地理国情普查数据在河南省区域水土流失动态监测中的应用研究

2019-12-18靳春香郭伟红姚贵奇

中国水土保持 2019年12期

靳春香，衣强，张岩，郭伟红，郭华，姚贵奇

(河南省水土保持监测总站，河南郑州 450008)

土地利用数据是区域水土流失动态监测基础性数据，与植物覆盖与生物措施因子、工程措施因子计算，以及水土流失动态变化分析密切相关，其准确性、精确性等直接影响着动态监测计算结果，一般采用2 m空间分辨率的遥感影像(河南省宜选择时相为3月上旬至4月上旬或10月上旬至11月上旬的遥感影像)解译获取。但是目前主要采用人工勾绘方式，解译工作量大、投入专业技术人员多，解译质量和工作时间直接影响了整个动态监测工作进度。

2013年2月28日国务院印发了《关于开展第一次全国地理国情普查的通知》，决定在2013—2015年开展第一次全国地理国情普查工作，全面调查我国陆地国土范围内的自然和人文地理要素的现状、空间分布情况[1-3]。为更好地开展2018年度河南省水土流失动态监测工作，基于《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中的技术方法，河南省采用地理国情普查数据代替遥感解译数据，作为获得监测区域水土流失影响因素的基础，探索区域水土流失动态监测土地利用数据获取的新途径，并基于CSLE模型对河南省水土流失现状进行综合研究和评价，从而了解水土流失面积、强度和空间分布状况。

1 研究区概况

河南省地跨长江、淮河、黄河、海河四大流域，地势西高东低，北、西、南三面太行山、伏牛山、桐柏山、大别山沿省界呈半环形分布，中、东部为黄淮海冲积平原，西南部为南阳盆地。属北亚热带向暖温带过渡的大陆性季风气候区，同时具有自东向西由平原向丘陵山地气候过渡的特征，其特点为四季分明、雨热同期、复杂多样、气象灾害频繁，年平均气温15.7～12.1 ℃，年平均降水量532.5～1 380.6 mm。

以河南省级水土流失动态监测区域作为研究区，包括省级水土流失重点预防区(郑州市管城区、金水区、惠济区等在内的37个县区)，省级水土流失重点治理区(鹤壁市鹤山区、山城区、淇滨区等在内的58个县区)，以及除水土流失重点防治区外的县区(许昌市魏都区、建安区等在内的17 个县区)，共计112个县区，总面积9.44万km2。

2 数据收集与计算

本研究收集的数据主要包括降水量资料、土壤资料、基础地理信息数据、地理国情普查数据、水土保持重点工程资料和遥感影像等。对收集到的数据进行整合与处理。

2.1 数据收集

(1)降水量资料。在研究区的每个县级行政区选择不少于1个水文站或气象站，选取其1986—2015年逐日降水量资料，用以计算降雨侵蚀力因子。

(2)土壤资料。采用第一次全国水利普查水土保持情况调查中关于研究区土壤可蚀性因子计算的结果。

(3)基础地理信息数据。选用格网间距为10 m的1∶10 000 DEM，用以计算坡长坡度因子。

(4)地理国情普查数据。收集的河南省地理国情普查数据时相为2017年，精度2.5 m，分类包括12个一级类(包括地理单元和地形)、58个二级类和133个三级类。地理国情普查数据主要包括地表覆盖数据和地理国情要素数据，是在收集、整合基础地理信息数据及多行业专题数据的基础上，采用自动与人机交互影像处理、多源信息辅助判读解译、外业调查、空间数据库建模、统计数据空间化、多源数据融合、空间量算、地理计算等技术方法，内外业相结合生产完成的，相比基于高分遥感影像解译的土地利用数据在精度及准确度等方面具有不可比拟的优势。

(5)水土保持重点工程资料。重点收集国家水土保持重点工程的设计、实施、竣工验收等相关资料，主要包括水土保持措施的分布、数量或面积。生产建设活动扰动资料重点收集生产建设活动扰动土地情况相关资料，主要包括研究区正在实施的生产建设活动的项目类型、防治责任范围、扰动土地范围与面积等信息。

(6)遥感影像。选取的遥感影像包括：①由水利部分发的分辨率为2 m的高分遥感影像——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个半月的MODIS归一化植被指数影像72期，时间分辨率为16 d，空间分辨率为250 m。

2.2 数据处理

(1)降水侵蚀力因子。收集研究区域降水量资料并筛选记录≥10 mm 的日降水数据，整编后上报水利部水土保持监测中心，由水利部水土保持监测中心统一进行研究区降雨侵蚀力因子计算并分发。

(2)遥感影像。对收集的MODIS数据进行正射校正、大气校正、融合、裁剪、精校正等处理。MODIS数据、高分遥感影像数据投影与坐标系统均采用CGCS 2000国家大地坐标系、Albers投影。

(3)地理国情普查数据。因地理国情普查数据中的地表覆盖数据与区域水土流失动态监测中的土地利用类型分类不一致，需对地理国情普查数据进行调整。如地理国情普查数据地表覆盖类型包括耕地、园地、林地、草地、房屋建筑(区)等12个一级类(包括地理单元和地形)、58个二级类，而区域水土流失动态监测技术规定中土地利用类型包括耕地、园地、林地、草地、建设用地、交通运输用地等8个一级类、15个二级类。综合地理国情普查数据与区域水土流失动态监测技术规定，将地理国情普查数据转换为区域水土流失动态监测土地利用类型的方法主要包括：①“转换”，对两者一级、二级类属性相同的，进行分类代码的整体转换；②“合并”，国情普查中三级类分类过于详细且与水土流失无直接关系的，对其进行代码属性的合并，将其合并到对应的二级类中，其图斑形状不变；③“拆分”，对国情普查一级类的耕地进行了拆分。具体调整方法见表1。

2.3 CSLE模型水力侵蚀计算

根据《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》，采用中国土壤流失方程(Chinese Soil Loss Equation，CSLE)计算研究区土壤侵蚀模数。方程基本形式为

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中：A为土壤侵蚀模数，t/(hm2·a)；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K为土壤可蚀性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；L为坡长因子；S为坡度因子；B为植被覆盖与生物措施因子；E为工程措施因子；T为耕作措施因子。

3 结果与讨论

3.1 结果

依据水利部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)将研究区土壤侵蚀强度分为6级，其中轻度及以上各级土壤侵蚀强度面积之和为水土流失面积。研究区水土流失面积统计结果见表2。由表2知，研究区土壤侵蚀面积中92.05%为轻度侵蚀，水土流失面积分布呈现轻度>中度>强烈>极强烈>剧烈的规律。

从水土流失面积空间分布来看，水土流失主要发生在低山丘陵区及其向平原区过渡的地带，这与研究区水土流失现状基本吻合。就各县区统计结果来看，水土流失面积较大的10个县区分别为南召县、泌阳市、方城县、辉县市、禹州市、唐河县、叶县、舞钢市、宝丰县和确山县。从侵蚀强度分布与土地利用类型看(表3)，轻度和中度侵蚀主要发生在耕地，强烈及以上级别的侵蚀主要发生在各类建设用地。

3.2 讨论

本研究以河南省为研究区，将地理国情普查数据中的地表覆盖数据转换为区域水土流失动态监测土地利用数据，并在此基础上采用中国土壤流失方程计算出河南省区域水土流失动态监测结果。应用地理国情普查数据开展区域水土流失动态监测工作，在一定程度上可有效地消除土地利用解译主观因素的影响，保障水土流失动态监测基础数据的准确性，实现专业领域间优势资源的高效利用，进一步发挥地理国情普查数据资源优势并促进行业之间的数据交流与共享。但在运用过程中，尚存在一些值得讨论的问题需要引起关注，比如：地理国情普查数据采用的遥感影像数据源与区域水土流失动态监测遥感影像数据源时相、分辨率等方面存在差异；两者分类指标体系存在差异，特别是位于山地丘陵区的耕地、园地、林地、草地等土地利用类型，需要进一步解译并优化后方可运用。