遙感技術在生產建設項目水土保持監測中的應用

劉憲春，王萬君，王愛娟，曹文華

(水利部 水土保持監測中心，北京 100053)

隨著我國經濟社會的飛速發展，由持續大規模高強度生產建設活動引發的環境問題對民眾的生產生活造成了越來越大的困擾。為了嚴控生產建設活動引發的水土流失環境危害，水土保持法明確要求生產建設單位編報水土保持方案，按照批復的方案采取水土流失預防和治理措施，同時要求對可能造成嚴重水土流失的大中型生產建設項目進行水土保持監測。

總體來說，生產建設項目水土保持監測開展十幾年以來，在監測內容與指標、監測數據采集與處理方面積累了經驗，為生產建設活動水土流失的防控提供了必要的技術支撐。但是，由于監測方法總體上還不夠成熟，缺乏權威性的規范指導，造成了實際成果質量良莠不齊。本文根據生產建設項目水土流失特點，對遙感技術在生產建設項目水土保持監測中的應用進行了深入討論和分析，為規范生產建設項目水土保持監測提供參考。

1 生產建設項目水土保持監測要解決的問題

要確定遙感技術在生產建設項目中的作用，首先應了解生產建設項目水土保持監測需要監測的指標。根據《開發建設項目水土保持技術規范》(GB 50433—2008)，生產建設項目落實預防與治理措施后，應該實現以下基本目標：①項目建設區的原有水土流失得到基本治理；②新增水土流失得到有效控制；③生態得到最大限度保護，環境得到明顯改善；④水土保持設施安全有效；⑤擾動土地整治率、水土流失總治理度、土壤流失控制比、攔渣率、林草植被恢復率、林草覆蓋率等指標達到現行國家標準[1]。

規范中提到的前4個目標是對生產建設項目水土流失防治的總體要求，是定性指標。需具體定量考核的是最后目標中的6項指標。這6項指標均為計算指標，屬綜合指標。要準確計算這6項指標，應對計算這6項指標的基礎指標[2]進行監測。

(1)擾動土地整治率。應掌握項目建設擾動的土地總面積和擾動后進行整治的土地面積。

(2)水土流失總治理度。應掌握項目完工后，建設區內水土流失治理達標面積和水土流失總面積。

(3)土壤流失控制比。應掌握項目建設區內的容許土壤流失量、各防治分區的土壤流失量(強度)。

(4)攔渣率。應掌握項目建設過程中采取措施實際攔擋的棄土(石、渣)量和工程棄土(石、渣)總量。

(5)林草植被恢復率。應掌握項目建設區內的林草類植被面積和項目建設區內可恢復林草植被(在目前經濟、技術條件下適宜于恢復林草植被)的土地面積。

(6)林草覆蓋率。應掌握項目建設區內林草類植被面積和項目建設區面積。

此外，水利部《關于規范生產建設項目水土保持監測工作的意見》(水保〔2009〕187號)還要求建設單位按季度報告生產建設過程中的水土保持工作，主要包括取土(石)場、棄土(渣)場使用情況和安全要求落實情況，擾動土地和植被占壓情況，水土保持措施(含臨時防護措施)實施狀況、水土保持責任制度落實情況等。

從以上分析來看，做好做實生產建設項目水土保持監測，對項目建設區按照施工進度準確進行地表狀況分類并確定面積、獲取挖填堆棄的土石方量和項目建設區內不同下墊面情況下的土壤流失量是核心。在監測中所有技術方法都應該圍繞面積和數量來進行。

2 遙感技術可以解決的問題

通過前述指標分析可以看出，確定各類地表狀況在不同階段的面積是做好生產建設項目水土保持監測工作的基礎，而遙感恰恰在面積分類確定方面有著巨大優勢。遙感技術的優勢在于不需要技術人員到達全部現場就能把地表情況逐一識別出來，極大地降低了現場工作的強度。我國進行的4次全國性土壤侵蝕調查都利用了遙感技術，而在生產建設項目水土保持監測中，也有很多單位做了探索實踐[3-6]。縱觀各地實踐的具體例子，均是借助遙感影像不同圖斑的紋理、色調、形狀識別地表情況，對項目區土地利用類型進行分類，確定不同地類的具體面積，在此基礎上，再利用地形數據和由遙感獲得的植被覆蓋度數據來定性判定各斑塊的水土流失強度。這種技術多是為了獲取項目區水土流失的背景情況，或者是在監測期末對項目區水土流失狀況做出整體判斷。

需要指出的是，利用遙感影像僅解決了地表不同狀況地物的位置、形狀和大小，至于這些地物到底是什么，還需要借助地面現場踏勘進行驗證。對于生產建設項目來說，范圍較小，建設過程中取棄挖填活動集中交叉，準確定性和定量更是離不開現場勘測。尤其是對于取料量、棄渣量和土壤流失量等定量數據還要進行現場量測，遙感技術目前僅能較好地確定其位置和占地等指標。

3 遙感技術的具體應用流程

前面介紹的6項指標中，擾動土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復率、林草覆蓋率是驗收的終驗指標，在建設期不做考察，而攔渣率、土壤流失控制比不但要求在驗收時滿足規范要求，而且在建設期間也應該滿足規范要求，是水土保持“三同時”制度的體現。前面講過，遙感對于各面積類指標的獲取具有很大的優越性，對于攔渣率和土壤流失控制比所需要的基礎指標也可以提供部分支撐。總體來說，目前生產建設項目中遙感技術的使用，還處于初級階段，僅是做了單次解讀，沒有將解譯形成的專題數據作為后續工作的基礎，充分發揮其效果。實踐中應該以遙感影像為基礎，采用分階段繪圖的方式開展監測工作，以更好地體現動態監測的要求。

利用遙感技術開展生產建設項目水土保持監測，可以分為五步：確定數據源、建立背景專題數據、動態監測、數據集成和分析計算。具體流程見圖1。

圖1 利用遙感技術開展生產建設項目水土保持監測流程

3.1 確定數據源

在制定監測方案時，應充分考慮項目數據源情況和經費支撐能力，確定利用首期或多期影像數據進行監測，也可以采用無人機遙測的方式進行。影像數據在分辨率上應優于5 m，在時間上，首期影像以項目實施擾動前一年5～10月份資料為最佳，可更好地反映項目占地范圍內的原始狀況。如果確實沒有影像數據，也可以選用項目建設區大比例尺地形圖作為工作底圖，比例尺不應小于1 ∶10 000。數據源確定了，后續工作的開展方式也就確定了。

3.2 建立背景專題數據

建立背景專題數據主要利用前面準備的數據源，結合現場查驗，解譯出項目占地范圍內擾動前的土地利用、植被、土壤等專題數據，并結合地形資料，依據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)判斷項目區的土壤侵蝕狀況。

若沒有項目區的影像數據，則可以利用大比例尺地形圖，現場進行土地利用類型勾繪，調查植被狀況和土壤，建立項目區背景值，然后在此基礎上，按照季度報告要求進行土地利用更新。

3.3 動態監測

動態監測就是根據國家法律法規要求和制定的監測方案開展監測。主要是結合定位觀測，進行土地利用狀況、植被狀況、水土流失狀況、水土保持措施狀況等的定期更新工作，針對每項指標，形成專題數據。

后續監測中，以土地利用背景專題數據為主要基礎，按照施工進度對土地利用進行更新是進行監測評價分析的基礎。在生產建設項目施工中，對地表的改變不是同時進行的，多數情況下是分區分段進行的，而不同階段地表狀況又是不同的，因此應結合項目特點，對項目區的土地利用狀況進行分類。眾所周知，在同一區域內，下墊面情況是水土流失發生發展的決定性因素。根據地表狀況，可以將處于建設階段的項目區土地利用類型分為未擾動土地和擾動土地，然后根據地表情況進行進一步細分，具體可參考表1。

表1 開發建設項目區土地利用類型分類

實際操作中，進行圖件更新工作量較大，按照水利部的要求，建設單位應按季度向水行政主管部門報告水土保持情況。因此，可以按照季度進行土地利用狀況、植被狀況、水土流失狀況、水土保持措施狀況等專題數據的更新。在土地利用更新時，可以采用手持GPS根據表1中的三級分類對每個地塊進行定位量測，然后進行圖斑更新，當然這種方式精度不高，但是結合當地特征點校正后，定位精度可保持在1 m左右。若條件允許，則可以使用差分GPS或者采用工程測量方式進行圖斑更新。這樣，可充分掌握項目占地范圍內的土地利用變化情況，為最終擾動土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復率、林草覆蓋率的準確計算奠定基礎。

按照上述方式開展監測工作的好處不但可將各類面積進行分類統計，確定取料場、棄渣場的位置、占地面積等信息，還可以動態掌握水土保持措施實施情況，掌握其分布和數量，檢驗其是否與主體工程同時施工。由此，水利部文件要求的監測季度報告中的指標除攔渣率、水土流失量外均可獲得較為準確的數據。

對于攔渣率，利用圖斑更新的結果，結合現場的量測核實，可以分別掌握挖填堆棄的數量，這樣攔渣率的計算也就簡單了。對于土壤流失量，需要根據不同地表情況，選用侵蝕溝量測、徑流小區或利用排水沉沙設施進行觀測，得到不同地類的單位面積侵蝕量，與相同地類面積相乘即可得到該地類的土壤流失量，同時段不同地類土壤流失量相加即得到該時段內項目占地范圍內的總流失量。

定期的圖斑更新工作，可很好地解決季度報告對各項指標的要求，不但有數字，還有圖形。這樣就更好地體現了動態控制，可及時、準確掌握生產建設項目水土流失狀況和防治效果，及時發現重大水土流失危害隱患，為水土保持監督管理提供技術依據，為公眾監督提供基礎信息，以此促進項目區生態環境的有效保護和及時恢復。

若能夠獲得項目建設區多期影像資料，則應對每期的影像資料進行單獨解譯，結合現場調查，根據表1中的利用類型進行圖斑定性。將兩期土地利用專題數據進行疊加，即可獲得地表狀況的改變情況。由此掌握項目占地范圍內的水土流失狀況和水土保持工作開展情況，結合地面觀測工作，可以進行攔渣率和土壤流失控制比的計算分析。

3.4 數據集成

數據集成就是將多期專題數據、定位觀測數據，利用GIS軟件功能建立數據庫，進行集成管理，為后續的計算分析奠定基礎。

3.5 分析計算

分析計算就是利用GIS軟件的圖形分析、統計分析、關聯分析等功能，進行不同監測時段各監測基礎指標數量的匯總分析，由此計算不同階段防治目標指標值，對建設單位的水土流失防治工作做出整體評價，體現全過程、全方位的要求。

4 結 語

在生產建設項目水土保持監測中應用遙感技術，可以極大地提高監測工作的效率、準確性，能夠幫助建設單位及早發現水土保持工作中存在的問題，為監督執法提供翔實的證據支撐。但遙感技術并不能解決所有問題，只是在空間表現上比其他技術方法更全面完整，要對建設項目的水土保持工作進行科學評價，還需要現場觀測數據、抽樣數據和量測數據作為基礎支撐。

[參考文獻]

[1] GB 50433—2008，開發建設項目水土保持技術規范[S].

[2] GB 50434—2008，開發建設項目水土流失防治標準[S].

[3] 鄧嵐，徐敬華，丁富平，等.開發建設項目水土保持監測常用方法準確度驗證[J].亞熱帶水土保持，2012，24(4):55-58.

[4] 陳晨宇，李健，康致遠. 基于GIS的開發建設項目水土保持監測信息系統——以桐柏抽水蓄能電站工程為例[J].水土保持通報，2007，27(4)：37-40.

[5] 薛明，馬熙民. 基于RS 技術的水土保持監測方法研究[J].科技創新導報，2011(24)：14-40.

[6] 徐豐，曹宏，廖章志.遙感技術在開發建設項目水土保持監測中的應用——以洪家渡水電站為例[J].中國水土保持，2008(3):42-44.