大凌河流域水土保持信息管理系统构建

大凌河流域水土保持信息管理系统构建

水土流失是土壤侵蚀的重要原因，其特点是动态性和随机性。在综合处理和效率科学决策的过程中，需要强有力的空间决策支持工具，因此建立流域信息管理是必然趋势的。随着城市化进程加快和水土流失综合治理深入开展,水土流失动态监测工作迫在眉睫。通过动态监测,可以合理评价某一特定流域的治理效果,并深入分析其水土流失变化状况、演变规律及发展趋势,从而为以后水土保持综合治理和规划管理提供决策依据;水土保持规划及设计是进行流域水土流失综合治理的科学依据和前提,必须用系统思想和方法统观全局,统筹兼顾,以保持流域内农林牧各业协调发展,促进区域生态环境良性循环,实现总体效益最佳。3S技术在获取数据的实时性、连续性、快速性和数据处理的准确性、空间性以及为政府决策服务方面所体现的优越性是其他技术手段无法比拟的,这使其在水土保持方面的应用具有广阔的发展前景。3S技术不论是在水土保持应用上,还是从3S技术本身技术手段先进性和科学性方面都可以看出,3S技术应用研究是流域水土保持综合治理实现现代化的必要手段,也是辽西大凌河水土保持实现信息化的突破口。1建设节水管理体系1.1水土保持信息化数据库大凌河流域水土保持信息源分为地图信息、属性信息、影像信息和其他有关信息等4大类。地图信息主要包括1∶1万地形图、土壤图、植被图、水土流失图、地貌图及水系图等图形要素。属性信息如下。1)水土流失情况要素:不同时期水土流失地块分类、分级面积、水土流失强度及其影响因素,如母岩、地貌、植被等;2)水土保持情况要素:水土保持组织、水土流失治理投入情况、水土保持规划情况、流域重点项目、其他基本建设项目、陡坡种果、自然流失等的水土保持投入情况;3)社会经济要素:主要包括人口、各业产值及生活水平状况、土地利用情况等;4)自然条件:主要包括河流、水系、水库基本情况、降雨、气温等情况;5)影像信息:主要包括1987年、1995年、1998年、2000年、2002年大凌河流域影像图,水土保持录像及相片等;6)其他信息:包括以往水土保持成果和实施概况,与水土保持有关的法律、法规、政策、水土保持日常工作信息以及有关流域内水土保持工作主要文章、著作等。这些众多的信息采集、存储和查询工作量十分巨大,本系统建设为信息采集、整理建库提供有效的手段。数据库分为属性数据库和空间数据库,其中属性数据库按信息源又可分为编码属性库、日常管理辅助信息库、水土流失基本情况库、水土保持管理基本情况库、自然条件库、有关社会经济信息库、水土保持法律法规与科技文献库、水土保持图片与动态影像库8大类。1.2流域水土保持信息管理系统充分利用辽宁省朝阳市水务局现有网络资源,构造以大凌河流域水土保持为中心,联结流域内各个县市区水保局的管理信息系统,实现全流域水土保持信息资源共享及动态更新、动态管理和动态监督。2收集和研究土壤保护信息2.1水土保持管理系统基础资料调查内容包括2大方面:一是通过对政府投资治理地块的调查,合理评估大凌河流域实施水土流失综合治理以来的治理成效;二是查明各个级别和各种类型的水土流失面积及其分布现状,作为大凌河流域水土保持管理信息系统本底数据。具体如下。1)各级政府投资治理水土流失地块现状及效益调查:水土保持发展过程调查、投资治理地块调查、治理经验总结归纳。2)大凌河流域2002年水土流失现状调查:流域内2002年的水土流失面积、水土流失强度分布情况和水土流失类型分布。2.2野外调查方法资料收集包括图件和文字材料。图件主要包括1∶1万、1∶5万地形图,1∶5万大凌河流域1987年和2002年遥感调查成果图,1∶5万大凌河流域2002年水土流失现状图,1∶5万大凌河流域1987年、2002年水土保持规划图等。文字材料主要包括1987年大凌河流域水土保持规划、2000年和2002年流域水土保持规划、各年度水土流失治理计划、水土流失治理验收材料及其他各种专业规划等。调查方法主要采用抽样实地调查,对各治理水土流失的地块数按比例抽取。野外调查利用典型地物点和GPS进行定位。调查首先确定治理地块保存情况,其次对生物措施(主要检查植物保存率、植物长势和植被郁闭度)和工程措施(工程措施的保存率和应用现状)进行勘察。3水库保护管理系统的结构特点3.1措施规划与配置和效益评价与预测系统主要是在Foxpro数据库环境基础上运行的,主要由3部分模块组成:基于Foxpro数据库管理系统的属性数据库和数据管理模块;基于ViewGIS地理信息系统的属性数据库和数据管理模块;利用C语言、VB语言等计算机语言开发的措施规划与配置和效益评价与预测模块(图1)。系统通过良好的中文人机菜单界面,为使用者带来极大方便,便于应用和推广。经实际应用证明具有如下特点:1)属性和图形图像数据库能实现对各流域内,各小流域的属性数据、图形图像数据的高效管理和操作;2)具有优良的应用软件包支持系统,能支持动态规划、灰色系统关联分析和预测、常规国标法效益评价与预测等应用软件,可实现对各小流域土地利用规划、治理措施优化配置和调控,以及治理效益评价和预测;3)具有强有力的图形图像、数表和文字输入、输出打印功能,可以输出流域内,土地利用现状图、水土保持措施规划设计图、水土保持措施配置竣工图、流域地形图、土壤类型图等专题图和图片。3.2实验数据数据库的建立系统界面主要由Foxpro界面、ViewGIS界面与措施规划配置效益评价预测界面3部分组成。Foxpro界面主要通过流域及小斑调查数据输入与降雨等实验数据输入,建立相应的数据库,并通过报表生成模块,实现属性数据查询报表输出。ViewGIS界面的GIS地理信息数据库包括空间属性数据与空间图形图像数据的输入,并通过图形图像数据输出模块可对其进行查询输出。措施规划配置效益评价预测界面主要包括条件选择输入与措施规划及效益评价预测结果输出两部分,通过条件选择并结合Foxpro界面与ViewGIS界面中的数据库,建立相应的模型后,使措施规划与评价预测结果输出。4水土保持监测的应用前景随着水土保持生态环境建设和监测工作的深入开展,RS与GIS及相关技术(GPS)在水土流失监测和土壤侵蚀本底数字化基础资料库的建立和更新、水土保持规划设计及评价、土壤侵蚀跟踪监测、水土保持监督执法、土壤侵蚀和面源污染预测预报、水土保持生态建设效益评价、水土保持项目和工程评估等方面有广泛的应用前景,将会推动水土保持管理和科研水平的全面提高。4.1水土流失现状调查水土流失动态监测能够为水土保持管理决策提供最重要的基础资料,是现代水土保持管理工作的重要组成部分之一。通过遥感调查,可以实现以较低的成本,快速清查较大范围的水土流失状况,了解宏观区域的水土流失的分布状况、特点和发展趋势。按照《中华人民共和国水土保持法》和《水土保持生态环境监测网络管理办法》规定,对流域内县市区水土流失状况进行定期监测。在RS技术支持下,利用ARC/INFO软件和GPS,在原有土壤侵蚀数据库的基础上准确、高效、快速地实现变更调查。4.2从地层分析角度在对流域内水土流失、土地利用、地形地貌、水文、地质、社会经济特点等基础资料的支持下,GIS系统提供的数据库,能够使水土保持管理部门及时了解流域内每一地块的所有属性;而地学分析功能则可以提供各级行政、流域单元、各个层面(如某种侵蚀强度、土地利用类型、各种自然资源分布专业图、流域综合治理等)的分类统计资料和有关属性因子之间的关系。这些统计资料和定量分析都与数据库中的空间属性相关联,在GIS系统制图功能的支持下,可以根据需要,方便地为水土保持规划提供各种专题图、演示图和相应报表。4.3应用新技术的水土保持监督检查利用GIS系统建立监督管理地域数据库,可以与GPS系统集成,在数字电子地图上,实时显示管理地域的每一个特征点、线、面的属性和监督人员所处地理位置,有利于监督人员对水土保持方案的监督检查工作,可准确确定违法行为的范围及危害情况。随着数字化进程的发展,水土保持定时监测可以发展到实时监测,对水土保持监督执法工作将起到更大的作用。开展水土保持公众宣传和执法监督一样,是现代水土保持的重要工作之一。在3S技术的支持下,可以将获得的数字化资料、图像,经过内部格式化,以各种形式向上级、专家汇报和向社会展示。集成了演示功能的GIS系统,将会方便地查询和分析信息形象展示给观众,有利于推动水土保持工作的社会化进程。4.4水土保持监测网络建设贯彻水土保持“预防为主”的方针,利用详尽准确的土壤侵蚀数字化资料库,在重点侵蚀区和小流域治理区,大力开展土壤侵蚀和面源污染预测预报工作,加强水土保持监测网络建设,以遥感、全球定位系统和地理信息系统技术应用为突破口,对流域内的江河以及各种开发建设项目的土壤侵蚀状况,进行长期监测,并定期向社会公告,扩大水土保持管理的环境效益和社会影响。4.5水土保持合作治理模型分析水土保持植物、工程措施的设计和配置,可以利用3S技术提高科学性和效益。利用小流域土壤侵蚀和面源污染的预测模型,能够应用GIS系统模拟和分析各种流域治理的方案及措施;不同空间配置的中、长期生态效益和经济效益,为水土保持建设管理服务。通过生物、工程和农业耕作措施来截持降雨,拦蓄坡面径流,减少和调节地表径流,防止土壤侵蚀,调节和减少洪峰流量以及改善水质等。4.6工程主要影响因素利用动态监测资料,可以反映实施水土保持项目、建设水土保持工程后的不同区域或局部土壤侵蚀程度、植被覆盖度、生长状况、土壤水涵养状况、泥沙淤积状况、水体质量变化等参数。依靠相应的模型和GIS系统,为项目和工程评估服务。4.7经济效益分析系统在辽宁省朝阳市国家水土保持重点治理区工程建设中的应用,取得了显著的经济、生态和社会效益,利用该系统规划、治理、开发的典型流域人均产粮由1992年的497.5kg提高到1999年的850kg,净增70.9%;人均收入达到1663元,较治理前增长了2.7倍;蓄水、保土效益分别达到65%和80%;植被覆盖率由14.1%提高到42.3%。据统计预测,与未采用该系统规划治理的流域相比,该系统仅在朝阳市国家重点治理区工程建设中应用,累计可增加产值1.16亿元。通过该系统的研究、应用与开发,极大地提高了朝阳市水土保持区域治理与农业经济开发的科技水平,对高标准、高效益、高科技含量地治理和开发利用山区农业资源具有重要指导意义。5gis的空