基于3S技术的小流域水土保持生态监测要点分析

摘要：随着社会经济的快速发展，我国很多地区水土流失，导致生态环境恶化、土壤结构破坏，这成为限制农业乃至社会发展的重要瓶颈。为了加强3S技术在水土保持动态监测中的应用效果，技术人员要根据具体监测区域实际，科学使用3S技术，全面掌握3S技术的应用方式，制定更加有效的动态监测方案。为此，以3S技术功能为切入点，从多方面阐述了基于3S技术的小流域水土保持生态监测要点。旨在通过合理布设监测站点，精确采集各类土壤侵蚀数据，以全面彰显其综合效益。

关键词：3S技术"小流域"水土保持"生态监测"数据采集

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

当前，我国自然条件下的土壤侵蚀问题愈发突出，这种不平衡状态不仅严重影响了当地的林业、农业和畜牧业发展，导致生态环境遭受破坏，制约了区域经济发展，还产生了大量淤泥等杂质，在一定程度上削弱了水库的调蓄能力，加剧了河流洪涝灾害的风险。在此背景下，为了深入掌握土壤侵蚀状况的自然演变规律及其与气候变化的相互作用机制，需借助3S技术对小流域水土保持生态监测，并采取科学有效的防治措施对土壤侵蚀进行持续监测与治理。

1"3S技术的功能

3S技术具体指地理信息系统（Geographic"Information"System，GIS）、遥感（Remote"Sensing，RS）技术与全球定位系统（Global"Positioning"System，GPS），其在信息化社会中扮演着数字化生产核心环节的角色。这3项技术的联合运用能够充分发挥各自的技术优势，形成强大的综合应用能力。通过GPS和RS技术，可以精准地获取小流域范围内的空间信息；GIS技术则能够对这些信息进行科学地分类、深入地分析、有效地存储。最终，这些处理后的信息将以数字或图形的方式直观呈现，为水土保持生态监测的决策者提供有力的科学依据[1]。

1.1数据采集与输入

在GIS平台的强大支撑下，野外调查数据和图纸资料能够被高效地转化为具有精确地理位置信息的数字地图。这一过程依赖计算机技术的强大处理能力，将原始的、非结构化的数据转化为计算机可识别、可处理的结构化数据，为后续的数据分析和应用奠定坚实的基础。通过巧妙地利用GIS技术，可以成功将实地调查和图纸资料转化为数字地图，从而为基于3S技术的小流域水土保持生态监测提供宝贵的数据资源。

1.2"数据处理、存储与转换

当数据被录入计算机后，GIS系统能够智能地解析命令，敏锐地发现数据中的潜在问题，并及时提示用户进行必要的修正。经过修正的数据将被妥善地保存到数据库中，以确保其安全性和可访问性。由于数据来源的多样性，所以，数据预处理成了一个不可或缺的环节。例如：通过RS技术获取的影像数据可以采用Excel等通用格式进行存储，并与GPS数据相结合，通过专业软件，将其转化为具有精确空间坐标的矢量数据。此外，还可以将遥感影像与GPS数据进行深度融合，从而更加直观地展示特定坐标系下的地表影像细节，为水土保持生态监测提供更加精确、直观的信息支持。

2"基于3S技术的小流域水土保持生态监测要点

在农田项目运营期间，为了提升单位面积农作物的产量与品质，常发生过度施用化肥和化学农药现象，导致土壤理化性质发生显著改变，还使土壤硬化、肥力逐渐衰退。加之雨水冲刷，地表肥沃土壤大量流失，土壤侵蚀问题愈发严峻[2]。

2.1"监测筹备阶段

在小流域水土保持生态监测工作前，需要完成计算机辅助设备的研发任务，以强化信息资料的高效搜集与整理能力。在硬件配置上，需要确保设备具备出色的计算能力，以满足高负荷图形处理任务的需求。具体配置要求包括电脑内存不低于128"MB、硬盘容量超过20"G、显示屏尺寸至少为17英寸。在软件选用上，采用Arcview软件进行数据处理，并搭载Windows操作系统。在信息数据采集环节，应优先采用最新的TM遥感图像数据，并同步收集与之相关的地形图、多种比例尺的水土保持图、土地利用现状图、林业图、地质图、气候图及一系列文本资料。水土保持监测工作具有系统性与专业性，其实施过程中必须配备高水平的专业技术人员，他们不仅需要精通水土保持领域的专业知识，还需熟练掌握遥感技术、地质地形地貌分析、土壤地理信息系统应用与计算机操作技能[3]。

2.2"确立解译标识

在采用3S技术对小流域水土保持生态监测的过程中，不同地域的地质地貌特征、土壤利用模式与植被覆盖状况均展现出各自独特的光谱响应，并在遥感图像上形成了各异的地貌轮廓、色彩分布与纹理细节。依据相关行业标准与TM遥感影像的固有特性，通过系统收集与分析地质地貌的多样信息，可以构建起土壤侵蚀关键影响因素与遥感图像特征之间的映射关系。

2.2.1"地质地貌解译

地质地貌解译是对图像上的岩石纹理与颜色密切相关进行解译。例如：岩石在图像上普遍显示为灰色调，而在春、秋季节，受光照条件和植被覆盖变化的影响，岩石色彩可能转变为白色或浅黄色；山区地形在图像上呈现出显著的纹理差异，边缘轮廓清晰，脊线与沟谷的界线分明，明暗对比强烈，且色彩保持相对一致性；在山区向平原的过渡区域，图像上常出现不规则的黄白交错图案，以及由地形变化引起的图像分割现象；相比之下，平原地形显得更为开阔，地表平坦，纹理结构相对简单。

2.2.2"土壤利用解译

土壤利用解译主要依据季节性的植被覆盖及农作物生长情况来进行土壤分析。一般而言，在春季，土壤在图像上呈现灰色调；在夏季，土壤则因植被生长旺盛而转为红色。在特定区域，如旱季，土壤显示为灰色，进入夏季后则转变为红色或粉色，且边缘清晰，纹理细腻。在春、秋季节，这些区域的土壤可能呈现出暗灰色或红色，并可观察到如碗状等特定的纹理特征。

2.2.3"植被覆盖解译

植被覆盖解译‌是指通过RS技术对地表植被覆盖情况进行定量和定性的分析和解释。根据植被覆盖程度的不同，图像上展现出多样的色彩与纹理特征。例如：某项目中，当植被覆盖度超过75%时，图像呈现均匀的深红色调；当植被覆盖度在60%～70%之间时，图像为深红色但带有一定的鲜艳度；当植被覆盖度在45%～60%之间时，图像出现条纹状或斑块状色彩，以中红或亮红色为主，并伴有黄色斑点与细微的纹理切割痕迹；当植被覆盖度在30%～45%时，图像显示不规则形状的阴影区域，色彩相对均衡，以黄色或黄白色为主，且纹理切割痕迹增多；当植被覆盖度低于30%时，图像上呈现黄、黄白及红色斑点，形状极不规则[4]。

2.3"实验验证与结果分析

为了检验所提出的小流域水土保持生态监测方案的精确性，本文针对监测断面优化的实验被设计并实施，对水文、水环境及水生态三大验证性评价指标进行一致性验证，以评估监测结果的差异性。

2.3.1"实验环境搭建

选取某地作为研究区域，利用3S技术进行土壤－水文－生态综合容量的观测，以验证该模型在土壤－地下水－植被生态系统中的实际应用效果。该区域是一个由支流村溪组成的小型流域，流域总长达104.17"km，总面积为1067.46"km2，均属于山地型水系，在洪水季节易发生洪涝灾害，河道不同部位的生态环境存在差异。在布设监测断面时，需根据空间分布和生态类型均衡地配置各类监测断面。表1是监测断面数据选取的依据表。

在实际监测过程中，需要根据数量变化进行适当调整，以确保环境监测系统的稳定运行。同时，需要合理控制运维成本，全面统计网络监测成果，并持续优化监测网络覆盖的区段。通过对实测数据的统计分析，项目采用平均偏离度法，将断面数据与总体成果相结合，作为解析指标，对小流域进行分类。在洪水监测中，若需要对该区域洪水进行综合评估，则可以根据已有的降雨和水位数据，采用区划方法分区预测，得出最终预报值[5]。

2.3.2"研究成果与解析

根据小流域生态承载力评价结果，对监测断面进行聚类分析，得出各监测断面的聚类结果（见表2）。其中，甲地、D地和E地均被归类为一类地区，具有较高的工业结构和生态特征；B区和C区则属于同一类型，由于这两个监测点均位于主河道上且距离较近，所以，在实际上，其水电设施和土地利用方式相同。

为了优选监测方案，选取了水文、水环境和水生态3项评价指标进行评估。本文对这3项评价方法进行了一致性校验，并在α=0.03的显著性水平下进行验证。平均值的计算方法为

本文对这3项指标的平均值进行了计算，详细结果见表3。

从表3中可以看出，3项指标的平均值均小于2.0，表明优化后的数据无显著差异。这说明各监测断面各项指标数据的取样差异较小，保证了数据的一致性。

3"结语

综上所述，本文对小流域各类型区的生态环境承载能力进行了综合评价。通过采取治理农业污染、控制污水排放等措施，增强了土壤和地下水的保护力度，从而有效改善了当地的生态环境。通过优化监测方案，在降低费用的同时，实现了更全面的监测成果，实现了小流域水环境的有效配置。本项目的研究成果为我国小流域水土气耦合系统的研究与开发提供了坚实的理论基础。

参考文献

[1]王波，吴嘉琪.基于3S技术的小流域水土保持生态监测方法[J].山西水土保持科技，2024（3）：48-51.

[2]彭文杰，秦晓蕾，廖凯涛，等.浅谈3S技术在水土流失动态监测中的应用[J].江西水利科技，2023，49（4）：307-312.

[3]杜璇.3S技术在水土保持动态监测中的应用[J].化工设计通讯，2022，48（10）：174-176.

[4]荆亚翡，幸萌.农田水土流失定量监测中“3S”技术的应用探讨[J].农业工程技术，2020，40（36）：61-63.

[5]王冬，杨学志，董张玉，等.基于3S技术的磨子潭水土流失动态监测研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2020，43（8）：1052-1058.