基于遥感与GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究.doc

基于遥感与GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究 青海师范大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知?除了文中特别加以标注和致谢的地方外?论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果?也不包含为获得青海师范大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名?日期?青海师范大学学位论文使用授权声明青海师范大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档?可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 除在保密期内的保密论文外?允许论文被查阅和借阅?可以公布?包括刊登?论文的全部或部分内容。 论文的公布?包括刊登?授权由青海师范大学研究生部办理。 研究生签名?导师签名?日期I基于遥感和GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究中文摘要土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下?被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。 遥感与GIS的结合是针对空间数据进行管理操作的信息、系统?本身具有很强的空间分析功能和模型开发能力?为土壤侵蚀的研究提供强有力的支持?一方面?土壤侵蚀是各种因素综合作用的结果?在较小的区域内?土壤侵蚀因子是比较复杂多变的?但可以利用GIS技术对这些因子进行空间分析?以便对土壤侵蚀进行定量评价分析?另一方面?通过GIS可将这些理论和方法及遥感资料等多源数据结合在一起?以建立科学的土壤侵蚀模型。 遥感和GIS技术在土壤侵蚀监测中的应用?可快速得到区域土壤侵蚀动态监测、水土保持和治理评价等信息。 本论文对布哈河流域的土壤侵蚀进行定性半定量的研究?选取的主要因子是地形、气候、地表物质组成、植被盖度等进行建模分析。 分析1?100万西宁幅地貌图?获取了布哈河流域冻融侵蚀界线?将研究区的土壤侵蚀根据冻融侵蚀界线?分为两部分?冻融侵蚀和风力、流水侵蚀。 以遥感和GIS为平台?根据已有的数据分析和野外考查?确定六个参考因子为年降水量、年均温、大风日数、地形、植被覆被类型、地表物质组成。 按照各因子的选取将两部分侵蚀分别在GIS中通过建模及空间分析进行综合评价并建模?然后得出冻融侵蚀和风力、流水侵蚀的侵蚀强度等级类型及空间分布信息。 结果表明?研究区冻融侵蚀发生的总面积是11331.18km2?其中中度侵蚀和强烈侵蚀居多?分别占土壤侵蚀总面积的30.03%、63.17%?剧烈侵蚀占土壤侵蚀总面积的6.67%。 研究区风力、流水侵蚀发生的总面积是4208.61km2?其中中度侵蚀占的较多?面积为2677.85km2?占风力、流水侵蚀总面积的63.61%。 土壤侵蚀可以使土层变薄?肥力降低?造成土地“砂石化”?使之失去农业价值?土壤侵蚀使大量的泥沙进入河道?造成河床淤积、加剧洪涝灾害发生的危害2。 我国是世界上水土流失最严重的国家之一?水土流失的面积达367万km2?占国土面积的38?流失土壤达50亿吨。 近些年我国也进行了几次全国土壤侵蚀遥感调查?在水土流失综合治理方面取得了很大成就?水土流失已成为我国头号生态环境问题?是社会经济可持续发展的重要制约因素?严重威胁着人们的生存?因此对土壤侵蚀的研究具有重要的意义。 遥感是指从高于地面的不同工作平台上通过传感器对地球表面的电磁波信息进行探测?并经信息的传输、处理和判读分析?实现对地球的资源与环境进行探测的综合性技术。 遥感技术具有空间特性、光谱特性和时相特性?视域范围大?光谱特性宽?探测波段从可见光向两侧延伸?能够周期成像3?它是最快速?最有效地获得土壤侵蚀相关因子信息的先进手段。 遥感的空间观测范围大、探测光谱范围广、可远离对观测物体进行全天候观测的特点?一直是各国在资源、环境、灾害等领域广泛应用的高技术之一4。 40多年来?世界各国对遥感技术进行了广泛深入的研究、试验和应用?与其他高新技术不断融合?使遥感技术取得了重大进展。 遥感技术已广泛应用到陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等领域。 地理信息系统是一种专门用于管理地理空间分布数据的计算机系统?是以采集、存储、管理分析和描述整个或部分地球表面与空间地理分布有关数据的空间信息系统。 GIS主要是用现代计算机技术来管理和分析空间数据?通过对多因素的综合分析?可以快速获取满足应用需要的信息?并将结果目视化?以地图、图形或数据的形式表示处理的结果?提高人们的认知能力与信息处理能力?为科学管理和决策提供重要手段。 目前己普遍应用到社青海师范大学硕士学位论文-2会生产、生活的各个领域?可以采集、模拟、处理、检索、分析、集成和表达地理空间数据5-9。 近年来遥感和GIS技术被广泛应用到土壤侵蚀的调查和监测中。 目前利用遥感和GIS技术调查土壤侵蚀主要有2种途径?一种是对数据进行各种处理?通过模式识别直接判别土壤侵蚀信息?另一种是以数字影像为主,结合地形图等相关资料,在计算机上通过间接指标的人工综合分析,获取土壤侵蚀信息10。 1.2土壤侵蚀的国内外研究现状1.2.1国外研究现状1.2.1.1欧洲111877年德国土壤学家WolIny刚开始研究土壤侵蚀时?仅限于土壤表面现象的观察和定述。 1884年?奥地利制定了世界第一部有关防止土壤侵蚀的荒溪治理法?总结出了一套防治土壤侵蚀的森林一工程措施体系。 1950年联合国粮农组织欧洲林业委员会为了加强山地土壤侵蚀防治与国际协作?成立山区流域管理工作组?主要任务是防治山洪、泥石流、滑坡灾害等方面组织欧洲各国进行合作。 欧洲各国山地森林覆盖率较高?土地利用主要为牧业用地?土壤面蚀作用较轻微?而山洪、泥石流、滑坡侵蚀作用强烈、危害大。 因此建立起生物措施、工作措施、土地利用调整、法律措施等综合治理体系。 从20世纪20年代?开始进行土壤侵蚀的定量。 到60年代末?才出现了侵蚀过程的物理模型。 由于土壤侵蚀问题涉及面广?对侵蚀产沙的基本规律仍不完全清楚?仍存在大量依靠经验手段来加以确定的变量。 1.2.1.2前苏联1118世纪中叶在前苏联开始了土壤侵蚀学科?编绘了部分区域面蚀和沟蚀分布图。 1923年奥尔诺夫斯克州成立了世界第一个土壤保持试验站诺沃西里试验站。 1967年以后?全国有200多个科研单位从事土壤侵蚀及综合治理的研究?制订了评定土壤侵蚀危险性的方法、侵蚀土壤制图方法、水土保持措施效益评价方法等?使土壤侵蚀研究逐步趋向规范化?研究的深度和广度均有发展?出版的专著主要有土壤保持措施体系区划 (1972)等。 基于遥感和GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究31.2.1.3美国111915年美国林业局在犹他州布设了美国第一个定量观测区。 1917年米勒教授在密苏里农业试验站布设了径流观测小区?第一次得出了野外小区土壤侵蚀量观测成果。 19世纪30年代美国土壤保持局第一任局长贝内特博士的积极支持下?研究降雨强度、降雨历时、季节分配和土壤可蚀性的关系?地面坡度、作物覆盖及土地利用和土壤侵蚀的相互关系等并设立19个保土试验站。 从19世纪50年代后期?美国逐渐开始土壤侵蚀的防治工作?农民使用工程措施来防治耕地的土壤侵蚀。 1959年?Wischmeier WH和Smith DD第一次提通用土壤流失方程USLE。 近年来美国在应用基础方面的主要研究内容为研制评估、预测和监测土地生产能力和土地资源变化的新技术?提供为改良、保护和恢复农业用地生产能力的技术?合理利用水资源的先进管理制度及用水技术?优化土地资源管理所需要的综合利用土、水、气资源技术。 1985年Renard等对USLE作了较大的修正?得到了修正通用土壤流失方程。 1.2.2国内研究现状在1985年前后?以80年代中期的MSS影像为主要信息源?对水蚀、风蚀和冻融侵蚀开展了全国第一次土壤侵蚀遥感调查。 到了90年代?地理信息系统技术的迅速发展?为小流域的水土保持监测提供了定位和面积量算。 1999年的第2次调查?以90年代中期TM影像为主要信息源?应用GIS技术建立了全国l?lO万土壤侵蚀数据库和图形图像库。 2000年颁布水土保持生态环境监测网络管理办法后?在全国陆续建立了四级水土保持监测机构。 在全国第三次土壤侵蚀遥感调查中?三峡库区及京津周边等水土流失重点地区的水土流失遥感监测工作也陆续开展12,13。 xx年到xx年初步建成并完善覆盖全国的水土保持监测网络?以及水土保持数据库与信息管理系统?形成高效便捷的信息采集、处理、传输和发布体系。 我国很多学者对土壤侵蚀进行了研究?马蔼乃通过量纲和统计分析方法提出了土壤侵蚀遥感信息模型?主要利用遥感技术来提取土壤侵蚀的各种因子并利用已有的土壤侵蚀预报模型进行了土壤侵蚀的预报和评价14?张明亮等利用GIS技术对铁瓦河小流域土壤侵蚀景观空间格局动态变化进行研究15?王库等利用不同年份的土壤侵蚀强度等级图进行研究分析16?马安青等利用TM遥感影像及有关数据在GIS软件支持下定量的分析兴国县土壤侵蚀的分布格局及其变化规律17。 应用GIS软件对黄土高原水土流失进行景观格局、格局青海师范大学硕士学位论文-4演化分析?并对该地区景观格局未来的发展趋势进行预测?刘世梁等论述了景观生态学和土壤学研究相关的一些热点研究动态18?张志等对湖北省的土壤侵蚀景观信息进行了定量计算19。 王安明等利用TM影像和GIS技术对浙江省大面积的水土流失普查进行研究20?张思聪等利用GIS和RS技术以及线性拟合法和神经网络法对土壤侵蚀进行了快速调查研究21?卜兆宏等研究了一套水土流失定量遥感的方法22。 1.3土壤侵蚀相关概念1.3.1土壤侵蚀基本概念土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下?被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。 美国土壤保持学会将土壤侵蚀定义为?是水、风、冰或重力等营力对陆地表面的磨蚀?或者造成土壤、岩屑的分散与移动。 英国学者哈德逊对土壤侵蚀定义为?是一种夷平过程?使土壤和岩石颗粒在外营力的作用下发生转运、滚动或流失?风和水是使颗粒变松和破碎的主要营力23-25。 1.3.2土壤侵蚀类型26根据土壤侵蚀研究和防治的侧重点不同?土壤侵蚀类型的划分方法主要有3种?按土壤侵蚀的外营力种类来划分、按土壤侵蚀发生的时间划分和按土壤侵蚀发生的速率划分土壤侵蚀类型。 1.3.2.1水力侵蚀水力侵蚀简称为水蚀?是指在降雨雨滴击溅、地表径流冲刷和下渗水分作用下?土壤、土壤母质及其他地面组成物质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的全部过程。 水蚀是目前世界上分布最广、危害最为普遍的一种土壤侵蚀类型。 常见的水力侵蚀形式主要有雨滴击溅侵蚀、层状面蚀、砂砾化面蚀、鳞片状面蚀、细沟状面蚀、沟蚀、山洪侵蚀等。 1.3.2.2风力侵蚀基于遥感和GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究5风力侵蚀简称为风蚀?是指士壤颗粒或沙粒在气流冲盘作用下脱离地表?被搬运和堆积的一系列过程?以及随风运动的沙粒在打击岩石表面过程中?使岩石碎屑剥离出现擦痕和蜂窝的现象。 气流中的含沙量随风力的大小而改变?风力越大?气流含沙量越高?当气流中的含沙量过饱和或风速降低?土粒或沙粒与气流分离而沉降?堆积威沙丘或沙垅。 1.3.2.3重力侵蚀重力侵蚀是坡面表层土石物质及中浅层基辫?由于本身所受的重力作用?失去平衡?发生位移和堆积的现象。 重力侵蚀的发生多在坡度大于25度的山地和丘陵?在沟坡和河谷较陡的岸边也常发生重力侵蚀?由人工开挖坡脚形成的临空面、修建渠道和道路形成的陡坡也是重力侵蚀多发生地段。 一般地将重力侵蚀分为陷穴、泻留、滑坡、崩塌、地爬、崩岗等27-32。 1.3.2.4冻融侵蚀当温度在O上下变化时?岩石孔隙或裂缝中的水冻结成冰时?体积膨胀?增大9?左右)?它对周围限它的岩石裂缝壁产生很大的压力?使裂缝加宽加深?当冰融化时?水沿扩大了的裂缝更深地渗入岩体的内部?同时水量也可能增加?这样冻结、融化频繁进行?不断使裂缝加深扩大?以致岩体崩裂成岩屑?称为冻融侵蚀?也称冰劈作用。 在冻融侵蚀过程中?水可溶解岩石中的矿物质?同时也会出现化学侵蚀。 至于什么叫冻融侵蚀至今都没有明确的定义32。 1.3.2.5冰川侵蚀冰川侵蚀是指由于冰川运动对地表土石体造成机械破坏作用的一系列现象。 高山高原雪线以上的积雪?经过外力作用?转化为有层次的厚达数十米至数百米的冰川冰?而后冰川冰沿着冰床作缓慢塑性流动和块体滑动?冰川及其底部所含的岩石碎块不断挫磨冰床?同时在冰川下因节理发育而松动的岩块突出部分有可能和冰川冻结在一起?冰川移动时将岩块拔出带走。 1.3.2.6化学侵蚀化学侵蚀是指土壤中的多种营养物质在下渗水分作用下发生化学变化和溶解损失?导致土壤肥力降低的过程。 进入土壤中的降水或灌溉水分?当水分达到饱和以后受重力作用沿土壤孔隙向下层运动?使土壤中的易溶性养分和盐类发生化学作用?有时还伴随着分散青海师范大学硕士学位论文-6悬浮于土壤水分中的土壤粘粒、有机和无机胶体?这些作用均能引起土壤养分的损失和土壤理化性质恶化?导致土壤肥力下降。 1.3.2.7人为侵蚀人为侵蚀是指人们不合理的利用自然资源和经济开发中造成新的土壤侵蚀现象。 如开矿?采石、修路、建房及工程建设等产生的大量弃上、尾砂、矿渣等带来的泥沙流失。 1.3.3土壤侵蚀的危害1.3.3.1破坏土地资源我国土壤侵蚀面积占国土面积的51.2%。 黄土高原的侵蚀沟头一般每年前进1-3m。 有些侵蚀地区的坡耕地表层土壤全部流失?造成下游农田水冲沙压?坡耕地被迫弃耕?群众无法生活被迫迁居外地?严重的土壤侵蚀导致土地“沙化”33。 江河上游的严重土壤侵蚀?使山区土层变薄?质地变粗?土壤结构破坏?减少土壤的蓄水的容积?致使暴雨入渗减少?径流量增大?坡地、荒山坡是造成土壤侵蚀的主要源地。 土壤侵蚀是造成水旱灾害交替发生的根本原因。 1.3.3.2破坏畜牧业和粮食生产高原地区是中国重点畜牧业基地?长期以来?由于放牧失控、放牧强度的增大?直接影响到草地的覆盖程度?限制了草场资源再生速度?有时对草场的破坏甚至是毁灭性的。 超载使草地利用不平衡?造成土壤侵蚀严重。 加之每年冬季?常有人到滩地和坡荒挖秦艽?陡坡上挖姜和黄芪及干旱草地上挖麻黄等药材?致使草原千疮百孔?小土坑、小土丘星罗棋布?不仅破坏了草场植被?减少了其利用面积?而且引起土壤侵蚀。 土壤中含有大量氮、磷、钾等各种营养物质?土壤流失也就是肥料的流失。 坡耕地水、土、肥流失后?土地日益变薄?田间持水能力降低?加剧了干旱发展48。 土壤侵蚀也是制约粮食生产增长的最普遍的因素之一?其中我国中部高原带包括西北、西南高原区生态环境脆弱。 1.3.3.3灾害频繁发生土壤侵蚀使大量坡面泥沙被冲蚀、搬运后积在下游河道?消弱了河床泄洪能力?加剧洪涝灾害?同时也增加了经济负担。 建国五十年以来?全国各地随着土壤侵蚀的日益加剧?农业受洪涝灾害的面积为0.087亿hm2?直接经济损失占自然灾害总损失的40%以上?各基于遥感和GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究7地大、中、小河流的河床淤积和洪涝灾害也日趋严重11。 近几十年以来?初步估计全国各地由于土壤侵蚀而损失的各类水库、山塘等?库容累计在200亿立方米以上11。 1.3.3.4降低土壤肥力土壤侵蚀会造成土壤肥力严重流失。 当土壤流失量超过1000t/km2时?会造成土壤肥力退化。 黄土高原地区按入黄泥沙计算?侵蚀模数平均为3700t/km2?是我国甚至世界上土壤侵蚀最为严重的地区?经过多年的努力?局地地区土壤侵蚀有所治理?但由于人为的破坏?大部分的地区土壤侵蚀还是很严重?特别是下暴雨的时候?冲走了大量的表土层。 黄土高原每年因土壤侵蚀带走的N、P、K约4400万t?接近全国一年化肥生产的总量?造成土壤瘠薄?基础肥力低?有效养分缺乏?农作物产量低。 1.3.3.5淤积库容和湖泊我国修建大、中、小型水库8600座?增加地表水储量约4000亿m3?相当于地表水径流量的14%。 因为淤积全国的水库已丧失有效库容达40%?威胁水库的安全?长江上游地区现有大中型水库平均年拦沙淤积1.5亿t?塘堰7767万t。 长江下游因土壤侵蚀造成五大湖泊淤积?湖容减少?蓄洪能力下降?增加了洪峰流量。 1.3.3.6污染水资源土壤侵蚀不仅破坏土地资源?而且携带大量的养分、重金属和化肥、农药的泥沙进入江河湖库?为水体富营养化提供物质?增大水体水质?污染水体。 根据研究?土壤侵蚀已经造成我国N、P、K污染的主要途径。 土壤侵蚀严重的地区?土壤贫瘠?农民对化肥、农药的使用量更大?随着土壤侵蚀进入水体的各种化学污染物质也就更多。 1.4创新点采用遥感与GIS的结合?针对空间数据进行管理操作的信息、系统?具有很强的空间分析功能和模型开发能力?为土壤侵蚀的研究提供强有力的支持。 土壤侵蚀需要各种因子综合作用?虽然在一个较小的区域内?土壤侵蚀因子也是比较复杂的?空间上是多变的?可以利用GIS技术对这些因子进行空间分析?以便对土壤侵蚀的定量进行评价分析。 本文以遥感和GIS技术为依托?对布哈河流域的土壤侵蚀进行研究?从影响土壤侵蚀的各因子出发?采取人机交互判读解译的方法?对布哈河流域的土壤侵蚀进行分析?确定青海师范大学硕士学位论文-86个因子作为评价标准?在研究中采用了多种信息源?应用GIS和RS技术提取了进行土壤侵蚀强度分类分级所需的多个指标?先后对植被覆被类型、地表物质组成等因子进行了人工解译?最后利用遥感和GIS技术?将其各因子进行综合分析并建模?由于研究区的土壤侵蚀受到海拔及温度的影响?以冻融侵蚀为主?风力、流水侵蚀为辅?最后得到布哈河流域冻融侵蚀和风力、水力侵蚀等级分布图及分布规律。 基于遥感和GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究9第二章研究区概况和研究方法2.1研究区概况2.1.1位置及范围布哈河位于青海湖盆地西北部?是青海湖盆地水系中最大的河流?也是青海湖湟鱼繁殖的主要河道。 布哈河是内陆流域青海湖水系的一级支流?发源于青海省海西蒙古族藏族自治州天峻县疏勒南山?流经刚察、共和两县?全长286.2km?河源海拔4513m?流域面积为14337km?流域宽度为50.1km2?河床平均比降4.6%?图2-1?。 图2-1布哈河流域位置图青海师范大学硕士学位论文-102.1.2自然概况2.1.2.1地貌特征流域内地貌类型复杂多样?地貌以高山滨湖平原为主?从低到高依次为滨湖平原、冲积平原、河谷平原。 呈现由青海南山、布果特山、疏勒南山、托莱南山所环抱?以及从属于山体的冰川、谷地、河谷阶地和山间小盆地等形成高山纵谷和山间盆地的地貌特征。 地形西北高?东南低?大体上可分为三级阶梯?图2-2?。 图2-2布哈河流域遥感影像图2.1.2.2气候条件气候冬季漫长严寒?夏季冷凉微润?长年有冷湿之分?无冬夏之分?湿度大?风多而频繁具有明显高原山区气候特点。 布哈河流域处于青海盆地半湿润气候向柴达木盆地干旱气候的过渡带?东南部受青海湖气候支配?年降水量为350-480mm?西北部受柴达木盆地干旱气候的影响年降水量为140-300mm。 2.1.2.3水文流域内径流主要以降水和冰雪融水补给为主?冬季降水少?夏季降水多?河道下游的基于遥感和GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究11河滩地带地下水资源丰富?从山麓到河滨平原?地下水埋藏深度由大于25米渐变为小于5米。 流域面积不仅决定了河流水量的大小?也影响径流形成的过程?当其他条件相同情况下流域面积愈大?河流总水量也愈大?洪水过程就比较平缓?它对径流的调节作用也愈大?大流域因源远流长?河床切割较深?地下水补给丰富?枯季径流较大。 2.1.2.4土壤流域内由于地势不断抬升?生物、气候条件也随着出现差异?因而导致流域内土壤的垂直分布?具有明显的规律性。 流域地势高寒?土壤成土过程缓慢?土层较薄?质地疏松?易流失与沙化。 流域内的土壤类型主要有?高山荒漠土、高山草甸土、高山草原土、山地草甸土、黑钙土、栗钙土、草甸土、沼泽土、风沙土、草甸盐土。 2.1.2.5植被流域内的植被?发源地以沼泽草甸型植被为主?中游以山地草甸为主,生长发育比较良好?流域南部受柴达木盆地干旱荒漠气候的影响普遍干旱缺水?植被种属稀少?属于多旱生、强旱生的矮灌。 植被的水平和垂直分布规律较为明显。 河谷地带有一些高山柳、沙柳、沙棘、金露梅等灌丛零星分布?高度都在一米左右?是良好的天然防风固沙植被?草甸化草原植被高度在5-15cm。 2.1.2.6气温流域内具有日照长?辐射强烈?日温差大?夏季短?冬季长?属典型的高原半干旱气候?夏秋季节温凉而短暂?冬春季节寒冷而漫长。 没有明显的四季之分?干旱少雨?日照充足?太阳辐射强烈?气温日较差较大。 境内多风?夏秋季以东南风为主?冬春季以西风为最强烈。 气温分布是东南高、西北低?湖盆区高、山丘区低?气温年内变化呈一峰一谷型?即七月份为峰?一月份为谷?气温的年际变化较小。 全年晴多雨少?日照充分?年日照时数2430-3330h?年日照百分率为56-76%?光能资源丰富?湖滨平原及宽阔的河滩日照时数较多?山地略少?沟谷地段和放坡日照时间较长?阴坡则较短。 一年中夏季的日照时数较多?冬、春次之?秋季因多阴雨日照时数较少?一年中日照百分率的变化时冬、春大于夏、秋。 2.1.2.7风速流域内夏秋季以东南风为主?冬春两季盛行西风。 全地区年平均风速在3.2-4.4m/s青海师范大学硕士学位论文-12之间?湖西北的风速大于湖南地区?瞬时最大风速30m/s?一年内的风速变化以春季最大?夏季较小?冬春大于秋季。 全年出现大风?风力8级或瞬时风速17m/s?的天数以天峻县最多?平均97天?最多年份为141天?其次为刚察县?年平均大风日数47天?最多达78天。 大风天气以3-5月最多?约占全年大风天数的40%。 2.1.2.8降水量和蒸发量多年平均降水量在300-500mm之间?其特点是?地区分布不均匀?年际变化较小?年最大与最小降水量之比为2.5左右。 流域内多年平均蒸发量约在1000-2000mm?20cm口径?之间。 其分布规律呈由北向南递增的趋势。 蒸发的年变化不大?蒸发量年内分配不均?年最大蒸发量与年最小蒸发量之比在1.5左右。 2.1.3社会经济状况2.1.3.1民族及人口布哈河流域地区是一个藏族为主体的多民族聚集地?有藏、汉、回、蒙古、撒拉、土、东乡、满等15个民族。 xx年底户籍总人口17856人?其中少数民族15352人?占总人口的85.98%。 2.1.3.2经济发展现状布哈河流域经济有畜牧业、工业、交通、邮电、城乡建设、商业、粮油、旅游等。 其中?畜牧业中草场面积为2355.73万亩?占总面积的61.05%?青藏铁路横贯县境南部?铁路在境内全长95公里?设有江河、天棚、天峻、南山、二郎洞五个火车站?县城新源镇?位于315国道310公里处?东去经刚察、海晏、湟源到西宁市316公里?西经乌兰县至海西州德令哈220公里?南距天峻火车站8公里?是天峻县的政治、经济、文化、交通中心。 畜产品、煤、石灰石是三大优势资源。 畜产品资源丰富?羊毛、羊绒、牛绒品质优良?牛羊肉肉质鲜美是绿色食品?距天峻县150公里的木里煤田探测储量为11.9亿吨?潜在经济价值约120多亿元?位于天峻县西南15公里处的石灰石矿储量为12.9亿吨?其储量?均居全省前列?天峻县还有黄金、硫磺、芒硝、石棉、云母、石膏、岩盐、高岭土、铅锌等矿产资源。 基于遥感和GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究13天峻县的旅游资源也非常丰富?名胜古迹有古老的岩画群?壮观的石经院。 南有著名的二郎洞?西有辉煌的喇嘛寺?北有奇妙的吉祥源。 雄居县城西南的天峻山?奇秀天成?景色宜人?异峰幽洞。 此外疏勒的山景和冰川等多处旅游观光的胜地33。 2.2研究方法根据1?100万西宁幅地貌图分析?得到布哈河流域土壤侵蚀主要分布情况以冻融侵蚀为主?风力、流水侵蚀为辅?同时根据野外参考?确定本论文参考因子有年降水量、年均温、大风日数、地形、地表物质组成、植被覆被类型、植被盖度七个因子。 将1?100万西宁幅地貌图进行图像预处理得到研究区冻融侵蚀界线?将剩下的作为风力、流水侵蚀。 从30m分辨率的DEM提取坡度和坡向?然后?在数字地形图和土地利用现状图的辅助支持下对TM遥感影像在Erdas9.2中进行图像预处理并进行遥感解译?获取植被覆被类型信息?结合多个站点气象资料数据和中国科学院资源环境科学数据中心提供的1999年1km格网的年均温和年降水量插值在Arcgis9.3中对降水和温度进行Kriging插值9。 再将坡度、坡向、植被覆被类型、地表物质组成、年降水量、年均温6个冻融侵蚀影响因子图用研究区冻融侵蚀界线进行裁剪并建模进行综合评价?对冻融侵蚀强度等级进行分级?之后?对区域冻融侵蚀状况进行统计分析并得到结果图?同样将坡度、坡向、植被盖度、地表物质组成、年降水量、大风日数6个风力、流水侵蚀影响因子图用研究区风力、流水侵蚀界线进行裁剪并建模进行综合评价?对风力、流水侵蚀强度等级进行分级?最后?对区域风力、流水侵蚀状况进行统计分析得到结果图?如图2-3?。 青海师范大学硕士学位论文-14图2-3土壤侵蚀遥感调查工作流程图建立冻融侵蚀模型地形冻融侵蚀模型强度等级图土壤侵蚀强度分析讨论结论文献调研收集数据、资料冻融侵蚀风力、流水侵蚀地形植被类型年降水量年均温地表物质组成地表物质组成植被盖度年降水量大风日数建立风力、流水侵蚀模型风力、流水侵蚀强度等级图基于遥感和GIS的布哈河流域土壤侵蚀研究15第三章数据选取及处理3.1数据采用xx年7月份Landsat TM影像?轨道号是134034?、采用美国国家航空航天局?NASA?和国防部国家测绘局联合测量的30米分辨率的DEM数据、中国科学院资源环境科学数据中心1999年1km格网的年均温和年降水插值、1:100万西宁幅地貌图、1:20万地质图以及天峻、海晏、刚察、共和等多个站点多年气象资料等数据。 3.2数据处理3.2.1预处理3.2.1.1辐射校正利用遥感器观测目标物辐射或反射的电磁能量时?从遥感器得到的测量值与目标物的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量是不一致的?遥感器本身的光电系统特征、太阳高度、地形以及大气条件等都会引起光谱亮度的失真。 为了正确评价地物的反射特征及辐射特征?必须消除这些失真。 这种消除图像数据中依附在辐射亮度里的各种失真的过程成为辐射校正。 完整的辐射校正包括遥感器校正、大气校正、以及太阳高度和地形校正。 通常大气校正要求关于获取图像时的大气条件?这些信息一般都因时因地而异36。 3.2.1.2几何纠正原始遥感图像通常有严重的几何变形。 引起几何变形的原因一般分为系统性和非系统性的两类。 系统性几何变形是有规律和可以预测的?可以应用模拟遥感平台及遥感器内部变形的数学公式或模型来预测。 比如扫描畸变?即扫描点由扫描线中心向两侧增大?一般原始遥感图像中间压缩?两边拉伸?则根据遥感平台的位置、遥感器的扫描范围、使用的投影类型?可以推算其图像不同位置像元的几何位移。 非系统几何变形是不规律的?它可以是遥感器平台的高度、经纬度、速度和姿态等的不稳定?地球曲率的变化等一般很难预青海师范大学硕士学位论文-16测。 几何校正的目的就是要纠正这些系统和非系统因素引起的图像变形?从而实现与标准图像或地图的几何整合。 图像的几何纠正需要根据图像中几何变形的性质、可用的校正数据、图像的应用目的?来确定合适的几何纠正方法36,37。 3.2.1.3遥感图像数字镶嵌当研究区超出单幅遥感图像所覆盖的范围时?通常需要将两幅或多幅图像拼接起来形成一幅或一系列覆盖全区的较大图像?这个过程就是图像镶嵌。 进行图像镶嵌时?首先要制定一幅参照图像?作为镶嵌过程中对比度匹配以及镶嵌后输出图像的地理投影、像元大小、数据类型的基准?尽管其像元大小可以不一样?但应包含与参照图同样数量的层数36。 数字图像镶嵌的关键点?第一?如何在几何上将多幅不同的图像拼接在一起。 在镶嵌之前?按照前面的几何校正方法将所有参加镶嵌的图像校正到统一的坐标系中?图像镶嵌处理将具有地理参考的若干相邻图像合并成一幅图像或一组图像?需要镶嵌的输入图像必须含有地图投影信息。 所有输入图像还应该具有相同的波段数?但可以具有不同的投影类型、不同的像元大小。 第二?如何保证拼接后的图像反差一致?色调相近?没有明显接缝。 由于不同时间、不同季节的地物本身的辐射特征及外界环境因素都可能有显著差别?所以在实际操作中?对于辐射差异较明显的图像?首先要进行直方图的调整或匹配?使之相重叠部分在色调方面趋于一致?一般软件会有色调平衡和接边线羽化设置等功能36-38。 3.2.2增强处理在获取图像的过程中?由于多因素的影响?会导致图像质量有些退化?所以需要对图像进行增强处理。 图像增强的目的在于? (1)改善图像的视觉效果?提高图像的清晰度? (2)将图像转换成一种更适合于人或机器进行分析处理的形式。 图像增强并不是以图像保真度为原则?而是通过处理设法有选择地突出便于人或机器分析某些感兴趣的信息?抑制一些无用的信息?以提高图像的使用价值。 一般包括波谱信息增强和空间信息增强。 而波谱信息增强主要通过反差增强、彩色增强、图像运算、主成分分析和图像融合等技术来实现图像增强。 在实际应用中?应根据