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基于RS和GIS的敖江中下游流域土壤侵蚀研究

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绪论

第一章基于RS和GIS的敖江中下游流域的地表水文模拟及土地利用变化分析

第一节研究区自然概况

一、水文

二、地质地貌

三、土壤

四、气候

五、植被

第二节基于GIS的敖江中下游流域地表水文模拟分析

一、DEM的建立和处理

二、水流方向分析

三、洼地填充与无洼地水流方向分析

四、流水累积量计算与河流网络模拟分析

五、敖江中下游流域界线的划定

六、小结

第三节遥感解译土地利用图的处理与分析

一、土地利用现状图解译

二、土地利用类型变化分析

三、土地利用变化速率

四、土地利用程度变化

五、小结

第二章基于GIS和USLE的敖江中下游流域土壤侵蚀研究

第一节土壤侵蚀模型的选定

第二节土壤侵蚀评价因子定量化分析

一、降雨侵蚀力因子(R)

二、土壤可蚀性因子(K)

三、坡长与坡度因子(LS)

四、地形因子(LS)

五、作物覆盖与管理因子(C)

六、土壤保持措施因子(P)

第三节敖江中下游流域各土壤侵蚀因子的确定

一、研究区域降雨侵蚀力R值的估算

二、基于GIS的研究区域子流域坡度、坡长因子LS的计算

三、研究区域子流域土壤可蚀性K因子的估算

四、植被覆盖与管理因子C值的确定

五、水土保持措施因子P估算

第四节敖江中下游流域土壤侵蚀量计算

第三章敖江中下游流域土壤侵蚀空间分布特征研究

第一节土壤侵蚀强度在各县市的分布规律

第二节 土壤侵蚀与土地利用类型的关系

一、土壤侵蚀在各土地利用类型中分布特征

二、土地利用类型与土壤侵蚀强度等级变化关系

第三节 自然地形对土壤侵蚀分布变化的影响

一、土壤侵蚀与海拔关系分析

二、土壤侵蚀与坡度关系分析

第四章结论和展望

第一节 结论

一、主要结论

二、创新点

第二节研究展望

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历

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摘要

土壤侵蚀是当前主要环境问题之一,是导致人类耐以生存且日趋紧缺的土地资源退化和损失的主要原因,已成为全球性的环境问题,严重威胁着人类的生存与发展。土壤侵蚀是一个多因素、多层次、多尺度的地学问题。区域土壤侵蚀状况及其变化与区域社会经济发展、治理措施的投入力度和生态环境的整体变化有着密切的联系。敖江流域作为福州市的重要水源地,今年来,由于无序开发采矿等人为因素和其他自然因素,造成敖江流域范围内大量水土流失,并且引起越来越严重的水质污染,极大地危机全市用水安全,及时了解宏观地域土壤侵蚀的发展态势是生态建设和环境保护政策制定与实施的基本前提。本次研究在大量的数据的支持下,借助地理信息系统、遥感技术,进行敖江中下游流域土壤侵蚀研究,定量计算了敖江中下游流域的土壤侵蚀模数。本次研究促进了敖江中下游流域经济社会的稳定发展,为流域的水土保持规划和治理提供科学依据,同时还为流域的非点源污染问题研究提供数据支持,有利于对土壤侵蚀引起的泥沙堆积进行研究。 论文在国内外土壤侵蚀模型研究的基础上,以敖江中下游流域为研究区,采用美国通用土壤流失方程USLE作为土壤侵蚀量定量计算的基础模型,使用ESRI公司的GIS软件:Arcview、Arcinfo9.0,遥感软件:ENVI4.0,建立敖江中下游流域的空间数据库,同时使用办公软件MicrosoftAccess管理流域的属性数据库。使用USLE为研究区土壤侵蚀模型,根据敖江中下游流域的水文、地质地貌、土壤、气候、植被等具体情况,在查阅大量研究资料的基础上,参考全国范围内相似区域的研究成果,确定模型中各个因子的具体算法公式。本次研究中主要利用ARCGIS软件对降雨因子的空间分布情况进行克里格空间插值模拟;在DEM基础上提取坡度、坡长,计算研究区的地形因子;根据福建省土壤二次普查数据和修正的K值公式,计算土壤可蚀性因子;使用ENVI软件,从遥感影像图上提取均一化植被指数(NDVI),采取线性像元分解中的像元二分模型,结合土壤数据、土地利用数据、植被指数,进行流域植被覆盖度、覆盖因子的定量计算;参照其目前国内外的研究成果根据其文献资料,根据土地利用类型确定研究区内各地类的措施因子P值。认为本文所采用的土壤侵蚀研究方法和所使用的数据合理,计算结果能满足土壤侵蚀定量计算、水土流失治理数据精度需要。文中将分级得出的成果图与其它影响因子叠加,分析不同行政区,不同土地利用类型,不同海拔条件下,不同坡度条件下土壤侵蚀空间分布特征。同时,提出论文中存在的不足,为以后的研究工作提供方向。 论文采用的研究方法和得到的结论如下: (1)基于RS和GIS的土壤侵蚀模型研究方法如下: 采用美国ESRI提供的ArcInfo Grid模块、ArcView扩展模块,在建立流域数字高程模型(DEM)的基础上,对敖江中下游流域的地表水文进行分析,模拟了水流方向、提取了水网,对流域界线进行划定。 利用RS和GIS技术,通过实地考察和原始纸质图的基础上,采用监督分类的方法解译出1989年和2002年两期的土地利用类型,建立土地利用变化数据库,得出转移矩阵,讨论13年间土地利用变化的程度和动态度,为后面的计算提供数据基础。 通过ENVI软件提取流域的NDVI,将NDVI代入像元二分模型当中,结合土地利用类型图,土壤类型图,进行植被覆盖度,覆盖因子的计算,经过讨论,分析,采用像元二分模型进行植被覆盖计算的精度较高,能够较好地表现敖江中下游流域范围内的植被覆盖状况。 最后在GIS、RS技术的支持下,利用USEL模型可以方便快捷的进行土壤侵蚀模数、土壤侵蚀量的定量计算。 (2)敖江中下游流域土壤侵蚀量变化规律如下: 随着土壤侵蚀强度的上升,研究区流域范围内的侵蚀面积迅速减少。敖江中下游的土壤侵蚀类型以微度和轻度侵蚀为主,二者占侵蚀总面积的89%,居所有侵蚀类型中之最;其次为中度侵蚀类型,强度与极强度侵蚀较少发生,侵蚀面积均很小。 敖江中下游土壤侵蚀空间分布特征:土壤侵蚀区主要集中在闽侯延坪乡西北部和连江白塔乡、丹阳镇的东部,这些区域由于坡度大、土质等自然因素存在,土壤侵蚀强度相对较大,若不重视,水土流失灾害的损失会很大。而南北区域和靠近河流水域的地方坡度较缓,侵蚀较轻微。 侵蚀强度与土地覆盖的关系:在所有侵蚀强度中,林地所占侵蚀强度最大,但其侵蚀强度多是微度和轻度。其他土地利用类型在各侵蚀强度中所占比例都在5%以下。 土壤侵蚀与海拔和坡度关系:侵蚀严重地区在平原、丘陵和中低山都有分布,在中低山的分布面积为54.5%,在平原和丘陵所占比例为45.5%。高强度侵蚀地区集中在15°~35°坡度地区,低级别侵蚀地区集中在15°以下坡度地区,35度以上坡度地区分布很少,其原因与影响土壤侵蚀的径流冲刷力有关。

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