流域土壤侵蝕的快速評估方法及尺度效應(yīng)

構(gòu)建不同空間尺度上土壤侵蝕環(huán)境因子及表現(xiàn)因子的指標(biāo)體系，界定各尺度上的表現(xiàn)因子和環(huán)境因子并確定其量化指標(biāo)。在申請者過去提出的土壤侵蝕快速評估方法基礎(chǔ)上，加入土地利用空間分布的影響，并進(jìn)一步結(jié)合人工智能的方法和3S技術(shù)，對長江和黃河大、較大、中、小四個尺度上的流域土壤侵蝕評估與預(yù)測進(jìn)行實例研究。同時，對快速評估方法的尺度效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。.本研究的主要創(chuàng)新之處是通過引入快速評估的思想，成功地克服了傳

在研究區(qū)域（黃土高原典型丘陵溝壑區(qū)延河流域）流域植被覆蓋和水沙時空變化特征的基礎(chǔ)上，探討了不同空間分辨率遙感數(shù)據(jù)（TM和MODIS）NDVI的相關(guān)性，分析了MODIS NDVI與流域徑流、產(chǎn)沙和土地利用之間的響應(yīng)關(guān)系，建立了基于NDVI的多尺度流域產(chǎn)沙動態(tài)評估方法體系，從不同尺度研究了流域水土流失動態(tài)變化，分析了不同尺度和比例尺下流域水土流失評估的尺度效應(yīng)。主要結(jié)果如下： （1） TM NDVI和MODIS NDVI的對比分析表明二者的頻率分布大體一致，存在強(qiáng)相關(guān)性；前者數(shù)值比后者偏大；不同空間分辨率NDVI的變化特征表明250m分辨率的MODIS NDVI數(shù)據(jù)可以較好地體現(xiàn)研究區(qū)植被的覆蓋特征。 （2）2001~2010年流域植被覆蓋狀況明顯改善，年徑流深和年輸沙模數(shù)均呈減小趨勢；年徑流深和年輸沙模數(shù)與MODIS NDVI、年降雨量的多元線性回歸方程以及與MODIS NDVI的指數(shù)回歸方程通過F檢驗，后者比前者擬合效果更好。 （3）MODIS NDVI與土地利用結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)之間具有較強(qiáng)相關(guān)性，因而可用于快速估算小流域的土地結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)，進(jìn)而應(yīng)用于水土流失的快速評估方法；基于MODIS NDVI的小流域水土流失強(qiáng)度評估結(jié)果與第二次全國水土流失調(diào)查結(jié)果接近，驗證了該方法的合理性。 （4）基于RUSLE模型計算了2001~2010年的流域的水土流失模數(shù)，發(fā)現(xiàn)10年間水土流失模數(shù)總體上呈減小趨勢，水土流失強(qiáng)度的時空變化特征也顯示大部分地區(qū)的水土流失強(qiáng)度向低一級轉(zhuǎn)移。 （5）基于MODIS NDVI在大流域、小流域、地塊三種不同尺度水土流失評估方法均顯示延河流域近十年來水土流失強(qiáng)度呈減弱趨勢，評估結(jié)果與水文站監(jiān)測到的產(chǎn)沙數(shù)據(jù)一致。選擇1:20萬、1:5萬和1:1萬三種比例尺，以最小圖斑為研究單元，利用水土流失快速評估法研究了延河流域中的紙坊溝小流域不同比例尺下水土流失評估的尺度效應(yīng)，揭示了水土流失強(qiáng)度等級分布的均質(zhì)性特征以及結(jié)果所含信息量大小隨比例尺改變的變化規(guī)律，以及不同環(huán)境因子（如地形、植被、土壤等）的比例尺改變對流域水土流失評估產(chǎn)生的影響。

利用歷史實測水文泥沙數(shù)據(jù)和不同空間和時間分辨率的遙感數(shù)據(jù)計算的歸一化植被指數(shù)（NDVI），以小流域為基本單元，采用統(tǒng)計分析方法研究流域產(chǎn)流、產(chǎn)沙對土地利用/覆被變化（LUCC）的響應(yīng)關(guān)系。選擇黃土高原杏子河流域為研究區(qū)域，基于信息熵理論，研究不同時間尺度上NDVI和流域產(chǎn)流、產(chǎn)沙的關(guān)系和不同空間尺度NDVI對產(chǎn)流、產(chǎn)沙的影響，揭示LUCC對產(chǎn)流產(chǎn)沙的尺度效應(yīng)特征，建立基于NDVI的流域侵蝕產(chǎn)沙快速預(yù)測方法并進(jìn)行實例應(yīng)用。本研究的創(chuàng)新是以NDVI客觀快速表征土地利用/覆被（LUCC）進(jìn)行流域侵蝕產(chǎn)沙響應(yīng)分析，能夠有效地克服以往先從遙感數(shù)據(jù)通過圖像分類或人工解譯獲得土地利用/覆被做法主觀性大、耗時長、精度低的不足。