3S技术在水土保持与荒漠化防治中的应用

2021-04-10汤瑞

工程技术研究 2021年18期

汤瑞

安徽九凡工程设计咨询有限公司，安徽合肥 230000

随着水土流失和土地荒漠化问题的日益凸显及其范围的持续扩展，水土保持和荒漠化防治工作的开展迫在眉睫，但是要想取得良好的水土保持和荒漠化防治工作成果，还需要在该项工作的具体实施中，对相关先进技术进行合理应用。3S技术是现代化先进技术之一，将其有效应用于水土保持和荒漠化防治，有利于构建完善水土流失和荒漠化监测系统，为水土保持和荒漠化防治工作的高效开展提供指导，因此有必要针对3S技术在水土保持与荒漠化防治中的应用进行重点研究。

1 3S技术概述

3S技术是对地理信息系统（GIS），全球定位系统（GPS）和遥感技术（RS）的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通信技术相结合，多学科高度集成地对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。GIS的主要功能是利用计算机对输入的地理空间信息数据进行统计分析，通过GIS能够将输入的数据以地形图的形式展示，给人带来直观的视觉效果。GPS是一种能够实现定位与导航的系统，主要通过GPS卫星实现导航和定位功能，是目前国际上应用最为广泛的导航系统之一，能够全天候、实时提供导航定位服务，且定位精度相对较高。该系统分为军用和民用两个部分，民用部分主要用于大地信息测量以及导航定位等方面，对于水土保持与荒漠化防治也具有较高的适用性，是目前该领域所必须应用的技术。RS是一种综合性较强的现代测量技术，“遥感”二字顾名思义，是从距离较远处实现信息的获取，一般通过遥感卫星实现。RS具有高效快速提供信息的特点，可根据遥感卫星荷载的不同，提供不同的遥感数据，以便从不同角度反映出地球信息特点。3S技术利用三种技术之间相互依存、相互促进的关系，实现对地球信息的获取和应用。此外，随着对于获取地球信息需求的不断变化，3S技术的应用范围也在随之不断扩展，被广泛应用于各领域中，取得了良好的应用效果。

2 水土流失与荒漠化概述

2.1 概念

水土流失是指土壤在水流的冲击、浸泡作用下，出现的土壤沉积、运动等现象。在自然条件下，地表层土壤受到水流的作用影响较小，通常可通过自然风或其他自然作用保持土壤的均衡，水土流失现象发生较少。但是，由于人类对于大自然的开发利用，使地貌环境发生了较大程度的变化，严重影响了土壤的自然侵蚀速度，严重破坏了土壤平衡状态，长此以往造成了地表土壤松动问题，进而逐步形成水土流失现象。荒漠化是指在各种原因的影响下，原本干旱、半干旱以及亚湿润干旱地区的土地出现的退化现象。土壤荒漠化的成因包括自然原因和人为原因，自然原因是指长时间的干旱或风沙侵蚀，人为原因则是人类无节制的行为活动。

我国是土壤荒漠化较为严重的国家之一，在我国国土范围内，存在土壤荒漠化现象的省份多达18个，受荒漠化影响的土地面积达到国土面积的1/3以上，并且这一数据还在持续上升，严重影响了我国的土壤利用率，给自然环境带来了较大的威胁，影响了人们的正常生产生活。

2.2 现状

内蒙古自治区的水土流失和荒漠化现象较为严重，颇具代表性。由于地理环境和气候特点，水土流失和荒漠化现象较为常见，使内蒙古自治区成为我国水土流失与荒漠化重点观测和防治工作的重点区域。分析内蒙古自治区土地荒漠化的相关数据可知，其具有水土流失严重、土地荒漠化面积大、分布广、程度高的突出特点。内蒙古的土地荒漠化面积占总面积的比例达65%以上，高达12.16亿亩，且土地荒漠化的扩张速度达到近800m2/年。根据《全国荒漠化和沙化监测技术规定》中的等级划分标准，内蒙古地区的水土流失和荒漠化程度包含轻度、中度、重度和极重度四个等级，其占比分别为28.37%、39.68%、13.61%和18.34%。土地荒漠化给内蒙古自治区人民的正常生活带来了较为严重的负面影响，引发了人口迁移现象。

3 3S技术在水土保持与荒漠化防治中的应用

水土保持与荒漠化防治是我国当前环境治理工作中的一项重点工作，做好相关工作可以有效地促进我国包括农业、畜牧业、林业等在内的多种支柱性产业发展，从整体上提高我国人民的生活质量，增加国民生产总值。

3.1 GIS的应用

水土保持和荒漠化防治工作需要以相关地理信息数据作为基础，传统的数据采集方法一般依靠人工采集。但是，人工采集方式过多依赖人力，且信息获取的准确性和时效性较低，无法完全准确地反映出实际情况。同时，人工采集方式需要投入大量的人力、物力，且采集过程较为复杂，数据的更新速度无法满足要求。应用GIS对相关数据进行处理，可以利用软件自身所具有的功能，实现相关信息数据库的建立，进而通过数据生成精准的地理模型。同时，GIS对于数据的处理效率较高，最终形成的成像产品具有更好的直观性，为人们分析相关数据提供了方便。总体来看，GIS在荒漠化防治工作中具有三个突出特点：（1）能够实现数据的动态性分析，有利于研究土壤荒漠化的形成过程；（2）GIS具有综合性数据处理能力，能够完成数据采集、管理、分析以及数据输出；（3）GIS对于数据的处理效率较高，能够实现数据的采集、管理、分析以及数据输出，充分保证相关数据的利用效率。

将地理信息技术平台应用于水土保持和荒漠化防治工作的措施方法如下：对区域的地理信息进行采集、存储，叠加分析多重数据源，通过DEM、DRG实现高度配准，将所获取的数据信息进行相应的加工，添加其他附属信息，并将更新后的信息数据存入数据库中，进而根据前期的测量数据对土壤侵蚀程度进行分析，并制订针对性的治理方案予以控制，从而分析土壤流失可能带来的不良影响，明确不同土地利用类型。根据分析结果对水土流失治理效益进行评估，为后续的治理工作提供数据依据。充分利用前期所积累形成的数据，从多角度分析治理方案是否具有较高适用性，并在实际应用过程中逐步进行改进。GIS技术的应用还能够为水土资源保护提供长期信息依据，并为区域水土保护与资源管理部门提供战略调整的信息依据，水土保护与荒漠化防治需要区域合作，因此GIS技术平台的信息共享与技术互助也给各区域水土保持工作提供了更大的便利。

3.2 RS的应用

利用RS可以从更高维度上获取地理环境信息，进而获得更加全面的整体性数据。相较于以往的人工数据获取方式，利用RS进行地理信息数据获取准确性更高，同时数据的获取效率较高，摆脱了对于人力资源的依赖，还在一定程度上提高了信息获取的实时性，有效地促进了监测工作和防治工作间的紧密结合。近年来，RS广泛应用于水土保持和荒漠化防治工作中，从应用效果上来看，RS取得的效果与人工勘察方式的效果基本相同，但是在勘测的准确度上，RS的表现则更为突出。此外，由于遥感卫星的荷载不同，可以提供不同的基础数据，包括多光谱成像、红外成像、微波成像等数据，能够从多种角度反映出被观测地点的实际情况，根据不同的分析需求提供相应的数据，为后续工作提供依据。

3.3 GPS的应用

应用GPS能够帮助观测人员快速、准确地获取到土壤信息数据，同时能够提高数据信息获取的准确度。在数据的实际应用过程中，结合GPS提供的经纬度、高程信息等可以生成土地效果图，便于直观展示观测结果。此外，利用全球导航系统，显著增加了监测工作的时效性，相关人员可以从据此生成的观测数据中分析出水土流失的具体成因，判断是人为还是自然环境原因导致的，以便后续采取针对性措施予以防范。