“3S”技术在水土保持监测中的应用

摘要：探讨了“3S”技术在水土保持监测中的应用，介绍了以崇礼县察汗陀罗流域为例的监测思路和方法，对应用该方法所得到的结果进行了分析。为基层水土保持监测工作者提供了一种切实可行的监测手段，为决策者提供了全面、科学、准确的依据。

关键词：水保监测；基层应用；“3S”技术

Abstract: This paper study on the "3S" technology application in the monitoring of soil and water conservation monitoring, introduces the ideas and methods of Chongli County in the sweat Tuo Luo river basin as an example, the application of the method to get the results analysis. Provides a practical means for monitoring of soil and water conservation monitoring of workers at the basic level, and provides a comprehensive, scientific, accurate basis for decision makers.

Keywords: soil and water conservation monitoring; the application of "3S" technology;

中图分类号：S157

1引言

水土保持监测预报作为水土保持生态建设一项重要的基础性工作和“四大任务”之一，愈来愈受到各级的高度重视和社会的广泛关注。随着“3S”技术的发展，以“3S”为主要技术支撑的水土保持监测已提上日程，它的应用对水保监测尤其是基层工作者具有重要现实意义。在水土保持监测中，GPS常运用于地面监测，可以测量小范围的水士保持设施或水土流失现象发生的位置、几何特征(面积、周长等)、高程等，如沟蚀定位观测、滑坡和泥石流定位观测。RS主要是航空监测和卫星遥感监测。GIS是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

2总体设计

2.1流域概况

崇礼县察汗驼罗流域位于冀西北间山盆地区，总面积86.28km2，水土流失面积67.92 km2，占总面积的78.7％，海拔930～1605m，相对高差是675m，坡度组成主要为5°～15°和15°～25°。流域内土壤主要是栗钙土和褐土。土层厚度在30～90cm之间。年平均降水量453mm，年际降水不均衡，其中6—9的降水量为317mm。平均径流深42.9mm。年平均气温4.1℃，≥10℃积温2260℃，年均日照时数2884h，无霜期118d，大风日数20d。流域内现有人口3265人，劳动力1896人。主要农作物有玉米、谷子、莜麦等，人均粮食203kg，人均基本农田0.17hm2。水土流失严重使当地耕地减少，土层变薄，肥力下降，农作物减产，生态环境的恶化制约了当地经济发展，造成贫困和落后。大量泥沙顺流而下，污染水源。

2.2数据来源和收集

图件资料主要有覆盖察汗陀罗流域的标准电子地图(1:10000)和TM卫星影像图(1：25000)。文字资料主要有察汗陀罗流域的初步设计报告和施工设计。调查数据主要为询问、抽样调查等监测方法，其中GPS在调查中的应用极大的方便了调查资料的整理过程。地面监测数据来源于范家西沟沟口的控制站和白庙沟梁梁面的7个监测径流小区。利用这些设施的测流测沙观测数据进行对比分析，得出水土保持单项治理措施和小流域综合治理措施的水保效果，为治理后的效益分析特别是保水保土效益提供直接来源。部分数据来自当地水文站和气象站。

2.3 工作流程设计

过程主要分三阶段,第一阶段,收集资料。包括收集治理工程开工前期的遥感信息（TM影像图），GPS配合抽样调查的数据，典型照片和典型影像资料，文字、表格等属性数据材料，收集地面监测数据，治理情况及调查数据。第二阶段，数据分析整理。基于GIS系统建立数字化信息库。录入空间数据和属性数据，包括每一地块的几何特征、地形、植被、温度、雨量、人口、粮食等。经过数据编辑、拓扑、误差纠正等过程，建立土地利用现状图、土壤侵蚀类型图等图形、图片库、影像等数据库。第三阶段，水土保持监测结果及应用分析。

3应用方法

3.1利用GIS制作专题电子地图

察汗陀罗流域电子地图是由4张标准数字地图进行裁剪、无缝拼接、调整、编辑和整饰制作而成的。①要素编辑。把4张电子地图各自的等高线、河流、居民地、高程控制点等相关要素导入Areview GIS中分层管理并进行拼接。在拼接好的电子地图上勾绘出流域的流域界，把多余的要素裁剪掉。按成果图的大小适当选择编辑等高线的密度，避免因等高线太密而影响其它要素的显示效果。河流分为4个级别，居民地名称在使用自动标注时应根据实际称谓进行调整。②拓扑。在编辑好要素的草图中勾画出小班界，形成多边形的空间关系，并利用 ARC/INFO进行拓扑，形成完整拓扑结构，并建立与属性数据的联系。

3．2RS基础数据的解译

TM卫片经过处理后，与电子地形图配准采用人机交互判读，分析TM图片上各判读要素之间的相关规律和分布特征，建立卫片解译标志，经多方验证，做出最后判断和结论。

解译主要是对基本地貌类型、植被、地表组成物质等与水士流失和土地利用有关的主要因素从卫片上进行识别。基本地貌类型的解译主要依据影像的色调、形状、纹理、及植被和地表组成物质等特征。察汗陀罗流域主要为土石中低山，影像特征为山脊尖峭，沟谷影像较重，多呈树枝状。植被的解译中将植被覆盖度划分为5个等级。一般来说，较高覆被类型在影像上呈现片状红色或暗红色的影像特征，较底覆被类型呈现斑块状或斑点状的红色区域。地表组成物主要有难侵蚀石质岩、易侵蚀土石质岩坡耕地、滩涂地、黄土等。难侵蚀石质岩多呈蓝青色调，易侵蚀石质岩多呈灰青色调，坡耕地为浅蓝绿色，河流为浅蓝色线性延展状。

对难以判定的地类属性、边界位置进行野外实地调查。下表为部分TM彩色合成图象影像特征及解译标志表。

根据TM卫片的解译，结合利用Arcview在察汗陀罗流域电子地图中提取的坡度因子和《土壤侵蚀分类分级标准》(SLl90—1996)判别土壤侵蚀强度级别。一般梯田定为微度侵蚀。黄土质沟坡地的天然林和人工林灌草地，依据植被覆盖度判别土壤侵蚀强度。若沟坡为石质时，在植被覆盖度判定的侵蚀基础上，降低2级强度，土石质降低1级，沙质则升1级。因农作物郁闭度差，在植被覆盖度判定的侵蚀基础上按降低级别处理。侵蚀强度的判别不应低于微度和高于剧烈级别。难以判定的地域要进行实地调查。

3．3专题图图斑、符号的表示

在专题图中，土地利用的地类、土壤侵蚀强度和治理措施分别以面状图斑、线型或点表示，每个图斑、线型或点分别对应一种颜色或符号。如梯田、鱼鳞坑整地等工程措施和封育以面状图斑表示(见表3)，每个图斑对应意中治理措施。植物措施的具体树种，刚拼音表示，标注在有措施的图斑中。谷坊、拦沙坝、护村护地坝等以线(坝的形状)表示，早水窖以点表示，分别标注在相应的位置上。

3.4建立信息库

本底信息库的建立。将室内人机交互解译TM卫片和野外实地调查完成后的数据与察汗陀罗流域的电子地图导入Arcview中，建立拓扑关系，进行图形编辑、数据集成、颜色填充、符号标注和属性设置，分别得到治理前期土地利用现状图和土壤侵蚀图。录入相应的属性数据，照片、视频等空间数据，建立本底信息库。

3.5结果分析

主要以水土保持监测两个大的方面土壤侵蚀和土地利用情况进行分析。

3.5.1土壤侵蚀变化分析

察汗陀罗流域总面积86.28km2，治理前侵蚀面积67.92km2。2003年治理后侵蚀面积58.98km2，下降了8.94％。2001年治理前侵蚀强度以中度侵蚀为主，2003年后侵蚀强度以轻度侵蚀为主。由于治理时间较短，流域内生物措施的生态效益还没有完全发挥出来，部分中度、强度侵蚀地域正逐步向轻度和微度侵蚀过渡。

3.5.2土地利用及产业结构分析

在流域内地形较缓、土层较厚，土质较好韵坡耕地建设成了高标准的基本农田24lhm2，确保了粮食的需求，在原平耕地上大力发展新的种植业大棚蔬菜12hm2，开发经济林66hm2，增加农民的收入。对流域的荒山荒坡和未利用地进行开发治理，增加水土保持林4332hm2和草地857hm2，封禁680hm2，以涵养水源，减少泥沙流失。

4结语

长期以来，水土保持监测多采用常规方法，用时长、耗资大、受人为因素干扰较大。“3S”技术的应用不仅提高了监测的精度和效率，而且成本低，效益高，还大大减少了误差。国内外许多“3S”机构测算，应用“3S”技术比手工操作成本要低30％-70％甚至更低；工作效率能够提高30％以上，对于复杂项目可能会提高几倍；质量和效果是手工无法实现的。

“3S”技术应用于水土保持监测，监测人员不仅要熟练掌握运用“3S”技术，还要提高监测的业务素质。工作中充分发挥已有的经验基础，利用现代科学技术，以信息化带动水土保持现代化，实现对全国水土流失状况和水土保持成效适时、准确的监测。另外“3S”应用于基层水土保持监测有很大实用价值。