一种水土保持综合治理土壤侵蚀变化量实时定量监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水土保持综合治理研究领域，特别涉及一种水土保持综合治理土壤侵 蚀变化量实时定量监测方法。
【背景技术】
[0002] 土壤侵蚀量变化是水土保持综合治理工程成效的最直接反映，也是水土保持综合 治理工程的重要监测因子，对于水土保持综合治理工程效益评价具有重要的参考作用。
[0003] 目前，水土保持综合治理工程中，土壤侵蚀量变化仍沿用"径流小区观测试验"、 "小流域对比法"等，这些方法虽然能够真实反映治理前后土壤侵蚀量变化，但观测指标多， 耗时费工，且缺乏治理工程各个阶段的实时定量监测功能。
[0004] 因此，寻求一种能够简便的、适用于一般水土保持综合治理工程且能够实时定量 反映土壤侵蚀变化量的方法就显得十分必要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有方法的缺点与不足，提供一种水土保持综合治理土壤 侵蚀变化量实时定量监测方法，该方法不需要野外定点观测试验设施，仅通过对研究区遥 感影像信息提取即可得到土壤侵蚀变化量，简便易用且投入成本相对较低。
[0006] 本发明目的通过以下技术方案实现：一种水土保持综合治理土壤侵蚀变化量实时 定量监测方法，包括如下步骤：
[0007] (1)获得研究区在进行水土保持综合治理前的遥感影像和治理后的遥感影像；
[0008] (2)对遥感影像进行校正和信息提取，提取数字高程图DEM和各水土保持措施遥 感影像图斑；所述各水土保持措施遥感影像图斑是指根据实际情况进行各种水土保持措施 后得到的每种措施对应的遥感影像图斑；
[0009] (3)以各水土保持措施遥感影像图斑为计算单元，基于数字高程图DEM，计算各图 斑坡长因子L、坡度因子S;
[0010] (4)采用归一化植被指数NDVI计算各图斑植被覆盖度B，并根据植被覆盖度B推 算对应图斑植被覆盖或作物因子C ;
[0011] (5)对各水土保持措施遥感影像图斑对应的水土保持措施因子P进行赋值；
[0012] (6)对水土保持综合治理前的因子L、S、C和P进行相乘运算得到SEfea#J，对水土 保持综合治理后的因子L、S、C和P进行相乘运算得到SE@ a;g ;
[0013] (7)按照公式：SEDP = 1-SE治理后/^治理前，得到研究区域分水土保持措施图斑的土 壤侵蚀量减少比例SEDP;
[0014] (8)基于各水土保持措施图斑面积，对各水土保持措施图斑对应的SEDP按照加权 平均的方法进行计算，获得整个研究区域的土壤侵蚀量变化，计算步骤如下：
[0015] 假设研究区域有n个水土保持措施图斑，各水土保持措施图斑面积为ARi， 1 < i < n，各水土保持措施图斑对应的水土保持综合治理前后土壤侵蚀量减少比例依次为 SEDPi，那么以图斑面积为加权的整个研究区域土壤侵蚀量减少比例即为：
[0016] SEDP整个研宄区域=(SEDPiXARi+SEDP〗XAR2+".+SEDPiXARj/
[0017] (ARi+ARj...+ARJ。
[0018] 优选的，所述监测方法基于GIS软件实现，步骤（3)中在GIS软件中生成研究区域 坡长因子L和坡度因子S专题图，步骤（4)中在GIS软件中生成研究区域植被覆盖或作物 因子C专题图；步骤（5)中在GIS软件中生成研究区域水土保持措施因子P专题图；步骤 (6)中，通过GIS软件空间要素叠加分析对因子L、S、C和P进行相乘叠加运算分别得到SE 治理前、SE治理后;步骤（7)中，对步骤（6)计算得到的SE治理前、SE治理后在GIS软件中进行叠加分 析，得到研究区域各水土保持措施图斑的土壤侵蚀量减少比例SEDP。
[0019] 优选的，所述步骤（2)中，对遥感影像进行校正和信息提取具体步骤是：
[0020] (2-1)在ENVI软件下基于之前地面定标点对遥感影像进行影像配准和几何校正， 同时在ENVI软件下对遥感影像进行大气校正；
[0021] (2-2)基于校正后的遥感影像在GIS中进行信息提取，提取的信息包括两个方面： 生成影像区域的数字高程图DEM和提取各水土保持措施遥感影像图斑。
[0022] 优选的，所述步骤（3)中，采用美国通用水土流失方程推荐公式，计算研究区内各 图斑的坡长因子L、坡度因子S，其计算方法采用下述方法中的任意一种：
[0023] (3-1-1)坡长因子L的计算公式如下：
[0024] L= (A/22. 13)m；
[0025]m=P/(1+P)；
[0026] P=(sin0 /0. 0896)/[3. 0(sin0 )a8+0. 56]；
[0027] 坡度因子S的计算公式如下：
[0028]
[0029] 其中，0为图斑平均坡度值，A为各图斑平均坡长，不超过300m;
[0030] (3-1-2)坡长因子L的计算公式如下：L=(人/22.13)1144;
[0031] 坡度因子S的计算公式如下：S= 17Al+emisin(e))-1.5 ;
[0032] 其中A为各图斑平均坡长；0为图斑平均坡度值。
[0033] 更进一步的，所述步骤（3)中，将各图斑的坡长因子L、坡度因子S的乘积作为一个 坡长坡度因子，记为LS，其计算方法采用下述方法中的任意一种：
[0034] (3-2-1)LS= (A/22. 13)mX(21. 91sin( 0 )-0. 96)；
[0035] 其中LS为坡长坡度因子；A为各图斑平均坡长，不超过300m; 9为图斑平均 坡度值；m为坡长指数，当0彡0.5°，m= 0.2;当0.5°〈0彡1.5°，m= 0.3;当 1.5。〈9 <3°，m= 0.4;当 9>3°，m= 0.5;
[0036] (3-2-2)LS= (A/22. 13)mX(65. 4sin( 0 )2+4. 56sin( 0 )+0. 065)；
[0037] 其中LS为坡长坡度因子；A为各图斑平均坡长；0为图斑平均坡度值;m为坡长 指数；该公式针对坡度大于2. 86°适用，此时m= 0. 5 ;
[0038] (3-2-3)LS= (A/22. 13)mX(sin( 0 )/0. 0896)n；
[0039] 其中LS为坡长坡度因子，A为图斑面积，0为图斑平均坡度值;m和n为常数，分 别取0? 4~0? 6和1. 2~1. 3 ;
[0040] (3-2-4)LS= (A/22. 0)X(0 /5. 16) L3；
[0041] 其中LS为坡长坡度因子，A为各图斑平均坡长；0为图斑平均坡度值，该公式适 用于坡度大于5. 14°的研究区。
[0042] 优选的，所述步骤（4)中，计算植被覆盖或作物因子C的方法具体为：
[0043] (4-1)在ENVI软件中计算各图斑植被指数NDVI;
[0044] (4-2)计算各图斑植被覆盖度B，参照如下公式：
[0045]B= (NDVIc-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)；
[0046] 其中，勵￥1￡是计算当前图斑NDVI值，NDVIMAX和NDVIMIN分别为全幅遥感影像中 NDVI的最大和最小值；
[0047] (4-3)计算各图斑植被覆盖或作物因子C，公式如下：
[0048]
[0049] 更进一步的，所述步骤（4)中，植被覆盖或作物因子C通过查表赋值的方法得到， 具体为：
[0050] 表1植被覆盖或作物因子C查询表1
[0051]
[0052] 将所述植被分为林草地和农地两种类型，对于林草地，根据其植被或作物类型，结 合步骤（4-2)计算得到的植被覆盖度B，通过查询表1，得到对应的植被覆盖或作物因子C; 对于农地，根据其植被或作物类型，结合耕作方式，得到对应的植被覆盖或作物因子c。