基于3S技術的小流域水土保持生態監測要點分析

摘要：隨著社會經濟的快速發展，我國很多地區水土流失，導致生態環境惡化、土壤結構破壞，這成為限制農業乃至社會發展的重要瓶頸。為了加強3S技術在水土保持動態監測中的應用效果，技術人員要根據具體監測區域實際，科學使用3S技術，全面掌握3S技術的應用方式，制定更加有效的動態監測方案。為此，以3S技術功能為切入點，從多方面闡述了基于3S技術的小流域水土保持生態監測要點。旨在通過合理布設監測站點，精確采集各類土壤侵蝕數據，以全面彰顯其綜合效益。

關鍵詞：3S技術"小流域"水土保持"生態監測"數據采集

Analysis"of"Key"Points"for"Ecological"Monitoring"of"Soil"and"Water"Conservation"in"Small"Watersheds"Based"on"3S"Technology

LUOYang

Ganzhou"Institute"of"Water"Resources"and"Electric"Power"Investigation"and"Design，"Ganzhou，"Jiangxi"Province，"341000"China

Abstract："With"the"rapid"development"of"the"social"economy，"soil"erosion"in"many"regions"of"China"has"led"to"the"deterioration"of"the"ecological"environment"and"the"destruction"of"soil"structure，"which"is"an"important"bottleneck"restricting"agricultural"and"even"social"development."In"order"to"enhance"the"application"effect"of"3S"technology"in"dynamic"monitoring"of"soil"and"water"conservation，"technicians"should"scientifically"use"3S"technology"based"on"the"actual"monitoring"area，"comprehensively"master"the"application"methods"of"3S"technology，"and"formulate"more"effective"dynamic"monitoring"plans."Therefore，"taking"the"functions"of"3S"technology"as"the"starting"point，"the"key"points"of"ecological"monitoring"of"soil"and"water"conservation"in"small"watersheds"based"on"3S"technology"are"elaborated"from"various"aspects."It"aims"to"comprehensively"demonstrate"its"comprehensive"benefits"by"reasonably"setting"up"monitoring"stations"and"accurately"collecting"various"soil"erosion"data.

Key"Words："3S"technology;"Small"watershed;"Soil"and"water"conservation;"Ecological"monitoring;"Data"collection

當前，我國自然條件下的土壤侵蝕問題愈發突出，這種不平衡狀態不僅嚴重影響了當地的林業、農業和畜牧業發展，導致生態環境遭受破壞，制約了區域經濟發展，還產生了大量淤泥等雜質，在一定程度上削弱了水庫的調蓄能力，加劇了河流洪澇災害的風險。在此背景下，為了深入掌握土壤侵蝕狀況的自然演變規律及其與氣候變化的相互作用機制，需借助3S技術對小流域水土保持生態監測，并采取科學有效的防治措施對土壤侵蝕進行持續監測與治理。

1"3S技術的功能

3S技術具體指地理信息系統（Geographic"Information"System，GIS）、遙感（Remote"Sensing，RS）技術與全球定位系統（Global"Positioning"System，GPS），其在信息化社會中扮演著數字化生產核心環節的角色。這3項技術的聯合運用能夠充分發揮各自的技術優勢，形成強大的綜合應用能力。通過GPS和RS技術，可以精準地獲取小流域范圍內的空間信息；GIS技術則能夠對這些信息進行科學地分類、深入地分析、有效地存儲。最終，這些處理后的信息將以數字或圖形的方式直觀呈現，為水土保持生態監測的決策者提供有力的科學依據[1]。

1.1數據采集與輸入

在GIS平臺的強大支撐下，野外調查數據和圖紙資料能夠被高效地轉化為具有精確地理位置信息的數字地圖。這一過程依賴計算機技術的強大處理能力，將原始的、非結構化的數據轉化為計算機可識別、可處理的結構化數據，為后續的數據分析和應用奠定堅實的基礎。通過巧妙地利用GIS技術，可以成功將實地調查和圖紙資料轉化為數字地圖，從而為基于3S技術的小流域水土保持生態監測提供寶貴的數據資源。

1.2"數據處理、存儲與轉換

當數據被錄入計算機后，GIS系統能夠智能地解析命令，敏銳地發現數據中的潛在問題，并及時提示用戶進行必要的修正。經過修正的數據將被妥善地保存到數據庫中，以確保其安全性和可訪問性。由于數據來源的多樣性，所以，數據預處理成了一個不可或缺的環節。例如：通過RS技術獲取的影像數據可以采用Excel等通用格式進行存儲，并與GPS數據相結合，通過專業軟件，將其轉化為具有精確空間坐標的矢量數據。此外，還可以將遙感影像與GPS數據進行深度融合，從而更加直觀地展示特定坐標系下的地表影像細節，為水土保持生態監測提供更加精確、直觀的信息支持。

2"基于3S技術的小流域水土保持生態監測要點

在農田項目運營期間，為了提升單位面積農作物的產量與品質，常發生過度施用化肥和化學農藥現象，導致土壤理化性質發生顯著改變，還使土壤硬化、肥力逐漸衰退。加之雨水沖刷，地表肥沃土壤大量流失，土壤侵蝕問題愈發嚴峻[2]。

2.1"監測籌備階段

在小流域水土保持生態監測工作前，需要完成計算機輔助設備的研發任務，以強化信息資料的高效搜集與整理能力。在硬件配置上，需要確保設備具備出色的計算能力，以滿足高負荷圖形處理任務的需求。具體配置要求包括電腦內存不低于128"MB、硬盤容量超過20"G、顯示屏尺寸至少為17英寸。在軟件選用上，采用Arcview軟件進行數據處理，并搭載Windows操作系統。在信息數據采集環節，應優先采用最新的TM遙感圖像數據，并同步收集與之相關的地形圖、多種比例尺的水土保持圖、土地利用現狀圖、林業圖、地質圖、氣候圖及一系列文本資料。水土保持監測工作具有系統性與專業性，其實施過程中必須配備高水平的專業技術人員，他們不僅需要精通水土保持領域的專業知識，還需熟練掌握遙感技術、地質地形地貌分析、土壤地理信息系統應用與計算機操作技能[3]。

2.2"確立解譯標識

在采用3S技術對小流域水土保持生態監測的過程中，不同地域的地質地貌特征、土壤利用模式與植被覆蓋狀況均展現出各自獨特的光譜響應，并在遙感圖像上形成了各異的地貌輪廓、色彩分布與紋理細節。依據相關行業標準與TM遙感影像的固有特性，通過系統收集與分析地質地貌的多樣信息，可以構建起土壤侵蝕關鍵影響因素與遙感圖像特征之間的映射關系。

2.2.1"地質地貌解譯

地質地貌解譯是對圖像上的巖石紋理與顏色密切相關進行解譯。例如：巖石在圖像上普遍顯示為灰色調，而在春、秋季節，受光照條件和植被覆蓋變化的影響，巖石色彩可能轉變為白色或淺黃色；山區地形在圖像上呈現出顯著的紋理差異，邊緣輪廓清晰，脊線與溝谷的界線分明，明暗對比強烈，且色彩保持相對一致性；在山區向平原的過渡區域，圖像上常出現不規則的黃白交錯圖案，以及由地形變化引起的圖像分割現象；相比之下，平原地形顯得更為開闊，地表平坦，紋理結構相對簡單。

2.2.2"土壤利用解譯

土壤利用解譯主要依據季節性的植被覆蓋及農作物生長情況來進行土壤分析。一般而言，在春季，土壤在圖像上呈現灰色調；在夏季，土壤則因植被生長旺盛而轉為紅色。在特定區域，如旱季，土壤顯示為灰色，進入夏季后則轉變為紅色或粉色，且邊緣清晰，紋理細膩。在春、秋季節，這些區域的土壤可能呈現出暗灰色或紅色，并可觀察到如碗狀等特定的紋理特征。

2.2.3"植被覆蓋解譯

植被覆蓋解譯?是指通過RS技術對地表植被覆蓋情況進行定量和定性的分析和解釋。根據植被覆蓋程度的不同，圖像上展現出多樣的色彩與紋理特征。例如：某項目中，當植被覆蓋度超過75%時，圖像呈現均勻的深紅色調；當植被覆蓋度在60%～70%之間時，圖像為深紅色但帶有一定的鮮艷度；當植被覆蓋度在45%～60%之間時，圖像出現條紋狀或斑塊狀色彩，以中紅或亮紅色為主，并伴有黃色斑點與細微的紋理切割痕跡；當植被覆蓋度在30%～45%時，圖像顯示不規則形狀的陰影區域，色彩相對均衡，以黃色或黃白色為主，且紋理切割痕跡增多；當植被覆蓋度低于30%時，圖像上呈現黃、黃白及紅色斑點，形狀極不規則[4]。

2.3"實驗驗證與結果分析

為了檢驗所提出的小流域水土保持生態監測方案的精確性，本文針對監測斷面優化的實驗被設計并實施，對水文、水環境及水生態三大驗證性評價指標進行一致性驗證，以評估監測結果的差異性。

2.3.1"實驗環境搭建

選取某地作為研究區域，利用3S技術進行土壤－水文－生態綜合容量的觀測，以驗證該模型在土壤－地下水－植被生態系統中的實際應用效果。該區域是一個由支流村溪組成的小型流域，流域總長達104.17"km，總面積為1067.46"km2，均屬于山地型水系，在洪水季節易發生洪澇災害，河道不同部位的生態環境存在差異。在布設監測斷面時，需根據空間分布和生態類型均衡地配置各類監測斷面。表1是監測斷面數據選取的依據表。

在實際監測過程中，需要根據數量變化進行適當調整，以確保環境監測系統的穩定運行。同時，需要合理控制運維成本，全面統計網絡監測成果，并持續優化監測網絡覆蓋的區段。通過對實測數據的統計分析，項目采用平均偏離度法，將斷面數據與總體成果相結合，作為解析指標，對小流域進行分類。在洪水監測中，若需要對該區域洪水進行綜合評估，則可以根據已有的降雨和水位數據，采用區劃方法分區預測，得出最終預報值[5]。

2.3.2"研究成果與解析

根據小流域生態承載力評價結果，對監測斷面進行聚類分析，得出各監測斷面的聚類結果（見表2）。其中，甲地、D地和E地均被歸類為一類地區，具有較高的工業結構和生態特征；B區和C區則屬于同一類型，由于這兩個監測點均位于主河道上且距離較近，所以，在實際上，其水電設施和土地利用方式相同。

為了優選監測方案，選取了水文、水環境和水生態3項評價指標進行評估。本文對這3項評價方法進行了一致性校驗，并在α=0.03的顯著性水平下進行驗證。平均值的計算方法為

本文對這3項指標的平均值進行了計算，詳細結果見表3。

從表3中可以看出，3項指標的平均值均小于2.0，表明優化后的數據無顯著差異。這說明各監測斷面各項指標數據的取樣差異較小，保證了數據的一致性。

3"結語

綜上所述，本文對小流域各類型區的生態環境承載能力進行了綜合評價。通過采取治理農業污染、控制污水排放等措施，增強了土壤和地下水的保護力度，從而有效改善了當地的生態環境。通過優化監測方案，在降低費用的同時，實現了更全面的監測成果，實現了小流域水環境的有效配置。本項目的研究成果為我國小流域水土氣耦合系統的研究與開發提供了堅實的理論基礎。

參考文獻

[1]王波，吳嘉琪.基于3S技術的小流域水土保持生態監測方法[J].山西水土保持科技，2024（3）：48-51.

[2]彭文杰，秦曉蕾，廖凱濤，等.淺談3S技術在水土流失動態監測中的應用[J].江西水利科技，2023，49（4）：307-312.

[3]杜璇.3S技術在水土保持動態監測中的應用[J].化工設計通訊，2022，48（10）：174-176.

[4]荊亞翡，幸萌.農田水土流失定量監測中“3S”技術的應用探討[J].農業工程技術，2020，40（36）：61-63.

[5]王冬，楊學志，董張玉，等.基于3S技術的磨子潭水土流失動態監測研究[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2020，43（8）：1052-1058.