（农业生物环境与能源工程专业论文）基于“3S”技术乌梁素海湿地生态工程数据库的研究.pdf

摘要 乌梁素海生念工程是一个大型系统工程，针对乌梁素海生态工程建设与科学管 理的需要，利用“3 s ”技术、计算机技术、工程数据库技术和环境工程技术，运用 v i s u a lb a s i c 、s u p e r m a p 和s q ls e r v e r 数据库等开发软件，构建乌梁素海生态工 程数据库。 乌梁素海生态工程数据库对生态工程采集的坐标点，自动进行格式转换与输入， 在遥感图像上显示工程的进展。通过s u p e r m a po b j e c t s 二次开发技术，实现了对基 础数据及生态工程数据管理、规划设计、生态监测和制图输出等功能，为乌梁素海 湿地生态治理与资源开发提供全方位的数据信息及其管理。乌梁素海生态工程数据 库可以对生态工程规划与实施方案进行优化设计，并能够对乌梁素海生态工程进行 动态管理与动态监测。 乌梁素海生态工程数据库的应用可以准确、方便地存储和管理在生态设计等过 程中产生的数据以及多媒体资料，为国家自然保护区科学管理和工程建设提供数据 支持。 关键词：乌梁素海；湿地；“3 s ”技术；生态工程；数据库；动念管理 s t u d yo nd a t a b a s eo f l a k ew u l i a n g s u h a i e c o l o g i c a lp r o j e c tb a s e do n3 st e c h n o l o g i e s a b s tr a c t w u l i a n g s u h a iz o o l o g yp r o j e c ti sab i gs y s t e m se n g i n e e r i n g t h i sa r t i c l ew a s s t u d i e d f o rt h en e e d so fw u l i a n g s u h a ie c o l o g i c a lc o n s t r u c t i o na n ds c i e n t i f i cm a n a g e m e n t ，u s i n g ”3s ”t e c h n o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g y , p r o j e c td a t a b a s et e c h n o l o g ya n de n v i r o n m e n t a l p r o j e c tt e c h n o l o g y , a n dm a k i n gu s eo fd e v e l o p i n g s o f t w a r e ，s u c h 觞v i s u a lb a s i c ， s u p e r m a pa n ds q l s e r v e rd a t a b a s e ，a n dd e s i g n sw u l i a n g s u h a iz o o l o g yp r o j e c td a t a b a s e t h ep r e j e c td a t a b a s er e a l i z e sf o r m a tt r a n s f o r m a t i o na n di n p u to ft h ec o o r d i n a t e p o i n t sc o l l e c t e db yz o o l o g yp r o j e c ta u t o m a t i c a l l ya n d s h o w st h ep r o g r e s so ft h ep r 0 j e c t o nr e m o t es e n s i n gi m a g e t h r o u g hs u p e r m a po b j e c t s s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t t e c h n o l o g y , t h i sd a t a b a s ea l s or e a l i z e s d a t a b a s em a n a g e m e n t ，p l a n n i n ga n dd e s i g n i n g ， e c o l o g i c a lm o n i t o r i n g ，a n dc a r t o g r a p h ye x p o r ta n d s o0 1 1 ，a n ds u p p l i e sw u l i a n g s u h a iw e t l a n dz o o l o g yp r o je c ta n dr e s o u r c ee x p l o i t a t i o nw i t ht o t a lc o m m i t m e n ti n f o r m a t i o na n d m a n a g e m e n t w u l i a n g s u h a iz o o l o g yp r o j e c t d a t a b a s ec a no p t i m i z ez o o l o g yp r o j e c t p r o g r a m m i n ga n di m p l e m e n t s c h e m e ，a n di s a b l et od od y n a m i cm a n a g e m e n ta n d d y n a m i cm o n i t o r i n g t ow u l i a n g s u h a iz o o l o g yp r o j e c t t h ea p p l i c a t i o no fw u l i a n g s u h a iz o o l o g yp r o j e c td a t a b a s ec a l l s t o r ea n dm a n a g e d a t ag e n e r a t ef r o mz o o l o g yd e s i g na n dm u l t i m e d i am a t e r i a l sa c c u r a t e l ya n de a s i l y , s u p p l i e sn a t i o n a ln a t u r er e s e r v e w i t hs c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n dc o n s t r u c t i o nt o o l s ，a n d p r o v i d e ss u p p o r t i n gd a t af o rt h e n a t u r er e s e r v e k e yw o r d s ：l a k ew u l i a n g s u h a i ；w e tl a n d s ”3 s t e c h n o l o g y ；e c o l o g i c a l p r o j e c t d a t a b a s e ； d y n a m i cm a n a g e m e n t dir e t t e db y ：p r o f s h a n gs h i y o u a p p lio a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：y inxia o f ei ( a g r i c u l t u r a lb i o t o g i e a le n v i r o n m e n t a la n d ( c o n e g eo fm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le r l # n e e d n g , i n n e rm o n g o l i a a g r i c u r u r a lu n i v e r s i t y , h u h h o l0 10 0 18 ，c i l i i i a ) 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢时 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材j i 啐，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 论文作者签名：鱼塾堕坠日期： 幻d 方多功 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定印：研 究生在攻读学位期问论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手段保存论丈 论文作者签名：鱼生咝塾 指导教师签名：逝圭垄 日 期： 2 0 0 $ 彳z 秒 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 1 引言 湿地是地球上重要的生存环境和生态系统，具有稳定环境、物种基因保护和资 源利用功能，被誉为自然之肾、生物基因库和人类摇篮m ，在改善气候、抵御洪水、 净化水质、保持物种基因多样性和维护区域生态平衡等方面有其它系统所不可替代 的作用。但近些年来，人口的急剧增长，城市化进程的不断加快，工农业的迅速发 展，以及湿地资源的不合理开发利用，都导致了湿地的退化，使湿地的功能处于严 重威胁中扭1 。 乌梁素海是我国西部半荒漠地区具有多功能生态效益的重要湖泊。近年来，由 于大量的氮磷营养物质进入乌梁素海，使享有“塞外明珠”的乌梁素海受到了严重 污染，水质恶化，已演变成为以大型水生植物过度生长为主要特征的富营养化湖泊。 在内蒙古乌梁素海生态治理项目中，随着对乌梁素海生态治理程度的不断加快， 各生态治理工程的相继实施，管理过程中涉及的资料和信息种类日益繁多，传统的 数据管理模式已难以满足当前工程数据的管理需求；另一方面，乌梁素海湿地生态 治理是一项十分复杂的大型系统工程口1 ，对乌梁素海制定生态规划，需要掌握生态 演变及资源开发方面的数据，对乌梁素海的历史演变要有全面的了解。因此建立基 于“3 s ”技术乌梁素海生态工程设计资料管理所需要的生态工程数据库的研究和开 发显得十分重要，为乌梁素海生态工程的规划、管理、决策、评价、分析和动态监 测提供技术支持，实现对生态工程的动态管理，对比不同时期乌梁素海环境与生态 资料，寻求更加合理的治理模式。 1 1 研究意义 本课题是国家自然科学基金项目：草型湖泊内源性营养物负荷与沼泽化效应的 研究( 批准号：3 0 5 6 0 0 2 9 ，2 0 0 6 - - 2 0 0 8 ) 与内蒙古乌梁素海湿地地理信息系统的研究 ( 项目编号：内野保发( 2 0 0 3 - 1 号) ) 的一部分。 目前，计算机技术已广泛应用，不同规模、不同功能的湿地资源信息管理系统 的投入和应用，已取得了良好的经济、社会和生态效益。随着乌梁素海生态保护工 程对综合配套技术应用的迫切需要，“3 s ”技术、环境工程技术、数据库技术、信息 管理系统、决策支持系统在湿地保护领域的应用趋向成熟。结合理论模型和定量、 定性研究的结果，建立乌梁素海生态工程数据库具有重要的意义，主要表现在以下 几个方面： ( 1 ) 在乌梁素海的生态治理过程中，随着原始数据和生态工程数据的不断增加， 同时对数据的整理和分析均靠人工方式完成，从而工作效率低，分析设计的准确性 难以得到保证，也影响了项目实施的最终效果。本系统将生态工程项目的图件、文 档资料、统计数据等归类整理，通过数字化存储到系统数据库中，实现了原始数据 与工程数据的统一管理，大大提高了工作效率，这为海量数据管理提供科学方法。 2 基于“3 s ”技术乌梁素海湿地生态工程数据库的研究 ( 2 ) 地理信息系统是一种以空间信息结合属性信息的计算机处理系统，能够结合 空问信息进行空间分析，完成多种形式的运算和输出，提供空间数据、分类统计、 空间量算等功能，为乌梁素海生态工程项目的分析决策提供技术支持。 ( 3 ) 乌梁素海生态工程数据库是利用“3 s ”技术、数据库技术和环境工程技术建 立起来的一个工程数据库。系统是基于乌梁素海基础地理信息数据，结合整个乌梁 素海资源特征、乌梁素海流域土地利用现状、地形地貌等，同时通过对沉水植物收 割工程、芦苇蔓延控制及疏浚工程、湖底挖深工程、水循环改善工程、湖周水土保 持工程、引黄补水工程、水生资源开发利用工程等工程管理资料，为政府对乌梁素 海的管理、规划、开发利用等决策提供科学的依据。 ( 4 ) 利用“3 s ”技术集成进行乌梁素海调查和研究具有客观、准确、高效等特点， 能够准确获取乌梁素海的各种资源和工程信息，包括湿地环境条件、生态资源和工 程治理程度，为湿地保护和管理提供科学依据，是目前湿地研究发展的一个趋势。 1 2 工程数据库在国内外的研究现状 数据库是在6 0 年代后期发展起来的计算机新技术。从1 9 6 9 年i b m 公司发表了 信息管理系统i m s ( i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 以后，数据库技术不论在理论、 实践上还是应用上都在突飞猛进地发展，被广泛应用到一些特定的领域中，出现了 像工程数据库、统计数据库、科学数据库等多种数据库。数据库技术与其他学科的 内容相结合，是新一代数据库技术的一个显著特征锕。 工程数据库系统是存储、管理和使用面向工程设计所需要的工程数据和数据模 型，它是将工程设计方法与数据库技术相结合，达到智能化的计算机辅助设计c a d 和计算机辅助管理c a m 集成系统瞄1 。 工程数据库与一般数据库相比具有以下优点： ( 1 ) 数据类型复杂 在工程应用环境中既有简单的数据类型，如整数、实数、字符串和布尔型等， 还有大量复杂数据类型的数据，如图形、表格、媒体和模糊数据等。 ( 2 ) 数据结构灵活 在提供基本数据结构的同时，包括一种建立新型数据结构的机制。 ( 3 ) 丰富的语义关联 描述工程数据的模型比传统的数据库具有更多的语义。 ( 4 ) 数据模型的多样性 工程数据包括静态的标准数据和动态的过程数据，由于设计过程具有反复修改 变更的特点，由程序产生不同结果和中间过程，因此动态模式修改和保留各设计版 本管理是必要的。 ( 5 ) 长事务的处理和并发控制 内蒙古农业大学硕士掌1 立论文 3 在工程设计环境中，设计人员经常要在交互状态下使用一组数据几小时或几天， 大多商用数据库是封锁数据库的部分数据，而工程数据库的解决机理，就是取出被 封锁的数据的副本，传送到设计者的专用工作区，建立专用数据库，并在主数据库 中给对应的数据作上标志，这样其它应用程序仍然可以对主数据库数据进行存取， 而专用数据库中己被修改的数据在被送回主数据库时必须保持其一致性。 ( 6 ) 良好的用户接口 设计人员和管理人员交互式操作的需要，包括系统提示、检查和纠错能力等人 工智能技术的应用。 1 2 1 国外工程数据库的研究现状 自从7 0 年代e f c o d d 研究员提出了关系数据库模型以来，数据库研究者们。 直在数据库领域做着持续不断的探索和研究，国外已研制出一批大体符合工程要求 的实用系统。比较著名的有美国p r i m a v e r a 公司推出的p 3 ( p r i m a v e r ap r o j e c t p l a n n e r 简称p 3 ) ，主要用于项目管理体系规划、编码设定、详细计划编制、进度 计算与统计分析等嘲；c a r n e g i em e l l o n 大学开发了模拟、监督、调度、管理大型项 目的c a l l i s t o 系统；m i c r o s o f t 公司则开发了m i c r o s o f tp r o j e c t 项目进度管理软 件，能够帮助项目管理用户建立工程项目进度计划，对进度进行分析与优化，当实 施计划发生变化时，对进度目标进行控制和管理口1 ；挪威工业中心研究所研制的面 向c a d c a m 应用的数据库管理系统t o r n a d o ，该系统向用户提供了一个非常灵活的 网状模型定义语言，t o r n a d ov e r s i o n 5 0 还支持复杂对象的定义及其处理，在数据 类型方面还增加了动态数组呻1 。 1 2 2 国内工程数据库的研究现状 我国工程数据库主要应用在机械、公路、铁路、石油、防洪等领域。如王军等 嘲建立基于w i n d o w s 平台开发的冷冲模c a d 系统的面向对象工程数据库系统，满足 模具设计与装配管理、模具元件管理和设计结果管理等，解决工程c a d 系统中数据 处理效率低及方便工程c a d 软件的开发维护；洪荣晶等n 0 1 建立以s q ls e r v e r 2 0 0 0 为后台数据库，以j a v a 为w e bs e r v i c e 开发工具的支持地铁车体开发的工程数据库 系统，完成前台功能化查询、可视化查询和参数化查询的功能设计，有效地管理车 体开发中的产品数据，支持车体开发的并行工程活动，缩短了车体开发的周期；胡 霞光n 订等运用工程数据库的方法，通过建立面向公路工程的青藏公路工程数据库， 将公路工程各项活动联系在一起，提高青藏公路的设计水平，保障道路畅通，降低 道路养护成本；高峰d 2 1 在西安南京线建立了铁路勘测设计工程数据库系统，涉及到 铁路勘测设计领域的各个设计阶段，该系统的研发实现了从外业勘测数据打包入库 到归档查询全过程的应用，较好地满足了站前站后专业c a d 设计集成化的要求；陈 4 基于“3 s ”技术乌梁素海湿地生态工程数据库的研究 书掌等n 朝建立测井类勘探数据库，从数据库结构设计、测井数据处理、格式转换、 集总和录入等技术出发，为测井类勘探数据库建库和数据录入提供了可行的方案， 为油f f l 工程地质部门充分利用测井信息资源提供了更好渠道；董侬生盯建立防洪工 程数据库，其作用不仅是国家防汛指挥系统的组成部分，而且为各应用子系统服务， 也带动了防洪工程属性的规范化、数字化进程，同时为其它相关信息的数字化提供 了有力条件；此外还有浙江省水利工程数据库n 卯；内蒙古j 下镶白旗生态建设工程数 据库n6 1 等。 1 3 “3 s 技术 1 3 1“3 s 技术概述 近年来，“3 s ”技术即遥感( r e m o t es e n s i n g ，简称r s ) 、全球定位系统( g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m ，简称g p s ) 、地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 简称g i s ) 的发展及其在环境保护中的应用为湿地保护提供了重要的先进手段。由于 其具有快速、实时的空间信息获取与分析能力，在全球变化研究资源与环境动态监 测、灾害监测与防治等国际关注的热点问题中越来越受到重视，尤其是r s 技术的实 时性、大领域、大尺度的特点；g p s 的精确定位；g i s 的数据采集和空间分析的强大 功能及三者的结合应用，为湿地的保护提供了重要的先进技术。 ( 1 ) r s 技术 遥感( r s ) 是6 0 年代发展起来的综合性学科，是一种以物理手段、数学方法和地 学分析为基础的综合探测技术。主要是从远距离高空及外层空间的各种平台上利用 可见光、红外、微波等电磁波探测仪器，通过摄影或扫描、信息响应、传输和处理， 从而获取研究所需要的信息及进而研究环境的相关关系的现代科学技术。遥感具有 综合性强、覆盖广、实时动态等特点，为资源调查与环境监测提供了特有的技术手 段。 在湿地资源调查与环境监测中，r s 技术可以提供有关湿地资源的海量数据，其 影像经过图像处理分析后还可以反映湿地内部的环境状况，可以深入研究湿地情况 与周边气候、地形地貌、土地利用、植被变化、湿地生物多样性以及社会经济发展 情况的关系。 ( 2 ) g p s 技术 全球定位系统( g p s ) 是一种同时接受来自多个卫星的电磁波系统以卫星为基准 解析确定接收点位置的现代定位技术，该系统是由美国开发研制，以2 4 颗g p s 卫星 为基础，是目前世界最有影响的，应用最广泛的卫星定位系统。有着传统定位技术 无法比拟的优越条件，可以在世界上任意时段、任意地点，以最少的人员投入、最 少的时间耗费达到高精度的定位性能要求。 利用g p s 的定位优势，将遥感提取的信息与g i s 分析要素相结合，可快速实现 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 定点野外数据信息的采集及对应用“3 s ”技术所提取信息的样点验证，为湿地资源 调查提供快速的实现方法。 ( 3 ) g i s 技术 地理信息系统( g i s ) 是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研 究、开发和应用形成了- f l 交叉性、边缘性的学科，是管理和研究空间数据的技术 系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种 处理、对数据实施有效管理、研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合 分析，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表 示处理的结果。g i s 功能主要体现在：1 ) 数据的采集和输入；2 ) 数据处理；3 ) 数据 的存储、组织和管理：4 ) 空间分析与模型分析功能。 通过利用地理信息系统，改变湿地信息基于文件形式的管理方式，建立了以空 间数据为核心的基础空间数据库，并提供了相应的管理、分析等应用工具，为湿地 的研究与保护提供了良好的基础和支持。 ( 4 ) “3 s ”技术 “3 s ”技术是以r s 、g p s 、g i s 为基础，是将三者独立技术中的有关部分与其它 高新技术领域中的相关部分有机构成一个整体而形成的一项新的综合技术。遥感具 有强大的信息采集和获取能力，是g i s 的重要数据源和更新手段；地理信息系统则 是存储、查询、分析、模拟、输出地理空间数据的重要工具，为遥感技术的应用提 供强有力的支持；全球定位系统的全球性、全天候、高精度的实时导航功能可为r s ， g i s 提供精确的空间定位信息。“3 s ”技术集成是在三者优势互补的基础上的有机 结合体。 1 3 2“3 s ”技术在湿地中的应用 “3 s ”技术在国外起步较早，目前已处于比较成熟的阶段，并大量应用于湿地 研究中。美国在9 0 年代建立了路易斯安那湿地恢复空间决策支持系统，用于湿地恢 复中的淡水转换、沉积转换、沼泽管理、海岸线固定等各类项目的评价工作n7 1 ；美 国学者在采用g i s 技术收集、贮存、分析、合成湿地水文建模所需的海量数据，并 以g i s 技术检验模型的精度方面进行了探索，为冲积平原水资源管理和盆地地区规 划设计建立了水力模型n 町：加拿大a l a i np i e t r o n i r o 等n ”利用多时相、多平台遥感 数据监测三角洲湿地水文环境的时空变化，以预测湿地生态系统将来的变化结果和 可能遭受的危险。 在我国，“3 s 技术已被广泛应用于湿地研究，其在湿地资源调查、湿地动态变 化监测、湿地景观格局变化研究和湿地多样性调查分析等方面发挥着积极的作用， 如张志锋等啪1 基于g i s 和r s 技术，利用多源遥感影像融合技术和g i s 叠加分析功能， 进行人机交互解译，得出北京市野鸭湖湿地自然保护区及周边区域在1 9 9 8 年、2 0 0 0 6 基于“3 s ”技术乌梁素海湿地生态工程数据库的研究 年和2 0 0 2 年的湿地资源现状：周华茂等以若尔盖高原的湿地资源为调查研究对 象，进行目视判读、遥感图像处理与机助解译分类和遥感制图等方面的工作，完成 了若尔盖高原1 ：1 0 力湿地资源现状调查，并建立湿地资源信息管理系统：黄桂林 等口羽对辽河三角洲湿地1 9 9 4 年和1 9 9 7 年两景t m 影像采用目视判读，并辅以g p s 进行现场判读，勾绘出不同湿地类型，再以g i s 技术进行数据处理和分析，对辽河 三角洲湿地动态进行监测，并对双台河口国家级保护区1 9 9 4 年和1 9 9 7 年两时相的 湿地类型与面积进行分析；刘晓曼幢3 1 等以1 9 8 6 年和2 0 0 0 年遥感影像作为基本数据 源，在r s 和g i s 技术支持下，对东北地区湿地资源进行动态变化监测；赵微瞳4 1 等通 过对野鸭湖湿地的t m 影像和i r s 影像进行处理，获得两期土地利用专题图，再运用 g i s 技术进行分析研究，获得野鸭湖湿地土地利用和覆盖变化的情况：汪爱华幢钔等 以景观生态学理论为基础，采用r s 和g i s 相结合的方法，探讨了三江平原沼泽湿地 的动态变化特征并进行景观分析，研究结果表明，1 9 8 0 - - 2 0 0 0 年间三江平原沼泽湿 地的景观格局发生了较大变化；张明祥证等以辽宁双台河口自然保护区为研究区域， 利用1 9 9 4 年和1 9 9 7 年两期t m 数据进行g i s 数据处理，进行各类湿地景观指数的计 算，得到保护区濒海湿地景观的动态变化特征；蒋卫国旺刀等以1 9 8 6 年和2 0 0 0 年遥 感影像为基本数据源，基于空间景观格局的原理，运用r s 和g i s 技术，对三江平原 湿地景观空间格局进行动态变化研究，结果显示，1 9 8 6 - - 一2 0 0 0 年期间，该地区的湿 地景观格局发生了显著变化，湿地景观趋于破碎化。 “3 s ”技术在湿地管理方面，主要是以r s 和g p s 数据为数据源，利用g i s 的空 间分析功能和属性数据管理功能，建立湿地信息系统，对湿地资源进行管理。 1 4 研究内容 本论文应用“3 s ”技术、工程数据库技术、环境工程技术，通过将乌梁素海生 态治理工程方面的信息归类整理建立乌梁素海生态工程数据库。 主要研究内容为： ( 1 ) 系统的总体设计，包括系统结构设计、系统功能设计、开发方式、开发平台 的选择和用户界面设计； ( 2 ) 数据库设计，完成空间数据库、属性数据库、文档数据库、图形数据库与视 频数据库的结构设计； ( 3 ) 建立湿地信息数据库，包括数据的收集、数据的录入、地图数字化、分层等 数据处理过程； ( 4 ) 数据管理、图形管理、查询功能、动态分析、制图输出等功能的开发； ( 5 ) 各个系统模块的具体功能和实现方法，完成系统的集成。 内蒙吉农业大学硕士学位论文 7 1 5 技术路线 本研究所采用的主要技术路线如图1 所示。 图1乌粱素海生态工程数据库技术路线 8 基于“3 s ”技术乌梁素海湿地生态工程数据库的研究 2 研究区概况 2 1 乌梁素海湿地生态现状 ， 乌梁素海位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗境内，是黄河流域的最大湖 泊，也是国家重点保护的湿地之一，界于4 0 0 4 6 - 4 1 0 0 8 n ，1 0 8 0 4 0 1 0 9 0 0 0 s ，湖 面高程平均值为1 0 1 8 5 m ，库容量为2 5 - - 3 1 08 m3 ，最大水深3 9 m ，8 0 水域水深 为0 8 1 0 m ，湖区面积约为2 9 3 k m2 。 乌梁素海是于1 8 5 0 年由黄河改道而形成的河迹湖，河套灌区农用排水经乌加河 汇入乌梁素海后由西山嘴的河口排入黄河。乌梁素海属于河套灌区排灌水系的重要 组成部分，对灌区排水和控制盐碱化起着关键作用。 乌梁素海是我国北方候鸟重要的迁徙和繁殖地，共有鸟类2 2 1 种，属国家_ 、 二级保护的珍稀鸟类3 0 种，其中有黑鹳、白尾海鹏、大鸨、白琵鹭和遗鸥5 种世界 濒危鸟类，是国际湿地公约中重要的湿地生物多样性保护区。 乌梁素海大型水生植物共6 科6 属1 1 种，均属世界广布种，以芦苇和龙须眼子 菜、穗花狐尾藻为优势种。 乌梁素海补给水源主要是黄河河套灌区的农阳退水，其次为工业废水和生活污 水。近年来由于河套灌区大量施用化肥，农田退水把大量的有机营养盐带进乌梁素 海，加上部分工业废水和生活污水的排放，给乌梁素海的沼泽化进程提供了巨大的 动力，使乌梁素海富营养化程度加重，沉水植物和芦苇大量蔓延，加速了沼泽化的 进程。 2 2 乌梁素海湿地生态工程简介 针对乌梁素海迅速沼泽化的成因和现状，内蒙古农业大学从1 9 8 7 年开始进行 了“以机械化方式控制乌梁素海沼泽化实用技术的研究、“草型湖泊富营养化适度 控制理论的研究”、“草型湖泊总磷控制模型的研究”以及“乌梁素海综合开发治理 攻关研究”，并于2 0 0 1 年开始在乌梁素海投入水草收割机船队进行“乌梁素海湿地 生态保护示范工程 、“乌梁素海综合整治生态工程”，已在一定范围内见到实效。以 机械化方式对草型湖泊富营养化进行适度控制，包括以机械化方式收割水草、芦苇 疏浚工程、芦苇园田化管理及湖底挖深工程，同时结合湖周水土保持工程及引黄补 水工程，能够在一定程度上改善水体环境，加速湖泊水循环，加大内源性营养盐输 出，控制芦苇蔓延速度，减轻整体水环境的富营养化负荷，从整体上提高湖泊生态 系统的净化功能嘲删。 2 2 1 沉水植物收割工程 沉水植物是湖泊主要初级生产者之一，是湖泊生态系统物质与能量流的主要传 递者，沉水植物在其生长期间具有从水中和底质中吸收与富集营养盐的能力，起着 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 “营养泵”和“营养库”的作用。 利用9 g s c c - - 1 4 型水草收割机，在每年5 月中旬至l o 月术，对乌梁素海湿地 采用机械化方式收获沉水植物即可从湖水中转移出氮、磷营养盐，削弱氮、磷的积 累与储备速率，从而控制同益加重的富营养化状况，并显著减少生物填平作用，延 缓沼泽化进程。 2 2 2 芦苇蔓延控制及疏浚工程 芦苇的蔓延和增产可能导致乌梁素海迅速衰亡演变成为芦苇沼泽地，不仅会使 乌梁素海迅速丧失湖泊大部分生态功能，并且会影响河套灌区水利排水功能，同时 芦苇造纸的经济效益很高，维持现有面积，阻止芦苇蔓延，进行园田化生态管理， 既可以保证乌梁素海生态的平衡与良性循环，又可以满足芦苇资源的持续开发利用。 在乌梁素海湿地实行大面积水下收割十分困难，采用挖掘机连根挖走控制蔓延 因水深不一也难于操作。因此使用芦苇收割机进行水下收割，芦苇杆内进水以后生 长点死亡，定点定片清除芦苇，阻止芦苇向外扩展相互连接成为大片；打开芦苇区 通道，加强芦苇区通水、通风，改善芦苇区内外水的循环，对芦苇区实现园田化管 理；在水深允许的区域用湿地挖掘机连根挖走芦苇控制其蔓延，进行园田化管理与 疏浚工程。 对芦苇区实现园田化管理，由于芦苇区通水、通风得到改善，可使芦苇生长更 加茂盛，产量提高1 0 ；另外，加强芦苇区内外水的循环可使全湖水的循环速度与 更新速度得到提高，从而改善水质。 2 2 3 水循环改善工程 乌梁素海全湖水循环状况受主排干给水与河口向黄河输水的时间、数量及水位 控制等因素的影响，在主排于入湖水量集中的时候，湖泊北半部的水位较南半部的 水位稍高，在大泊洞黄河故道处受到的阻力较大，全湖水循环状况形成短时间的水 位差，随进水时间水位逐渐趋与一致，在这期间发生全湖水循环，其余时间几乎没 有湖水循环。现在，每年3 - - 4 月初从黄河补充生态水以后，全湖水循环又是一种状 况，但是这期间的补水对北半部水循环影响较小，南半部水量更新较大，对改善水 质有明显作用。 改善全湖水循环的主要技术措施为：1 ) 加强生态补水，引黄河潮夕水、春灌水、 间隙水注入乌梁素海；2 ) 加强北半部水循环强度，加快更新速度，改善北半部水质 状况；3 ) 借春季西北风较大时，通过通济渠补水将东大滩的水质置换出去，设法改 善东大滩的水质状况；4 ) 为使生态补水取得成功，达到理想的置换效果，在补水期 间及秋灌以后保持一个较高的水位，维持在海拔1 0 1 9 米的水平上。 1 0 基于“3 s ”技术乌梁素海湿地生态工程数据库的研究 2 2 4 湖底挖深工程 乌梁素海生态淤积十分严重，芦苇区每年近1 0 0 力吨( 湿重) 水下部分芦苇沉积 在湖底，大约3 年期间腐败分解，大部分物质沉积湖底，其余向水中扩散；水草区 每年则有约9 0 万吨水草( 湿重) 沉积在湖底，参与生物填平作用，现在乌梁素海底质 深度平均约3 6 0 毫米，最大沉积深度0 9 米。 湖底挖深工程计划挖深面积为6 0 平方公里( 在水草区挖深) ，以开发利用率5 0 计算，可开发利用的湖泥资源储备量约为9 3 6 万立方米。 通过湖底挖深工程，可增加库容量0 3 6 亿立方米；满足渔业生产越冬和鱼种保 存的需要；减轻底质二次污染。 2 2 5 湖周水土保持工程 乌梁素海东南依乌拉山，北靠白云查汉山，两山对峙形成中间的明安川与乌梁 素海东岸相接，区域内水土流失严重，主要为条带状分布的大量沙丘群和乌拉山北 麓山洪冲积阶地。项目区内流沙绵延，土壤瘠薄，植被稀疏，山洪沟道遍布，是乌 梁素海泥沙淤积的主要策源地，项目区总面积1 3 5 1 k m 2 。 针对项目区的自然条件、土地利用现状和水土流失特点，对条件较好的天然草 场、固定半固定沙丘群实行封禁治理；在风蚀严重流沙集中且有河槽流经的地带， 在河槽两岸采用柴草机械沙障和植物措施相结合的方法建设防风固沙林体系；乌拉 山北麓山地丘陵区以小流域为单元综合治理，布设坝系，在山洪沟道内由沟头到沟 口，根据沟道特点布设骨干坝及中小型淤地坝、沟头防护等工程措施；在沟道两岸 坡面上根据实际情况种树种草或封禁治理，做到沟坡兼治。 2 2 6 引黄补水工程 引黄补水工程，是乌梁素海环境污染综合治理很重要一部分，利用引槽蓄水和 灌溉间隙引水，给乌梁素海补水，改变其水质促进湖内水体循环，使原有的大自然 生物链恢复正常，保持生态平衡，使乌梁素海发挥其最大的生态效益和环境效益。 2 2 7 水生资源开发利用工程 乌梁素海水生资源开发利用工程主要包括与生态治理工程有关水草资源开发利 用与湖泥资源开发利用。 水草资源开发利用与沉水植物收割工程是兼顾的工程技术，水草资源开发利用 的主要工程技术途径是：收割一捡拾输送一装船一水上运输一卸草一晾晒干燥一 除尘清选一压捆或粉碎。可使乌梁素海生态治理与水生资源开发利用取得和谐统一， 这是湖泊保护与水生植物资源开发兼顾的一个技术典型，能够使湖泊保护与区域经 济得到持续发展。 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 1 湖泥资源开发利用与湖底挖深工程是兼顾的工程技术，湖泥资源开发利片j 的主 要工程技术途径是：挖泥一上岸一干燥一进厂一粉碎一灭菌一配料一制粒一包装一 出厂。可利用乌梁素海底泥制造高效生物活性有机肥料，也可制造轻质高强度建筑 材料一陶粒。 3 系统开发工具及相关技术 3 1 系统开发工具 3 1 1 系统开发平台 目前，国内外市场上已有上千种商用g i s 平台。国外的主要有：a r c g i s 、m a p i n f o 、 g e o m e d i a 和a u t o c a dm a p 等；国内的主要有：武汉大学的g e o s t a r 、中国地质大学 的m a p g i s 、中国科学院的s u p e r m a p 等。 通过对当前国内外常用的g i s 软件平台的分析比较，并结合乌梁素海生态工程 数据库的功能需要，考虑整个乌梁素海地理信息系统的兼容性，系统开发采用超图 公司的s u p e r m a p 作为系统的开发平台。s u p e r m a p 是北京超图地理信息技术有限公 司研发的国产软件，其应用已经越来越广泛，已经在国内外多种行业中应用。 s u p e r m a p 是通用的组件式地理信息系统软件，它集空间图形、关系数据库、统计图 形、空间分析、网络通信和面向对象的程序设计于一身，并且支持应用程序之间的 通讯和提供与其它应用程序的接口。其充分利用w i n d o w s 界面，支持w i n d o w s 的标 准协议，简单易学，功能强大，二次开发能力强口引。 s u p e r m a p 是完全基于组件技术构件的g i s 开发平台，以标准的a c t i v e x 组件方 式，提供强大的g i s 开发功能，可以方便的嵌入各种流行的可视化高级开发语言环 境中进行开发，采用如：v b 、v c + + 、d e l p h i 、c # 等高级语言开发实现系统开发和集 成，有利于系统集成，增强了系统的可扩展性，是开发乌梁素海生态工程数据库理 想的开发平台。 3 1 2 系统开发语言 v b ( v i s u a lb a s i c ) 是一种m i c r o s o f tw i n d o w s 应用程序的开发工具，是微软公 司推出的基于b a s i c 语言的可视化编程环境，至今包含了数百条语句、函数及关键 词，其中很多和w i n d o w sg u i 有直接关系。专业人员可以用v i s u a lb a s i c 实现其它 任何w i n d o w s 编程语言的功能，而初学者只要掌握几个关键技术就可以建立实用的 应用程序3 1 。 v i s u a lb a s i c 采用了“可视化设计 和“面向对象设计”技术，软件开发的效 率大幅度提高，输入输出界面也都采用了w i n d o w s 的标准，软件的维护和扩充也十 分方便。它可应用其自身所带的数据库引擎创建s q ls e r v e r 数据库d 1 。因而具有很 大的灵活性，可以通过配置工作环境满足个人风格的最佳需要：可以在单个或多文 1 2 基于“3 s ”技术乌梁素海湿地生态工程数据库的研究 档界面中间进行选择，并能调节各种集成开发坏境元素的尺寸和位置。此外，v b 具 有先进的模块化程序设计功能，适于编制大型程序，完成大规模项目。用v b 开发出 的应用软件，其操作界面美观大方，使用方便，具有人性化的特点，更易为用户所 接受。 在v b 6 0 环境下结合s u p e r m a p 对系统进行开发，可以很方便的将地图处理功能 嵌入到应用程序中，并可以发布文件，脱离s u p e r m a p 的软件平台运行。 3 1 3 数据库平台 ， 选择一个好的数据库开发工具，对开发后台数据库非常重要。目前流行的主要 数据库系统有a c c e s s 、o r a c l e 、i n f o r m i x 、s y b a s e 、s q ls e r v e r 、d b 2 等口钔。 其中，s q ls e r v e r 数据库是一种关系数据库，是由m i c r o s o f t 公司开发的，主 要应用于w i n d o w s 环境。它的显著特点是易学、易用、功能强大。s q ls e r v e r 以对 象一关系型( o b j e c t r e l a t i o n a l ) 设计使管理复杂的数据( 多媒体数据、空间数据) 成为可能。s q ls e r v e r 提供了系统管理工具，可将数据有效灵活地分布，具有从所 有可用的计算资源处获得最佳性能所需的可伸缩性。 3 2 组件式g is 随着计算机技术和软件技术的不断发展，新的应用系统越来越复杂，使软件应 用置身于更加广阔的环境中，从而对应用软件提出了更高的要求，使软件设计更加 困难。组件式g i s 是在这种情况下产生的，代表了g i s 系统的发展潮流。 组件式g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完 成不同的功能。各个g i s 控件之间、以及g i s 控件与其它非g i s 控件之间，可以方 便地通过可视化软件开发工具集成起来，形成最终的g i s 应用系统。它既可以充分 利用g i s 控件对空间数据库的管理、分析功能，又可以利用其它可视化开发语言具 有的高效、方便等编程优点，集二者之所长，不仅能大幅提高应用系统的开发效率， 而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果，更强大的 数据库功能且可靠性好、易于移植、便于维护。 ( 1 ) 组件式g i s 特点啪1 1 ) 功能灵活、价格适宜 在组件模型下，各组件都集中地实现某一项或者几项系统功能。用户可以根据 自身项目的实际需要自由选择所需的控件，就从很大程度上降低了系统的开发费用。 2 ) 无须专门g i s 开发语言、直接嵌入软件开发工具 组件式g i s 只需实现g i s 的基本功能函数，并且按照m i c r o s o f t 的a c t i v e x 控 件标准开发接口，增强了g i s 软件的可扩展性。 3 1 强大的g i s 功能 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 3 g i s 组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空问处理能力和丰富的空问 查询与分析能力。 4 ) 开发简捷 由于g i s 组件可以直接嵌入软件开发工具中，对于广大开发人员来讲，就可以 自由选用他们熟悉的开发工具。 5 ) 更加大众化 组件式技术已经成为业界标准，用户可以像使用其它a c t i v e x 控件一样使用g i s 控件，使非专业的普通用户也能够开发和集成g i s 应用系统，推动了g i s 大众化进 程。 。 ( 2 ) s u p e r m a po b j e c t s 二次开发 s u p e r m a po b j e c t s 是超图公司基于a c t i v e x c o m 技术开发的组件式g i s 软件开 发平台，由一系列的a c t i v e x 组件构成，包括核心组件、空间分析组件、柿局组件、 三维组件等。 对s u p e r m a po b j e c t s 进行二次开发，首先利用v b 将s u p e r m a po b j e c t s 组件应 用的程序中，调用s u p e r m a po b j e c t s 组件的属性和方法完成g i s 基本功能，结合乌 梁素海生态工程的具体需要开发应用系统专用的功能。 3 3a d o 技术 a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t