基于Landsat8卫星影像的厦门市水土流失动态变化分析

2019-07-06肖惠珍陈志霞

中国水土保持 2019年6期

肖惠珍，陈志霞

(厦门精图信息技术有限公司，福建厦门 363000)

1 研究区概况

厦门市地处福建省东南沿海九龙江入海处，背山面海，地形自西北向东南倾斜，地貌构成以台地、丘陵、平原、山地为主，平均海拔63.2 m；属南亚热带海洋性季风气候区，受太平洋暖湿气流影响，每年一般有4～5次台风过境，年均气温21 ℃，年均降水量约1 200 mm，终年温暖湿润，盛行东北风；植被种类繁多，以次生植被和人工植被为主；土壤类型以红壤、水稻土和赤红壤为主，不同类型土壤分布与海拔密切相关。随着经济的迅速发展，人多地少、人地矛盾突出的问题愈发严重。在自然和人为因素的共同影响下，厦门市已成为闽南沿海地区水土流失较为严重的区域之一。

2 水土流失影响因子

参考许木土等[1]的研究成果，确定了厦门市区范围内对水土流失影响较大且便于动态监测的3个因子，即土地利用类型、植被覆盖度和坡度。

(1)土地利用类型。不合理的土地利用是导致水土流失的主要原因之一，用土地利用转移矩阵可以很直观地反映土地利用变化情况。本研究采用两个时相的土地利用类型图进行叠加计算，得到2014—2015、2015—2016年土地利用转移矩阵，见表1、2。

由表1、2知，厦门市林地主要转化为耕地，其次是建筑用地。2014—2015年有11.97%的林地转化成了耕地，3.62%转化为建筑用地；2015—2016年有6.15%的林地转化为耕地，2.27%转化为建筑用地。耕地主要转化为林地和建筑用地，而建筑用地又主要转化为耕地。未利用地主要转化为建筑用地和耕地，其中城市用地范围的未利用地主要转化为建筑用地，非城市用地范围的未利用地主要转化为耕地。滩涂和水体面积变化主要受潮位变化的影响。

表1 2014—2015年厦门市土地利用转移矩阵 km2

表2 2015—2016年厦门市土地利用转移矩阵 km2

(2)植被覆盖度。植被覆盖可以削弱水滴的重力势能，使得雨水不直接冲击地面，从而减轻水土流失。当达到一定郁闭度时，植被能有效保护土壤不被侵蚀。本研究基于像元二分模型的归一化植被指数(NDVI)估算植被覆盖度(fc)[2]。植被覆盖度计算公式为

fc=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

式中：NDVI为归一化植被指数；NDVIsoil为没有植被覆盖区域的NDVI值；NDVIveg为完全被植被覆盖区域的NDVI值。

NDVI的值介于-1～1：当取值小于零时，表示地物对可见光高反射，一般为水体、云、雪等；等于零时，表示地表为裸地，一般为岩石、裸土等；大于零时，数值越大，表示植被覆盖度越高。考虑到没有实测数据，NDVIveg和NDVIsoil取一定置信度范围内的NDVImax和NDVImin，而这两个值可以通过统计研究区NDVI值的累积概率分布来获取，取累积概率为95%的值为NDVImax，累积概率为5%的值为NDVImin。

由表3知，厦门市植被覆盖度以30%～45%为主，其次是>75%。调查结果显示，植被覆盖度>75%的地区主要是有植被覆盖的山区，覆盖度45%～75%的主要是耕地和海拔较低的林地，覆盖度0～45%的主要为城区用地。2014—2016年，厦门市植被覆盖度有所增加，尤其是高植被覆盖区域面积增加较明显。

表3 2014、2015、2016年厦门市植被覆盖状况

(3)地形坡度。坡度能表示地表单元陡缓的程度，在一定范围内坡度越大，径流速度越快，水流冲刷能力越强，水土流失就越严重。从2016年厦门市的DEM中提取坡度信息可知：厦门市整体坡度较为平缓，67.80%的地区坡度在5°以下，主要是海域、建筑用地、耕地和滩涂等；坡度>5°的地区多是林地，主要分布在翔安东部、同安北部和集美西部的山区。

3 水土流失动态监测结果

参照《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)，结合研究区实际情况，整理得到本研究厦门市水土流失强度分级标准。将土地利用分类图、植被覆盖度分级图、地形坡度分级图进行叠加计算[3-5]，分别得到2014、2015、2016年3个时相的水土流失强度分级结果，见表4—6。

从单一时相的强度分级结果来看，2014—2016年厦门市绝大部分地区是微度侵蚀区，极强烈及其以上侵蚀面积很小，引起较强侵蚀的地类主要是耕地和未利用地。从3个时相侵蚀强度分级变化情况来看，厦门市轻度及其以上侵蚀面积逐年减少，说明整体侵蚀强度有所降低，尤其是强烈及其以上侵蚀面积减少明显，由2014年的31.70 km2减少到2016年的21.35 km2，减少了32.65%。

表4 2014年厦门市各地类水土流失强度分级结果

表5 2015年厦门市各地类水土流失强度分级结果

表6 2016年厦门市各地类水土流失强度分级结果

将2014—2016年厦门市的水土流失面积按行政区进行统计，结果见表7。其中，同安区的水土流失情况最为严重，其水土流失面积占全市流失总面积的50%以上，这是由于该区地形破碎复杂，特别是境内的多个开山采石点严重破坏地表，导致了严重的水土流失；其次是耕地面积较大的翔安区；思明区和湖里区水土流失面积最少，这是由于两区经济发达，城区绿化面积大，水土保持设施较完善。2014—2016年厦门市各区水土流失状况都得到了改善，水土流失面积有明显减少。