2005－2006年的“全国水土流失与生态安全综合考察”发现我国水土流失问题仍然非常严重，水土保持将是我们长期而艰巨的任务。科学的规划和有效的措施是控制水土流失，保护土地资源，提高环境质量的必然途径。而准确、完备的信息是科学决策的依据和技术支撑。数字水土保持是提供这种信息和技术工具的最有效手段。

数字水土保持是数字地球思想和技术在水土保持领域的应用和发展，是数字地球的专业化和具体化。

数字地球的概念由美国前副总统戈尔于1998年1月31日首次提出。他提出这一概念的理由是：人类渴望获得知识与信息，但大量信息仍然积压在某个角落没有被使用；由于人类大脑对数据的处理和记忆速度太慢等问题，常常在海量数据面前显得束手无策，行不成概念；如果将数据排列成一定规律，人们便可以迅速形成概念并做出判断；一般的计算机信息系统不能很好地完成这个任务，这就需要数字地球。

数字地球可以理解为现实世界的数字描述和表达系统。它将不同时空多分辨率的资源、环境、社会、经济和人口等海量数据或信息，按地理坐标，从局部到整体，从区域到全球进行整合、融合及多维显示，并能为实际应用提供支撑。

数字地球的概念提出后，由于其在政治、军事、经济、科研等领域的重大意义，迅速引起了欧洲及其他一些国家的反应。我国也在几年时间内取得了实质性进展，在不同领域得到应用。先后开展了“数字中国”、“数字城市”、“数字流域”、“数字农业”、“数字水利”等方面的研究。接着测绘部门强化了国家基础信息设施建设和数据共享的力度。北京建立了“数字北京”市重点实验室。黄河水利委员会进行了“数字黄河”工程建设。

数字地球的先进性表现在多数据融合，按地理坐标组织，多维显示，统一规范，多机构协作等方面。水土保持涉及自然、社会、经济等因素，需要多部门配合，需要综合信息的支持。所以数字地球的概念非常适合水土保持信息化的要求。“数字水土保持”可以定义为按地理坐标对水土保持要素和状况的数字化描述和处理。它借助地球空间信息技术，对水土流失状况、地形、土壤、降雨、植被、土地利用、经济社会状况，以及水土保持工程、开发建设项目、行政管理等多种类型、多种尺度、多种来源和多种时相的水土保持基础信息进行数字化收集、贮存、传输、分析和应用，为水土流失动态监测，水土保持规划设计、效益分析、项目管理、预防监督等工作提供现代化的方法和手段。它包括信息采集与更新、贮存与数据库、通讯与网络、分析与模型、项目管理与决策支持等子系统。

“数字水土保持”将成为数字中国的主要组成部分，是一项宏伟的工程，需要动员全国水土保持界的力量，协同攻关，实现共建、共管、共用。

国外虽然没有明确提出“数字水土保持”的概念，但以根植于地理坐标或地理单元这样的“数字地球”理念开展的水土保持数字化或信息化过程一直在进行，主体思路是以水土流失动态监测与评价带动水土保持数字化建设。发展过程可概括为三个阶段：

第一，为认识水土流失危害，了解水土保持需要而开展的水土流失调查和数据采集。核心是通过调查为主的方式，对主要县域或在县域内选择一定的点或面（区域）采集相关水土流失数据，了解水土流失现状和危害。该阶段的代表是美国1934年开展的全国土壤侵蚀勘查。此次勘查不仅直接促使了美国水土保持法的颁布和水土保持局的成立，而且于1945年对这些采集数据的分析结果更是成为后来实施水土保持优先项目的基础，因此被称为“1945年水土保持需求调查”。随后每隔约10年先后于1958年和1967年进行了两次国家水土保持需求调查。该阶段目标单一，调查数据简单，以县域为主，并未覆盖全国，更没有时间上的可比性。其应用成果十分明确：主要回答土壤侵蚀现状如何？哪些土地（主要是农耕地）需要采取水土保持措施？

第二，为实现水土流失动态监测而开展的多源数据采集、分析与融合。该阶段实际上已经实现了“数字水土保持”的理念，其标志是建立了一整套的空间采样和数据采集与分析方法，从而可通过采取自下而上统一的标准和方法，在不同层次的地理单元上采集水土流失及其相关数据，开创了“数字水土保持”进程中的地理坐标和地理单元思想，前者是指将水土流失信息落实到具体的空间位置，后者是指将不同的数据落实到不同层次的地理单元，以便服务于不同的目的。该阶段从1977年开始至1997年，每隔5年在覆盖全国的范围内进行一次数据采集与分析，共进行了5次。不仅建立了可用于对比分析的本底水土流失数据，而且实现了水土流失动态监测与评价。数据采集除实地调查外，辅以大量其它信息源，如遥感数据、基于地理信息系统技术的地图与地统计数据、各类统计资料等。不仅实现了多源数据的采集、分析与融合。与此同时澳大利亚、欧盟也开展了类似的土壤侵蚀调查与评价。其数据采集依赖的空间属性与美国的抽样调查明显不同，是以不同空间分辨率的数据源为基础，采用均匀网格形式进行数据采集、收集和处理，进而按照用户需要的地理单元进行网格汇总。这一阶段由于信息技术和计算机技术的迅速发展，以及政府和公众对准确和规范信息的迫切需求，使得水土流失数字化过程发展迅速，积累了大量规范可用的水土流失数据。

第三，数据应用的拓宽阶段。大量数据的积累使其应用范围已不仅仅限于水土流失监测和评价，而且扩展至生态与环境质量评价。一是通过多部门多领域联合开展各类项目，拓宽数据应用范围；二是通过开发各类模型，应用积累的数据进行生态与环境影响评价，还可将模型模拟数据作为新的数据源进行数据更新。如地下水模型（GLEAMS）需要的一些信息可由水土流失数据提供，模拟出的相关化学污染物等数据可作为水土流失数据库的补充数据源。此外大量数据的网上发布，极大地促进了公众对资源和环境等问题的关注，起到了辐射教育的作用。

自20世纪中后期以来，国内也开展了一系列与数字水土保持相关的研究工作。主要包括：（1）水土保持监测网络系统和标准体系建设。在已有水土保持试验观测站、观测试验方法基础上，建立了覆盖全国的水土保持监测网络系统。同时编写发布了水土保持监测技术规程SL277-2002，土壤侵蚀分类分级标准SL190—96等等技术规程。（2）水土保持遥感调查。国家连续进行了3次全国范围的土壤侵蚀遥感调查，基本查清了全国水土流失类型与强度的分布状况，同时在土壤侵蚀分级分类技术规程制订方面，取得突出成绩。（3）水土保持信息化建设。各地已开展了水土保持信息化建设工作，如北京市和辽宁省在DEM基础上划分了小流域并已经应用于水土保持项目立项和管理。黄河流域建立了水土保持本底数据库，编写颁布了《黄河流域水土保持数据库表结构及数据字典》和《黄河流域水土保持信息代码编制规定》等。另外，结合“数字黄土高原”建设，对水土保持元数据体系进行了研究和探讨。长江流域在长江上游水土流失重点防治(长治)工程的带动下，积累了大量土地利用、水土流失与水土保持资料，以及土壤，水文、DEM和高分辨率航空遥感影像等资料。（4）相关领域和部门的工作。国家测绘局基础地理信息中心完成了全国范围内1:5万、1:25万和部分地区1:1万地形图的数字化和DEM建立。国家土地管理局完成了土地统计台帐，实现了部分土地详查成果图的数字化。国家林业局在全国布设了林地定位监测样点，定期完成林地资源遥感普查。这些成就无疑为“数字水土保持”的实施提供了雄厚的基础和丰富的经验。

如前所述，信息与计算机技术、水土保持监测技术、对地观测技术等的迅猛发展，极大地促进了我国水土保持信息化建设，但现在提出“数字水土保持”建设，是由于它与以往的水土保持信息化有着本质差别，主要表现为二点：一是将所有的信息落实到统一编码的地理位置和地理空间，从而使原来的信息有了空间属性；二是将所有信息以统一的标准和格式，在不同层次地理单元上进行存贮和处理，并能实现各层次间的传输和应用。因此数字水土保持应该是按照全新的理念进行数字化建设，为此需要对没有数字化成果的按照统一标准和规范进行建设，对已有的各种信息化成果按照统一标准和规范进行融合和提升。以这样的标准而言，目前我国数字水土保持建设主要存在以下问题：

组织管理问题：缺少国家层面上的统一协调和规范指导。对数字水土保持的内涵认识也不十分清楚，仅简单地认为是以往信息化过程的继续或简单拼盘，这样便缺乏从整体和长远的角度进行建设的思想。

标准体系问题：现有水土保持方面的标准化体系建设不能满足发展需要；地区性标准体系（如《黄河流域水土保持数据库表结构及数据字典》和《黄河流域水土保持信息代码编制规定》）不能完全适用于其它地区。应在总结已有技术规范和技术标准基础上，根据全国各地情况进行修正编制出符合全国状况的技术规范。

模型与数据的相互匹配问题：如黄河流域是我国水土保持监测历史最长，资料系列最完善的地区。但有关分析表明，现有监测设施和数据，尚不能完全满足水土流失数学模型开发的需要，或与模型的要求不能匹配。

硬件环境建设问题：虽然建立了监测系统网络，但是硬件环境，特别是基层监测站的设备，不能满足数字水土保持工作需要。

提出和适时实施“中国数字水土保持”计划，是根据水利部新时期治水新思路，落实科学发展观念，依靠科学技术进步促进水土流失治理重大举措；也是顺应科学技术发展，全面推进我国水土保持科学研究和科技竞争能力的创新性思维和重大举措。实施“中国数字水土保持计划”，其必要性表现在五个方面：

是进行水土保持科学管理与决策的需要。科学和高效的水土保持管理、水土保持战略的制定、规划的提出、项目的论证等离不开准确的水土流失和水土保持数据，以及对这些数据的科学分析和判断，数字水土保持提供了这样的数据基础和决策工具。

是科学评价水土流失危害及其防治措施成效的需要。水土流失造成土地资源的退化和丧失，带来洪水隐患，导致环境污染问题，为了回答上述危害的程度、范围等问题，需要依靠长期的、准确的监测数据。多年来为了预防和治理水土流失，国家从中央到地方、乃至个人都投入了大量资金进行水土保持工程建设。投入效益如何，投入效益的地区差异如何，工程效益的寿命如何等等问题的回答，需要数字水土保持建设。

是依法及时公告水土流失状况的需要。我国先后利用遥感信息源的数据分析结果，发布了二次水土流失公告。但由于信息源单一、经费有限、耗时较长等多种原因，限制了及时的水土流失状况公告。此外，目前的公告尚无法给出更为定量的水土流失速率，因此需要通过数字水土保持建设，提供多种数据源分析，实现快速的定量公告。

是推动水土保持科学技术发展的需要。科学的发展离不开准确的数据，数字水土保持建设无疑为水土保持科学与技术的发展提供了数据基础。为实现数字水土保持辅助支持决策作用的各种模型开发，也会带动水土保持科学技术的发展。

是提高公众关注水土保持建设和关心生态环境意识的需要。数字水土保持对公众的开放，将极大地丰富公众有关水土保持的知识，进而提高他们关注水土保持建设、关心生态环境的意识。

全国数字水土保持建设的总体目标是：以水利部水土保持监测中心、流域机构监测中心站、省（自治区、直辖市）水土保持监测总站及其监测分站和有关科研院所以及高等院校为依托，以监测点的地面观测和全国性、区域性的普查（或抽查）为数据基础，采用“3S”和网络技术，依据地理坐标，改造和拓展水土保持信息采集方式，形成快速便捷的信息采集、传输、处理和发布系统；建设水土流失、水土保持生态建设等基础数据库；实现基于高速网络基础的、面向社会各界的、具有信息提取能力的信息共享和信息服务平台；全面提高全国水土保持生态建设的管理、科研和示范推广能力。

在注重整体性、系统性、时效性和实用性的前提下，根据总体发展需求，数字水土保持建设应坚持以下基本原则，

（1）以实际应用为导向，实用性和先进性相结合。以建设适应水土保持生产实践、管理和科学研究等的数据库为中心，围绕水土保持信息采集、记录、管理及分析、传输等规范等中心环节，基础数据尽快完善，动态数据不断更新，从可操作性和实用性出发进行建设，确保数字水土保持的高效利用。

（2）服务多层次用户，分级多尺度管理。充分协调水土保持管理与决策部门、科研部门、公众需要等多层次用户需求，实现行业信息应用、社会服务与领导决策相结合；统筹考虑国家、流域机构、省（市、区）水土保持管理部门的数字水土保持需要，以及水土保持科学研究部门的数字水土保持需要，满足不同层次需求，实现分层次管理；根据不同管理单元的空间差异，实现多尺度管理。

（3）统一规划，分步实施。应在水利部水土保持司直接领导下，并考虑相关“数字工程”的建设进展，考虑不同用户需求的阶段性，编制中长期统一规划分步实施。

（4）统一标准，数据共享。在大量调研和需求调查的基础上，建立统一的标准和规范，确保数字数土保持建设的完整性、高效性、标准化、可靠性和安全性，实现信息资源的共建共享。

（5）加强管理、广泛合作。通过健全规章加强管理，重视与教学科研单位的合作，充分利用各部门已有的信息资源，在更大的空间和更大的范围内推进数字水保的持续发展。

数字水土保持建设的主体框架分为三个层次：数据采集层、数据处理层和数据应用层。三个层次的建设必须依托统一的专业标准和规范，并有相应的政策法规作为保障。因此标准化与政策法规是贯穿始终的建设内容。

（1）数据采集层，主要解决如何取得翔实、标准和准确的数据。该层次工作主要依托现有水土保持监测网络进行。（2）数据处理层，包括两方面：一是对原始数据进行加工处理、编写数据文档（元数据），建立数据库；二是对各种水土保持数据进行分层次连续加工处理，为数据应用提供基础的模型库，包括多类型、多尺度土壤侵蚀模型、水土保持规划模型和效益评价模型等。（3）数据应用层，是将数据经过多重加工处理后，变成标准信息并能为水土保持规划、决策、公告和科研教育等提供支持的过程。实现对水土保持信息的高效安全管理、快速便捷查询和发布。数据采集是数字水土保持建设的基础。主要依托全国水土保持监测网络，同时结合水土保持遥感普查、水土流失和水土保持抽样调查、国家基础地理信息系统等进行采集。包括通过定位观测采集的水土流失因子，小流域把口站和水文站观测取得的水文泥沙数据，通过遥感调查和抽样调查采集的水土流失类型与强度数据，通过高分辨率遥感调查和水土保持统计调查取得的水土保持措施数据，通过水土保持行政管理部门得到的水土保持项目管理数据等专业数据。同时还通过建立数据交换和共享机制，从国家基础地理信息中心、国家统计局、国家气象局、国家土地管理局等部门获取基础地理、自然和人文背景数据等，如地形图和DEM、气象数据、土壤数据（土壤普查和土壤数据库）、土地利用数据与植被覆盖、遥感影像及其专业产品（如NDVI）、社会经济统计数据等。

数据库是数字水土保持建设的核心，不仅是实现数字水土保持目标的基本保障，并决定着数字水土保持能否具有生命力和可持续性。数据库设计应分析数字水土保持不同用户对数据的需求，充分考虑模型库对数据输入的要求，详细调查现有和未来水土保持相关信息源的数据量和数据格式，并且正确处理技术先进性和成熟性的关系。数据库建设基本内容包括三个方面：（1）元数据和数据质量标准体系建设。根据水土保持数据的信息属性，将其划分为专业表格、图形图像、文本信息和多媒体信息等四种，并分别制定元数据标准和数据质量控制标准。（2）专业信息编码与空间基本信息单元系统制定。综合考虑影响水土流失的环境条件，划分全国数字水土保持基本单元，通过统一编码实现水土保持属性信息与空间信息的链接，同时建立相应数据库，作为水土流失和水土保持动态监测和定量评价的基础。（3）专业数据库建设。对上述采集的数据信息根据不同用户或业务要求进行安全、科学和高效管理。主要内容包括：基础地理数据库、水土流失因子数据库、水土流失监测数据库、水土流失数据库、水土保持数据库、预防监督数据库、项目管理数据库、法规文献库等。

模型库是数字水土保持建设的创新点和突破点，用来进行数据加工、数据处理，以其结果直接为用户提供多种服务。模型库的建设，应该充分分析不同层次用户对数字水土保持的需求，确定面向不同层次用户的服务种类和功能。完整的模型库建设分两个方面：（1）知识库建设：系统总结整理水土保持措施布设、水土流失强度判定、水土流失和水土保持环境效应等方面的专家知识和经验，整理水土流失研究中的规则和重要参数等，建立水土保持专家知识库。（2）水土保持专业模型库：结合已有研究成果，整合已有区域性模型，开发多尺度（坡面、小流域、区域）土壤侵蚀预测预报模型、水土保持效益评价模型、水土保持规划设计模型、水土保持决策模型等。

应用系统是直接面向用户的服务系统，是数字水土保持面向用户的出口。其表现形式是一个基于网络的、多功能的用户界面系统。该系统将基于数据采集系统和模型库系统，以用户需求为目标，实现数据服务的功能。包括：（1）信息服务系统：直接面向社会公众（包括水土保持管理者、科学家、学生和热心水土保持、生态建设和环境保护的所有人群），借助系统自带的简单分析、统计功能，为用户提供需要信息，也可在授权范围内下载系统中的有关数据信息资源。（2）水土流失分析预报：根据用户选定的区域，利用本系统中的模型和知识库资源，进行各种尺度土壤侵蚀预测预报。（3）水土保持辅助设计：用户根据项目区的位置和基本属性等，调用数据库的数据资源或按照系统要求自行输入自己的基础数据，在水土保持规划模型帮助下，进行水土保持规划设计。（4）水土保持效益评价：针对特定区域、特定项目，利用本系统中的数据或者用户提供的数据，按照国家技术规程和标准，完成对水土保持效益计算分析和评价。（5）水土保持项目管理：可以使水土保持项目行政管理部门，对项目的立项、执行、验收等全过程进行监督、管理和服务。（6）水土保持公告。

根据目前已有基础，数字水土保持应是一个拥有5级管理层次的系统：一级为水利部水土保持监测中心，二级为各流域机构的中心站以及科研协作单位，三级为各省水土保持监测总站，四级为各地区的水土保持监测分站，五级为县级水土保持行政管理部门。

数字水土保持是建立在计算机科学上的系统工程。针对数字水土保持系统的海量数据存储、大量用户访问、高并发请求等方面，高性能的服务器和存储设备是一级管理单位的基本硬件配置。服务器分设为WEB服务器、SFTP服务器、数据库服务器以及应用服务器。为了确保更高的安全性、更好的扩展性将服务器独立设置。各服务器主要功能如下：WEB服务器主要用来发布信息，各级用户是通过此服务器浏览信息；SFTP服务器主要存储各级管理单位上传的各种格式的数据和图像信息，主要是原始采集信息；而数据库服务器是数字水土保持海量数据存储与管理的载体，与SFTP服务器的区别是此服务器存储的数据格式是统一的且可相互关联；应用服务器主要是用来存储与运行各种与水土保持相关的应用系统软件，调用数据库服务器中的数据运行。SFTP服务器和数据库服务器中的数据信息需要及时存储与备份至存储设备中。由于数字水土保持会有海量的数据产生与更新，需要大量的存储设备，其要求是安全地保存数据、快速便捷地获取数据、方便快速地恢复数据，根据性能与价格的不同可选择磁带或磁盘阵列。数字水保在二级至五级管理单位的硬件配置为性能较好的PC机即可。

为了保证服务器群高质量、高性能的运转，选择unix（Solaris 9）操作平台、Oracle 9.2.0.4商业数据库、Apache HTTP Server软件、大型地理信息系统等软件。各级管理用户主要的操作方式为：可从web页面输入数据并存入数据库服务器中，在服务器上定时运行数据库处理进程，分析处理数据，将数据定期备份至磁带或磁盘阵列中；可从web页面访问应用服务器，使用各种应用系统软件进行计算分析；用户也可通过SFTP服务器和数据库服务器帐号登陆，上传下载数据。而普通用户可通过web页面浏览发布的各种信息。各级管理和普通用户浏览到的web页面可为同一界面，而针对不同用户设置不同的权限进行各种操作。

采用主机托管的方式。一级服务器网络要求100M带宽，下级服务器须保证足够的带宽，申请.org（.net、.cn或.com）顶级域名。为确保网络通信安全和传输带宽，可向电信运营商购买VPN业务，以构建虚拟的专用网络。

成立“中国数字水土保持计划”领导小组，负责总体方案的制定和重大决策与协调。

成立“中国数字水土保持计划”技术指导组，负责建设方案的实施和技术力量组织。

建立一支数据采集与管理队伍。

编制全国数字水土保持基本单元图。

以水土保持监测网络数据采集标准为基础，吸收已有成果，建立全国统一的数据采集规范标准。

加快国家水土保持监测网络工程建设速度。

依托973项目建立全国水土保持基础数据库；构建全国多尺度土壤侵蚀预报模型、水土流失影响与水土保持效应评价模型。

数字水土保持的建设任务大，涉及面广，不可能靠一个单位和部门完成，也不可能很短时间内完成。它是一项需要多部门合作的长期工程，所以我们必须从易到难逐步实施。首先可以做一个10年规划，分为两个阶段：2006-2010年为第一阶段，2011-2015年为第二阶段。

第一阶段（2006-2010年）的主要任务是：

(1)组织落实：成立两个小组：领导小组和技术小组，建设一支自下而上全面的数字水土保持建设和管理的队伍。

(2)政策落实：制定《全国数字水土保持计划》纲要。

(3)技术落实：建立数字水土保持建设的统一技术体系、规范和标准。

(4)任务落实：2007-2008年为试验阶段，2009-2010年在重点县建立能落在地理坐标上、可进行动态对比的水土保持和水土流失数据。

第一阶段（2006-2010年）的主要成果是：

(1)背景数据库：与水土流失与水土保持相关的自然、社会、经济背景数据库；

(2)水土流失数据库：重点县水土流失调查数据库；

(3)水土保持数据库：整理多年水土保持生态建设数据；

(4)有效土层厚度与容许土壤流失量数据库；

(5)基本完成数字水土保持的建设。

第二阶段（2011-2015年）的主要任务与成果是：

(1)全面完成数字水土保持建设。

(2)在全国建立与前一阶段能进行对比的水土流失信息资料。

(3)设计的五级管理体系都能正常运转，为水土保持公告、规划、管理和决策提供服务。

尽快制定《全国数字水土保持计划》纲要，指导全国数字水土保持建设。

设立“数字水土保持计划”专项基金。

选择基础较好的省、市、流域先行试点。

立即启动“水土保持历史数据抢救工程”，按照统一的规范标准，收集整编水土保持历史数据。