摘 要

随着全球现代化建设的飞速发展，人类活动已经造成了许许多多的环境问题，其中水土流失就是一个与人类息息相关的问题。本文基于遥感数据的目视解译成果，结合多种地形数据，在ArcGIS平台上利用空间分析的技术，对汕头市2017年水土流失情况做了一个科学的统计分析。然后将研究区域划分为四大类，分类别分析了水土流失的成因并且提出了相应的应对措施，同时也提出了新时期下，水土保持工作应该怎么展开。

关键词：水土流失；遥感解译；空间分析；土地利用分类

Abstract

With the rapid development of global modernization, human activities have caused many environmental problems, and soil erosion is a problem closely related to human beings. Based on the results of visual interpretation of remote sensing data, combined with a variety of topographic data, the spatial analysis technique was used on the ArcGIS platform to make a scientific statistical analysis of soil erosion in Shantou City in 2017. Then the study area is divided into four categories, the causes of soil erosion are analyzed in categories and the corresponding countermeasures are proposed. At the same time, how to start the soil and water conservation work in the new period is also proposed.

Key Words：soil erosion; remote sensing interpretation; spatial analysis; land use classification

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状综述 2

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 2

1.3研究内容 3

1.4技术路线 4

第二章 研究区概况 5

2.1人文概况 5

2.2自然地理概况 5

2.2.1地质地貌 5

2.2.2气候 6

2.2.3水文 6

2.3水土流失状况 6

第三章 遥感数据人工解译 8

3.1 遥感数据解译的方法 8

3.1.1遥感数据源 8

3.1.2土地利用分级分类标准 8

3.1.3影像解译标志库 11

3.2解译结果与分析 16

3.2.1土地利用现状解译结果 16

3.2.2植被覆盖度信息解译结果 17

第四章 水土流失程度分类 19

4.1地形坡度信息提取 19

4.1.1DEM高程数据简介 19

4.1.2坡度提取 19

4.1.3平均坡度的计算 20

4.2水土流失程度等级分类及评价 21

4.2.1流失程度评价模型 21

4.2.2评价流失状况 22

4.2.3结果评价与分析 23

第五章 结果分析与建议 25

5.1数据对比与原因分析 25

5.1.1数据对比分析 25

5.2.2原因分析 25

5.2意见建议 27

第六章 总结与展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

水土资源和环境是人类生活的基础，是社会发展进步过程中不可代替的物质基础和条件。而这个平衡态却在水土流失的存在下不断失衡着。水土流失指的是因为一些自然或人为的因素、雨水不能被大地消纳、然后多余的水顺着地势下流、过程中冲刷着土壤，最终造成水分及土壤流失的现象。主要原因在于降雨的地面坡度过大大、或者土地利用的不合理、或者地面覆盖物如植被遭到了破坏、又或者耕作技术的水平低下导致土质松散、还有乱砍滥伐、过度放牧等这些个原因等。据我国第二次水土流失的遥感调研，上世纪80年代末期，我国水土流失总面积约356万km²，其中：有165万km²的水蚀面积和191万km²的风蚀面积，在这两中侵蚀方式的共同作用下导致的水土流失的面积达26万km²，而且这些数字不是一个静态的，它还在时刻不断变化。

1.1.2研究目的及意义 

我国是个人口大国，对各种资源的需求都是非常大的，而目前，不论是生产技术还是经济条件都不是很理想，对于资源和环境的保护意识都不强，片面的进行各种对土地资源有破坏性的开发，忽视了环境的可持续发展。乱砍滥伐，破坏森林；过度放牧，破坏草地，使得地表裸露，易发水土流失。同时，一些有关民生的基础建设，在没有很强环保意识的规划下，建设了很多不符合水土保持要求的建设，比如，修建公路、建设水泥厂、过度采矿和采石等，这些都对小环境的稳定性有着很大的破坏性，而稳定性一旦被破坏，滑坡、泥石流、塌方等地质灾害就会很容易发生，最后受伤害的也只有我们人类自己。对水土流失的形成原因、流失现状、以及造成的严重后果研究并想办法治理是当今国内外的一个共同话题。

水土保持是一项我们必须长期坚持的基本国策，它关系到人民生活的方方面面，是国民经济和社会发展的基础。通过水土保持工作，可以有效地改善当下的生产和生活环境，减少自然灾害的发生，为农民的生产提供保障，促进农民增收，保障农民经济发展。但是水土保持工作的实际操作性很难，需要在实施前全面测试分析评估所做工作的效益，确保投入产出的平衡。为实现科学化管理和国家决策的基本要求，前期必须定量、客观地认识和评价水土保持的全面和单项问题，将水土保持的基本现况以及其发展变化、水土保持所取得的成效与进展，水土保持存在的潜力与未来发展都详细的分析和总结。总的效益是各单项效益的复杂融合，研究各单项效益它们之间的相互关系是这个工作的主要内容。生态环境的平稳是总效益的一个重要组成部分，研究不同生态环境下的社会经济效益，是很有现实意义的，因为经济既是各项工作展开的物质基础，也是国民发展和构建小康社会的必要条件。近年来我国北斗卫星遥感技术的提升对这方面的研究将提供强大的数据支持，多年来的理论研究也会得以实践，未来可期。

1.2国内外研究现状综述

1.2.1国内研究现状

在我国水土流失和荒漠化防治已经有了长期实践经验，而科学技术的不断发展在实践过程中发挥了很有力的支撑作用，同时也提升了我国水土流失和荒漠化的防治整体水平。随着目前国家对生态环境安全的重视，以及广大人民群众越来越关注生态环境问题，水土保持的研究发生着可观的变化。近年来，国家重点工程、有关水土流失治理的理论和技术问题的大型生产建设项目、国家科技支持计划项目、教育部科研创新团队项目、中科院西部行动计划、国家“973”计划项目、国家自然科学基金创新研究群体项目等相继展开，说明水土保持科学研究工作的项目在不断增加，研究的领域在不断扩大，有交叉学科的出现，为研究的可行性提供了很强的保障。

在众多学子、教授、专家的悉心研究实践和科学总结下，水土保持技术也相应取得许多重大突破，如①长江上游坡耕地土壤改良培肥技术；②黄土高原沟壑整治工程优化配置与建造技术；③长江上游坡耕地水土保持微地形改造技术；④黄土高原林草植被可持续恢复与营造技术；⑥侵蚀黑土农田水土保持耕作技术；⑦红壤稀疏马尾松林植被重建技术。研究还在不断的进行着，科技也在不断的发展，一代又一代水保工作者为了一个共同的目标在共同努力着，相信未来会有一个造福人类的科研成果。

1.2.2国外研究现状

美国是比我国国土略小的世界第四大国家，同时也和我国一样有着水土流失问题的困扰，美国将近50个州存在水土流失的现象，严重地区的年土壤侵蚀模数超过10000t/km²，较常见的年土壤侵蚀模数是2500～3500t/km²。美国早期对于水土保持的做法是通过立法案、大宣传等一系列的举措，规定在发展农业的过程中要把水土保持作为首要思考条件，做到保护性发展。美国在水土保持领域的主要研究内容及取得的成绩有：①土壤侵蚀的过程及土壤侵蚀环境影响的评价。定量研究土壤侵蚀的过程，科学准确地评价环境影响要素。②流域生态系统恢复和管理研究。内容包括：物理、化学和生物过程对流域生态系统的影响；对流域生态系统的健康性评价，包含指标的确定以及合适的评价方法；还有确定流域生态系统本身对于水土保持措施的实施和气候变化以后的敏感性。③不同尺度的水土流失预测预报。在土壤侵蚀预报的研究上，欧洲也有了快速的发展还取得了许多成功，英国、荷兰等国家，先后研究和开发出了EUROSEM、LISEM等土壤侵蚀预测模型。现如今美国水土流失的预测预报研究代表了世界的最高水平。

不光国土面积大的国家水土流失就比较严重，像国土总面积只有8.4万km²的奥地利也存在水土流失和水土保持的问题。奥地利国土的2/3是山地，平均坡度相对较大，这也是其水土流失问题发生的根本性条件。奥地利有一种特殊的地貌，叫做荒溪，特点是面积小于100km²而且表面有侵蚀的小流域，奥地利共有四千三百多条。在过去的一百多年里，奥地利通过对荒溪的治理实践，总结出了一套很有效的荒溪治理工程措施体系，这些治理方式在其他地区的水土保持工作上也有很大的帮助。

还有一些地理位置相对比较有特点的国家，比如日本，它是一个岛国，国土总面积也不是很大，但其国土的3/4是海拔2000～3000m的陡峭的山地，所以滑坡、泥石流经常发生。而且由于日本处于环太平洋地震带上，火山、地震发生频繁，再加上降水充沛，其年土壤流失量约为2亿m³。这对于日本来说已经是一个很大的流失量了。近50年来，在水土保持方面，日本学者的研究取得了很多成就，主要有：①坡面径流冲刷作用及侵蚀发生详细过程。20世纪以来，日本的学者在土壤侵蚀规律的研究上取得了重大成就，而且还总结了一些值得我们学习和借鉴的规律；②土壤侵蚀预报预测以及水土保持相应的对策等。日本在美国通用的水土流失方程式介绍到日本以后，特别是农林水产部把通用流失方程定为日本水土流失的预报方程后，围绕该方程研究与应用在日本发展很活跃。

1.3研究内容

此次研究主要是利用学校课堂所学的专业理论知识结合实际问题的处理分析，对专业知识的一个综合应用，同时也是对专业技能的一个综合实战提高。基本内容就分为对研究区的概况做一个介绍，然后是数据的概况，研究方法就是针对于遥感图像的解译，主要有土地利用分级分类标准的确定及确定依据、目的和方法，土地利用信息提取，植被覆盖度信息目视判读还有地形坡度信息提取。数据处理模块就是主要对坡度计算出来以后，要根据目视解译的不同图斑计算出每个图斑的平均坡度，这样对于后期的数据综合处理会有很大帮助，还有就是流失程度评价模型的建立，主要是参考一些专家论文的评价模型。最后对数据结果进行一个综合评价以及原因分析，根据研究的结果提出一些意见和建议。

1.4技术路线

本次的研究的出发点是基于于遥感数据在水土保持方面应用的研究，通过对高分辨率的遥感影像的目视（因为目前机器识别的效果还不是很理想）解译，再结合一些地形数据，比如坡度、高程，利用ArcGIS平台的空间分析手段，对汕头市的水土流失现状做一个先对科学的评价，同时基于结果对相关政府部门提出一些合理的可操作的建议。

在遥感影像目视解译这块，先对整个汕头的遥感影像进行一个整体观察，然后做出一套统一的地类解译标志和植被覆盖度的人工判定依据，然后进行土地利用分类，分类完成之后再进行外业调查的一个复合工作（调查的广度和范围根据经费和调查结果可信度高低共同解决确定）。然后就是高分辨率的DEM数据进行空间操作，计算出坡度，然后结合遥感解译数据计算出解译图斑的平均坡度，最后将解译的数据土地利用数据、植被覆盖数据、坡度以及高程数据综合起来，对该地区的水土流失现状做一个综合评价^[1]。整体技术路线如图1.1所示。

高分辨率DEM模型

图1.1 数据处理流程图

第二章 研究区概况

2.1人文概况

汕头市位于116°14′~117°19′E， 23°02′~23°38′N之间，是广东省东北部的一个地级市，其地理位置示意图如图2.1所示。汕头市包含有金平区、龙湖区、澄海区、濠江区、潮阳区、潮南区、南澳县等7个县（区），32个乡（镇）。其东南部靠海，海岸线全长167.37km，2016年末，全市常驻人口557.92万人，农村人口约426.21万人，人口自然增长率有7.63‰，城市的建筑偏多，市区植被的覆盖程度略低。

汕头是潮汕文明的发源地之一，其文化历史悠久，到现在也在不断发展创新，有中外文化兼容的特点，潮剧、潮菜、潮汕工艺等都极具特色。汕头作为全国最主要的港口城市和最早的经济特区之一，享有很多脍炙人口的称号，如“国家知识产权工作示范城市”、“全国双拥模范城”、“中国品牌经济城市”、“中国投资环境百佳城市”、“国家电子商务示范城市”、“国家信息消费试点城市”、“中国文具生产基地”等。

图2.1 汕头市地理位置图

2.2自然地理概况

2.2.1地质地貌

汕头市处于潮汕平原的南端，东部临海，地势西北高东南低，全市以燕山期的花岗岩为最广分布。地貌以平原与丘陵相间分布，丘陵普遍是一些低山丘陵。汕头的平原主要是冲积平原，分布相对比较集中，占地比例最大，也是城市和农业所在地地方，韩江、榕江、练江三江出口处形成粤东现有的最大的冲积平原。丘陵的占地比例也是比较大，主要分布在西南部、西部和东北部及南澳岛，莲花山脉、桑浦山、大南山是汕头主要的山地。

2.2.2气候

亚热带海洋性气候是汕头市最主要的气候类型，因其被北回归线穿过，所以相对有充沛的雨量，光照也很充足，但多受台风影响。冬季暖和，夏季高温，年均气温达22.9℃，极端高温达到37.6℃，极端低温为6℃，降雨量十分充沛，年均降雨量高大1496.1mm，最大年降雨量1784.0mm，这是导致水土流失的一个相对主动的影响因素。4月~10月份雨量占全年的约80%，属于夏雨型；年均相对湿度达82%；日照也十分充足，年均日照时数达2010.7小时。夏季盛行偏南风，常年主导风向为东北东，多年平均风速为2.7m/s，实测最大风速34m/s，达声速的程度，这也主要因与海相临的原因。

2.2.3水文

汕头市水资源包括地上、地下和地表三大来源，其中地表径流主要有韩江，练江，榕江三大主要水系。

韩江，是汕头最主要的供水水源，全长470 km，是由上游的梅江和汀江在三河坝汇流后形成的河流，经过潮州市后流入汕头市区的澄海区，流域面积达30112 km²。连江，全长72 km，流经汕头市的最大的两个区，即潮南和潮阳，境内面积达838.5 km²，因在其流域内建有众多中小型水库和一批小型塘库，总库容达2.56亿m³，所以它在防洪、灌溉、发电、供水等方面起着很重要的作用。榕江，全长是175 km，在流入潮阳市后，离入海口还剩60 km，境内面积334.21 km²，为潮阳市榕江片的农业区域和乡镇供水提供了重要水源支持。

2.3水土流失状况

按照水利部划分的全国水土流失类型区，汕头市是南方红壤区，水力侵蚀是汕头市的主要水土流失类型，也包括少量的面蚀和沟蚀。其中面蚀发生在花岗岩中丘区，沟蚀出现在花岗岩类的低山区，虽然沟蚀的面积不大，但其对土壤的破坏性却很大，而且治理难度还很大。在全国水土流失类型区划中，汕头市属于南方红壤区，南方红壤区总共有8个省，其水土流失状况趋势呈：整体好转，局部恶化。根据调查，每个省减少的比例都不一样，其中浙江、福建、安徽和江西的减少幅度相对比较大，其减少幅度大于20%，而湖北、湖南的减少幅度相对较小，其幅度大约10%~20%，广东省的减少幅度是最小的，大约不到4%，但海南省的水土流失面积却增加了，而且其增加幅度大约有20%。由此看来，我国南方红壤区的水土流失面积在整体上有所减少，但是减少的面积与各地的治理面积极不相对应，主要原因是因为近年来，随着人口的增长，生产建设和资源开发活动的日益加快，造成新类型的水土流失。

据广东省的2013第四次水土流失普查成果所报告，汕头市2013年水土流失面积总数为234.79km²，侵蚀类型主要有两种，一种是自然侵蚀，另一种是人为侵蚀。其中自然侵蚀是汕头市主要的侵蚀方式，极大的破坏这汕头市的土地资源，在这总的234.79km²水土流失面积中，轻度侵蚀面积达175.56 km²，中度25.29 km²，强烈2.16 km²，极强烈0.74 km²，剧烈0.02 km²，合计203.76 km²，占比86.8%。人为侵蚀虽然占比比较小，但是其破坏力是最强的，由生产建设造成的水土流失面积为19.54 km²，还有为了发展农业而开发的一些不合理的耕地(坡耕地)，也造成了一部分的水土流失，其面积达10.52 km²。

第三章 遥感数据人工解译

3.1 遥感数据解译的方法

3.1.1遥感数据源

本次研究所用的遥感数据来自国产资源卫星三号观测数据，是融合后的高精度数字正射合成真彩色影像，成像日期是2017年12月，影像质量总体较好，全市境内基本上没有云干扰，而且在冬季时，植物的枝叶密度最小，对于室内的目视解译有很大帮助，减小了由于枝叶的繁茂对于相应覆盖度的判断，满足项目需要。影像数据如图3.1所示：

图3.1 汕头市遥感图像