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基于遙感和GIS的水土流失空間信息提取——以塔什庫爾干縣為例

文檔作者：周新萌文檔來源：新疆喀什地區(qū)水利水電勘測設(shè)計院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年08月29日
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第53卷第12期
2017年12月
甘肅水利水電技術(shù)
GANSU WAllm刪Es0URa璐ANDⅡYDROPOWERⅡⅪI刑oLOGY
V01．53．No．12
Dec．．2017
·設(shè)計與研究·
基于遙感和GIs的水土流失空間信息提取
——以塔什庫爾干縣為例
周新萌
(新疆喀什地區(qū)水利水電勘測設(shè)計院，新疆喀什844000)
摘要：喀什天山北麓是水土流失嚴(yán)重地區(qū)，然而本區(qū)自然環(huán)境惡劣、交通通達(dá)性低，為避免實(shí)地調(diào)查的不便，提出了基
于遙感和GIs技術(shù)的水土流失信息提取的技術(shù)方案。以喀什地區(qū)塔什庫爾干縣為案例，以Landsat OU遙感影像和
DEM為數(shù)據(jù)源，通過空間分析，研究了區(qū)域水土流失空間分布特征。結(jié)果表明，區(qū)域水土流失以中微度為主，集中分布
于東北部低海拔地帶；強(qiáng)度水土流失發(fā)生于南部陡坡帶，并且不同土地利用類型水土流失強(qiáng)度存在差異，總體而言，地
表覆被程度越高，水土流失效應(yīng)越小。
關(guān)鍵詞：遙感；GIS；水土流失；空間信息
中圖分類號：TP79；S157 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095一0144(2017)12—0016—04
水土流失導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化，影響牧草等植被
生產(chǎn)能力，進(jìn)而對我國西北高寒荒漠區(qū)的民生安全、
環(huán)境發(fā)展造成一定隱患。新疆喀什昆侖山北麓地區(qū)
地處高山高原向塔里木盆地過渡區(qū)，作為干旱區(qū)時
令河重要的發(fā)源地，其承擔(dān)著涵養(yǎng)水源、固土防沙的
生態(tài)功能，然而區(qū)域地表覆被狀態(tài)差、地形陡峭，加
之河流冰雪融水季節(jié)變率大，導(dǎo)致水土流失時常發(fā)
生。加強(qiáng)水土流失監(jiān)測，為區(qū)域土地生態(tài)規(guī)劃提供
依據(jù)。隨著遙感和GIs技術(shù)的發(fā)展，其在水土流失
信息提取中取得長足應(yīng)用，并具有宏觀、高時效的優(yōu)
勢，被越來越多的環(huán)境工作者采用【l】。以喀什塔什鄉(xiāng)
為案例區(qū)，闡述了以遙感和DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的水
土流失監(jiān)測流程，并分析本區(qū)水土流失空間特征。
1研究區(qū)概況
研究區(qū)位于新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干縣，屬昆
侖山北麓，地勢南高北低平均海拔3 000 m，形成高
山、高原地形。由于位居中緯度內(nèi)陸高山腹地，形成
溫帶大陸』生高寒山區(qū)氣候，年平均氣溫8℃，平均降
水量為50 mm，冬季漫長寒冷、夏季溫暖短促，年季
溫差大。由于降水稀少，地表徑流缺乏，于溝谷處發(fā)
育有冰雪融水而成的時令河。地表覆被以高寒荒漠
為主，耕地面積較少，為600 hm2，林草植被長勢較
差、覆蓋度較低。區(qū)域水土流失以冰雪融水沖刷和風(fēng)
力侵蝕為主，其中風(fēng)力侵蝕區(qū)位于荒漠帶，而本研究
側(cè)重于水力侵蝕研究。
1．1研究數(shù)據(jù)源
一般而言，遙感數(shù)據(jù)精度越高、空間分辨率越
大，越能詳細(xì)反映細(xì)節(jié)信息。鑒于商業(yè)高分辨率衛(wèi)星
數(shù)據(jù)價格昂貴，遂通常采用中高分辨率的共享數(shù)據(jù)。
本研究以Landsat 8 OLI影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，該數(shù)據(jù)為
美國地質(zhì)調(diào)查局(usGs)提供，可通過地理空間數(shù)據(jù)
云網(wǎng)站(1lttp：f加刪r．gscloud．c∽下載，其可見光波段
空間分辨率達(dá)30 m，全色波段為15m，能夠滿足水
土流失信息提取要求。DEM數(shù)據(jù)為sRTMDEM 30 m
分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù)。兩種數(shù)據(jù)均采用wGS一84
投影系統(tǒng)，為與研究區(qū)矢量邊界數(shù)據(jù)保持一致的空
間參考，將其轉(zhuǎn)化為csGs一2000—72N投影系統(tǒng)。
1．2水土流失生態(tài)因子提取
(1)地形特征提取
坡度通過地面形態(tài)產(chǎn)生降水侵蝕力分布差異，
往往是水土流失形成的客觀環(huán)境因素。于ArcGISlo．
3平臺上，以區(qū)域DEM數(shù)據(jù)為地圖、以矢量邊界為
掩膜數(shù)據(jù)，應(yīng)用Extraction功能提取研究區(qū)的DEM，
并通過su出ce模塊的Slope功能提取坡度信息。為
收稿日期：2017—10—29
作者簡介：周新萌(1962一)，男，河南新密人，工程師，主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計，E—mail：enqpot@163．com。
·16·
萬方數(shù)據(jù)
第12期周新萌：基于遙感和GIS的水土流失空間信息提取第53卷
評價水土流失等級，參照水利部《土壤侵蝕分類分級
標(biāo)準(zhǔn)(SL 1996—2007)》，將坡度劃分為O。一50、50
～80 、8?！?50 、150 ～250 、25?！?50 、>35。
等6個等級，通常來說，坡度越大、水土流失效應(yīng)越
大【2-3】。
(2)植被覆蓋度提取
植被通過地上結(jié)構(gòu)減弱流水、風(fēng)力對地表的侵
蝕，還通過地下部分固結(jié)土體，因而植被覆蓋度與水
體流失強(qiáng)弱密切相關(guān)。應(yīng)用ENVl5．3軟件，將Ou
影像數(shù)據(jù)經(jīng)過輻射校正、大氣校正、幾何校正后，運(yùn)
用baJldmath工具進(jìn)行波段計算，基于NDVI的像元
二分模型提取植被覆蓋度，公式【4】如下：
^Dy，_(p№_pR)／(PNm+pR)
。每LNDvI—NDvt曲)妖NDvI，-NDvI越)
式中：^協(xié)y，為歸一化植被指數(shù)；pm為近紅外波段反
射率；p。為紅波段反射率i廠為植被覆蓋度；^『Dyb為
無植被覆蓋區(qū)的ⅣDy，值；ⅣDyk為純植被覆蓋度
像元的ⅣDy，值。在其他條件相同的情況下，水土流
失效力隨著區(qū)域植被覆蓋度的增加而減弱，依據(jù)相
關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)域植被覆蓋度劃分級別如下：低植被覆蓋
度0％～30％、中低植被覆蓋度30％～45％、中植被覆
蓋度45％一60％、中高植被覆蓋度60％～75％，高植
被覆蓋度>75％。
(3)土地利用信息提取
研究表明，土地利用類型是水土流失強(qiáng)度的主
要控制因素之一，其通過地表景觀結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成產(chǎn)
生抗侵蝕力，不同的土地利用類型其水土流失效應(yīng)
存在差異。應(yīng)用ENVl5。3軟件對OU影像數(shù)據(jù)進(jìn)行
預(yù)處理，然后經(jīng)波段組合、直方圖變換以增強(qiáng)地物可
識別性，在此基礎(chǔ)應(yīng)用ROI工具提取訓(xùn)練區(qū)，通過
Feature Extralction工具進(jìn)行面向?qū)ο筇崛。诸惙椒?
為支持向量機(jī)監(jiān)督分類。根據(jù)區(qū)域自然環(huán)境特征，將
用地類型劃分為林地、草地、建筑用地、未利用地、水
域、耕地、風(fēng)沙地。分類顯示其k印a系數(shù)為84．32％，
總體精度達(dá)到76．87％，滿足精度需要。
(4)水土流失信息提取
以前述水土流失生態(tài)因子為底圖，通過Arc
GIslO．3軟件平臺的空間疊加功能進(jìn)行疊置分析，
依據(jù)土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)，將疊加后的圖層按
照要素等級組合進(jìn)行歸類，即為水土流失等級(微
度、輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)、劇烈)。水土流失強(qiáng)度
綜合指數(shù)是水土流失程度的量化表征，為量化表
達(dá)不同用地類型水土流失強(qiáng)度，按照通用公式進(jìn)
行計算‘5】：
R，n
’n 1n
f-乙乙Gi‰
活l』=l
式中：i為土地利用類型序列數(shù)；7為水土流失分級
序列數(shù)；G為水土流失強(qiáng)度分級值。
2結(jié)果與分析
2．1 研究區(qū)水土流失生態(tài)因子特征
依據(jù)前述方法，得到研究區(qū)水土流失生態(tài)因子
空間分布(圖1)。依圖可知，研究區(qū)南部主要是高
寒山地，海拔在3 500 m以上，北側(cè)山麓的河流溝
谷為冰雪融化匯流而成，溝谷縱橫而短促。區(qū)域坡
度變化大，陡坡集中于溝谷兩側(cè)的山嶺，緩坡主要
位于河流沖擊的谷地區(qū)，呈條帶狀分布。區(qū)域植被
以高山草甸、針葉林為主，植被覆蓋較好的地區(qū)位
于山脊線處。
圖1研究區(qū)水土流失生態(tài)因子空間分布
·17·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第12期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
2．2研究區(qū)土地利用和水土流失總體特征
研究區(qū)屬高寒荒漠帶，區(qū)域土地利用以荒漠為
主(圖2)，統(tǒng)計表明其面積達(dá)24．62 km2，占全域總面
積的46．77％。水域面積達(dá)9．27 kmz，占區(qū)域面積的
17．55％。草地分布離散，豐要由于區(qū)域荒漠化嚴(yán)零且
氣候干旱，加之過度放牧，導(dǎo)致牧草退化。研究表明，
區(qū)域草地面積為5．38 km2，林地是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的
核心，其呈斑塊分布，面積達(dá)2．89 kmz。本區(qū)耕地以
種植青稞為主，面積達(dá)7．32 km2，園地主要集中于南
部谷底，而積為3．16 km：一
圖2研究區(qū)土地利用與土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布
根據(jù)前述方案，得到研究區(qū)水土流失空間分布
圖。依圖可知，區(qū)域以微度、中度侵蝕為主，前者分
布于溝谷、河流灘地，后者則沿溝谷兩岸延伸分布，
并集中于南部地區(qū)，微度、輕度侵蝕強(qiáng)度呈交錯狀。
輕度侵蝕強(qiáng)度分布較少，結(jié)合土地利用圖來看，其主
要分布于林草覆被的邊緣地區(qū)。而強(qiáng)度、極強(qiáng)度、劇
烈侵蝕區(qū)主要沿坡度分布，結(jié)合圖1可知，坡度較陡
的地帶與其分布相一致；但侵蝕強(qiáng)度大的地區(qū)總體
分布較少。統(tǒng)計顯示，研究區(qū)由弱至強(qiáng)各級水土流
失強(qiáng)度的面積依次為：22．99、8．04、16．02、4．09、1．20
和0．29 kmz，分別占研究區(qū)總面積的43．68％、
15．27％、30．44％、7．78％、2．28％和0．55％。
2．3研究區(qū)土地利用和水土流失總體特征
將區(qū)域D刪與水土流失強(qiáng)度圖疊加分析(表
1)，可知研究區(qū)水土流失主要發(fā)生于海拔低于5 000
m的地區(qū)，就本區(qū)而言，海拔越低其水土流失的可能
性越大。統(tǒng)計顯示，海拔<2 000 m的地區(qū)水土流失
面積占全區(qū)的32．17％，其次是海拔為2 000～3 000
m地區(qū)，水土流失面積達(dá)14．82 km2，占總面積的
28．22％。海拔介于3 000～4000m的地區(qū)水土流失
面積達(dá)14．15 km2，占水土流失總面積的26．95％。海
拔介于4 000。5 000 m的地區(qū)水土流失面積較少，
表1水土流失分布的海拔特征km2、％
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萬方數(shù)據(jù)
第12期周新萌：基于遙感和GIS的水土流失空間信息提取第53卷
僅占10．95％。并且，不同海拔分別其水土流失特
征也不同。分析發(fā)現(xiàn)，海拔<2 000 m的地帶水
土流失以微度為主，占60．40％，輕度水土流失
主要發(fā)生在海拔2 000～3 000 m地帶
(56．84％)；中度水土流失區(qū)集中于海拔3 000—
4 000 m的高山(42．08％)，強(qiáng)度、極強(qiáng)的水土流
失也發(fā)生于3 000～4 000 m海拔位置處，分別占
65．27％、69．17％。劇烈水土流失區(qū)面積較少，主要
位于陡坡地帶，集中分布于海拔為4 000～5 000
m的高山地帶。
2．4研究區(qū)土地利用和水土流失總體特征
表2為不同土地利用類型下水土流失強(qiáng)度分級
及其面積分布。依表可知，微度水土流失區(qū)主要分布
于荒漠、水域，面積分別達(dá)9．13、6．80 km2，輕度水土
流失區(qū)以荒漠、水域、園地土地利用類型較多，分別
占27．49％、25．37％和16．42％。耕地以中度水土流失
為主，面積達(dá)3．458 km2，荒漠用地類型中中度水土
流失面積占了55．25％。強(qiáng)度水土流失區(qū)中以荒漠土
地面積最大，為3．75 km2，極強(qiáng)度和劇烈水土流失也
以荒漠土地為主。
表2水土流失分布的海拔特征km2、％
2．5研究區(qū)不同土地利用水土流失強(qiáng)度
如圖3所示，研究區(qū)不同用地類型的水土流失
強(qiáng)度存在差異。其中耕地水土流失強(qiáng)度指數(shù)最大，
達(dá)5．883，表明該區(qū)本底水土流失可能性最大。其次
為荒漠土地，荒漠土地雖然水資源缺失，但其地表覆
籟
靼
越
想
水
蠕
刊
繁
蓋狀態(tài)差，抗侵蝕能力低。園地的水土流失強(qiáng)度指數(shù)
為4．366，草地為3．654，林地為1．273，水域?yàn)?．303。
由此看來，地表覆蓋狀態(tài)越好，則水土流失效應(yīng)越
??；而水域多位于地形平坦地帶，水土流失率較低。
3結(jié)論
以Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)和研究區(qū)DEM為基礎(chǔ)，
在GIS技術(shù)支持下參照水利部《土壤侵蝕分類分級
標(biāo)準(zhǔn)》，提取喀什地區(qū)喀什塔什鄉(xiāng)境內(nèi)的水土流失強(qiáng)
度信息，得出結(jié)論如下：研究區(qū)水土流失整體特征不
明顯，主要表現(xiàn)為微度、中度水土流失，強(qiáng)度水土流
失分布較少。不同環(huán)境條件下水土流失分布存在差
異，區(qū)域東北度較低海拔處主要存在中輕微水土流
失；強(qiáng)度、劇烈水土流失發(fā)生于南部高山地區(qū)；并且
坡度越陡，水土流失越強(qiáng)烈。土地利用類型與水土流
失關(guān)系表明，地表覆蓋度越高，水土流失率越小。研
究區(qū)水土流失以破壞耕地、園地、草地最為嚴(yán)重，應(yīng)
是該區(qū)水土流失治理的重點(diǎn)。(下轉(zhuǎn)第49頁)
·19·
萬方數(shù)據(jù)
第12期茍永福：先明峽倒虹吸管道防腐處理第53卷
(2)噴涂老人牌噴涂環(huán)氧富鋅漆650(1735G)兩
道：按體積比4：1混合基料和固化劑，根據(jù)環(huán)境要
求加入適量稀釋劑，充分?jǐn)嚢柚令伾?。采用?
壓無氣噴涂一道，待第一道表干后噴涂第二道至規(guī)
定膜厚100斗m。
(3)噴涂老人牌環(huán)氧漆47550兩道：按體積比
5：1混合基料和固化劑，根據(jù)環(huán)境要求加入適量稀
釋劑，充分?jǐn)嚢柚令伾?。采用高壓無氣噴涂一
道，待第一道表干后噴涂第二道至規(guī)定膜厚200
肛m。
(4)噴涂老人牌聚氨酯面漆55190兩道：按體積
比10：1混合基料和固化劑，根據(jù)環(huán)境要求加入適
量稀釋劑，充分?jǐn)嚢柚令伾?。采用高壓無氣噴
涂一道，待第一道表干后噴涂第二道至規(guī)定膜厚60
斗mo
(5)養(yǎng)護(hù)：常溫養(yǎng)護(hù)7 d。
3．2倒虹吸管道內(nèi)壁防腐施工工藝
老人牌環(huán)氧漆1 7634可采用噴涂或輥涂的方法
施工，管道內(nèi)應(yīng)充分照明，施工時應(yīng)注意通風(fēng)。施工
時注意涂裝間隔，后道漆應(yīng)在前一道表干后進(jìn)行，直
至厚度達(dá)到設(shè)計要求。涂層厚度應(yīng)不小于300斗m。
施工工藝如下：
(1)底材處理：噴砂處理管道內(nèi)壁表面，去除舊
涂層和氧化皮，達(dá)到GB廠118923．1《涂覆涂料前鋼材表
面處理表面清潔度的目視評定第一部分未涂覆過
的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹
蝕等級和處理等級》的Sa2．5級，即鋼材表面應(yīng)無可
見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，
任何殘留的痕跡應(yīng)僅是點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑。
對無法噴砂除銹部位采用手工除銹，達(dá)到St3級。
(2)輥涂老人牌環(huán)氧漆17634兩道：大面積輥涂
老人牌環(huán)氧漆17634一道，厚度為150斗m，待第一
道漆表干時輥涂第二道，直至設(shè)計厚度。
(3)養(yǎng)護(hù)：常溫養(yǎng)護(hù)7 d。
4結(jié)語
施工完畢后，現(xiàn)場觀察涂層情況良好，未出現(xiàn)起
皮、掉落、損壞等現(xiàn)象。施工完成4個月后，請?zhí)m州蘭
石重型裝備股份有限公司于派技術(shù)人員到現(xiàn)場，進(jìn)
行涂層的附著力測試，測試結(jié)果附著力符合國家標(biāo)
準(zhǔn)。老人牌環(huán)氧漆17634能滿足對管道內(nèi)壁耐沖刷，
沖擊及防腐蝕的要求，并符合國家有關(guān)飲用水標(biāo)準(zhǔn)
的規(guī)定；外壁防腐蝕配套體系，具有良好的耐腐蝕、
耐候等性能，可以防止由于外界有害因素對管道造
成的破壞，能夠?qū)艿榔鸬接行У姆栏g保護(hù)作用。
綜上分析，先明峽倒虹吸管道外壁防腐采用老
人牌環(huán)氧富鋅底漆650(1735G)兩層達(dá)到100斗m，
老人牌環(huán)氧漆47550兩層厚度達(dá)到200斗m，老人
牌聚氨酯面漆55190兩層厚度達(dá)到60斗m，總漆膜
厚度360斗m的配套體系進(jìn)行保護(hù)，內(nèi)壁防腐采用
兩道300斗m老人牌環(huán)氧漆17634進(jìn)行防護(hù)，符合
GB廠I’30790《色漆和清漆防護(hù)漆體系對鋼結(jié)構(gòu)的腐
蝕防護(hù)》的配套及膜厚的設(shè)計要求，經(jīng)過試驗(yàn)段實(shí)施
說明該配套體系能夠?qū)艿榔鸬搅己玫姆雷o(hù)作用，
大大提高管道的耐久性。
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(上接第19頁)
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