我国水土保持基础管理单元“水保斑”的认识与探索

罗志东

(水利部水土保持监测中心,100053,北京)

我国水土保持基础管理单元“水保斑”的认识与探索

罗志东

(水利部水土保持监测中心,100053,北京)

水土保持作为与自然资源环境管理关联紧密的行业领域,应按照学科理论基础和管理实践,建立一套符合自有特色的基础管理单元,以满足水土流失长期治理、监测与监督管理的需要。结合我国土壤侵蚀监测评价、水土流失综合治理以及监督执法等实际需求,提出“水保斑”的基础管理单元概念,即水土保持基础斑块,给出其定义含义、表现特征、划分方法以及应用与作用,并进一步提出开展“水保斑”建设的技术、组织实施建议,以期建立一套符合中国实际的、规范统一的水土保持管理活动单元,进而实现土壤侵蚀监测评价—水土流失综合治理—监督执法等基础数据单元的一体化应用与管理,深入推进水土保持动态监测、水土流失综合治理以及人为水土流失活动的动态监管,不断提升水土保持精细化和现代化管理水平。

水土保持；水保斑；管理；单元；中国

1 我国水土保持基础管理单元现状

土壤侵蚀和水土保持从其概念内涵或研究内容来看,与地球表面的地表组成密不可分,属于自然地理与资源环境相关领域范畴,开展相关的研究和生产实践工作必须依据一定的地表组成单元来实现[1],即相应的研究单元对象或工作单元对象。例如,进行土壤侵蚀监测评价应针对侵蚀单元进行评价分析,实施水土流失综合治理应针对治理单元开展相应规划、设计和实施工作,开展水土保持监督执法应有监督管理单元对象。对于同一行业领域来说,土壤侵蚀监测评价、水土流失综合治理以及监督执法等工作是相互衔接、相互支撑的,其基础评价或管理单元应具有一致性或可实现相互衔接转化,以保证相关工作成果的协调统一。一些水土保持相关领域均确立了明确的基础管理单元,例如:森林资源管理领域,建立了基于“林班”和“小班”的森林资源管理体系,科学实施森林经营活动和生产管理工作[2]；在国土资源领域,建立了以“地块”为基础的土地管理体系,开展土地利用调查、土地出让、土地登记和土地评价等工作[3]。水土保持工作作为与自然地理环境关联紧密的行业领域,目前尚无统一的水土保持基础管理单元,迫切需要按照学科理论基础和管理实践,建立一套符合自有特色的基础空间管理单元和符合中国国情的统一的水土保持管理活动单元,进而实现土壤侵蚀监测评价—水土流失综合治理—监督执法等基础数据单元的一体化管理,深入推进水土保持动态监测、水土流失综合治理以及人为水土流失活动的动态监管,不断提升水土保持现代化管理水平。

在我国水土保持研究和生产实践中,关于水土保持管理单元或评价单元有过不同提法,主要分小流域单元、地块单元、土壤侵蚀图斑、治理措施图斑和遥感像素单元等5种。

1)小流域单元。以小流域为单元开展水土流失综合治理,是我国开展水土流失治理的一条特色成功经验。小流域单元是指以分水岭和出口断面为界形成的面积比较小的闭合集水区,每个小流域既是一个独立的自然集水单元,又是一个发展农、林、牧生产的经济单元。水利部SL 653—2013《小流域划分及编码规范》[4]规定,小流域单元一般介于3～50 km2之间。由于小流域单元空间范围尺度比较大,主要作为水土流失综合治理措施布设的区域控制单元,不能作为坡面上修水平梯田、造林、种草等水土流失治理措施的最小管理单元。在土壤侵蚀监测评价方面,可以小流域为单元进行小流域尺度的径流泥沙观测,但不能作为坡面侵蚀、沟道侵蚀的监测与评价的最小单元；因此,小流域单元不能作为水土保持的最小基础管理单元。

2)地块单元。“地块”的概念出自和广泛应用于土地管理领域,主要是土地类型或土地利用现状划分的分类单元。在长期的水土保持研究和实践中,有时应用“地块”来代替水土保持最小管理单元[5-7],基于土地利用类型的“地块”划分单元,按地块进行土地资源信息调查,赋予每个单元土地利用类型、岩石、土壤、植被、坡度、土壤侵蚀等属性要素信息,支撑和满足土壤侵蚀监测评价、水土保持规划以及水土流失综合治理工作。“地块”单元在反映水土保持综合要素时,会存在复合信息,例如同一“地块”单元可能有多种土壤类型、多个坡度等级、多个植被类型及盖度级别,不能完全作为水土保持的最小管理单元。“地块”作为土地管理领域的一个管理单元概念,还不能充分体现水土保持领域土壤侵蚀监测评价、水土流失综合治理等业务特点,不能完全满足水土保持相关工作需求。

3)土壤侵蚀图斑。在土壤侵蚀监测评价工作中,依据土壤侵蚀影响评价因子(主要包括土地利用、土壤因子、气候因子、植被因子等)各自划定的单元,进行空间的叠加处理,形成的最小单元图斑,作为土壤侵蚀评价的基础单元。这种方式划定的基础单元,由于全面考虑了土壤侵蚀的各类影响因子,既包括相对静态因子(例如土地类型、土壤类型、地貌类型等),也包括了相对动态因子(例如植被因子、降雨因子等),同时受土壤侵蚀监测评价模型不同,影响因子的种类和数量会有不同,从而造成土壤侵蚀监测评价单元无法相对固定,也无法统一,使土壤侵蚀动态监测评价的根基不牢固。

4)治理措施图斑。在水土流失综合治理工作中存在着水土流失治理图斑单元,即以规划、设计或实施的水土保持措施类型为边界,在规划设计或验收图纸上划定的最小管理单元。综合治理图斑是从水土流失治理单一角度出发进行单元界定,能够准确反映水土流失治理情况；但这类治理措施单元没有考虑土壤侵蚀监测评价有关内容,其单元组成无法满足土壤侵蚀监测评价需要,在许多实际工作中产生同一地区治理措施与土壤侵蚀数据单元之间无法对口衔接,会在一定程度上造成相关工作出现脱节的情况。

5)遥感像素单元。随着近年来遥感技术的普及,以遥感像素为单元,开展了许多土壤侵蚀监测评价和水土流失治理措施监测的研究和实践,一定程度上提高了工作质量与效率。但以遥感像素为单元也存在无法规避的问题:一是像素单元属于一种数据格式单元,无法与地表组成相对应衔接,特别是无法与水土流失综合治理数据相对接,从而产生“两张皮”的现象；二是受遥感数据源(不同遥感数据源分辨率不同)以及遥感数据处理误差的影响,评价单元无法相对固定和统一,从而导致土壤侵蚀评价和治理措施没有固定单元,一定程度上影响了动态变化及原因追溯。

综上,水土保持领域存在的这些管理单元或数据分析单元,均是从某一应用方向出发,不能满足长期科学发展需要,单元不一致、不固定、不统一,不能统筹支撑水土保持各项综合管理工作。同时,各类单元划分没有明确规范要求,在生产实际中还有多种表现形式,迫切需要按照水土保持综合管理工作需要,统一建立水土保持最小基础管理单元。

2 “水保斑”的定义与划分方法

为统筹土壤侵蚀监测评价、水土流失综合治理环节的规划、设计、检查、验收、效益分析评价以及监督执法等需要,在以小流域单元为基本控制单元的基础上,提出“水保斑”的概念,作为水土保持管理活动的基础单元。

2.1 定义与含义

“水保斑”全称为水土保持基础斑块,是土壤侵蚀及其治理地理环境条件基本一致、位置相对固定、有明确边界的基础空间单元,是开展土壤侵蚀监测评价、水土流失综合治理和预防监督等管理活动的基本单元。

“水保斑”是根据水土保持业务特点,为满足水土保持行业管理活动需要而提出的特有的空间管理单元,有别于其他行业的基础空间单元。本文提出的水土保持基础管理单元——“水保斑”,可与水土保持类型区划、小流域单元一起形成我国水土保持行业特有的宏观到微观的空间管理体系—“水土保持类型区—小流域单元—水保斑”管理体系,以满足水土保持精细化和现代化的管理需要。

2.2 主要特征

1)信息综合性。“水保斑”要综合反映土壤侵蚀监测评价、水土流失综合治理以及监督执法等业务基础信息,包括土地类型及利用现状、土壤类型、地貌形态(坡度)、植被类型(农作物除外)以及水土保持措施类型等公共综合要素,利于水土保持相关工作的统筹开展。在土壤侵蚀监测评价方面,也应综合反映水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀等公共基础影响因子要素。

2)边界明确性。每个“水保斑”要有固定的边界,有一定的地表组成形态,有明确含义特征,划分出的单元要在实地上易于识别,不同尺度的图件上也能识别。在地貌形态上,为满足监测与治理需要,坡面和沟道应能分开。

3)单元稳定性。每个“水保斑”单元依据划分要素,应在一定时期内保持相对稳定,满足动态监测监管工作的需要；因此,降水和植被盖度等变化相对频繁的要素信息不宜作为单元划分依据。相对稳定不是不变,而是随着划分要素的变化相应的单元属性信息也发生变化,但变化周期不宜过短。

4)斑块均质性。每个“水保斑”斑块单元内部相对一致,即相邻斑块个体之间有明显差别,保持相对均质性。每个“水保斑”斑块在边界保持相对均质的基础上,斑块属性信息根据土壤侵蚀监测评价、水土流失综合治理等需要,可增添其他土壤侵蚀影响因子信息和综合治理管理信息等,这些属性信息可相同。

2.3 划分方法

为充分反映“水保斑”的主要特性,斑块划分主要考虑土壤侵蚀监测评价因子指标和水土流失综合治理措施指标等,特别是相对稳定的地表组成指标。对于斑块划分中没有体现的其他要素信息,应通过建立斑块属性信息的方式反映在斑块单元内,例如反映水力侵蚀的降雨侵蚀力指标、风力侵蚀的表土湿度因子指标、冻融侵蚀的年冻融日循环天数和日均冻融相变水量指标等信息。初步确定“水保斑”主要划分要素包括土地利用类型、土壤类型、坡度、植被类型和水土保持措施5项。

1)土地利用类型。土地利用类型是土壤侵蚀预测预报中所要考虑的主要因素之一,也是水土流失综合治理措施布设考虑的重要方面。确定“水保斑”所需土地利用要素,不同于国土资源部门的土地利用现状划分,应是与土壤侵蚀监测评价或水土流失综合治理密切相关的类型。

2)土壤类型。土壤种类及其厚度不仅反映了该地块的植物生长条件,而且也说明了土壤侵蚀程度及其潜在危险性[6]。土壤类型主要依据全国第2次土壤普查的空间成果数据或最新土壤类型数据确定。

3)坡度分级类型。地块的坡度是影响土壤、植被种类以及土壤侵蚀情况的重要因子,坡度对于确定地块土地利用方向及水土保持措施也具有重要意义[6]。按照 SL 190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》[8],坡度一般被分成6个等级,即6个类型:0～5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、≥35°(区间取下限)。地块坡度主要基于现势性强的DEM数据或基础地形图数据获取。

4)植被类型。植被地块内的植被及其覆盖度影响土壤侵蚀作用,同时也影响小流域综合治理土地利用方向[6]。植被类型主要划分为农作物、草本植物、灌木、乔木林等,农作物种类由于受人为活动影响比较大,一般不进一步细分作为划分要素。植被类型可根据遥感影像并参考当地植被分布图等确定。

5)水土保持措施。水土流失治理措施情况反映了斑块的治理现状,同时也是监测评价土壤侵蚀状况的重要因素。措施类型一般分为生物措施、工程措施和农业措施。作为“水保斑”划分要素的主要是水土保持生物措施类型以及部分耕作措施类型,以及具有一定面积分布的水土流失治理措施为主；工程措施通常以点状或线状形态表示,一般不宜作为划分要素。

3 “水保斑”的应用与作用

3.1 统一水土保持管理活动基础

水土保持综合管理实践中,监测评价、规划治理、监督管理等业务环节是一个整体,各业务间需有共同的基础工作单元,保障各业务活动相互对应与衔接。以“水保斑”为基础建立统一管理单元,可实现监测评价数据与综合治理数据直接对接,实现监测工作为综合治理规划设计、过程管理以及效益评价等工作提供支撑,综合治理数据为土壤侵蚀动态监测分析提供定量依据。在“水保斑”划定后,各项水土保持管理活动包括土壤侵蚀监测、综合治理(包括项目规划,措施设计、施工管理、验收评估、效益分析等)、预防监督(包括方案设计、监督检查、评估验收、补偿费征收等)等,均应统一使用“水保斑”区划成果,保障水土保持管理活动数据基础的统一性。

3.2 实现水土保持动态监测监管

实施水土保持动态监测或监管的基础是要建立科学可靠的本底数据,才能使动态变化分析有据可依、有章可查。依据“水保斑”建立水土保持本底数据库,获取相对固定、有明确量化边界的基本管理单元,为科学实施水土保持动态变化追溯管理提供可能。基于“水保斑”开展土壤侵蚀动态监测评价,既可实现前后多个时期变化的强度、变化量以及变化的位置分析,也可实现对土壤侵蚀影响因子的定位、定量分析,精准查找土壤侵蚀变化的原因。基于“水保斑”实施水土流失综合治理,可实现治理措施实施质量情况分析以及措施实施保存率的动态分析,保障推进水土流失综合治理的定位定量化管理进程。

3.3 统筹多空间尺度转换衔接

空间尺度转化一直是地学领域研究的重点和难点,不同渠道获取的不同空间尺度数据如何进行衔接,也是水土保持行业迫切需要解决的问题。“水保斑”的建立,一方面为不同空间尺度数据之间开展尺度转换研究和成果衔接提供了统一的空间尺度基准,建立了相同的尺度转化参照体系,另一方面统一建立“水保斑”,将在全国不同层级、不同业务之间形成“全国一张图”的工作状况,统一了水土保持基础数据空间尺度,有效避免了不同空间尺度数据无法衔接或衔接困难的问题。

3.4 建立水土保持基础数据库

水土保持信息化是实现水土保持现代化的需要,是信息时代发展的必然要求。信息化工作的“血液”是数据,建立“水保斑”、建设形成水土保持的基础数据库,将为水土保持信息化建设建立稳定而又坚固的“血库”,筑牢信息化工作的基础。同时,信息化工作的最大难题是信息共享问题,在解决政策体制障碍、信息标准规范的同时,建立相互衔接、一致的数据基础也十分必要。建立“水保斑”,坚持以“水土保持类型区—小流域单元—水保斑”为基础建立数据管理框架,将从数据基础单元角度打通水土保持业务间的信息交流和共享障碍,有效提升水土保持信息化建设成效。

4 “水保斑”数据库建设途径

4.1 组织实施途径

建立覆盖某一行政区域或全国的“水保斑”是一项工程量大、耗时长的工程,合理确定可行的组织实施途径尤为重要。

1)专项工程实施。将建设“水保斑”工作列为一个水土保持专项工程(或结合普查工作),积极申请财政建设资金,组织有关机构部门或社会企业单位统一组织完成。此方式集中统一实施,推进力度大、进展速度快,有利于成果的规范统一和协同应用。

2)项目带动实施。在年度开展的全国水土流失重点治理工程、水土保持动态监测工程或水土保持信息化项目中,将其纳入项目工程的重要组成部分,分年度、分批逐步组织完成。此方式由项目带动实施,解决了建设资金不足的问题,但增加了成果协调衔接的难度。

3)地方分级实施。统一制订“水保斑”建设的标准要求,各地区在统一的技术框架下,分区、分片逐步实施。此方式分散独立实施,工作开展机动灵活,但由于各地区经济、业务发展情况不同,推进进度无法统一,成果质量也难以保证。

4.2 技术实现途径

在建设“水保斑”过程中,应重点关注4方面技术实现环节。

1)以小流域单元为基本控制单元。无论是统一组织实施还是分级逐步实施,均应在统一的小流域单元的控制下完成单元划定。以小流域单元为控制基准,才能保证“水保斑”的划定符合我国小流域综合治理的成功模式理念,满足水土流失综合治理规划、设计和实施等实际工作的需要；同时,以小流域单元为基准,将有效减少斑块之间衔接的工作量,有效提高区域乃至全国“水保斑”集成的数据质量。因此,小流域单元的划定将是“水保斑”划定的一个基础工作。

2)以遥感影像数据等为基础数据源。“水保斑”的划定属于环境地理区划的一个范畴,依靠现场实地调查,手段技术落后且成本巨大。随着遥感技术的发展,高分辨率遥感影像数据的精度、覆盖程度均能够满足“水保斑”划定的要求,特别是国产民用高分数据大量出现,遥感影像数据的获取成本大大降低,为基于遥感技术开展“水保斑”的划定工作奠定基础。

3)充分利用国家或行业已有参考数据源。通过协调或购置等方式,最大程度获取国家和行业已有的基础数据资料,避免重复开展类似工作,减少斑块划定的工作量,保障斑块划定的数据质量。土地类型及利用现状数据可充分利用全国第2次土地调查成果资料以及年度土地更新调查数据,根据水土保持业务需求和行业特点,重新归并或分解土地利用现状数据；地形数据可充分依靠国家1∶5万DEM数据和1∶1万国家基础地理数据,有条件的地区可利用遥感立体像对数据获取现实性更强地形指标数据。土壤类型数据要充分依靠第二次全国土壤调查数据成果。

4)搭建技术协作平台协同开展工作。充分利用各类信息技术手段,统一搭建基础共享数据库,设计开发斑块划分技术工具,通过高速信息网络,搭建“水保斑”区划协作平台,为不同地区和单位协同开展斑块区划工作提供有效的技术实现途径,特别是针对统一组织实施模式,将更加有效地节约建设成本、提高工作效率、保证成果质量。

5 结束语

提出并划定水土保持管理的最小单元是规范和提升水土保持管理活动的必要条件。根据水土保持理论基础和生产实践需要,提出符合水土保持行业特色的“水保斑”概念,进一步明确和统一对水土保持最小管理活动单元的认识,进而结合国家和地区实际情况,采取科学合理的组织实施方式和技术方法,全面划定满足水土保持工作需要的“水保斑”,建立符合我国国情的水土保持管理活动单元,统一水土保持管理基础,深化水土保持动态监测和监管,不断提升水土保持现代化管理水平。

在论文写作过程中得到北京林业大学王礼先教授、中国科学院水利部水土保持研究所李锐研究员的悉心指导,在此表示感谢!

[1] 张丽萍,张登荣,张锐波,等.小流域土壤侵蚀预测预报基本生态单元生成和模型设计[J].水土保持学报, 2012,19(1):101- 104

[2] 国家林业局.森林资源规划设计调查主要技术规定:林资发[2003]61号[EB/OL].(2004- 11- 15)[2015-07- 01]http:∥www.forestry.gov.cn/portal/xby/s/1312/ content-127438.html.

[3] 翟晓芳.地块的研究[D].武汉:武汉大学,2004:1- 20

[4] 小流域划分及编码规范:SL 653—2013[S].北京:中国水利水电出版社,2014:1- 3

[5] 王礼先,洪惜英,谢宝元,等.小流域土地资源信息库在水土保持规划中的应用[J].北京林学院学报,1985 (2):11- 23

[6] 王礼先,陆守一,洪惜英,等.流域管理信息系统的建立及应用研究[J].水土保持学报,1992,6(1):25- 32

[7] 李锐,杨勤科,赵永安,等.中国水土保持管理信息系统总体设计方案[J].水土保持通报,1998,18(5):40-43

[8] 土壤侵蚀分类分级标准:SL 190—2007[S].北京:中国水利水电出版社,2008:8- 9

(责任编辑:程 云)

Conservation patch:the minimum basic management unit of soil and water conservation in China

Luo Zhidong
(Soil and Water Conservation Monitoring Center of the Ministry of Water Resources,100053,Beijing,China)

According to the theory of soil and water conservation and managing practices,the minimum basic management unit is defined as conservation patch in this paper,which refers to the patch of soil and water conservation.This paper introduces the status of the basic management unit of soil and water conservation in China,aimed to elucidate the definition,implications,characteristics,division method, applications and functions of conservation patch.Based on land use type,soil type,slope grade, vegetation type and soil and water conservation measures,conservation patch is further explained.On this basis,this paper puts forward the construction technology of conservation patch,and establishes a set of management units of soil and water conservation.And it realizes the integrative application and management of basic data units of monitoring and evaluation of soil erosion,comprehensive harness of soil and water loss,supervision and law enforcement etc.The definition of conservation patch unifies the basic management and enhances the modern management of soil and water conservation.

soil and water conservation；conservation patch；management；unit；China

S157

A

1672-3007(2015)04-0127-05

2014- 07- 24

2015- 01- 09

罗志东(1980—),男,博士研究生,高级工程师。主要研究方向:水土保持与信息化。E-mail:luozhidong@mwr.gov.cn