山东省山丘区小流域综合治理模式

山东省山丘区小流域综合治理模式

摘要:李沟小流域属于鲁中南山丘区，属于大陆性半湿润季风气候，降雨集中，多暴雨，水土

流失十分严重。同时，该区农村产业结构不合理，土地利用结构不合理，土地管理粗放，增产潜力巨大。为了解决以上问题，需要对该流域进行综合治理。为充分发挥该地区水土资源的生态、经济、社会效益，我们以小流域为基本单元，在全面规划的基础上，通过生态治理、经济治理和社会治理三个方面的综合治理，合理安排农林牧副各业用地，因地制宜地布设综合防治措施，对水土资源进行保护改良，合理利用。其目标是建立一个稳定、持续、高效的生态、经济和社会复合系统，实现小流域的可持续发展。

关键词：小流域综合治理；生态治理；经济治理；社会治理

Comprehensive Management Model of Small Watershed in Hilly

regions of Shandong Province

Author: lin qingtao

Abstract: Ligou watershed is belonging to hilly regions in the middle-of-south of Shandong

province. The climate here is belonging to the continental semi-humid monsoon climate with concentrated rainfall and many rainstorms. So, soil and water loss in this place is very serious. At the same time, the rural industrial structure and the land use structure here are unreasonable, and the land management is extensive with great potential increase in production. In order to solve all the problems above, we need carry out comprehensive governance in this basin. To maximize the ecological, economic and social benefits of soil and water resources, we take the small watershed as a basic unit and reasonably arrange the use of agriculture land, forestry land, animal husbandry land and other industries land and lay comprehensive prevention and control measures that adjust to local conditions to protect, improve and rationally utilize soil and water resources through ecological management, economic management and social management on the basis of comprehensive planning. The goal is to establish a stable, sustainable and efficient compound ecological, economic and social system, and realize the sustainable development of this small watershed.

Keywords: small watershed comprehensive management; ecological management; economic

management; social governance

一、 李沟小流域自然概况

李沟小流域属北方石质山区，位于鲁中南山丘区，地处济南市平阴县孔村乡（原为李沟乡）境内（图1），属黄河的三级支流，大汶河的二级支流。小流域面积1412 hm2，现有6个行政村，804户，总人口2758人。

图1 山东省小流域综合治理分区图

图2 济南市平阴县孔村乡李沟小流域位置图

1、地质

鲁中南山丘区沉积岩和变质岩出露面积各约占一半，其中粗粒片麻岩风化后犹如腐烂的豆饼，结持力很弱，易被侵蚀。沉积岩由古生代寒武～奥陶纪石灰岩及其他沉积岩夹层共同组成，沟谷深度一般不足 100m，切割密度平均 1.4km/km。产状近水平的厚层石灰岩分布区，多形成层状方山或块状山；岩层产状倾斜者，常形成单面山，群众称之为“青石山”。

2、地貌

山东省山丘区的地貌类型包括：中山、低山、丘陵、台地、平原。其中丘陵面积最大，面积为 3.57 万 km2,占山丘区面积的 35.4％；中山面积仅 0.60 万 km2；中山与丘陵之间为连绵起伏的低山，面积约 1.62 万 km2；侵蚀台地面积约 0.39 万km2；平原面积约 3.49 万 km2。地貌特征可以概括为孤峰浅丘广谷。在起伏和缓的山丘之中往往突出几个陡峭、高峻的孤峰，山丘之间发育有宽窄不一的河谷平原。

本区是全省地势最高，山地面积最广的地区，山地面积占全省中低山面积的77%。泰、沂、鲁、蒙诸山构成较高的山地地形，大多北坡陡，南坡缓。中低山外侧，地势逐渐降低，为海拔500~600m的丘陵。河流呈辐射状，把整个山地切割的支离破碎。由于受块状结构的影响，山岭谷地的分布是有规律性的有南部向西北延伸，南北排列。丘陵的边缘则是海拔40~70m，地表倾斜的山前平原。

3、土壤

山东省山丘区的地带性土壤主要为棕壤，其次为褐土。鲁东山丘区地带性土壤以棕壤为主，分布较单一，鲁中南山丘区棕壤与褐土成复合镶嵌分布。在过渡地带，临近的地带性土类可以交错分布。在海拔较高的山体上部有山地暗棕壤。顶部有山地灌丛草甸土，局部山上洼地有山地沼泽土。

本区土壤主要有三类，即棕壤、褐土和潮土。褐土主要发育在太古代花岗岩、片麻岩等岩浆岩和变质岩风化物上，当地群众称之为岩石山区，约占总面积的65%；褐土类主要发育在寒武纪等沉积岩风化物上，当地群众称之为青石山区，月占总面积的5%。

4、气候

本区属于暖温带大陆性季风型季候，四季变化明显，属于较湿润地区，干燥度为1.0~1.5。年平均降水量680~860mm。太阳总辐射量达117~1304.19kJ/(cm2?a)。

本区年平均气温的分布特点是：鲁中的沂源、沂水北部年平均气温低于12℃；济南市、枣庄的薛城区和峄城区及邹县最高，在14℃以上；七月份最热，平均温度25~27℃。月平均气温稳定通过0℃的积温4600~5000小时，稳定通过10℃的积温4000~4600小时。无霜期190~210天。全年日照时数在2300~2730小时，光热资源充足。

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鲁中南山地丘陵区多呈东北-西南走向，对夏季东南海洋暖湿气流和冬季西北内陆干冷气流有阻挡、抬升作用。夏季降雨较多，且对雷暴雨的形成亦有影响。6~9月份降雨占全年70%以上，暴雨集中、强度大。日最大降雨量513~516mm；一次降雨超过50mm，年均3~4次，多者达6~8次；一次降雨超过100mm，年均0.2~0.3次。

二、 李沟小流域森林植被和水文特征

1、河流

山东省山丘区河流众多，较重要的有大汶河、沂河、沭河、胶莱河、潍河、大沽河、五龙河、大沽夹河、泗河等，各河发源于山地丘陵区，分别注入西部湖区以及黄海和渤海。多属雨水补给型河流，径流的季节和年际变化显著，易造成水旱灾害。河流含沙量较大，一般在 1～3kg/m3。

2、植被

山东省山丘区植被类型属暖温带落叶阔叶林带。区内由于历经人类长期的经济活动，原始森林已被砍伐，现有植被具有明显次生性质。森林植被中以针叶林面积最大，其中以各种松树、侧柏蔬林为最多，其次为各种杨树林，散生常见的还有榆、槭、椴、臭椿等。荒山上一般都生长稀疏的灌木和草本植物，习见的灌木有荆条、酸枣、小叶鼠李、胡枝子、黄栌等，草本中有野古草及黄背草，多分布于不太干燥的中厚层土壤上，干瘠地段多为多为白羊草。

据前人研究，鲁中南山地丘陵区的植被种类1500余种。其中，以泰山地区种类较多，在全国植被区划中，被划为鲁中南山地丘陵栽培植被油松、麻栎、橡皮栎林区。由于气候和地形影响，境内植物区系及植被组成差异很大。鲁中南山丘地区北部是针叶林中的油松、侧柏及阔叶林中的栎属为代表的华北区系成分，而南部则有较多亚热带区系成分。本区天然植被绝大部分已被人类活动所破坏，目前仅有面积较小的次生林和遍布的灌草丛。植被以落叶阔叶林为主，次为针叶林或针阔混交林。平原及低丘多垦为农田。

三、 存在的问题分析

1、沟壑纵横，冲沟密布

小流域地势南高北低，山高坡陡，源短流急，以水力侵蚀为主，部分沟道侵蚀强烈。地表组成物质主要为出露的灰岩及灰岩风化物、坡洪冲击物和第四纪黄土。

2、降水集中，多暴雨

小流域属暖温带大陆性半湿润季风气候，冬季寒冷干燥多风，夏季高温多雨，多年平均气温 13℃，极端最高气温 42.2℃，极端最低气温-20℃，≥10℃积温 4563℃；多

年平均降水量 631mm, 年内分配不均，多集中于 6～9 月份，且年际变化较大。最大年降水991.9mm，最小年降水量仅 306.2mm。

3、人均土地资源多，土地质量差

李沟小流域现有土地面积 1412 hm2，人均占有 0.51hm2，是山东省人均占有水平的 3 倍。但由于流域地形复杂，山区面积比重大，大部分土地坡度较大，超过25°的土地占总面积的比重高达 34.10％,土地质量较差，承载力低下(表 3-1）。

4、土地经营粗放，增产潜力大

对土地的管理和投入水平低，特别是对坡耕地的经营十分粗放，几乎是靠天吃饭，源的生产力未得到充分开广种薄收，土地资发。 2005 年，李沟小流域有粮田面积 300hm2,粮食产量 250 万 kg,平均每公顷产粮 8333kg，经计算，当地气温生产潜力为 10269kg/hm2，降水生产潜力为 16732 kg/hm2，土地的增产潜力还很大。

5、土地利用结构不合理

基本农田比重小，坡耕地和未利用土地比重大。2005 年，李沟小流域有耕地面积 333 hm2， 其中，133 hm2基本农田（主要为梯田）水土保持功能良好，200 hm2坡耕地水土流失严重，二者面积比为 2:3。未利用土地面积 657 hm2，几乎占全部土地面积的一半，土地开发指数仅为 53.50％。

6、农村结构不合理

种植业、畜牧业比重大；林业、副业比重小。2005 年李沟小流域种植业产值几乎占全部农业产值的一半。畜牧业产值仅次于种植业，超过农业产值的三分之一。对小流域生态平衡发挥基础性作用的林业经济效益低。副业和渔业产值不足总产值 3％，有待进一步提高(表 3－2)。

7、水土流失面积大，以水力侵蚀为主

2005 年李沟小流域水土流失面积939hm2，占流域面积的 66.5％，其中轻度侵蚀面积 407hm2，中度侵蚀面积 231hm2，强度侵蚀面积 190 hm2，极强度侵蚀面积 83hm2，剧烈侵蚀面积 28hm。流域年均侵蚀模数为 2493 t/ km·a，年侵蚀总量为 3.52 万 t，沟壑密度为 1.9km/ km2。坡面水土流失严重，主要发生在坡耕地和荒坡。

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四、 未来发展对策

从水土保持学角度，小流域综合治理是“以小流域为单元，所采用的控制人为因素和自然因素造成水土流失的必要措施”；按国家《水土保持技术标准》，小流域综合治理是“为充分发挥水土资源的生态、经济、社会效益，以小流域为单元，在全面规划的基础上，合理安排农林牧副各业用地，因地制宜地布设综合防治措施，对水土资源进行保护改良，合理利用”。小流域综合治理分为三部分内容：生态治理、经济治理和社会治理。生态治理是小流域综合治理的基础；经济治理是小流域综合治理的核心；小流域社会治理是小流域综合治理的根本。小流域综合治理的最终目标是建立一个稳定、持续、高效的生态、经济和社会复合系统，实现小流域的可持续发展。

1、小流域生态治理

小流域生态治理的目标是防治水土流失、蓄水保土、改善农业生产条件。其模式主要由三部分组成，即坡面生态治理模式、沟谷生态治理模式和径流生态治理模式。

李沟小流域生态治理实施顺序是:先坡面后沟道，先上游后下游，先毛支沟后主干沟，先封后造，先急后缓，先工程后生物。蓄水保土与生产利用相结合，变害为利，形成一个可持续发展的生态系统。

（1）坡面梯化

李沟小流域生态治理的重点是坡面梯化。在基本农田接壤的上部，坡度小于15°的缓坡上修建水平梯田，使之与基本农田连结成片。要求沿等高线排列，田面平整，宽度在 3.5～11.5m 之间；外垒石堰高 1.0m 左右,地堰高出田面 15cm；梯田内侧设有排水沟，使水排入蓄水池及沟道内。原有果树的荒坡上，采取地随树走的办法，保证树根部土层加厚，增加土壤的保水保肥能力。

（2）封山育林

坡度超过 25°的陡坡，封山育林育草。按照“封育结合，以育为主”的方针，适时采取轮封和人工更新等措施，使其尽快成林成草，发挥防护效益和经济效益。只封不育，难收实效。

（3）营造经济林

坡度在 15°～25°，土层较厚，有灌溉水源，交通方便的阳坡,栽植玫瑰、苹果树、桃树、梨树、核桃树、柿子树等经济树种。实施高标准种植、集约化管理。苗木一般以

春栽为主。果园一般每年施一次基肥和三次追肥。以窖集流蓄水为水源，应用滴灌、渗灌适时灌溉。自选种、苗木培育到生长全过程高度重视病虫害防治。

（4）营造水保林

坡度在 15°～25°，土层较薄，灌溉条件较差的山坡,营造水保林。遵循适地适树的原则，造林乔木选择侧柏和刺槐。阳坡以栽植侧柏为主；阴坡以栽植刺槐为主。灌木可选择酸枣、荆条、柠条和紫穗槐等。为减少对土地的干扰，通过鱼鳞坑或穴状整地改善苗木立地条件。刺槐林在春季边整地边造林；侧柏林是在春季整地,雨季造林；紫穗槐的栽种是冬春整地,春季植苗,雨季直播。乔、灌、草结合，适度密植，增加植被覆盖率。

（5） 沟谷治理

根据该流域汛期降雨集中，汛后干旱缺水的特点，依据“宜拦则拦、宜蓄则蓄、拦蓄结合、发展灌溉”的原则，分别设置沟头防护和梯级谷坊群，通过削、垫、筑、淤等方式，从上游到下游逐级抬高侵蚀基点。为制止沟头前进，在沟头修建围埂林带式沟头防护工程；为防止沟床继续下切和沟岸扩张，拦截坡面未能拦蓄的径流和泥沙，毛沟主要采取干砌石谷坊进行拦沙，支、干沟主要采取建拦水坝拦蓄、疏导地表径流。

（6）地表径流拦蓄

结合当地气候、地形等自然条件，拦蓄地表径流主要依靠小型水库、拦河闸坝、蓄水池和水窖实现。随着水资源供需矛盾的日益尖锐，水窖的应用越来越广。已突破解决饮水的传统模式，向“窖灌农业”模式深度发展。与河流、湖泊、水库等水体相比，水窖储存的水量极为有限，如果用于灌溉，必须采用微灌（滴灌、渗灌、微喷灌、穴灌、水肥穴灌等）技术，在作物需水关键期（果树的开花座果期、果实膨大期、作物播种保苗期、拔节期、抽穗期等）实行微量、低定额灌溉补水。

（7）地下径流采集

李沟小流域海拔较高，地下水埋深一般在 50m 以下，浅机井难以采集到地下水，深机井虽然可以开采到深层地下水，但施工技术复杂，造价高，出水效率低，能源消耗大。据调查，农户浇一次地，往往花在电费上的成本就有近百元，除非万不得已，农民很少用机井浇地，地下水的采集受到很大限制。

2、小流域经济治理

小流域经济治理的目标是调整产业结构，将小流域水土资源优势转化为产业优势和经济优势，形成规模开发、集约经营、可持续发展的小流域经济系统，推动山区经济的整体发展。

充分发挥李沟的区位优势、自然优势、资源优势，对农村产业结构进行战略性调整，把玫瑰花的生产、加工、销售作为李沟的优势产业。按照发挥优势，突出特色的原则，

全面提高花卉的质量和适应国内外市场能力，健全市场流通体系，促进花卉产业化经营，突出配套企业的发展，确保优势产品的经济效益。

（1）适当发展粮食生产

李沟小流域山高坡陡，径流缺乏，粮食生产条件差、经营成本高。在计划经济时期，政府要求提高粮食的自给水平，为了增加粮食产量，只能靠陡坡耕种、毁林垦荒扩大耕地面积，造成一定程度的生态破坏。近年来，山东省农业连年丰收，粮食自给有余。国家实施的退耕还林、退耕还草政策也可使农民得到一定的粮食补贴，李沟流域没有必要突出发展不具有比较优势的粮食生产，应该放下不断追求粮食产量的包袱，充分利用当地独特的自然优势，发展具有比较优势的特色农业。

（2）重点发展花卉生产

花卉生产属典型的劳动力密集型产业，是当前我国农业中最为活跃、最具国际竞争优势的产业之一。李沟小流域地处被誉为“玫瑰之乡”的平阴县。平阴玫瑰栽培历史悠久，以花大、瓣厚、色艳、香浓驰名中外。平阴玫瑰不仅具有较高的观赏价值，而且具有较高的经济价值。花蕾晾干可以入药，理气活血，对妇科病、心脑血管疾病有很好的治疗效果。根皮能做丝绸黄褐色染料。花可以酿酒、制糖、做酱、窨茶，还是日用化学工业制香脂、香水、牙膏、饮料、高级化妆用品的名贵原料。从花中提炼出的玫瑰油，比黄金还珍贵。因此，在李沟小流域发展以玫瑰为代表的花卉生产，有利于发挥当地独特的自然优势和劳动力优势，提高经济效益。

（3）依托龙头企业，发展农产品深加工，提高产品附加值

1994年以前，李沟小流域的玫瑰生产主要以鲜花蕾为主，市场的容量有限，且产品附加值低，价格易收到气候条件影响而出现较大波动，使农民收入不稳。1994年以后，出现玫瑰加工户，干花蕾加工能力扩大，干花蕾产品占据主导地位，且价格逐年上升，花农的收益明显增加，调动了农民栽植玫瑰花的积极性。今后，县、乡政府要大力扶持玫瑰花加工企业的发展，加大玫瑰花系列产品的开发力度，形成以玫瑰花为原料的食品、药品、化工等系列玫瑰制品，提高玫瑰花的附加值，实现农业增产、增值、增效，提高农业产出效益。

3、小流域社会治理

小流域社会治理的目标是调节小流域居民之间的关系，调动小流域居民参与小流域生态治理和经济治理的积极性；控制小流域人口的数量，提高小流域人口的素质；整治村庄环境，改善居民生活。

以建立可持续的社会系统为目标，形成“政府投资为引子、群众投入为主体、社会投入为补充”的投资机制；加强计划生育工作力度，控制小流域人口数量；加速城镇化进程，转移过剩农业劳动力；搞好村庄环境治理，建设社会主义新农村。

（1）形成“政府投资为引子、群众投入为主体、社会投入为补充”的投资机制。建立有效的投入机制，最重要的是经济效益的推动。利用小流域显著经济效益的吸引力，调动群众投资小流域治理的积极性，不断拓宽集资渠道，不断增加投入水平，建立多层次、多元化、多渠道的资金投入机制和“谁投资、谁治理、谁受益”的管理体制，加快治理速度，提高治理质量，进而又促使治理效益更快更多地发挥，形成投入—治理—效益的良性循环。

（2）加强计划生育工作力度，控制小流域人口数量。完善优先、优惠、奖励、扶持、救助、保障“六位一体”的利益导向机制，全面落实各项法定奖励政策；加强宣传教育，转变农民“多子多福”的生育观念；完善农村养老保障体系，解除农民养老的后顾之优。近期目标是李沟小流域人口自然增长率控制在 6‰以内；远期目标是实现小流域人口的零增长和负增长。

（3）加速城镇化进程，转移过剩农业劳动力。要实现小流域的可持续发展，就需减少小流域的人口数量，减轻小流域的人口压力。到 2010 年，李沟需要转移的农村劳动力有 378 人，占全部现有农业劳动力 1050 人的 36％。要实现上述目标，需要完善和规范对劳动力市场的管理，清理对农民进城务工的不合理限制政策；切实解决拖欠、克扣农民工工资，农民工劳动条件恶劣，工伤事故频繁发生等突出问题；把农民工及其所携家属在城镇的计划生育、子女教育、卫生防病和治安管理等工作列入各有关部门和相关社区的管理责任范围，逐步将相应的管理经费纳入财政预算。

（4）搞好村庄环境治理，建设环境优美新农村。编制完善村镇规划，严格按照规划推进村镇建设；村庄建设用地向集约化发展。改造农厕，修建沼气池；建设小型污水处理设施；垃圾定点分类堆放和定时清理；建立农村垃圾“村收、镇运、县处理”的管理机制。

参考文献

李文训.山东省小流域综合治理模式研究[D].山东师范大学2008：10－28.

3S技术在水土保持与荒漠化防治中的应用

作者：林青涛

水土流失与荒漠化是我国当前面临的最为严重的环境问题之一。我国水土流失与荒漠化分布范围广,类型复杂,受人为影响大,至今仍未得到很好的解决。虽然在水土流失与荒漠化的动态监测、预测、预报以及防治规划等方面已取得部分研究成果,但尚未形成完整的体系,也没有可遵循的统一的技术标准,难以为水土保持与荒漠化防治提供可靠的信息支持。同时,大量资料归部门所有,格式各异,标准不一,很难被共享和开发。因此迫切需要在标准化和规范化的基础上应用一些高新技术加强基础信息工程建设。

20世纪80年代以来,遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)技术得到快速发展并向一体化(3S一体化)和实用化方面迈进。RS技术为区域性、大范围的环境调查和监测提供了时间和空间上连续覆盖的信息源;GIS技术为区域性空间数据的管理和分析提供了强有力的工具;GPS实时动态地提供精确的定位信息。3S技术在水土保持与荒漠化防治中的应用,使得建立全国水土流失动态监测网络,全面监测,预测预报,快速调查和定期公告全国水土流失基本状况,实现全国水土流失与荒漠化的信息化管理和科学决策成为可能。利用3S技术可建立不同空间尺度水土流失与荒漠化动态监测的技术规程与方法,开发水土保持与荒漠化防治的评价模型,促进水土保持与荒漠化防治的信息化、现代化,建立水土保持与荒漠化防治信息系统,从而推动水土保持事业全面发展。

一、遥感技术（RS）在水土保持与荒漠化防治中的应用

20世纪70年代以后,以航天、航空等多层次遥感资料为信息源,以大中小不同尺度对我国大江大河、重点水土流失区和小流域进行遥感调查与监测,编制了大量的遥感图件,不仅及时准确地为政府提供了决策依据,而且大大加快了水土保持的现代化与信息化。特别是80年代以来,国家将遥感技术列为重大应用工程进行技术攻关,先后在黄土高原综合治理、“三北”防护林工程遥感调查等重大项目中取得了一系列有价值的成果。水利部组织进行的全国水土流失遥感调查,基本查明了我国的水土流失基本状况。

1、水土流失与荒漠化的遥感调查

运用遥感技术进行水土流失与荒漠化的现状调查,高效快速,而且操作简单。一般选择同一时期的卫星像片,影像清晰,反差适中,时相好,各项指标均能符合要求,容易辩别地类地物。应用土地资源评价图、土地类型图等图件,根据分类系统,建立解译标志,对卫星像片进行解译、分析,得出水土流失与荒漠化类型及程度,并结合实地调绘和样点测试,勾绘成草图,再经检验校核,评价精度,修改整饰,标记完成水土流失或荒漠化现状图。

2、水土流失与荒漠化的遥感监测

遥感监测过程与调查基本相似,其不同之处是应用不同时期的遥感资料。遥感监测多是采用多时相遥感影像复合技术。该技术包括多季相影像分类和多年代影像监测,前者用于提高分类精度,后者用于监测变化。多季相遥感影像复合分类技术中由于单时相普遍存在着同谱异物现象,植被及土地利用类型因物候期不同而产生一系列光谱变化,故选择光谱反射率、类内综合差最小,类内综合方差最大的两个季相的影像组合作分类,从而减轻同谱异物现象,可提高遥感自动分类的精度。而多年代影像复合监测技术选用两个年代的同季相影像作比较,使监测更容易。同一季相,稳定地类光谱反射率趋于一致,而变化地类的光谱反射差异显著,在对影像数据做累加主成分分析变换后,变化地类与稳定地类的特征往往集中表现在不同的主分量中,故选择适应波段组合可鉴别变化类型。水土流失与荒漠化动态监测中根据其光谱特性等对航片及卫星像片进行解译、分析,并结合野外校检最终成图。

二、地理信息系统（GIS）在水土保持与荒漠化防治中的应用

地理信息系统是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究的新技术,是多学科交叉的产物。该系统以地理空间数据库为基础,采用地理模型分析方法,适时提供多种空间的和动态的地理信息,是地理研究和地理决策服务的技术系统,其具有以下特点:

① 有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力,具有空间性和动态性; ② 以地理研究和地理决策为目的,以地理模型方法为手段,具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力,从而产生高层次的地理信息;

③ 由计算机系统支持进行空间地理数据管理,并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法,作用于空间数据,产生有用的信息,完成人类难以完成的工作。

由于地理信息系统有以上特点,从而能够很方便地应用于水土保持与荒漠化防治中,如基础资料收集与整理,运用地理信息系统专题图数字化,模型的建立及地形因子提取,信息的复合与结果输出。

三、全球定位系统（GPS）在水土保持与荒漠化防治中的应用

GPS是导航卫星测时和测距/全球定位系统英文(NavigationSatellite Timingand Ranging/Global Posi-tionSystem)字头的缩写,该系统是美国自20世纪70年代开始研制的卫星导航和定位系统,其具有以下特点:

① 全球地面连续覆盖,24颗均匀分布的卫星保证地面上任何地点、任何时刻最少可以接收4颗卫星信号,最多可以接收11颗卫星信号,从而保障全球全天候,连续、实时、动态导航与定位;

② 功能多、精度高,可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维航速和时间信息;

③ 实时定位速度快,可在1s内完成; ④ 干扰性能好, ⑤ 保密性强;

⑥ 操作简单,观测简便;

⑦ 观测点间不需通视,大大减少了建立觇标的费用。

GPS在水土保持生态建设中的应用发展很快,部分重点项目已经使用或正在使用该项技术。全国水土保持监测方案中明确要求,在全国水土流失监测中,尤其对地面监测,要充分利用GPS全球定位技术,实现数据快速采集,对象属性的实时分析。

1、应用于水土保持规划设计

GPS对水保工程的设计具有很大辅助作用,如完成图班的跟踪、样点侵蚀量的调查及坡度量测、数字地面模型、淤地坝工程设计等。

（1）土地利用现状调查

应用GPS中的RTK技术,把一台基站设在已知点或明显地物点上(该作业点尽量设在作业区的中心位置),用流动站跟踪图班,并赋图班属性代码,经内处理,可得到精度较高的三维土地利用现状图。

（2）坡度、沟道比降测量

用GPS测出坡面或沟道上下游两点的三维坐标,解算出两点间的距离和高差,可求得坡度和沟道比降等指标。

（3）淤地坝工程设计

利用GPS测出坝址处一系列地形特征点的坐标数据,通过后处理,求出各特征点的坐标,利用相关软件编制成数字地面模型,用计算机辅助设计软件完成淤地坝工程设计。用这种方法进行工程设计,自动化程度比较高,可提供多方案比较,对设计结果进行修改也相当方便。

2、应用于水土流失动态监测 （1）自然水土流失监测

宏观方面可建立GPS控制网,在控制网基础上,进行像控点测量,为航空遥感像片的定向提供加密点,主要用于宏观区域和重点区域水土流失和土地利用信息的采集、提取。其具体监测方法是: 在卫星遥感影像上找出明显地物点,在已建立的控制网上进行外业观测,求出一系列地物点坐标,作为遥感影像几何精度纠正的依据,用于宏观区域水土流失动态监测;根据航测成图的要求,选一部分地物特征点,经GPS外业观测,求出点的三维坐标,作为像控制点坐标,建立立体模型,采集有关数据,用于进行重点区域的监测。 在微观方面,可利用GPS技术监测沟头前进速度、沟底下切速度、沟缘线后退速度,甚至可以监测典型样点水土流失量。其具体监测方法是:用GPS的RTK适时动态技术,把GPS

的基站放在已建控制网的某已知点上,流动站沿沟缘线、峁边线、沟底线、沟头连续采集点的坐标,绘制出三维曲线,作为动态监测的基础。定期用同样方法观测比较其变化情况,也可以与以前的航片地形图或野外实测的曲线比较变化情况,若用计算机处理,可以求得比较精确的变化量。

（2）人为水土流失监测

对人为水土流失的监测,主要包括以下几个方面:

A. 开挖面、堆积面监测:布设一定比例的监测点,用GPS定期观测监测点的坐标变化情况,可及时了解流失量,也可预测新增流失量和流失速度;

B. 弃土弃渣量测量:把堆积物近似看作多面体,用GPS测一些特征点的坐标,再模拟原地面形态,即可求出堆积物的数量;

C. 人为破坏林草植被面积量测:用GPS的RTK实时动态技术,基站架设在一已知点上,流动站沿图斑边界走一圈,GPS手簿上就可显示出所测地块的面积。

（3）应用于水土保持信息管理

为全数字摄影测量、水土保持信息采集提供控制网通过选择区域、控制网设计、野外选点、造标埋石、外业观测、室内解算得到GPS控制网,在此基础上利用GPS技术进行像控制点测量,再进行室内加密,建立立体模型,并应用自动DTM和半自动DTM软件,生成数字地面模型,作为信息系统的地形数据。同时,利用矢量采集软件,采集土地利用、水系、道路、居民点等数据,作为信息系统专题数据。

对信息系统图班进行补测、更新水土保持信息系统需要及时更新数据,补充新的图班,对重点监测区和典型样区,可用GPS的RTK技术对新完成的治理措施图班和属性变更了的图班进行观测,将观测的数据输入信息系统,实现对图班的更新和补充。

四、3S技术集成——4D技术在水土保持与荒漠化防治中的应用

随着空间信息科学、数字图像处理技术及计算机软硬件技术的飞速发展,遥感与地图学的重点从数据获取的一端向详细加工一端转移,作为其技术支撑的3S技术的综合运用也走向其高级阶段——集成。RS、GIS、GPS三种技术逐步走向集成化和相互交融,是多学科交叉发展的必然趋势。3S集成是当前测绘技术、地图编制技术、摄影测量与遥感技术、卫星定位技术、专家系统技术和现代通讯技术等的有机结合和综合运用,共同组成了一个整体的、实时的、动态的智能化运行系统。由于传统的GIS以矢量数据为主,与遥感数据结构不一致,从而限制了3S的集成。而在水土保持与荒漠化防治中,地图要素、专题信息以栅格数据形成存储,便于叠加分析,因此,以栅格数据为主,兼容矢量数据的4D技术为3S集成提供了最佳技术手段和途径。

4D技术是指DEM(数字高程模型)、DOQ(数字正射影像图)、DRG(数字栅格图)和DLG或DTI(数字专题图)4种数字产品生产技术,数据结构上以栅格数据为主,兼容矢量数据,

从根本上突破了传统的以矢量数据为主体的GIS数据结构的束缚,便于数据的配准叠加处理,而且精度高,更新速度快,生产成本低。

五、3S技术在水土保持与荒漠化防治中的应用趋势

3S一体化、计算机网络技术的发展以及信息高速公路的建设,为大范围水土流失监测、数据的快速采集与处理、大量空间数据的管理与快速传输、区域水土流失预报、水土保持工程规划设计提供了新的技术支持。21世纪,3S技术在水土保持与荒漠化防治中的应用将不断发展,走向统一化、规范化和标准化。

1、建立全国水土流失监测体系

分析研究水土流失的过程、影响因子以及水土流失类型和强度的区域分布特征,建立全国水土流失动态监测与评价指标体系,制定国家水土流失监测技术标准,在重点地区选择指示因子并对其进行评价分级,拟评预警临界指标,逐步完善监测技术规程。

2、开发中国水土流失定量评价模型系统

学习和吸收外国经验,针对我国水土流失环境的特殊性和复杂性,开发中国水土流失评价模型系统。其具有以下特点:

(1) 多种空间尺度。坡面(<100m2),小流域(<100km2),区域(107～106km2)。 (2) 多种用途。水土流失评价预报,水土保持效益评价,水土保持规划与设计,灾害性水土流失预警。

(3) 多种形式。物理过程模型,数理统计模型,土壤侵蚀评价与GIS的集成模型。 3、区域水土流失连续实时监测和快速调查

以已有的地面监测网络为基础,对重点地区的水土流失实施长期定位监测。同时,利用遥感技术开展区域水土流失的大面积连续实时监测和快速调查,为水土保持信息系统的建设提供连续的数据支持。

4、建立国家水土保持信息系统

建立国家水土保持管理信息系统的目的,是通过多种水土流失数据的集成与快速处理,为水土保持决策与科学管理提供信息服务和决策方案的支持,并促进实现水土保持信息化和现代化。系统由数据管理、文档文献管理、决策支持、规划设计、动态监测信息处理、辅助决策、数据通讯等7个功能子系统组成,具有信息服务、水土保持辅助决策、水土保持规划与设计和水土保持信息公告等功能。

3S技术是目前空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的主要手段。在水土保持与荒漠化防治中,遥感技术应用于水土流失及综合治理状况信息的获取;全球定位系统用于对遥感成果进行准确定位,并作为一种独立的数据源,针对小区域或突然的变化

及时更新数据库,广泛应用于水土保持生态环境建设中的水土保持规划设计、水土流失动态监测和水土保持信息系统;地理信息系统用于对遥感、全球定位技术提供的信息进行管理和分析,其软件不断更新,功能越来越完善,同时还可将遥感、地理信息系统结合起来,使水土保持规划设计、信息管理、水土流失动态监测更加方便高效;3S集成便于数据的实时处理,提高遥感分类精度,减少野外工作量,使工作更加方便,高效。在水土保持与荒漠化防治中,3S技术应用研究虽有一定进展,但还不能完全满足水土保持工作的需要,这方面的研究、实践有待进一步加强。

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