GIS技術在水土保持中的應用
來源：建筑工程技術與設計網站
作者：管理員
發布時間：2019-09-10
摘要：GIS技術作為一門新興的信息技術，在水土保持工作中得到了廣泛的應用。目前在水土保持領域主要應用于水土保持規劃、土壤侵蝕危險性評價、開發建設項目水土流失監測等領域。隨著計算機技術的發展，GIS 技術在水土保持工作中的應用將不斷拓展、深入，并與RS、GIS、ERDAS等相關技術相結合進行在水土保持中發揮更加積極的作用。
關鍵詞：水土保持；地理信息；水土保持規劃；水土保持監測
GIS既地理信息系統（Geographic Information System），是20世紀60年代中期發展起來的一門新技術，是一種以計算機硬件系統為基礎軟件系統為平臺的空間信息處理系統。近些年，隨著信息技術的不斷進步和高速發展，GIS技術在水土保持領域的應用也越來越廣泛。如：流域范圍內的水土保持規劃、水土保持監測、土壤侵蝕危害評估以及開發建設項目建設和使用過程中的水土保持監測等土壤侵蝕和水土保持等相關領域。
一、 GIS基本原理
（一）GIS概念及組成
地理信息系統，簡稱GIS（Geographic Information System），是一項以計算機為基礎的新興技術，是融計算機圖形和數據庫于一體儲存和處理空間信息的高新技術。它把地理位置和相關屬性有機結合起來，根據實際需要圖文并茂地將空間和地理屬性信息輸出給用戶[1-2]。GIS需要的硬件包括處理速度高且存儲容量大的計算機，如數字化儀、掃描儀，圖形輸出設備如繪圖儀等數據輸入設備。軟件方面有ESRI公司的ARC/ INFO和ARCVIEW、ERDAS的IMAGINE、US ARMY的GRASS等。在我國應用較廣的為美國環境研究公司(Environmental Systems Research Institute, Inc.) 開發的ARC/INFO。
（二）GIS技術
GIS是對各種空間信息進行收集、存儲、分析和可視化表達的信息處理與管理系統。它能提供文字和數據，根據柵格數據和矢量數據，還提供直觀形象的空間圖形和圖像。并能對空間屬性的對象進行輸入、輸出、編輯、修改、查詢等數據管理。GIS也可以使用各種坐標系統,甚至包括AUTOCAD 等軟件包使用的直角坐標系統，對空間對象進行精確定位。此外，GIS還能與AUTOCAD 等軟件進行數據交流，也可以輸出其他應用系統能夠接受的文件格式，實現數據共享。另外，GIS強大的空間分析和統計運算功能，能對已有資料進行加工處理，得到科學的結果，避免因人而異的主觀隨意性，有利于科學決策[3-4]。
二、GIS技術的主要功能
（一） 數字化
把地形圖, 實地調查結果, 處理后的衛星遙感影像, 航片以及屬性數據等轉化成GIS 數據形式。包括點， 線，多邊形X、Y坐標的輸入或網格數據的輸入和拓撲結構自動生成兩個主要過程。
（二）數據儲存和數據庫管理
這是GIS的核心工具，空間數據庫管理系統的主要功能，它涉及系統的數據結構和處理方式，空間數據庫的存取、查詢和維護以及空間數據庫完整性、一致性檢查等。
（三）數據分析與處理模塊
第一類是數據預處理，如查錯、修改等；第二類是數據分析，并提供用戶各種問題的回答。
（四）應用分析軟件
系統開發人員或用戶根據專題或區域分析模型需要編制的用于解決特定應用任務的程序，是系統的延伸。
三、GIS在水土保持中的應用
（一）GIS在水土保持規劃中的應用
利用GIS進行水土保持規劃主要是應用GIS軟件對地形圖進行數字化處理，建立數字高程模型（Digital Elevation Model），根據坡度、坡向等情況，建立地理數據庫，包括空間地理數據和屬性數據。并繪制土地利用現狀圖、水土流失現狀圖、植被狀況圖、水土保持體系圖、坡面水系圖等規劃區的自然植被、土壤侵蝕和水土保持現狀[5-6]。在次基礎上根據不同的需求，建立相應的模塊。由于利用GIS技術，規劃區的各種現狀和布置措施都可以獨立提取和顯現，因此利用該技術不僅可以優化各種水土保持措施配置，而且還能對水土保持措施的實施效果進行數量化分析和評估。應用GIS技術在水土保持規劃中可以實現用用要求的一下功能：
（1）構建圖層：可以構建規劃區數字地形圖、地面植被圖、水系圖、土壤侵蝕現狀圖等各種地面狀況的圖層；
（2）圖層顯示：任意打開或關閉圖層；
（3）圖層編輯：用戶可以根據需要對圖層的屬性以及參數等進行修改并保存修改結果；
（4）圖層疊加分析：用戶可以將有相關關系的不同圖層進行疊加并進行多種途徑的分析，得到自己想要的結果；
（5）地形圖三維分析：建立DEM，并利用相關工具產生地形三維模型，并對局部區域進行分析；
（6）圖層屬性查詢：查詢圖層中任一選定區域的屬性信息，并進行比較；
（7）圖層輸出：根據需求可以輸出多種格式的圖層，并和其它軟件進行共享[3-4,7]。
馮九梁等在進行山西狼窩溝小流域水土保持規劃時，將遙感(ＲS)、GIS 和CAD 與常規方法相結合，大大提高了規劃設計的準確性，并節約了經濟成本[8]。李建民、李昌志等也分別利用GIS 進行水土保持規劃和水土保持初步設計。
（二） GIS支持下的水土流失生態風險評價
水土流失生態風險評價對土地的合理利用和不同程度土壤侵蝕危險性的評估以及采取不同的水土保持對策的指導具有重要意義。倪九派等應用ARGINFOR和SPASS統計軟件，運用層次分析法和系統聚類法，對重慶豐都水土保持生態園區土壤危險性作了評價。評價中綜合考慮了影響土壤危險性的各個因素,避免了僅僅根據土層厚度來衡量土壤侵蝕危險性和不確定性[9]。鄒亞榮等以TM影像為主要數據，在ARCPINFO 中運用主成分分析方法，對江西省水土流失生態環境風險進行了評價，選出主成分，并與其權重相乘得到風險圖，在ARCVIEW下定出風險等級，從而對江西省的生態環境風險性作出評價[10]。
（三）GIS在開發建設項目水土保持中的應用
水土保持監測包括土壤侵蝕和治理效益兩大方面。GIS技術的應用使監測工作更加動態化、科學化，特別是以小流域為單元的監測管理，能把土壤侵蝕和水土保持治理效益等情況及時而準確地落實在小流域的實際地塊上，使得GIS技術在水土保持監測工作中起著極其重要的作用[11]。水土保持監測中通常將GIS與RS 相結合，并分層次建立水土保持本底信息庫，以及治理區年度監測各項指標的完成狀況，建立動態的監測管理信息系統。最終用適當的評價模型對土壤侵蝕和治理效果進行動態分析，對主管部門的決策提供指導。具體做法可利用高分辨率遙感數據獲取治理動態變化的指標，用GPS進行定點定位，確保各項監測指標在不同的時間序列上地理位置的一致性。監測成果以數據庫、圖形庫、圖像庫、圖片庫、視頻文件等多種方式表達，并將檢測成果提交相關部門，實現最終的監測目標。
四、結語與建議
GIS技術在外水土保持工作中得到了廣泛應用，這種技術的使用大大提高了水土保持工作的效率以及水土保持成果的科學性和準確性。隨著計算機技術的發展，GIS技術在水土保持工作中的應用將不斷拓展和深入，并與RS、GPS、ERDAS等相關軟件相結合，開發出更科學和實用的水土保持技術。GIS技術的使用在提高了工作效率和準確性的同時也大大節約了成本，同時將水土保持工作的科技水平提升到了一個新的高度，增加了水土保持的科技含量。例如，在水土保持方案編制過程中利用GIS技術，可高效合理地配置各項水土保持措施；在水土保持監測過程中，利用GIS技術并結合RS技術，可宏觀動態地監測擾動土地面積、損壞植被、原地貌狀況和面積以及水土保持治理狀況。
參考文獻：
[1]修文群.地理信息GIS 數字化城市建設指南[M].北京:北京希望電子出版社, 2001:1.
[2]陳俊,宮鵬.實用地理信息系統[M].北京:科學技術出版社,1998:1.
[3]陳述彭.地理信息系統導論[M].北京:科學出版社,1998.
[4]Maribeth Price著,李玉龍,張懷東,等譯.ArcGIS地理信息系統教程（第五版）[M].北京:電子工業出版社,2012.
[5]張野,趙旭珍.GIS在水土保持中的應用動態及展望.水土保持應用技術術. 2013,4:29.
[6]卜崇峰,蔡強國.GIS技術在水土保持中的應用.水土保持研究.2004,4: 162.
[7]李昌志,劉興年,曹叔尤.GIS技術在水土保持初設中的應用—以四川省遂寧市玉豐小流域為例[J].水土保持通報,2001,21(4):34.
[8]馮九梁,王貴平,賈志軍,等.基于RS 和GIS 的小流域水土保持規劃設計[J].山西水土保持科技,2001,3.18.
[9]倪九派,傅濤,何丙輝,等.基于GIS 的豐都三合水土保持生態區土壤侵蝕危險性評價[J] . 水土保持學報,2002,6(1):62.
[10]鄒亞榮. GIS 支持下的江西省水土流失生態風險評價[J].水土保持通報, 2002,22(1):18.
[11]王鵬,王姝,翟旭.GIS技術在水土保持中的應用.安徽農業科學,2007, 35(15):4589.
