崇禮縣小流域“3S”技術應用實例

閆虹霞　趙利東

【摘 要】探討了“3S”技術在水土保持監測中的應用，介紹了以崇禮縣察汗陀羅流域為例的監測思路和方法，對應用該方法所得到的結果進行了分析。為基層水土保持監測工作者提供了一種切實可行的監測手段，為決策者提供了全面、科學、準確的依據。

【關鍵詞】水保監測；基層應用；“3S”技術

1、引言

水土保持監測預報作為水土保持生態建設一項重要的基礎性工作和“四大任務”之一，愈來愈受到各級的高度重視和社會的廣泛關注。隨著“3S”技術的發展，以“3S”為主要技術支撐的水土保持監測已提上日程，它的應用對水保監測尤其是基層工作者具有重要現實意義。

2、總體設計

2.1 流域概況

崇禮縣察汗駝羅流域位于冀西北間山盆地區，總面積86.28km2，水土流失面積67.92 km2，坡度組成主要為5°～15°和15°～25°。年平均降水量453mm，年際降水不均衡，其中6—9的降水量為317mm，平均徑流深42.9mm，年平均氣溫4.1℃。主要農作物有玉米、谷子、莜麥等。水土流失嚴重使當地耕地減少，土層變薄，肥力下降，農作物減產，生態環境的惡化制約了當地經濟發展，造成貧困和落后。大量泥沙順流而下，污染水源。

2.2 數據來源和收集

圖件資料主要有覆蓋察汗陀羅流域的標準電子地圖（1：10000）和TM衛星影像圖（1：25000）。文字資料主要有察汗陀羅流域的初步設計報告和施工設計。調查數據主要為詢問、抽樣調查等監測方法，其中GPS在調查中的應用極大的方便了調查資料的整理過程。部分數據來自當地水文站和氣象站。

2.3 工作流程設計

過程主要分三階段，第一階段，收集資料。包括收集治理工程開工前期的遙感信息（TM影像圖），GPS配合抽樣調查的數據，典型照片和典型影像資料，文字、表格等屬性數據材料，收集地面監測數據，治理情況及調查數據。第二階段，數據分析整理。基于GIS系統建立數字化信息庫。錄入空間數據和屬性數據，包括每一地塊的幾何特征、地形、植被、溫度、雨量、人口、糧食等。第三階段，水土保持監測結果及應用分析。

3、應用方法

3.1 利用GIS制作專題電子地圖

察汗陀羅流域電子地圖是由4張標準數字地圖進行裁剪、拼接、調整、編輯和整飾制作而成的。①要素編輯。把4張電子地圖各自的等高線等相關要素導入Areview GIS中分層管理并進行拼接。在拼接好的電子地圖上勾繪出流域的流域界。河流分為4個級別，居民地名稱在使用自動標注時應根據實際稱謂進行調整。②拓撲。在編輯好要素的草圖中勾畫出小班界，形成多邊形的空間關系，并利用ARC/INFO進行拓撲，形成完整拓撲結構，并建立與屬性數據的聯系。

3.2 RS基礎數據的解譯

TM衛片經過處理后，與電子地形圖配準采用人機交互判讀，分析TM圖片上各判讀要素之間的相關規律和分布特征，建立衛片解譯標志，經多方驗證，做出最后判斷和結論。

解譯主要是對基本地貌類型、植被、地表組成物質等與水士流失和土地利用有關的主要因素從衛片上進行識別。基本地貌類型的解譯主要依據影像的色調、形狀、紋理、及植被和地表組成物質等特征。一般來說，較高覆被類型在影像上呈現片狀紅色或暗紅色的影像特征，較底覆被類型呈現斑塊狀或斑點狀的紅色區域。對難以判定的地類屬性、邊界位置進行野外實地調查。下表為部分TM彩色合成圖象影像特征及解譯標志表。

根據TM衛片的解譯，結合利用Arcview在察汗陀羅流域電子地圖中提取的坡度因子和《土壤侵蝕分類分級標準》（SLl90—1996）判別土壤侵蝕強度級別。

3.3 專題圖圖斑、符號的表示

在專題圖中，土地利用的地類、土壤侵蝕強度和治理措施分別以面狀圖斑、線型或點表示，每個圖斑、線型或點分別對應一種顏色或符號。如梯田、魚鱗坑整地等工程措施和封育以面狀圖斑表示（見表3），每個圖斑對應意中治理措施。植物措施的具體樹種，剛拼音表示，標注在有措施的圖斑中。谷坊、攔沙壩、護村護地壩等以線（壩的形狀）表示，早水窖以點表示，分別標注在相應的位置上。

3.4 建立信息庫

本底信息庫的建立。將室內人機交互解譯TM衛片和野外實地調查完成后的數據與察汗陀羅流域的電子地圖導入Arcview中，建立拓撲關系，進行圖形編輯、數據集成、顏色填充、符號標注和屬性設置，分別得到治理前期土地利用現狀圖和土壤侵蝕圖。錄入相應的屬性數據，照片、視頻等空間數據，建立本底信息庫。

3.5 結果分析

主要以水土保持監測兩個大的方面土壤侵蝕和土地利用情況進行分析。

3.5.1 土壤侵蝕變化分析

察汗陀羅流域總面積86.28km2，治理前侵蝕面積67.92km2。2003年治理后侵蝕面積58.98km2，下降了8.94%。2001年治理前侵蝕強度以中度侵蝕為主，2003年后侵蝕強度以輕度侵蝕為主。由于治理時間較短，流域內生物措施的生態效益還沒有完全發揮出來，部分中度、強度侵蝕地域正逐步向輕度和微度侵蝕過渡。

3.5.2 土地利用及產業結構分析

在流域內地形較緩、土層較厚，土質較好韻坡耕地建設成了高標準的基本農田24lhm2，確保了糧食的需求，在原平耕地上大力發展新的種植業大棚蔬菜12hm2，開發經濟林66hm2，增加農民的收入。對流域的荒山荒坡和未利用地進行開發治理，增加水土保持林4332hm2和草地857hm2，封禁680hm2，以涵養水源，減少泥沙流失。

4、結語

長期以來，水土保持監測多采用常規方法，用時長、耗資大、受人為因素干擾較大。“3S”技術的應用不僅提高了監測的精度和效率，而且成本低，效益高，還大大減少了誤差。國內外許多“3S”機構測算，應用“3S”技術比手工操作成本要低30%-70%甚至更低；工作效率能夠提高30%以上，對于復雜項目可能會提高幾倍；質量和效果是手工無法實現的。

“3S”技術應用于水土保持監測，監測人員不僅要熟練掌握運用“3S”技術，還要提高監測的業務素質。工作中充分發揮已有的經驗基礎，利用現代科學技術，以信息化帶動水土保持現代化，實現對全國水土流失狀況和水土保持成效適時、準確的監測。另外“3S”應用于基層水土保持監測有很大實用價值。