遙感技術在生態清潔小流域建設中的應用與探索

顏婷燕

(北京市水土保持工作總站，北京 100036)

1 應用背景

近年來，北京市堅持以水源保護為中心，以全面推進山水林田湖草一體化保護為重點，構筑“生態修復、生態治理、生態保護”三道防線，進行“污水、垃圾、廁所、溝道、面源污染”同步治理，建設生態清潔小流域，旨在從源頭保護水資源、改善水環境、修復水生態，保護和合理利用水土資源，實現清水下山、凈水入河入庫。截至2016年底，在全市1 085條小流域中，共實施了350條生態清潔小流域建設工程。生態清潔小流域已成為首都北京一張嶄新的綠色名片。

經過多年實踐，北京市水保部門在生態清潔小流域建設過程中總結出了21項綜合治理措施。由于措施數量多，涉及范圍廣，布局分散，點、線、面狀措施類型多樣，因此在規劃設計及竣工驗收階段，能夠實地踏勘和調查的區域有限，給專家評審、竣工驗收等工作帶來了一定困難。

為了提高工程規劃設計精度，北京市水保部門在小流域治理中利用高分遙感影像技術強大的觀測功能和空間分析功能，輔助小流域治理規劃設計[1]。目前，該技術已全面應用于北京市生態清潔小流域建設前期工作中，為生態清潔小流域設計審查提供了技術支撐。

2 遙感技術在生態清潔小流域建設前期工作中的應用

為滿足生態清潔小流域建設精細化管理的要求，北京市開展了應用高分遙感影像技術輔助生態清潔小流域設計審查的探索。即通過最新的高分遙感影像，獲取小流域地表要素現狀圖件，經數據配準和疊加后，將其與小流域措施設計圖件對比分析，并在專家評審會上進行直觀的展示，用于分析小流域治理措施在空間布局上存在的問題，以輔助專家評審小流域治理措施設計是否科學合理，形成了特有的“第三方”輔助專家評審的工作方式，提高了評審的針對性[2]。

2.1 判斷措施布局空間位置是否合理

將通過高分遙感影像獲取的小流域底圖與治理措施設計圖件進行空間疊加，可以判斷治理措施的空間位置是否位于小流域邊界范圍內，以及在小流域內是否按照生態修復區、生態保護區和生態治理區“三道防線”進行布局。

同時，通過高分遙感影像資料，可以獲取小流域地表的現狀要素圖件，包括地形、地貌和土地利用類型等。將現狀要素圖件與治理措施設計圖件進行空間疊加后，還可判斷布設措施類型和位置是否與現狀地表要素相沖突，是否違反了水土保持相關法律法規和技術規范的要求等。例如，按照《中華人民共和國水土保持法》《北京市水土保持條例》《生態清潔小流域技術規范》(DB11/T 548—2008)等的要求，判斷水保林、經濟林等是否占用了基本農田，田間生產道路是否按照原有路徑進行規劃，是否在15°以上地塊布設了梯田和經濟林措施，是否在現狀植被條件較好的地塊布設了綠化、庫濱帶治理措施等。

2.2 核查措施工程量與設計是否一致

通過遙感影像上圖，細化流域中的地塊精度，利用地理信息系統工具進行空間量算，可以快速、準確地獲得上圖措施的面積、長度等工程量信息，在審查中與設計文本中的預算工程量進行比對，用于核查措施上圖信息與設計文本中報送的是否一致，可輔助設計審查單位及時發現措施工程量誤報、錯報的問題。

3 遙感技術輔助小流域建設應用探索

目前，遙感技術在北京市生態清潔小流域前期工作中的應用已日趨成熟。2014年以來，共應用高分遙感影像對119條生態清潔小流域的設計開展了輔助審查，涉及全市13個區的2 100余km2，在加強前期工作質量的同時提高了設計審查工作效率。

在對前期工作中發現的問題進行分析研究的基礎上，北京市水保部門嘗試轉變思路，探索將遙感技術全面應用于小流域建設全過程，以避免設計審查中出現的問題，同時避免建設單位在實際施工中對審查發現的問題不予改正，進一步提高生態清潔小流域建設水平。

3.1 輔助現場勘察調研

在生態清潔小流域設計初期，作為初步設計的必備基礎資料，要求對小流域現狀地形地貌、土壤侵蝕強度、土地利用類型、溝道分級、植被蓋度等基本信息進行收集。傳統的收集方法主要是人工實地調查、查閱項目區基本資料等，往往耗費大量的人力物力及較長的調研時間。項目區范圍大，地形復雜，資料數據無法做到實時更新，傳統方法得到的結果通常不夠準確。

為了更加高效、科學地進行小流域設計，擬在設計初期引入遙感技術，利用高分遙感影像快速、準確的特點，生成實地調查底圖，輔助設計單位在設計初期有針對性地進行現場查勘，提高基礎資料收集的精度和工作效率，從而提高小流域規劃設計水平。

3.2 輔助施工進度監測

工程批復后，水保管理部門要實時掌握工程開工狀態、建設進度等基本情況，以便對項目建設進行管理。北京市小流域項目普遍采用月報方式，每月由區水保部門按時上報工程進展情況，供市級水保部門統計調度，同時開展不定期抽查，但進度數據無法做到實時更新，且上報數據真實性和準確度也難以保證。

目前，環保、國土等部門利用遙感技術進行的常規監測已經得到了廣泛認可，北京市在水土保持監督管理及水土流失監測工作中也已引入了遙感技術。應用遙感技術對項目區及其周邊生態環境變化進行遙感監測，可輔助管理部門更直觀地掌握小流域措施建設現狀，及時準確地掌握工程是否開工，以及開工小流域進度情況，包括對位置、范圍和數量等指標進行精細化監測，及時發現存在問題，促使建設管理工作更加主動、高效。

3.3 輔助督查驗收管理

北京市自2015年開始進行小流域督查工作，在生態清潔小流域主體工程建設基本完工后，組織專家對小流域建設進度、治理措施實施效果、是否嚴格按照設計施工等進行督導檢查。小流域建設內容多且措施布局分散，督查中難以全面檢查所有在建項目的每一項措施。工程驗收作為對工程實施情況進行檢驗和評價的重要環節，涉及措施建設數量、質量，工程資料管理，資金管理等各方面內容，其中工程實地查勘和工程量核對工作最為關鍵。驗收工作量大，且在山區開展往往耗時費力。

水利部已在2017年度考核任務中明確提出了利用高分衛星影像對已建成的國家水土保持重點工程實施效果進行評價的要求。北京市擬將高分衛星影像全面應用于所有小流域項目的督查和驗收環節中，利用高分遙感影像生成相關圖件，在圖上先行對小流域建設內容與批復內容進行對比分析，初步判斷各項措施是否達到建設要求，再結合進度監測結果和遙感圖，有針對性地開展重點檢查。通過高分遙感技術輔助督查驗收管理，大大減少了督查和驗收的外業工作量，提高了工作精度，使督查和驗收工作更具有針對性。

3.4 空間數據庫建設

通過多年工作實踐，全面統籌市、區兩級業務需求，積極推進互聯網、GIS、RS等技術與水土保持業務的融合，北京市已建成水土保持核心業務平臺。依托該平臺，初步實現了對監督管理、生態建設、水土流失監測、小流域專業數據的統一管理。以小流域為單元開展基礎空間數據提取，可實現業務要素空間定位和“流域”“行政區域”的拓撲關聯。

隨著遙感技術逐步被應用于小流域建設管理全過程，擬以已建核心業務管理系統為基礎平臺，進一步完善系統中生態清潔小流域建設空間數據庫，將小流域位置圖、措施圖斑、設計文件、工程成效圖片等電子檔案分類整理，簡化歸檔和查閱工作，并為后續調取小流域數據進行統計分析打下基礎。

另外，通過數據庫系統可直接實現對小流域治理的全過程監管，并通過動態影像，在工程竣工驗收后，繼續核查歷史項目的保存狀況、管護情況，評價生態清潔小流域治理效果，對破壞生態清潔小流域建設的行為及時進行制止。

4 結論及建議

(1)利用遙感技術，在前期工作中形成“第三方”輔助專家對小流域設計進行審查的工作模式，在北京市生態清潔小流域建設工作中已趨于成熟。通過采集遙感影像及小流域基礎信息，制作工作底圖，疊加工程措施設計圖，便于根據相關要求進行重點審查，研判各類措施布置的合理性和準確性，以可視化的方式輔助專家審查小流域措施布設的準確性和合理性，有效提高專家在評審中的針對性，同時為施工、督查、驗收等后續工作提供有力的支持。

(2)為有效避免審查中出現的問題，同時方便管理部門實時掌握生態清潔小流域建設現狀，保證各項措施有效和可靠運行，北京市水保部門擬將遙感技術全面應用于勘察設計、進度監測、督查驗收、效果評價等小流域建設全過程，為各個階段的工作提供信息支撐。

(3)隨著高分遙感影像技術的發展日漸成熟，應用日益廣泛，其數據穩定、方法科學、使用方便直觀等特點將使其逐漸得到進一步應用，在北京市生態清潔小流域建設中的作用將會進一步提升，并可推廣到水土保持工作的其他各個環節，真正實現水土保持工作的科學化、精細化管理。

[1] 李霞,化相國,焦一之,等.遙感技術在小流域規劃治理中的應用研究——以北京市南灣小流域為例[J].水土保持研究,2014,21(1):127-131.

[2] 楊元輝,李霞,段淑懷,等.空間技術在生態清潔小流域建設前期工作中的應用探討[J].中國水利,2014(10):27-29.