水土保持自動化監測技術在榆林地區的應用初探

龐耀立

（陜西省水土保持勘測規劃研究所 陜西 西安 710016）

1 水土流失現狀

榆林市是北方農牧交錯帶上典型的生態脆弱區，在地貌上為毛烏素風沙區向陜北黃土丘陵區的過渡，在氣候上是干旱、半干旱向半濕潤氣候的過渡，在地帶性植被類型上呈現出典型草原向森林草原的過渡，在經濟活動方面，又是農、牧、礦業與城市化過程等綜合作用下形成的農牧工礦交錯區，人類活動復雜，土壤侵蝕嚴重，土地荒漠化、沙化等退化問題突出。

隨著人口的快速增長和消費需求的日益增大，不合理的土地開墾和無序的水資源開采對生態環境的影響也在不斷增強。至2010年末，全市境內因采礦形成的采空區面積約為501 km2，塌陷區面積為117km2，采空塌陷直接損毀房屋5158間，影響房屋2420間；損毀的水澆地、旱地、林草地等共8405 hm2；因煤炭資源開發已造成了4條地表徑流斷流，340多個泉眼干涸。全市的湖泊數量由大開發前的869個減少到目前的79個，礦區負效應日益凸顯。隨著全市煤炭產業的不斷發展，采煤塌陷地面積將不斷擴大。經預測，到2020年，全市塌陷區面積將達到42263hm2。其他各種類型和規模的生產建設項目，都在項目建設期和運行期造成不同程度的水土流失。

2 水土保持的重要性

榆林市水土保持的重要性不僅對當地經濟社會可持續發展有著直接重大影響，也是全省水土保持建設中至關重要的一環。而要想搞好水保，就必須先掌握和監控好現有的水土流失情況。近年來隨著計算機技術、GSM通訊技術、物聯網技術的發展使得水土保持自動化監測有了實現的可能性。

3 監測網絡建設

通過以上技術的集成運行可以長時間的對選定監測點進行穩定有效的監測，并將數據實時傳送回控制中心并能整理儲存，為以后監督管理、規劃項目等提供技術資料支撐。現將監測網絡的建立設想做以下幾個步驟的說明。

3.1 監測對象

按照因地制宜的方式布設，具體包括北部府谷縣、神木縣、橫山縣、靖邊縣和定邊縣六縣主要觀測風蝕，南部佳縣、子洲縣、米脂縣、綏德縣、吳堡縣和清澗縣六縣主要進行水蝕觀測。考慮到榆林市地處我國風力侵蝕和水力侵蝕復合地帶，復合侵蝕區域界線依然是目前科學領域懸而未決的問題，分別在南部佳縣和清澗縣2個水蝕觀測站增加風蝕觀測，在北部榆陽區和定邊縣2個風蝕觀測站增加水蝕觀測。風蝕觀測主要考慮土地利用類型，分別是裸地、耕地和草地。水蝕觀測包括徑流場和小流域控制站。其中徑流場依據綜合站和常規站的功能，分別考慮不同自然影響因素、土地利用和水土保持措施因地制宜進行布設，分別有裸地、耕地、林地、灌木林地、草地不同土地利用徑流小區；不同坡度和坡長的徑流監測小區；水平梯田、坡式梯田和退耕還林地等不同水土保持措施大型徑流場；以及溝間地、溝谷地以及全坡面對比的大型徑流場等。小流域控制站主要考慮治理與非治理對比。

3.2 監測內容

水蝕徑流場主要監測降雨、徑流、泥沙、植被覆蓋和土壤水分5項主要內容；風蝕場主要監測風速、風向、風沙（起沙量）、植被覆蓋和土壤水分5項主要內容；小流域控制站主要監測降雨、徑流（流量、流速和水位）、泥沙3項主要內容。

3.3 觀測儀器與設備

水蝕徑流小區采取自動化記錄徑流，自動化采集泥沙樣品，人工分析含沙量。小流域控制站觀測采取自動化記錄水位和流速，同樣自動化采集泥沙樣品，人工分析含沙量的方式。風蝕觀測場采用自動記錄風速，自動化采集沙樣，人工分析起沙量。降雨量和風速數據通過自動雨量計和風速儀測量，數據可實施遠程傳輸。

3.4 流域水系及小流域信息提取

依托數字地形圖和高分辨率遙感影像，通過建立數字高程模型，開展全市境內各級河流、流域邊界、小流域邊界及溝系信息提取，建立全市流域-水系拓撲關系及小流域基礎空間數據庫提供信息資源，為水土保持以小流域為單元進行管理和業務分析提供“身份證”。

3.5 數據標準化處理與入庫

DEM數據、土地利用、土壤侵蝕數據等空間數據按流域和行政區劃兩種空間邏輯進行處理建立多層空間索引數據入庫；遙感數據和DEM數據經過融合、鑲嵌、配準等處理，然后重采樣并建立柵格金字塔，金字塔級別與相應的矢量數據相匹配；紙介質數據通過辦公軟件或GIS軟件矢量化處理，處理的數據均保持同一投影類型和行政邊界，同一級別數據達到空間位置匹配和精度統一。

3.6 應用服務平臺建設方案

水土保持信息化應用服務平臺建設，主要是從水土保持業務流程中提煉出公用的、基礎的業務處理、分析功能，形成規范統一的各類基礎組件，為水土保持業務應用系統建設、運行、協同提供統一的基礎支撐服務，解決業務應用之間的互通、互操作、數據共享與集成等問題。

4 結論

項目實施后，將建成覆蓋全市不同水土流失類型區的水土保持監測站網，具有技術先進、數據采集自動高效、監測指標針對性強、目標明確等特點，能夠實現水土流失動態監測，生產建設項目及其重點區域動態監控，水土保持生態建設項目監測和效益評價、水土流失重大事件、災害事件、突發事件、重點工程、重點區域等的監測和監督執法等目標同時為水土保持規劃和政策制定提供科學依據。陜西水利