国家级重点防治区(16个国家级重点预防区、19个国家级重点治理区)和1个生产建设项目集中区(晋陕蒙接壤地区)采用遥感调查方法开展了连续5年的水土流失动态监测，掌握了监测范围内的水土流失面积、强度和动态变化情况。2018年，水利部印发《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》[1]，采用统一的技术方法和技术标准，组织开展了覆盖全国的水土流失动态监测，监测显示：2018年全国水土流失面积273.69万km2，其中水力侵蚀面积115.09万km2、风力侵蚀面积158.60万km2。以下分5个方面就本次动态监测方法相关技术问题进行分析说明。

1 动态监测方法特点介绍

2018年水土流失动态监测划分为重点监测区域、一般监测区域，采用不同分辨率的遥感影像解译出土地利用类型和水土保持措施，收集基础数据量化土壤侵蚀因子，基于土壤侵蚀模型计算土壤侵蚀模数，按照《土壤侵蚀分类分级标准》[2]划定土壤侵蚀强度，基于计算栅格统计出不同侵蚀类型不同强度等级的水土流失面积。

本次全国水土流失动态监测技术方法特点体现在以下几个方面：一是全国采用统一的技术方法、统一的数据质量控制标准。其中水力侵蚀采用中国土壤流失方程，全国收集了2 881个气象点的连续30年日降雨资料计算降雨侵蚀力因子，采用第一次全国水利普查时的土壤可蚀性因子K值，基于1∶1万或1∶5万地形图计算地形因子，基于遥感影像计算监测年前3年12个月植被覆盖度平均值用于量化植被覆盖与生物措施因子值。二是室内解译与野外调查相结合开展工作。在信息提取阶段建立的解译标志和解译图斑，在野外复核阶段要赴野外进行信息校对，一方面帮助提高解译图斑质量，另一方面结合遥感影像解译和实地调查发现水土流失现象。全国共解译图斑约8 476.06万个，野外验证图斑共计278.75万个，占解译总图斑数的3.29%。三是收集多源数据进行复核验证。广泛收集了全国第二次土地利用调查或地理国情普查数据等土地利用年度变更调查数据，2008年以来的水土保持重点工程设计、施工、竣工验收资料，在建生产建设项目扰动土地资料，省级近期水土流失调查或动态监测成果数据等，对本次监测数据进行校正和复核，进一步保证了数据质量。

2 水土流失面积的界定

水土流失面积是指土壤侵蚀量超过容许土壤流失量、侵蚀强度为轻度和轻度以上的土地面积。因为降雨的年际和空间区域变化，所以一个区域或地块会存在丰水年水土流失量大、枯水年水土流失量小，或者同一年份由于降雨的空间分异，导致同一区域相邻部分水土流失量差异很大，无法判断其是否是水土流失地块、是否应该布设水土保持措施进行治理的问题。本次动态监测中降雨侵蚀力因子R利用收集到的30年序列全国各站点日降水数据，通过R因子计算公式统一计算得到24个半月30年平均降雨侵蚀力因子值，采用克里金法空间插值生成全国10 m或30 m栅格降雨侵蚀力因子数据。植被覆盖与生物措施因子利用监测年前3年内每年24个半月MODIS归一化植被指数(NDVI)产品和1年内至少3期TM多光谱影像融合计算得到24个半月30 m空间分辨率的植被覆盖度，结合24个半月降雨侵蚀力因子比例计算B因子。土壤侵蚀因子采用多年平均值是为了获得当前气候周期气象条件下的水土流失状况，一是可以科学判断一块地是否是水土流失地块，二是能够区分水土流失分布情况、侵蚀强度等级，为水土流失治理提供决策依据。

3 年度水土流失量与多年平均土壤侵蚀模数的区别

要量化年度水土流失量需要采用当年的降雨资料、当年的植被覆盖状况量化土壤侵蚀因子代入模型计算，或采用当年次降雨数据、降雨时的植被状况量化土壤侵蚀量后累加获得年土壤侵蚀量。将采用多年平均值计算获得的土壤侵蚀因子代入土壤侵蚀模型获得的土壤侵蚀模数，反映的是多年平均土壤侵蚀量或水土流失量。由于所用基础数据为多年平均值，故计算获得的土壤侵蚀模数为多年平均状况，与次暴雨产生的水土流失量不同，不能反映监测当年水土流失量情况。一年内个别场次大暴雨产生的水土流失量对年度水土流失量的贡献很大，如只需粗略估计年土壤侵蚀量，为简化计算可以研究确定一个雨量或雨强标准，只计算年度几次大暴雨产生的水土流失量总和，获得年度水土流失量估算值。

4 动态监测与全国水土流失普查的区别

全国水土流失普查是重要的国情、国力调查，是水利部专门组织、各级水行政主管部门共同实施的全国性大规模基础调查，间隔一定时间段开展一次[3]，主要反映全国水土流失总体发展趋势，为国民经济社会发展规划和宏观决策服务，全国采用统一时点、统一技术方法、统一基础数据和成果数据精度，普查对象根据工作需要可包括土壤侵蚀、水土保持措施、侵蚀沟道、崩岗、生产建设项目等，以全面摸清全国水土流失实际本底状况。年度水土流失动态监测，由国家级和省级水行政主管部门两级协力开展，关注因人为活动引起的水土流失的变化、不同行业部门开展的年度水土流失治理面积，主要反映年度水土流失的动态变化情况，为水土保持目标责任考核、生态安全监测预警等提供支撑。普查是资源环境调查，目的是掌握全国总体情况，动态监测主要是为了反映水土流失治理年度工作成效，发现和约束人类破坏环境的违法违规行为，二者关注的重点不同。普查间隔一定时间开展可反映因为气象条件变化引起的植被和生态环境的缓慢变化和长期累积效应，可修正动态监测成果，为动态监测提供本底数据；动态监测以普查本底值为基础值，每年度开展一次，主要监测显性变化地块。

5 全覆盖模型计算需要优化的方面

全覆盖模型计算是在全部解译出监测区域内土地利用类型和水土保持措施的基础上，获取覆盖全域的土壤侵蚀因子栅格数据，采用模型计算获得覆盖全域的土壤侵蚀模数并进行强度评价[1]。2018年覆盖全国的动态监测时间紧、任务重，工作过程中发现有些方面还需要在今后的工作中加强和优化：

一是土壤侵蚀因子需要进一步区域化。土壤侵蚀模型结构是固定的，即土壤侵蚀受气象、土壤、地形、植被和水土保持措施影响，但我国地形地貌、气象等自然因素差异较大，为进一步提高模型计算结果的精度，不同区域土壤侵蚀因子值需要有详细的基础数据做支撑，需要根据当地的观测数据率定获得适用于当地的土壤侵蚀因子值。其中，土壤可蚀性因子需要长序列的裸地小区观测数据计算获得，水土保持措施因子需要规范的观测数据与未采取措施的相同作物或植被农地小区对比计算获得。

二是容许土壤流失量的确定。容许土壤流失量是根据保持土壤资源及其生产能力而确定的年土壤流失量上限，通常小于或等于成土速率。目前采用的土壤侵蚀分级分类标准是基于前期研究结果于2007年颁布实施的，距今已有十余年时间，而全国的水土保持工作已取得了显著成效，植被覆盖和生态环境状况明显好转，因此标准中的容许土壤流失量与当前各地水土流失实际状况存在一定差异，如石漠化地区容许土壤流失量过高等。各强度等级分级标准的土壤侵蚀模数较大会导致轻度侵蚀面积占比较大，因此需要进一步研究确定不同侵蚀类型区的容许土壤流失量。

三是全国水土流失分布规律的深度挖掘分析。动态监测获得的全国水土流失面积是基于计算栅格统计的，要全面认识不同区域水土流失的分布规律，为水土流失预防、治理提供决策依据，需要明确水土流失地块判定标准，明确水土流失地块和其侵蚀强度，制作流域、省、县等不同尺度的水土流失分布图；进一步统计计算不同尺度不同土地利用类型的水土流失各强度等级面积，掌握各土地利用类型水土流失面积情况，为调整和优化土地利用格局提供数据支撑；结合地形数据分析不同土地利用类型水土流失分布规律，研究确定陡坡耕地退耕坡度；根据石漠化、荒漠化、水土流失区域划分，结合水土流失主导因素提出不同退化类型区域针对性的治理措施；提出果园、经济林等受人为活动影响较多地类的水土保持措施；根据监测发现的水土流失新现象、分布差异性情况，确定需要治理的水土流失重点区域，为“十四五”规划编制做好前期准备工作。

四是开展智能自动解译技术方法研究。水土流失动态监测与国土调查关注权属、林业调查关注林地资源等行业关注重点不同，主要是从量化水土流失、解译水土保持措施方面考虑，故将国土部门颁布的土地利用类型分类进行了调整。全覆盖的年度动态监测任务很重，每年度开展又具有一定的重复性，故可在日常工作中累积建立规范、充分的解译标志库，开展梯田、裸岩、裸土等特征明显的图斑智能自动解译技术研究，不断提高工作效率。