黃委會黃河上中游管理局    喻權剛

  水土保持工作要實現(xiàn)傳統(tǒng)水保向現(xiàn)代水保的轉變，新技術應用是關鍵，技術創(chuàng)新是根本。黃河流域的水土保持工作在水利部和黃委的統(tǒng)一領導下，以“三條黃河”建設為指導，組織實施了一系列新技術應用研究項目。如：“黃河流域水土保持遙感普查項目”、“水利部黃土高原‘948’項目”、黃河流域動態(tài)監(jiān)測本底數據庫建設、黃河流域水土保持應用系統(tǒng)開發(fā)、黃河水土保持監(jiān)測網絡系統(tǒng)建設等重點項目；開展了水土保持土壤侵蝕模型開發(fā)、遙感信息自動解譯、生態(tài)環(huán)境評價系統(tǒng)等多項水土保持監(jiān)測關鍵技術研究。依托這些大中型監(jiān)測項目的帶動，推動了各項業(yè)務工作的技術創(chuàng)新，在規(guī)劃設計、生態(tài)工程建設項目管理、淤地壩建設、流域綜合治理示范、水土保持預防監(jiān)督、水政水資源管理等方面收到了明顯成效。

一、近年來開展的重點新技術創(chuàng)新項目

（一）水利部黃土高原“948”項目

   “黃土高原嚴重水土流失區(qū)生態(tài)農業(yè)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術引進”項目，簡稱水利部黃土高原“948”項目，是水利部在黃土高原安排的最大的水土保持先進技術引進項目，是實現(xiàn)黃河流域水土保持監(jiān)測數字化、信息化、智能化的關鍵技術。自1998年10月立項實施以來，先后完成了設備引進、安裝、調試、GPS控制網測量、航空攝影、應用試驗、數據集成、系統(tǒng)開發(fā)等工作，取得了顯著成果。2003年9月，水利部組織專家對項目進行了驗收和鑒定。驗收組認為：這個項目是水利部“948”項目中完成最好的一個，項目成果質量較高，數據可靠，實用性強，因此設備和技術的引進是成功的，在許多方面超額完成了合同規(guī)定的任務，同意驗收。專家組認為：“該項研究成果在黃土區(qū)水土流失監(jiān)測方面達到了國際領先水平”。

    項目引進的主要設備包括：高精度航片掃描儀、數字攝影測量工作站、三維圖形工作站、全球定位系統(tǒng)、寬幅彩色繪圖儀、局域網絡系統(tǒng)等；引進的主要軟件有：航空遙感軟件系統(tǒng)、全數字攝影測量系統(tǒng)軟件、衛(wèi)星遙感軟件系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)軟件。

   研究范圍：涉及黃土高原嚴重水土流失區(qū)的清水川、孤山川、窟野河、禿尾河四條流域(約1.4萬km²)；主要研究內容：（1）四條流域土壤侵蝕的強度、范圍、分布以及地面坡度、植被的動態(tài)監(jiān)測；（2）重點小流域土地利用及其動態(tài)變化和其它地表資源的動態(tài)監(jiān)測；（3）陜、蒙接壤區(qū)礦點群流域開發(fā)建設項目新增水土流失的動態(tài)監(jiān)測；（4）微觀區(qū)域水土流失的動態(tài)監(jiān)測。

  主要成果：研究出了一套嚴重水土流失區(qū)水土保持快速監(jiān)測的技術和方法；建成了典型流域水土保持動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和三維可視化系統(tǒng)；取得了一整套包括水土保持措施、土壤侵蝕、植被、坡度組成等在內的本底數據。這套基礎數據對水土保持規(guī)劃、流域治理以及宏觀決策提供了有力的技術支持；培養(yǎng)了一批水土保持監(jiān)測的高科技人才。

  創(chuàng)新點：首次在水土保持領域大范圍綜合利用“3S”技術，開展水土流失動態(tài)監(jiān)測，并應用到黃河流域水土保持遙感普查中；綜合利用航天遙感技術、GPS控制網技術以及微地貌監(jiān)測方法，使動態(tài)監(jiān)測更加科學化、現(xiàn)代化；首次將數字攝影測量系統(tǒng)應用于水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，生產的數字線劃圖、數字高程模型、數字正射影像圖其精度較傳統(tǒng)方法有了很大提高；編制了土地利用及水土保持措施3位編碼、土壤侵蝕6位編碼技術規(guī)程，詳細、客觀的查清了試區(qū)兩個年代土地利用和水土保持措施、土壤侵蝕情況；開發(fā)了典型流域水土保持監(jiān)測系統(tǒng)和重點小流域三維可視化信息系統(tǒng)。

（二）黃河流域遙感普查項目

   為適應新世紀黃河流域經濟發(fā)展和環(huán)境建設的需要，黃委會于1998年經過論證，開展了“黃河流域水土保持遙感普查”項目，共涉及青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河南、山東9個省區(qū)的65個地區(qū)，356個縣。其中，大于1000km²的入黃一級支流有76條。普查的主要目的是掌握黃河流域土壤侵蝕現(xiàn)狀，查清黃河流域水土流失情況。主要技術路線是：利用1998年夏態(tài)TM衛(wèi)星影像，在外業(yè)調查的基礎上，建立圖像解譯標志庫，采用人機交互判讀的形式進行圖像解譯。遙感普查的成果包括：黃河流域各省、地、縣、九大類型區(qū)、76條大于1000km²一級支流的6級土壤侵蝕強度、6級植被蓋度、6級坡度數據，建立了黃河流域衛(wèi)星影像庫、土壤侵蝕數據庫、專題圖形庫、圖片庫等數據庫系統(tǒng)，數據量達1000GB。

    2002年7月，黃委組織全國近30名知名專家對項目進行了驗收。專家組認

為：“項目的實施取得了一批科技含量很高的應用性技術成果，比較真實地反映了黃河全流域土壤侵蝕及生態(tài)環(huán)境狀況，基本摸清了黃河流域水土流失的家底。同時培養(yǎng)了一批科技實用型人才，為今后水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和‘數字水土保持’工作奠定了基礎。2002年7月15日，中央電視臺進行了現(xiàn)場采訪，并在當天的《新聞聯(lián)播》和《今日播報》等欄目中播出。

（三）水土保持應用系統(tǒng)開發(fā)

    為了推動數字水保建設，更好地實施“數字黃河”工程，以應用系統(tǒng)開發(fā)為突破口。到目前，初步開發(fā)了“黃河上中游管理局管理信息系統(tǒng)”、“黃河上中游地區(qū)三維可視化管理系統(tǒng)”、“黃河流域淤地壩信息管理系統(tǒng)”、“黃河流域水土保持本底數據庫管理系統(tǒng)”、“黃土高原小流域淤地壩輔助規(guī)劃系統(tǒng)”等。這些應用系統(tǒng)的研制開發(fā)，大大提高了黃河流域水土保持科學管理水平，有力地促進了流域水土保持工作的科學化、現(xiàn)代化。

1、黃河上中游管理局管理信息系統(tǒng)

是將所開發(fā)的水土保持應用系統(tǒng)進行整合，對黃河流域水土保持的基本信息（社會、經濟、自然、法規(guī)、科研、影音、圖片等）統(tǒng)一進行管理，對綜合治理信息分類管理，實現(xiàn)了按行政區(qū)（省、地、縣）、按流域、按項目類型等途徑的綜合查詢、遠程訪問、數據更新和分析統(tǒng)計以及不同應用系統(tǒng)的演示瀏覽和綜合使用。

2、黃河上中游地區(qū)三維可視化管理系統(tǒng)

選擇黃河源頭區(qū)、蘭州河段、寧夏引黃灌區(qū)、黃河府（谷）保（德）段、黃河壺口瀑布、黃帝陵、延安市麻莊流域等典型地貌類型區(qū)或典型區(qū)域，利用不同分辨率的遙感信息源（TM衛(wèi)星影像、SPOT衛(wèi)星影像、航空影像、IKONOS數字影像、Quick Bird數字影像等）和不同比例尺數字高程模型（1:25萬、1:5萬、1:1萬等），從不同位置、角度三維瀏覽所選擇區(qū)域的地貌景觀，查詢有關信息，以便快速分析典型區(qū)環(huán)境變化情況。

3、黃河流域淤地壩管理信息系統(tǒng)

是對現(xiàn)狀、規(guī)劃、可研、設計的全流域的淤地壩工程進行定位管理，對壩系（包括單壩）數字化管理，實現(xiàn)不同區(qū)域（全流域、重點流域、小流域、省區(qū)、地區(qū)、縣、水土保持類型區(qū)、多沙粗沙區(qū)等）、不同導航途徑的治溝骨干工程和壩系的屬性查詢，并進行數據更新和分析統(tǒng)計。

4、黃河流域水土保持本底數據庫管理系統(tǒng)

對黃河流域水土保持遙感普查和“948”動態(tài)監(jiān)測的基礎數據和成果數據進行系統(tǒng)管理，包括不同比例尺圖形數據庫、不同精度圖像數據庫、不同專題屬性數據庫等，進行多種導航途徑的信息查詢統(tǒng)計、圖形圖像瀏覽、數據更新及信息發(fā)布等，能滿足流域規(guī)劃、設計、管理和決策的需求。

5、水土保持淤地壩輔助規(guī)劃系統(tǒng)

模擬顯示降雨、徑流、輸沙、筑淤地壩（水墜、碾壓、爆破）、壩體攔洪、排水、淤地過程、壩地利用和淤地壩運行等，并直接在三維圖形上任意選擇壩址后，自動進行斷面圖繪制、高程--面積曲線計算、高程—庫容曲線計算，快速顯示淤積年限和三維圖，直觀再現(xiàn)壩地利用，為規(guī)劃設計提供實用的技術服務。

（四）研究探索水土保持監(jiān)測的關鍵技術

與北京大學合作，建立了黃河流域黃土丘陵區(qū)土壤侵蝕模型。該項研究選擇了影響土壤侵蝕的5個主要因子，即植被、坡度、溝壑密度、土壤抗蝕性、降水侵蝕力，建立土壤侵蝕與影響因子之間的綜合模型。通過在陜西省綏德縣韭園溝流域驗證，模型具有一定的應用價值；與清華大學合作完成了“基于TM圖像的土壤侵蝕遙感信息自動識別研究”和“流域生態(tài)環(huán)境綜合評價系統(tǒng)研究”課題；開展了“黃土高原區(qū)域水土流失監(jiān)測關鍵技術與網絡設計”研究、“大理河流域水土保持生態(tài)工程建設的減沙作用研究”、黃河流域水土保持遙感監(jiān)測關鍵技術研究等研究項目。

二、把新技術應用作為技術創(chuàng)新的主要內容，推動各項業(yè)務工作

（一）搞好基礎設施建設和人員培訓

基礎設施建設和人員培訓是技術創(chuàng)新的基礎,按照 “數字黃河”工程規(guī)劃和黃河上中游管理局“三位一體”（黃河水保監(jiān)測中心、數字黃河數據分中心、上中游管理局電子政務合為一體）的建設要求，于2003年底完成西安監(jiān)測中心站、鄭州監(jiān)測終端站的系統(tǒng)平臺建設，實現(xiàn)黃河上中游管理局與黃委機關的廣域網連接，西安中心與鄭州終端實現(xiàn)了視頻連接。同時開發(fā)了水土保持數據管理系統(tǒng)和信息服務系統(tǒng)，為建設黃河流域水土保持數據庫及數據資源共享奠定了基礎，其中水土保持信息服務系統(tǒng)是一個面向多層次用戶的應用系統(tǒng)，包括信息查詢演示、信息發(fā)布、統(tǒng)計上報、水保論壇和在線培訓等模塊。

為了不斷提高技術人員的技術水平和業(yè)務素質，1999年以來，派技術人員分別參加了由美國Intergraph公司、美國Trimble公司、水利部監(jiān)測中心、清華大學等單位組織的各種培訓。培訓的內容包括：航測遙感、全球定位系統(tǒng)、軟件開發(fā)、網絡系統(tǒng)應用、水保公務系統(tǒng)、水土保持監(jiān)測技術、滑坡泥石流監(jiān)測等培訓。同時還選派技術骨干分別赴美國、加拿大、瑞士、法國、德國等10多個國家考察水土保持先進應用技術，尤其是“3S”應用技術。通過內聯(lián)外引等多種方式技術培訓，初步形成了一支可以從事水土保持監(jiān)測、遙感調查、軟件開發(fā)的專業(yè)隊伍，建立了與全國科研院所、軟件公司等高科技單位的協(xié)作網絡。

（二）充分利用監(jiān)測信息資源提高規(guī)劃設計的準確性和科學性

規(guī)劃設計是水土保持工程的基礎工作，是水土保持工程成敗的關鍵，多年來，承擔了多項國家、部委重點規(guī)劃任務，取得了很大成就。但是，隨著水土保持事業(yè)的發(fā)展，規(guī)劃設計的任務越來越多，對規(guī)劃的準確性和時效性要求愈來愈高，我們充分發(fā)揮監(jiān)測手段的先進性和監(jiān)測數據的準確性，借助規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)，提高規(guī)劃的科技含量。充分發(fā)揮遙感監(jiān)測的技術手段，為“黃河粗泥沙來源區(qū)界定和重點支流特性深化研究”服務。利用監(jiān)測設備和新技術為黃河中游多沙粗沙區(qū)的“兩河兩川”流域規(guī)劃、黃土高原淤地壩規(guī)劃、黃河水土保持生態(tài)工程規(guī)劃等大中型規(guī)劃提供基礎數據，編制專題圖件。這些規(guī)劃得到了水利部領導甚至國家領導人的高度評價。

（三）把新技術應用于生態(tài)建設項目中，提高生態(tài)工程項目管理和后評價水平

應用計算機與GIS等技術，對黃河中游多沙粗沙治理、黃河流域水土保持示范、黃河水土保持重點支流治理等項目建立管理信息系統(tǒng)，進行定量、定性、定位的數字化管理和項目實施效果的評價。對項目規(guī)劃、可行性研究與設計信息、監(jiān)測與監(jiān)理信息、計劃與資金落實信息、水土流失動態(tài)信息、綜合治理動態(tài)信息、生態(tài)修復動態(tài)信息以及效益評價等信息進行查詢和管理，通過對有關數據的處理、專題數據的分析，及時、準確、全面反映水土保持生態(tài)建設情況、水土流失動態(tài)及其發(fā)展趨勢。像延安的麻莊、榆林的元平壩系和孤山川等重點流域還實現(xiàn)了三維場景的瀏覽與方便快捷的信息查詢、顯示和結果輸出，通過環(huán)境評價系統(tǒng)對項目實施效果進行后評價，全面提高了水土保持生態(tài)工程項目的管理水平。

（四）利用新技術手段增加水土保持預防監(jiān)督的科技含量

晉陜蒙接壤地區(qū)由于其優(yōu)質高效和特大儲量的煤炭、石油等資源而被號稱中國的"黑三角"地區(qū)，也被列為國家級水土保持預防監(jiān)督區(qū)。多年來，這里的預防監(jiān)督工作取得了顯著成效，得到國家有關部委的高度評價。但是，因面廣、量大，涉及的生產單位多，以傳統(tǒng)方式的預防監(jiān)督管理已不適應，我們根據這一需求建立了一套科學、準確、高效的預防監(jiān)督管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了不同年代自然、社會經濟信息、開發(fā)建設項目信息和各種水土流失數據的快速檢索、匯總、報送；建立了窟野河、禿尾河、孤山川、皇甫川四條流域不同年代的圖形、影像數據庫、開發(fā)建設項目數據庫；實現(xiàn)陜蒙接壤區(qū)的活雞兔小流域、木瓜川小流域兩個年代航空影像三維可視模擬對比瀏覽，直觀再現(xiàn)人類活動造成的水土流失及其危害，為水土保持預防監(jiān)督執(zhí)法提供堅實的依據。

黃河源頭區(qū)因其獨特的地理位置倍受關注。近年來鼠害增加，草場退化，生態(tài)環(huán)境惡化，但是，那里高寒、偏僻、交通不便，給預防監(jiān)督工作帶來不便。因此，在黃河源頭區(qū)利用5米分辨率的SPOT衛(wèi)星影像、30米分辨率的TM衛(wèi)星影像、地形數據及各種相關資料建立了三維可視化信息查詢系統(tǒng)，模擬黃河源頭區(qū)的地形地貌、土壤植被，真實反映約古宗列曲、卡日曲、扎陵湖、鄂陵湖、星宿海等典型地物及河源區(qū)植被分布狀況，根據現(xiàn)有資料建立數據庫，實現(xiàn)黃河源頭區(qū)三維景觀的可視化查詢、直觀了解河源區(qū)水土流失狀況、草場退化狀況，為水土保持預防監(jiān)督提供可靠基礎。

（五）新技術為水政水資源監(jiān)管提供科學基礎

黃河上中游水政水資源管理任務重，難度大，我們把遙感遙測等新技術應用到水政水資源管理中。首先，在2000年的塔里木調水中，運用遙感技術確定調水路線，繪制調水路線圖，監(jiān)測調水進展情況，為調水的成功做出了應有的貢獻。陜晉接壤的府保（府谷－保德）河段由于歷史的原因，水事糾紛時有發(fā)生，監(jiān)管難度大，根據這一情況，我們基于0.61米分辨率的衛(wèi)星影像和1：1萬比例尺數字地圖建立了府保河段三維可視化水政監(jiān)管系統(tǒng)，通過三維可視形式再現(xiàn)河道原始狀況、控制線情況、河堤工程情況、圍灘造地情況等，為解決水事糾紛、及時清除河障提供了科學的數據。同時，進一步規(guī)范了水政水資源管理，有效地提高水資源管理的能力和科學化、現(xiàn)代化水平，為“依法治水、科學管理”提供了新一代的管理手段。

（六）發(fā)揮新技術優(yōu)勢，提高科學試驗研究水平

黃河流域的水土保持科學研究歷史悠久，為流域治理開發(fā)發(fā)揮了重要作用，尤其是天水、西峰、綏德三個水土保持試驗站的原型觀測和研究工作享譽國內外。天水站早在1943年就建站觀測，到現(xiàn)在取得了不同地類、地形、土壤、耕作方式等較為系統(tǒng)的降水、徑流、輸沙資料，以及不同水保措施和標準小區(qū)相關徑流泥沙的資料，其中標準小區(qū)徑流泥沙資料434個區(qū)年，小流域徑流泥沙資料89個站年，雨量資料516個站年。綏德和西峰水保站也分別從1954年開始，開展了大量的觀測工作，積累了豐富的資料。但是，目前儀器設備老化，觀測手段落后，整個測驗工作處在低水平的徘徊狀態(tài)，數據精確程度也滿足不了實際要求，因而對水土流失規(guī)律與水土保持措施效益分析研究中的前沿問題，回答不全面，甚至無法回答。為了徹底改變這種狀況，依托監(jiān)測系統(tǒng)建設，把先進的監(jiān)測技術手段應用到觀測工作中，在三站相繼建設了一些自動化的觀測設施，綏德站在辛店溝建立了目前比較先進的自動觀測氣象園，觀測數據實時傳輸到數據處理中心。

（七）依托新技術推進全局電子政務建設

結合黃河流域水土保持監(jiān)測網絡系統(tǒng)建設，加快全局電子政務建設的力度。2003年底全局的局域網絡系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，實現(xiàn)了數據共享，骨干網絡速度1000M，100M到桌面。2004年2月，正式接入互聯(lián)，帶寬為4M。2004年8月，辦公自動化網絡開通。目前已實現(xiàn)了文件流轉系統(tǒng)和文檔管理系統(tǒng)，逐步開發(fā)電子政務專門業(yè)務系統(tǒng)。建立了“黃河水保生態(tài)網站”，實現(xiàn)了與黃河網和其它網絡的資源共享。

根據水利部和黃委的要求，目前，我們正在以三條黃河建設為指針，以維持黃河健康生命為指導，加大創(chuàng)新思維的力度，繼續(xù)開展新技術的應用研究，開發(fā)和完善水土保持應用系統(tǒng)，盡早實現(xiàn)水土保持工作的信息化、現(xiàn)代化、自動化和網絡化，使黃河流域的水土保持工作再上一個新臺階。

（作者：喻權剛，黃河上中游管理局黃河水土保持監(jiān)測中心副主任，高工、碩士，西安市鳳城三路200號，電話：（029）82118292（外線），（870）8292（黃河專網），信箱：hhyqg@163.com）