城市水土保持信息化建設關鍵技術研究

沈杰

（浙江元坤工程咨詢有限公司，浙江 舟山 316200）

1 引言

水土流失是由于人為因素或自然因素引發的土壤與水分流失的現象，導致雨水無法就地消納，對土壤產生了沖刷。導致水土流失的主要原因在于植被破壞、土地利用不當、地面坡度大、耕作不合理、過度放牧、土質松散等[1]。在新時代城市建設中，人們愈發重視水土保持工作，且初見成效，水土流失面積逐漸縮小。伴隨科技的發展，城市水土保持工作步入信息化建設階段，以技術為驅動力提高水土保持工作效果。

2 我國水土流失情況分析

相關部門對2017—2020 年全國水土流失面積變化進行了統計，如圖1 所示。由圖1 可知，2020 年我國水土流失面積為2.692 7×106km2，相較于2019 年減少了0.67%，其中，水力侵蝕面積、風力侵蝕面積分別為1.12×106km2、1.572 7×106km2。

圖1 2017—2020 年全國水土流失面積

各種侵蝕現象是導致水土流失的主要原因，故在水土保持工作開展期間，應針對侵蝕問題制訂行之有效的應對方案，結合侵蝕強度確定水土保持工作的重點。從侵蝕強度方面來看，主要分析5 個層次，強度由大到小依次為劇烈（在我國的侵蝕面積為1.705 1×106km2）、極強烈（4.630×105km2）、強烈（2.039×105km2）、中度（1.534×105km2）、輕度（1.673×105km2）。為了更好地開展水土保持工作，還需要明確我國水土保持區劃一級區水土流失面積及占比情況，以此定位水土保持工作重點。

3 水土保持信息化建設涉及的關鍵技術

3.1 數據安全技術

水土保持工作涉及多個部門，提供依據，水土保持數據在使用期間在不同用戶中流轉，因此，涉及數據安全問題，如數據丟失、數據篡改等，因此，在城市水土保持管理期間，必須做好數據安全管理工作。

在水土保持信息化建設中，應用到的數據安全技術主要包括：（1）IDS 網絡入侵檢測系統，是能夠對水土保持信息系統受到的入侵行為或數據惡意使用行為做出處理，當非授權行為發生后，可以實現快速響應的計算機技術，能夠及時向管理人員發出警報。（2）防火墻技術。水土保持信息化建設期間必須做好防火墻部署，當第三方體突破或入侵常規的權限中時，防火墻能夠通過權限控制強化數據安全性，防止關鍵數據被惡意訪問，抵御漏洞攻擊。（3）存儲加密技術。水土保持數據未處于使用狀態時存儲于數據庫內，為保障其安全性，應借助存儲加密技術為水土保持數據提供全方位的安全保護。存儲加密技術在實際應用期間，應做好權控技術與加密技術的整合，并保障加密數據的快速檢索功能。

3.2 圖庫一體化技術

水土保持信息化建設的目的之一在于提高管理效率，保障作業質量，便于相關人員查詢、應用水土保持信息，為確保水土保持信息數據能夠滿足不同用戶的需求，應在水土保持信息化建設期間融入圖庫一體化技術，將水土保持圖片影像、數據信息、地理區域進行關聯，以地理區域地圖與影像圖片為基礎，將水土保持數據信息添加其中，同時輔以表格形式，以此實現水土保持工作的圖文互訪可視化綜合管理，為水土保持工作的高效高質量實施奠定基礎。

3.3 自動監測技術

3.3.1 氣象數據監測

氣象數據屬于水土保持監測工作的基本內容，需運用自動監測技術采集氣溫、降雨、氣壓水汽壓、草地溫度、地表溫度、露點溫度等數據，為水土保持工作的開展提供數據支持[3]。從自動氣象監測系統角度來看，其由存儲系統、微控制系統、傳感系統、供電系統、通信系統構成。傳感系統可將采集到的氣象要素轉化為信息系統可識別的格式，在微控制系統作用下，能夠根據數據采集成果展開量化處理與線性分析，同時轉換工程量，并篩分數據，以此得出各區域的氣象要素信息。完成數據采集與要素轉換后，需將其傳輸至存儲系統內。此外，在該氣象數據監測技術應用下，還可結合現實需求繪制氣象數據報表，并實現遠程監控，以先進技術為驅動提高氣象數據監測精度，為水土保持工作的開展提供良好依據。

3.3.2 土壤水分監測

通過土壤水分監測可得出土壤含水量指標，土壤含水量是水土保持工作的重要指標，可影響土壤蒸發率、降水入滲率、土壤侵蝕程度及坡面產流情況。在土壤含水量指標監測期間，最為常用的儀器設備為TDR 土壤水分數據采集儀，借助該儀器設備可直接了解土壤的含水量，主要借助不同含水量條件下的土壤導電性進行判斷分析，依靠時域反射原理完成土壤水分的數據采集工作。土壤含水量較高時，其導向性隨之提升，儀器發射出來的電磁波則表現出較快的傳播速度，此時可借助控制器采集電磁波傳播延時長短，以此為依據得出土壤介電常數，在此基礎上繪制土壤水分與介電常數間的關系曲線，繼而得出土壤含水量數據。

3.3.3 水文水質監測

水文水質數據是開展水土保持工作的重要依據之一，在信息化時代背景下，可采用自動監測技術采集水文水質數據，如水溫、pH 值、電導率、溶解氧、泥沙含量、流量、水位及濁度等。完成上述參數的采集工作中，可通過無線+有線的方式將數據快速傳輸至信息系統內，以此確保水文水質數據能夠得到充分利用。

3.4 數據庫技術

數據庫技術是水土保持信息化建設的關鍵技術，為保障數據庫搭建效果，應盡可能保障數據模型的規范性及可靠性，構建完整的數據邏輯。對于數據庫，其數據主要來源于水土保持與自動監測技術，數據信息完成采集后會直接被傳輸至數據庫，故在搭建數據庫時，應做好數據庫與信息系統、數據采集監測系統間的關聯工作，以此確保數據庫內存儲的數據具有真實性、時效性特點。在水土保持數據庫中，最為常用的數據表為土壤水分數據表、氣象監測數據表及系統日志表。

4 水土保持信息化系統整體建設思路

4.1 規劃部署

伴隨水土流失治理工作的持續推進，為保障水土保持工作實效，需將先進技術融入水土保持工作體系中，以當地水土保持工作進展情況進行統籌管理，實現全區域覆蓋。為保障水土保持信息化建設效果，應使信息系統對接當地智慧水務規劃部署，從監督監管、保持預防、流失治理、動態監測等方面入手，以此保障水土保持信息系統的功能性及應用效果。

4.2 建設原則

水土保持信息化系統建設應符合當地的實際情況，并遵循以下原則：（1）兼容互通。做好水土保持工作與其他政務的協同關聯，如行政審批、住建規劃、環境保護、自然資源、發展改革等，確保水土保持信息系統能夠兼容不同數據接口，實現業務關聯，構建兼容互通式的水土保持信息化系統。（2）信息共享。以空間數據底圖為依據，整合水土流失、土地利用、擾動圖斑、水土保持實施圖斑、水土流失監測等信息，在此基礎上做好集成展示工作，在特定業務領域中實現數據共享，使水土保持工作能夠持續高效推進。（3）功能全面。信息化建設工作應涵蓋水土保持工作的所有內容，應具有監督審批、水土流失治理、文件流轉、信息查詢發布等功能，并保障各功能均可流暢進行。

4.3 系統框架

水土保持信息化建設期間應構建一個兼容互通、信息共享的網絡，統一空間基準，明確地理空間位置，做好信息整合，同時結合實際需求搭建專項數據庫，同時關聯相關政務工作，以此確保所建設的水土保持系統能夠切實發揮其價值。

圖2為典型的水土保持信息化建設框架，結合圖1 可見，可將其分為“一張網”“一張圖”“一個庫”與應用服務。其中，“一張網”主要是指健全網絡規劃，在物聯網、移動互聯網的作用下實現不同主體的關聯銜接，為水土保持信息數據的兼容互通與共享奠定基礎?！耙粡垐D”是指依靠“天地圖”、遙感圖像獲得準確的水土保持現狀情況，確定坐標系，并在此基礎上明確棄渣場范圍、擾動圖斑范圍、生態清潔小流域、水土保持監測站點等情況，以此實現統一管理。“一個庫”是指搭建異構、多元、海量的專項和數據庫，做好水土保持信息數據的整合管理工作，使影像、柵格、矢量、圖片、視頻均可得到良好的存儲。應用服務主要為保障水土保持信息化系統的監督監管、審批決策等工作。

圖2 水土保持信息化建設框架

5 結語

綜上所述，我國水土流失面積伴隨水土保持工作的持續推進而逐漸減少，但仍需加大水土保持管控力度，在當前時代背景下，可將先進技術融入城市水土保持工作中，構建水土保持信息化系統，從不同角度入手，搭建完整的水土保持信息化框架，并以技術為驅動逐漸健全水土保持信息化系統功能，盡可能提升其應用實效，保障水土保持工作能夠高質量推進。