CN106595607B - 一种沟蚀调查方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种沟蚀调查方法，该方法通过在全国或区域调查范围内按统一网格布局，并根据网格大小划分为四层：第一层网格为县级区，其大小为40km×40km，第二层网格为乡级区，设置在第一层网格内部，其大小为10km×10km，第三层网格为控制区，设置在第二层网格内部，其大小为5km×5km，第四层网格为基本调查单元，设置在第三层网格内部，其大小为1km×1km，进而确定基本调查单元及其中心点的地理坐标，实现了沟蚀调查范围的合理布局。结合制作野外调查底图和沟蚀野外调查表，采用GPS和GIS相结合的方法，对沟蚀位置和特征指标开展野外调查，记录存储调查结果并填写沟蚀野外调查表，对调查数据进行处理并整理，实现沟蚀强度的计算与分析。

Description

一种沟蚀调查方法

技术领域

本发明涉及地质调查技术领域。更具体地，涉及一种沟蚀调查方法。

背景技术

土壤侵蚀是指土壤或成土母质在水、风等外力作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。土壤侵蚀中的土壤水蚀(也就是水土流失)是指在水力和人为扰动作用下对土壤的剥离作用，它不仅造成人类赖以生存且日趋紧缺的土地资源退化和损失，侵蚀泥沙还造成河湖渠库淤积，增加洪水隐患，并因吸附大量化肥残留物进入河网水系而污染水体。因此，针对我国头号的环境问题水土流失，只有通过土壤侵蚀调查，掌握土壤侵蚀发生发展动态，才能科学进行水土保持规划和生态与环境建设。

土壤水蚀按其发生发展形态分为面蚀和沟蚀，面蚀是指薄层水流对土壤的分离、冲刷和搬运作用。沟蚀是指坡面径流集中到一定程度将地面刻划成一定形状的沟纹，一般分为细沟、浅沟和切沟。细沟一般深度不超过10cm，宽度不超过20cm，普通耕作会将其消除。浅沟一般深度不超过30cm，宽度不超过100-200cm，普通耕作虽然会使其减缓，但不能完全消除，下一次会在同一地点发生。切沟多由浅沟发展而来，深度一般超过30cm，多呈V字形，普通耕具不能横过耕作。鉴于浅沟和切沟已经对土地的连续性造成破坏，在不采取水土保持措施的情况下，不仅发生发展速度很快，且对土地资源造成永久性破坏，因此沟蚀调查对象一般为浅沟和切沟。

目前国内外比较普遍采用的沟蚀调查方法主要有三种：

一是利用三维激光扫描仪扫描整个侵蚀沟，获得其数字化地形，分析其定量指标。三维激光测量方法精度高，但费用高，耗时长，难以实现大面积区域范围的沟蚀信息获得，只能针对典型沟进行研究。此外，如果侵蚀沟沟壁有大量植物覆盖，激光扫描获得的信息将出现误差。

二是利用高精度差分GPS，通过设立固定标靶，获得侵蚀沟基本形态特征，包括长度、宽度和深度等指标。高精度差分GPS方法与三维激光测量方法相同，只能进行典型沟蚀研究，难以实现区域调查，所不同的是克服了沟壁植物覆盖导致的测量误差，但对固定靶标位置的精度要求很高，一旦位置移动，将导致整个沟蚀的测量误差。因此不利于不同年份之间的动态监测。

三是基于数字化地形图和RS(遥感)技术，通过图像解译获得侵蚀沟形态特征。基于数字化地形图和RS技术的调查方法克服了前两种方法在费用和耗时方面的缺点，能够实现区域范围的沟蚀调查，但精度却大大下降。如2010-2012年国务院开展的第一次全国水利普查水土保持情况普查中，在黄土高原和东北黑土区进行了侵蚀沟道普查，即采用该方法。利用1:50000数字化地形图和2.5m分辨率的遥感影像，对长度500m以上(黄土高原)或100-5000m(东北黑土区)的沟道进行解译。这种解译对象实质已属于地质和地貌过程形成的古代侵蚀沟(不属于水土保持措施预防和治理的范围)，难以分辨主要因人类扰动形成的现代侵蚀沟(是水土保持措施预防和治理的范围)，更无法分辨浅沟。此外，从指标方面只能获得沟长，无法分辨沟宽和沟深。

目前的沟蚀调查技术主要缺点是：(1)高精度测量手段(三维激光扫描和差分GPS)费用高，时间长，工作量大，难以推广到大范围区域进行调查，无法了解区域沟蚀特征，更难以实现连续的年度动态监测。政府决策部门只有获得大范围沟蚀的发展动态数据，才能实现科学规划和布设水土保持措施和生态与环境建设项目，科学管理土地资源。(2)基于遥感技术的调查虽然解决了范围有限和时间长的缺点，但调查精度无法保证。目前能够获得的费用较低的遥感影像分辨率为2.5m以上，更高分辨率如1m以下分辨率的遥感影像费用很高，无法实现大范围动态监测。而免费遥感影像分辨率都在30m以上，不仅难以辨识尺度较小的侵蚀沟，更无法获得定量评价的相关指标。

因此，需要提供一种既能实现大范围动态监测，又可获得精度较高的定量指标，实现定量分析沟蚀现状及其发展动态的空间分布特征和强度变化特征的目标的沟蚀调查方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种既能实现大范围动态监测，又可获得精度较高的定量指标的沟蚀调查方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种沟蚀调查方法，该方法包括以下步骤：

S1：依据高斯-克吕格投影分带方法，将中华人名共和国地图分为22个3度带，在每一带内，Y轴方向以中央经线为基准向两侧划分网格，X轴方向以赤道为基准向两侧划分网格。

S2：在全国或区域调查范围内按统一网格布局：

若调查范围为全国，根据网格大小划分为四层：第一层网格为县级区，其大小为40km×40km；第二层网格为乡级区，设置在第一层网格内部，其大小为10km×10km；第三层网格为控制区，设置在第二层网格内部，其大小为5km×5km；第四层网格为基本调查单元，设置在第三层网格内部，其大小为1km×1km；确定基本调查单元中心点的地理坐标；

若调查范围为区域，在区域网格内，通过给定抽样密度，根据区域网格大小确定调查单元的大小，进而确定其中心点的地理坐标。

S3：选取调查范围地形图，确定野外调查单元的具体位置和范围。

S4：制作野外调查底图和沟蚀野外调查表，确定调查行走路线。

S5：以基本调查单元为调查单位，结合野外调查底图和行走路线，采用GPS和GIS相结合的方法，对沟蚀位置和特征指标开展野外调查，记录存储调查结果并填写沟蚀野外调查表。

S6：对调查数据进行处理并整理调查数据；

S7：通过计算获得调查结果；

其中，GPS为全球定位系统，GIS为地理信息系统。

优选地，步骤S3具体包括如下步骤：

S301：依据基本调查单元中心点的地理坐标确定调查范围的地形图；

S302：确定地形图的中心方里网格，勾绘野外调查单元边界；

S303：若网格属于大川、大河、塬面或平原区域，直接勾绘1km×1km网格边界；

S304：若网格中平原或水域面积与网格面积之比大于或等于20％，直接勾绘1km×1km网格边界；

S305：若网格属于丘陵区或山区，选择面积为0.5-2km²的在中心方里网格内或与该中心方里网格有关联的小流域，该小流域为野外调查单元边界。

进一步优选地，小流域在2km²之内，则勾绘小流域边界，具体方法如下：小流域边界与等高线垂直相交，沿脊线延伸，在沟口处闭合；若小流域出口处为宽谷，则小流域左、右岸的边界延伸到宽谷中心，与宽谷中心线构成闭合调查单元。

优选地，野外调查底图是将基本调查单元边界及边界内的等高线、高程点、道路和居民点数字化后，结合经纬度、比例尺、图名和制图人制作而成的PDF格式的调查图，用于野外勾绘侵蚀沟位置，其包括基本调查单元编号名称、基本调查单元边界、等高线、比例尺、制图人、填图人、复核人及对应日期。

进一步优选地，野外调查底图使用WGS1984坐标。

优选地，野外调查底图上还绘制有多条行走路线，行走路线沿等高线绘制，绘制间距为100-200m，每条行走路线上包括三个点，用于提供野外调查行走时的导航定位。

优选地，沟蚀野外调查表用于记录基本调查单元的基本信息、每条侵蚀沟的断面信息、耕作方向、治沟措施、发展状态和照片编号信息。

优选地，对沟蚀位置和特征指标开展野外调查具体包括：区分浅沟与切沟、沟蚀定位、沟蚀测量和拍摄照片。

优选地，区分浅沟与切沟按以下方法进行判断：

若侵蚀沟不能横过进行耕作，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟切穿犁底层，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟深度大于30-50厘米，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟沟壁坡度在60度及以上，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟沟头跌水以下拖拉机不能横过耕作，沟尾以下能横过耕作，则沟头跌水以下至沟尾以上部分为切沟，沟头跌水以上或沟尾以下部分为浅沟。

优选地，沟蚀定位包括：

调查人员根据GPS导航和询问当地人的手段到达野外调查单元；

到达野外调查单元后，通过GPS导航按行走路线进行调查；

沿调查行走路线寻找侵蚀沟，并依次走完所有行走路线。

优选地，沟蚀测量包括侵蚀沟断面测量、侵蚀沟位置勾绘和填写沟蚀野外调查表，其中

侵蚀沟断面测量，若沟蚀长度小于50米，选择沟头、中点或明显转折点和沟尾处三个断面，若沟蚀长度大于等于50米，选择包括沟头、沟头与沟中间点的中点、沟中间点、沟尾与沟中间点的中点和沟尾在内的五个或五个以上断面；明显转折点为方向转折点或沟宽或沟深突变的点；断面测量包括断面宽度测量和断面深度测量，其中，断面宽度测量中浅沟测量沟的上宽，切沟测量沟的上宽和下宽；断面深度测量中，浅沟测量沟的最大深度和最大深度与两个沟沿线的中点深度，切沟测量沟的最大深度和最大深度与下宽端点的中点深度；侵蚀沟断面测量按照从沟头到沟尾或从沟尾到沟头的顺序依次测量；

侵蚀沟位置勾绘，在野外调查底图上标记出该侵蚀沟的沟头、沟尾和明显转折点的位置；测量完毕后，将图上沟头、沟尾和转折点相连成线，示出为沟的位置，并在连线旁边标注沟的编号；

填写沟蚀野外调查表，其中浅沟沟头或沟尾以及调查期间因耕作浅沟被犁，无法测量宽度和深度，在宽度和深度栏记录为0，同时记录GPS点号；若沟两侧作物种植方向不同，则面对沟尾方向，分别填写左岸和右岸的耕作方向，若耕作方向为斜交，则备注左岸和右岸方位度数。

优选地，拍摄照片包括标识照片、宏观远景照片、沟的全景照片、沟的横断面近景照片和切沟沟壁的土壤剖面近景照片，其中

标识照片为将GPS放在调查底图上，并显示调查单元经纬度和底图调查单元编号的照片，用于证明到达调查单元外，还用于作为照相机存储不同调查单元照片的分割标志；

宏观远景照片为反映调查单元全景或主要景观的照片；

沟的全景照片为到达第一个测量断面或沟头、沟尾处拍摄的1-2中照片，用于反应沟的全貌及沟两侧的土地利用状况；

沟的横断面近景照片包括每个横断面1-2张，用于反映沟所在断面的宽度、深度、沟内及其两侧的土地利用状况；

切沟沟壁的土壤剖面近景照片用于反映土壤剖面特征的切沟沟壁进行近景拍摄。

优选地，对调查数据进行处理并整理调查数据具体包括：

数据录入及格式整理，其包括建立四级存储目录、沟蚀调查表数据录入、导出GPS数据并添加字段名和导出拍摄照片；

数据处理及初步审核，其包括野外调查数据格式转换和野外调查数据初步审核。

优选地，调查结果包括沟谷占坡面面积比、沟壑密度、单位面积沟蚀长度、沟蚀面积比、单位面积沟蚀体积和单位面积侵蚀沟条数，其中

沟壑密度(km/km²)为侵蚀沟长度与调查单元面积的比值；

沟蚀面积比(％)为侵蚀沟面积与调查单元面积的比值；

单位面积沟蚀体积(m³/km²)为侵蚀沟体积与调查单元面积的比值；

进一步优选地，沟蚀体积计算公式为：

式中V_i表示两个断面之间的体积，A_i表示断面的横截面积，L_i表示两个断面之间的距离，V表示某条沟的体积；

浅沟断面为槽型，其横截面积计算公式为：

式中，A_eg表示浅沟断面横截面积，h₁，h₂和h₃表示测量出的浅沟的三个深度，W表示浅沟的宽度；

切沟断面为梯形，其横截面积计算公式为：

式中，A_qg表示切沟断面横截面积，h₁，h₂和h₃表示测量出的切沟的三个深度，W₁和W₂表示切沟的上宽和下宽。

进一步优选地，沟蚀面积是指沟两侧上沿之间所占的面积，对于切沟和浅沟，其两测量断面之间的面积计算公式为：

式中，S_i表示两断面之间的面积，W_i表示浅沟宽度或切沟的上宽，L_i表示两个断面之间的距离；

沟蚀的总面积是指各断面之间面积的求和结果。

本发明的有益效果如下：

1.采用分层不等概率系统空间抽样方法确定野外调查单元，一是避免人为因素影响，保证了抽样的客观性；二是基于统计学原理的抽样能够科学减少工作量；三是可根据人力、物力、财力和时间要求不同，确定需要的抽样密度，具有灵活性特点；四是按统一的原则分层，既能够实现不同调查区域的衔接，又能实现不同抽样密度的衔接。

2.野外调查方法科学简易，可操作性强，具体表现为：调查路线设计确保不遗漏侵蚀沟；浅沟与切沟的判断确保沟蚀调查科学实用；测量方法简易高效；沟蚀定位不仅实现了空间分布评价，更为数字水土保持提供了基础数据；设计的调查表指标全面、客观、容易记录，实现了调查数据的长期保存和可重复分析对比。

3.基于GIS技术分析沟蚀空间分布特征和强度指标，实现了沟蚀强度现状和发展动态的空间属性和强度属性的定量评价。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出沟蚀调查方法步骤图。

图2示出野外调查单元布局图。

图3示出野外调查单元示例。

图4示出野外调查底图示例。

图5示出沟蚀野外调查表。

图6示出浅沟断面宽度测量和深度测量示意图。

图7示出切沟断面宽度测量和深度测量示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的中的沟蚀调查方法，通过采用分层不等概率系统空间抽样方法确定野外调查单元，实现了沟蚀调查范围的合理布局。结合制作野外调查底图和沟蚀野外调查表，采用GPS和GIS相结合的方法，对沟蚀位置和特征指标开展野外调查，记录存储调查结果并填写沟蚀野外调查表，对调查数据进行处理并整理，实现沟蚀强度的计算与分析。

本发明中调查对象是沟蚀，又称侵蚀沟，包括浅沟和切沟。浅沟是农田中的一种暂时地形，可以用普通耕具耕作，但不能完全消除，下一次会在同一地点发生。切沟多由浅沟发展而来，普通耕具不能横过耕作。

应注意的是，可根据需要以不同行政管理区域或自然区域作为调查范围，即拟调查区域，如全国、省、市、县级等行政区域，重点水土流失治理区和重点或典型流域等自然区域。

本发明中调查指标包括：浅沟和切沟每个断面位置、宽度、深度、长度，沿沟两侧的农作物种植方向，治沟措施等。其中沟蚀位置绘制在野外调查底图上，调查单元内每条沟的上述指标信息记录在沟蚀野外调查表内。

本发明中在计算机上按照以下要求建立四级调查数据存储目录，存储目录或文件名称如有字母，一律小写。

(1)一级目录

目录命名：省级行政区划单位编码(2位数字)。

包含内容：二级目录(按县级行政区划编码排序)。

(2)二级目录

目录命名：县级行政区划单位编码(6位数字)。

包含内容：三级目录(按野外调查单元编码排序)。

(3)三级目录

目录命名：县级编码+野外调查单元编号(10位数字)。野外调查单元编号是指县级行政区划辖区内4％抽样密度确定的调查单元顺序编号，4位数字。按辖区内由南到北、由西到东顺序从0001号开始。

包含内容：四级目录。

(4)四级目录

目录命名：2个子目录分别命名为“basic”和“shp”。

包含内容：2个子目录内容如下。

basic目录：调查前主要有两个文件，一是“沟蚀野外调查表.xls”，二是A4大小pdf格式野外调查底图(dt1.pdf)。调查后新增若干文件，主要有：填写后的“沟蚀野外调查表.xls”，勾绘沟蚀位置的野外调查图扫描图片，下载的记录沟蚀位置的GPS原始文件及其新建立的“GPS.xls”文件，拍摄标识照片和若干景观照片。

shp目录：调查主要有一个图层文件“dt1.shp”，调查后新增“gps.shp(gps点图层)”和“gsx.shp(侵蚀沟线图层)”文件，及其定义投影坐标的文件“gpsp.shp”和“gsxp.shp”，用于图层计算。

如图1所示，本发明中的沟蚀调查方法包括以下步骤：

S1：依据高斯-克吕格投影分带方法，将中华人名共和国地图分为22个3度带，在每一带内，Y轴方向以中央经线为基准向两侧划分网格，X轴方向以赤道为基准向两侧划分网格。

S2：在全国或区域调查范围内按统一网格布局：

若调查范围为全国，根据网格大小划分为四层：第一层网格为县级区，其大小为40km×40km；第二层网格为乡级区，设置在第一层网格内部，其大小为10km×10km；第三层网格为控制区，设置在第二层网格内部，其大小为5km×5km；第四层网格为基本调查单元，设置在第三层网格内部，其大小为1km×1km；以第四层网格(1km×1km)为基础，按4％密度抽样，在每个控制区(5km×5km)中心抽取一个1km×1km网格，即为野外调查单元，如图3中方形区域。如果属于山丘区的水蚀调查，应选择与控制区中心1km×1km网格相连的面积约0.2-3km²的小流域，如图3中不规则图形区域。确定基本调查单元中心点的地理坐标。

若调查范围为区域，在区域网格内，通过给定抽样密度，根据区域网格大小确定调查单元的大小，进而确定其中心点的地理坐标。然后根据这一坐标计算其所在的1:10000地形图图幅号后，到省测绘部门购置该幅地形图，最终确定具体实施调查的单元位置和大小。

S3：选取调查范围地形图，确定野外调查单元的具体位置和范围。具体包括以下步骤：

S301：依据基本调查单元中心点的地理坐标确定调查范围的地形图。本发明中野外调查单元地理位置用1：10000地形图确定，依据野外调查单元布局的中心点坐标计算出《野外调查单元分布地形图图幅号》，示例如表1所示，到省测绘局购置。如果省测绘局没有编制辖区内1：10000地形图，可购置能有的最大比例尺地形图，如1:2.5万，1:5万。否则直接采用分辨率小于2.5m的遥感影像作为调查底图。1:10000地形图与1:50000地形图图幅号的对应关系见表2。将1:10000旧图幅号括号内的数字，对应表中的A、B、C、D或甲、乙、丙、丁。如1:10000地形图旧图幅号为“J-50-73-(49)”，对应的1:50000地形图图幅号为“J-50-73-C/丙”。

表1土壤侵蚀普查野外调查单元分布地形图图幅号(示例)

表2 1:10000地形图旧图幅号与1:50000地形图图幅号对应关系

S302：确定地形图的中心方里网格，用HB铅笔勾绘野外调查单元边界。

S303：若网格属于大川、大河、塬面或平原区域等地势较为平坦、等高线稀疏的区域，直接勾绘1km×1km网格边界。

S304：若网格中平原或水域面积与网格面积之比大于或等于20％，直接勾绘1km×1km网格边界。

S305：若网格属于丘陵区或山区，选择面积为0.5-2km²的在中心方里网格内或与该中心方里网格有关联的小流域，该小流域为野外调查单元边界。小流域在2km²之内，则必须勾绘小流域边界，具体方法如下：小流域边界与等高线垂直相交，沿脊线延伸，在沟口处闭合；若小流域出口处为宽谷，则小流域左、右岸的边界延伸到宽谷中心，与宽谷中心线构成闭合调查单元。如果分辨不清是脊线还是谷底线，可垂直该线画一条直线，分析与该直线相交的等高线高程变化：如果从该线向两侧高程逐渐降低，则为脊线，反之为沟底线。

S4：制作野外调查底图和沟蚀野外调查表，确定调查行走路线。

野外调查底图是将基本调查单元边界及边界内的等高线、高程点、道路和居民点数字化后，结合经纬度、比例尺、图名和制图人制作而成的PDF格式的调查图，用于野外勾绘侵蚀沟位置，其包括基本调查单元编号名称、基本调查单元边界、等高线、比例尺、制图人、填图人、复核人及对应日期。

野外调查底图使用WGS1984坐标。我国地形图采用的大地坐标一般为北京54或西安80，而GPS采用的大地坐标一般为WGS1984，因此制作的野外调查底图一定要借助坐标转换工具将其转为WGS1984坐标，这样，在野外调查时，可直接将读取的GPS坐标在底图上定位。如果没有进行坐标转换，需采用以下方法勾绘：首先找的地形图和实地都能确定地理坐标的若干个明显地物点，计算地形图坐标与其GPS坐标之间的差值，将它们的平均值作为两个大地坐标间的订正误差。基本公式如下：订正值＝GPS读数-地形图经纬度。于是野外调查读取GPS坐标后，地形图经纬度＝GPS读数-订正值。根据经验，两个大地坐标之间的纬度差异1”左右，可满足调查精度；两个大地坐标之间的经度差异北京54坐标大约2-3”，西安80坐标大约4”，可根据实际地形图采用的大地坐标分别按此订正值粗略订正。

野外调查底图上还绘制有多条行走路线，行走路线一般沿等高线分布，每隔100-200m绘一条，以便尽可能穿过所有的侵蚀沟。因为沟蚀一般垂直于等高线分布，当沿等高线行走时，很容易发现侵蚀沟。每条行走路线上包括三个点，用于提供野外调查行走时的导航定位。

如图5所示，沟蚀野外调查表用于记录基本调查单元的基本信息、每条侵蚀沟的断面信息、耕作方向、治沟措施、发展状态和照片编号信息。调查人员需要同时准备若干张纸质表格和电子表格，电子表格存于四级basic目录下，每天调查完后将纸质表格记录的内容录入电子表格中。

S5：以基本调查单元为调查单位，结合野外调查底图和行走路线，采用GPS和GIS相结合的方法，其中，GPS为全球定位系统，GIS为地理信息系统。对沟蚀位置和特征指标开展野外调查，记录存储调查结果并填写沟蚀野外调查表。对沟蚀位置和特征指标开展野外调查具体包括：区分浅沟与切沟、沟蚀定位、沟蚀测量和拍摄照片。

1、浅沟和切沟特征区别如表3所示，区分方法如下：

若侵蚀沟不能横过进行耕作，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟切穿犁底层，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟深度大于30-50厘米，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟沟壁坡度在60度及以上，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟沟头跌水以下拖拉机不能横过耕作，沟尾以下能横过耕作，则沟头跌水以下至沟尾以上部分为切沟，沟头跌水以上或沟尾以下部分为浅沟。

表3浅沟和切沟特征区别

2、沟蚀定位包括：

调查人员根据GPS导航和询问当地人的手段到达野外调查单元，调查时要始终保持GPS开机状态，便于随时查看位置，减少开机时间及误差。

到达野外调查单元后，通过GPS导航按行走路线进行调查，按照调查底图已经绘出的调查应行走的线路，沿等高线或道路，以100-200m间距设置调查路线，每条调查路线上给出三个点，供行进过程GPS导航用。调查人员到达调查单元后立刻定位，然后根据所处位置确定起始和依次行走的线路。必须依次走完所有线路，以免遗漏侵蚀沟。

沿调查行走路线寻找侵蚀沟，并依次走完所有行走路线。沿每条路线行走时，一旦发现侵蚀沟，就将该侵蚀沟从沟头或沟尾开始依次测量各个断面填写调查表，同时利用GPS在图上标注沟头和沟尾，两点连线勾绘侵蚀沟位置，如果有转折点，需在转折点处增加图上定点。全部调查完这条沟，重新返回原行走路线寻找，不得随意改变到其他的行走路线，以免“走乱”遗漏侵蚀沟。应注意的是：(1)沿每条路线行走时，用GPS导航，随时核对GPS显示的经纬度与所给三个点的经纬度，确保行走方向正确；(2)如果一条侵蚀沟与两条以上线路相遇，在行走第一条线路时已经调查完毕，其余线路不再调查

3、沟蚀测量包括侵蚀沟断面测量、侵蚀沟位置勾绘和填写沟蚀野外调查表，其中

(1)侵蚀沟断面测量，若沟蚀长度小于50米，选择沟头、中点或明显转折点和沟尾处三个断面，若沟蚀长度大于等于50米，选择包括沟头、沟头与沟中间点的中点、沟中间点、沟尾与沟中间点的中点和沟尾在内的五个或五个以上断面，明显转折点为方向转折点或沟宽或沟深突变的点。

如图6-7所示，断面测量包括断面宽度测量和断面深度测量，其中，断面宽度测量中浅沟测量沟的上宽，切沟测量沟的上宽和下宽；断面深度测量中，浅沟测量沟的最大深度和最大深度与两个沟沿线的中点深度，切沟测量沟的最大深度和最大深度与下宽端点的中点深度；侵蚀沟断面测量按照从沟头到沟尾或从沟尾到沟头的顺序依次测量。

本发明中，到达一条浅沟或切沟时，目估其长度及调查者所处的位置，如果距离沟头近，则由沟头向沟尾开始测量；如果距离沟尾近，则由沟尾向沟头开始测量。每条沟至少测量5个断面(沟短或均匀时可减少至3个)，分别位于沟头、沟尾、沟中间、沟中上部(沟头与沟中间的中点位置)、沟中下部(沟尾与沟中间的中点位置)。对于长度较长的沟，可以适当加密测量断面，但无论加密多少，必须包含上述5个断面。切沟或浅沟在沟头和沟尾测量宽度和深度时，沿沟的走向离开沟头或沟尾50cm距离进行测量。

记录时，首先判断沟的类型，并编号填在记录表内。第一个断面是沟头或沟尾，如果判断为切沟，且是第一条，沟编号记录为“20101”，第一条浅沟编号为“10101”，同时要在备注栏内填写断面位置，如“沟头”、“沟尾”等。记录完沟的编号后，查看GPS经纬度并按功能键存储该经纬度，GPS会显示该点编号，将点号记录在“4.gps点号”栏内。如果是沟头、沟尾或变化的断面，根据GPS显示的经纬度值将该点位置点在底图上。

(2)侵蚀沟位置勾绘，在野外调查底图上标记出该侵蚀沟的沟头、沟尾和明显转折点的位置；测量完毕后，将图上沟头、沟尾和转折点相连成线，示出为沟的位置，并在连线旁边标注沟的编号；

(3)填写沟蚀野外调查表，其中浅沟沟头或沟尾以及调查期间因耕作浅沟被犁，无法测量宽度和深度，在宽度和深度栏记录为0，同时记录GPS点号；若沟两侧作物种植方向不同，则面对沟尾方向，分别填写左岸和右岸的耕作方向，若耕作方向为斜交，则备注左岸和右岸方位度数。

4、拍摄照片包括标识照片、宏观远景照片、沟的全景照片、沟的横断面近景照片和切沟沟壁的土壤剖面近景照片，其中标识照片为将GPS放在调查底图上，并显示调查单元经纬度和底图调查单元编号的照片，用于证明到达调查单元外，还用于作为照相机存储不同调查单元照片的分割标志；宏观远景照片为反映调查单元全景或主要景观的照片；沟的全景照片为到达第一个测量断面或沟头、沟尾处拍摄的1-2中照片，用于反应沟的全貌及沟两侧的土地利用状况；沟的横断面近景照片包括每个横断面1-2张，用于反映沟所在断面的宽度、深度、沟内及其两侧的土地利用状况；切沟沟壁的土壤剖面近景照片用于反映土壤剖面特征的切沟沟壁进行近景拍摄。

应注意的是，本发明中数码相机分辨率为1024*768，照片上有拍摄日期，所有照片带有的编号记录到相应的栏内。照片编号采用数码相机上的自动编号，取后3-4位。一个断面如果有两张以上相片，编号中间用逗号隔开。

本发明中对于不侵蚀或小于50m的浅沟，只在沟头、中、尾定位，纪录定位号，不测量宽度和深度，纪录表填“0”，如果太过密集，图上不勾绘位置，但应在备注说明。

本发明中对于坡面出现浅沟和切沟交替，且沿坡向基本在一条线上的情况，则从第一个跌水到最后一条切沟沟尾均视为一条切沟，跌水以上的浅沟视为单独的浅沟。

本发明中对于谷地沟交替出现的，谷底出现的侵蚀沟均视为切沟，如果谷底切沟交替出现，每相邻两条切沟间的距离大于其中任意一条切沟长度时，将这两条切沟分别独立编号；小于上下两条切沟较短的切沟长度时，将上下两条沟连成一条切沟。对交替出现的切沟依此比较，判断是否需要分开编号。

本发明中对于侵蚀沟分支判断采用如下原则：如果分支沟长度小于50m，编号前三位与另一支沟的编号相同，后二位根据该分支沟的调查顺序编号，如20101，20102表示调查的第一条切沟有两支：先调查的一支编号为20101，后调查的一支编号为20102，且其中一支从交叉点到沟头的长度小于50m。如果分支沟长度大于50m或由各自独立的汇水区，各自独立编号，如20401和20501在某处交叉，交叉点到两个支沟沟头的距离均大于50m。

本发明中对于侵蚀沟分支测量采用如下方法：从沟头一直测量到整个切沟沟尾的分支(通常为主沟)，可选择交叉点为断面定位和测量(有明显变化时)，也可不选择其为断面(无明显变化时)。如果选为断面，备注栏应填写“交叉点”。将交叉点作为沟尾的分支，必须选择该交叉点为断面定位和测量，备注栏应填写“沟尾交叉”，以上部分遵循前述规则测量。

还应注意的是：由于浅沟受到耕作影响，深度和宽度容易被消除，沟蚀调查在春季融雪结束后，或者夏季第一次大雨过后作物尚未长高时进行，此时地表覆盖小，流域内视线好，且融雪和暴雨后有浅沟出现。

S6：对调查数据进行处理并整理调查数据。

对调查数据进行处理并整理调查数据具体包括：数据录入及格式整理，其包括建立四级存储目录、沟蚀调查表数据录入、导出GPS数据并添加字段名和导出拍摄照片；数据处理及初步审核，其包括野外调查数据格式转换和野外调查数据初步审核。

S7：通过计算获得调查结果。调查结果包括沟谷占坡面面积比、沟壑密度、单位面积沟蚀长度、沟蚀面积比、单位面积沟蚀体积和单位面积侵蚀沟条数，其中沟壑密度(km/km²)为侵蚀沟长度与调查单元面积的比值；沟蚀面积比(％)为侵蚀沟面积与调查单元面积的比值；单位面积沟蚀体积(m³/km²)为侵蚀沟体积与调查单元面积的比值。

沟蚀体积计算公式为：

式中V_i表示两个断面之间的体积，A_i表示断面的横截面积，L_i表示两个断面之间的距离，V表示某条沟的体积；

浅沟断面为槽型，其横截面积计算公式为：

式中，A_eg表示浅沟断面横截面积，h₁，h₂和h₃表示测量出的浅沟的三个深度，W表示浅沟的宽度；

切沟断面为梯形，其横截面积计算公式为：

式中，A_qg表示切沟断面横截面积，h₁，h₂和h₃表示测量出的切沟的三个深度，W₁和W₂表示切沟的上宽和下宽。

沟蚀面积是指沟两侧上沿之间所占的面积，对于切沟和浅沟，其两测量断面之间的面积计算公式为：

式中，S_i表示两断面之间的面积，W_i表示浅沟宽度或切沟的上宽，L_i表示两个断面之间的距离；

沟蚀的总面积是指各断面之间面积的求和结果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (15)

1.一种沟蚀调查方法，其特征在于，所述沟蚀调查方法包括以下步骤：

S1：依据高斯-克吕格投影分带方法，将中华人名共和国地图分为22个3度带，在每一带内，Y轴方向以中央经线为基准向两侧划分网格，X轴方向以赤道为基准向两侧划分网格；

S2：在全国或区域调查范围内按统一网格布局：

若调查范围为全国，根据网格大小划分为四层：第一层网格为县级区，其大小为40km×40km；第二层网格为乡级区，设置在第一层网格内部，其大小为10km×10km；第三层网格为控制区，设置在第二层网格内部，其大小为5km×5km；第四层网格为基本调查单元，设置在第三层网格内部，其大小为1km×1km；确定基本调查单元中心点的地理坐标；

若调查范围为区域，在区域网格内，通过给定抽样密度，根据区域网格大小确定调查单元的大小，进而确定其中心点的地理坐标；

S3：选取调查范围地形图，确定野外调查单元的具体位置和范围，其中所述步骤S3具体包括如下步骤：

S301：依据基本调查单元中心点的地理坐标确定调查范围的地形图；

S302：确定地形图的中心方里网格，勾绘野外调查单元边界；

S303：若网格属于大川、大河、塬面或平原区域，直接勾绘1km×1km网格边界；

S304：若网格中平原或水域面积与所述网格面积之比大于或等于20％，直接勾绘1km×1km网格边界；

S305：若网格属于丘陵区或山区，选择面积为0.5-2km²的在中心方里网格内或与该中心方里网格有关联的小流域，该小流域为野外调查单元边界；

S4：制作野外调查底图和沟蚀野外调查表，确定调查行走路线；

S5：以所述基本调查单元为调查单位，结合野外调查底图和行走路线，采用GPS和GIS相结合的方法，对沟蚀位置和特征指标开展野外调查，记录存储调查结果并填写沟蚀野外调查表；

S6：对调查数据进行处理并整理所述调查数据；

S7：通过计算获得调查结果；

其中，所述GPS为全球定位系统，所述GIS为地理信息系统。

2.一种根据权利要求1所述的沟蚀调查方法，其特征在于，若所述小流域在2km²之内，则勾绘所述小流域边界，具体方法如下：小流域边界与等高线垂直相交，沿脊线延伸，在沟口处闭合；若小流域出口处为宽谷，则小流域左、右岸的边界延伸到宽谷中心，与宽谷中心线构成闭合调查单元。

3.一种根据权利要求1所述的沟蚀调查方法，其特征在于，所述野外调查底图是将基本调查单元边界及边界内的等高线、高程点、道路和居民点数字化后，结合经纬度、比例尺、图名和制图人制作而成的PDF格式的调查图，用于野外勾绘侵蚀沟位置，其包括基本调查单元编号名称、基本调查单元边界、等高线、比例尺、制图人、填图人、复核人及对应日期。

4.一种根据权利要求3所述的沟蚀调查方法，其特征在于，所述野外调查底图使用WGS1984坐标。

5.一种根据权利要求4所述的沟蚀调查方法，其特征在于，所述野外调查底图上还绘制有多条行走路线，所述行走路线沿等高线绘制，绘制间距为100-200m，所述每条行走路线上包括三个点，用于提供野外调查行走时的导航定位。

6.一种根据权利要求1所述的沟蚀调查方法，其特征在于，所述沟蚀野外调查表用于记录基本调查单元的基本信息、每条侵蚀沟的断面信息、耕作方向、治沟措施、发展状态和照片编号信息。

7.一种根据权利要求1所述的沟蚀调查方法，其特征在于，所述对沟蚀位置和特征指标开展野外调查具体包括：区分浅沟与切沟、沟蚀定位、沟蚀测量和拍摄照片。

8.一种根据权利要求7所述的沟蚀调查方法，其特征在于，所述区分浅沟与切沟按以下方法进行判断：

若侵蚀沟不能横过进行耕作，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟切穿犁底层，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟深度大于30-50厘米，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟沟壁坡度在60度及以上，则该侵蚀沟为切沟，否则为浅沟；

若侵蚀沟沟头跌水以下拖拉机不能横过耕作，沟尾以下能横过耕作，则沟头跌水以下至沟尾以上部分为切沟，沟头跌水以上或沟尾以下部分为浅沟。

9.一种根据权利要求7所述的沟蚀调查方法，其特征在于，所述沟蚀定位包括：

调查人员根据GPS导航和询问当地人的手段到达野外调查单元；

到达野外调查单元后，通过GPS导航按行走路线进行调查；

沿调查行走路线寻找侵蚀沟，并依次走完所有行走路线。

10.一种根据权利要求7所述的沟蚀调查方法，其特征在于，所述沟蚀测量包括侵蚀沟断面测量、侵蚀沟位置勾绘和填写沟蚀野外调查表，其中

侵蚀沟断面测量，若沟蚀长度小于50米，选择沟头、中点或明显转折点和沟尾处三个断面，若沟蚀长度大于等于50米，选择包括沟头、沟头与沟中间点的中点、沟中间点、沟尾与沟中间点的中点和沟尾在内的五个或五个以上断面；所述明显转折点为方向转折点或沟宽或沟深突变的点；所述断面测量包括断面宽度测量和断面深度测量，其中，断面宽度测量中浅沟测量沟的上宽，切沟测量沟的上宽和下宽；断面深度测量中，浅沟测量沟的最大深度和最大深度与两个沟沿线的中点深度，切沟测量沟的最大深度和最大深度与下宽端点的中点深度；侵蚀沟断面测量按照从沟头到沟尾或从沟尾到沟头的顺序依次测量；

侵蚀沟位置勾绘，在野外调查底图上标记出该侵蚀沟的沟头、沟尾和明显转折点的位置；测量完毕后，将图上沟头、沟尾和转折点相连成线，示出为沟的位置，并在连线旁边标注沟的编号；

填写沟蚀野外调查表，其中浅沟沟头或沟尾以及调查期间因耕作浅沟被犁，无法测量宽度和深度，在宽度和深度栏记录为0，同时记录GPS点号；若沟两侧作物种植方向不同，则面对沟尾方向，分别填写左岸和右岸的耕作方向，若耕作方向为斜交，则备注左岸和右岸方位度数。

11.一种根据权利要求7所述沟蚀调查方法，其特征在于，所述拍摄照片包括标识照片、宏观远景照片、沟的全景照片、沟的横断面近景照片和切沟沟壁的土壤剖面近景照片，其中

标识照片为将GPS放在调查底图上，并显示调查单元经纬度和底图调查单元编号的照片，用于证明到达调查单元外，还用于作为照相机存储不同调查单元照片的分割标志；

宏观远景照片为反映调查单元全景或主要景观的照片；

沟的全景照片为到达第一个测量断面或沟头、沟尾处拍摄的1-2中照片，用于反应沟的全貌及沟两侧的土地利用状况；

沟的横断面近景照片包括每个横断面1-2张，用于反映沟所在断面的宽度、深度、沟内及其两侧的土地利用状况；

切沟沟壁的土壤剖面近景照片用于反映土壤剖面特征的切沟沟壁进行近景拍摄。

12.一种根据权利要求1所述沟蚀调查方法，其特征在于，所述对调查数据进行处理并整理所述调查数据具体包括：

数据录入及格式整理，其包括建立四级存储目录、沟蚀调查表数据录入、导出GPS数据并添加字段名和导出拍摄照片；

数据处理及初步审核，其包括野外调查数据格式转换和野外调查数据初步审核。

13.一种根据权利要求1所述沟蚀调查方法，其特征在于，所述调查结果包括沟谷占坡面面积比、沟壑密度、单位面积沟蚀长度、沟蚀面积比、单位面积沟蚀体积和单位面积侵蚀沟条数，其中

沟壑密度(km/km²)为侵蚀沟长度与调查单元面积的比值；

沟蚀面积比(％)为侵蚀沟面积与调查单元面积的比值；

单位面积沟蚀体积(m³/km²)为侵蚀沟体积与调查单元面积的比值。

14.一种根据权利要求13所述沟蚀调查方法，其特征在于，所述沟蚀体积计算公式为：

式中V_i表示两个断面之间的体积，A_i表示断面的横截面积，L_i表示两个断面之间的距离，V表示某条沟的体积；

浅沟断面为槽型，其横截面积计算公式为：

式中，A_eg表示浅沟断面横截面积，h₁，h₂和h₃表示测量出的浅沟的三个深度，W表示浅沟的宽度；

切沟断面为梯形，其横截面积计算公式为：

式中，A_qg表示切沟断面横截面积，h₁，h₂和h₃表示测量出的切沟的三个深度，W₁和W₂表示切沟的上宽和下宽。

15.一种根据权利要求13所述沟蚀调查方法，其特征在于，所述沟蚀面积是指沟两侧上沿之间所占的面积，对于切沟和浅沟，其两测量断面之间的面积计算公式为：

式中，S_i表示两断面之间的面积，W_i表示浅沟宽度或切沟的上宽，L_i表示两个断面之间的距离；

沟蚀的总面积是指各断面之间面积的求和结果。