天地一體化技術在平江抽水蓄能電站環水保超標預警管控中的應用研究

童慧 ，凌海濤 ，索飛，左程，鐘龍，李雷娟，劉新，宋盼盼，余蔚青

(1.湖南平江抽水蓄能有限公司，湖南 岳陽 414500；2.國網新源控股有限公司，北京 100761；3.紫光軟件系統有限公司，北京 100084)

0 引言

抽水蓄能電站建設周期長，擾動范圍廣，建設過程中將大量占壓、擾動、破壞土地和植被，產生大量棄土棄渣，引起水土流失，造成水土資源損毀，破壞周圍生態環境。針對抽水蓄能電站施工擾動監管工作量大、工作要求高、支撐技術落后等問題，如何及時對施工擾動范圍進行管控，保護水土資源、生態環境是十分必要的。

在國家放管服政策實施下，生態環境部和水利部加強了重點工程事中事后監管；為深化國家放管服改革工作，生態環境部和水利部提出強化科技支撐，構建系統完善、科學規范、運行高效的監管體系。2015 年，水利部在全國啟動了生產建設項目水土保持“天地一體化”監管示范，旨在深入開展監管關鍵技術和方法的探索(姜德文等，2016)。2016 年，生態環境部編制印發了《全國生態保護“十三五”規劃綱要》，提出建設“天地一體化”的監測體系和綜合監管平臺，由被動核查變為主動發現，提高生態保護的精細化和信息化水平。前人已將“天地一體化”體系引入到生產建設項目水土保持監管，并在實施方案(李智廣和王敬貴，2016)和技術(亢慶等，2016；姚赫和張勇，2017；黃穎偉等，2018；趙俊俠等，2019)上進行了探討。隨著國家經濟增長和建設進程加快，天地一體化的應用領域越來越廣泛，已在水資源(桑國慶等，2020)、生態環境(姚宇平等，2017)、應急通訊(郝昱文等，2016)、鐵路(馮濤等，2018)、礦區地表移動(張凱等，2020)及尾礦庫排洪能力(李洪梁等，2019)等領域進行了大量探索和推廣應用。

湖南平江抽水蓄能電站(簡稱“平江電站”)位于湖南省岳陽市平江縣福壽山鎮境內，屬中低山丘陵地貌，總體地勢東南高西北低，上、下水庫地表高差達700 m 以上。本工程總占地面積393.14 hm2，其中永久占地337.87 hm2、臨時占地55.27 hm2。工程建設涉及到福壽山-汨羅江國家級風景名勝區和福壽山省級森林公園，平江電站因施工造成擾動范圍超標或溜坡溜渣，極易破壞周邊生態環境敏感區，利用天地一體化開展平江電站環水保超標預警管控是勢在必行的。

1 天地一體化監測體系

天地一體化監測體系由高空衛星遙感監測、低空無人機航空測量和現場人工監測組成，包含數據采集、數據處理及數據應用分析模塊。基于衛星遙感觀測范圍大，對抽水蓄能電站進行全覆蓋監測，查找環水保問題顯著區、易發水土流失區及超標預警區；基于無人機機動靈活，分辨率高，對環水保問題顯著區、易發水土流失區及超標預警區進行詳查，同時派遣專業人員進行實地調查(黃來等，2020)。具體內容如圖1 所示。

圖1 天地一體化監測體系

1.1 衛星遙感普查

基于衛星遙感觀測范圍大、重訪周期短、不受地域限制等特點，利用衛星遙感獲取平江電站施工區域全覆蓋遙感影像。利用遙感影像進行解譯，及時獲取施工現場環水保信息，如查找環水保問題顯著區、易發水土流失區及超標預警區，然后結合水土保持方案、環境影響報告書等設計資料，重點分析施工擾動范圍合規性、總體施工擾動是否超標、是否存在溜坡溜渣現象，全面了解掌握平江電站環水保信息。

數據采集的質量好壞決定著監測成效，不同工程，對數據采集的精度和時效性要求不同。隨著國家衛星遙感監測技術的發展，更高精度、時效的遙感影像的出現，雖然能夠滿足管控要求，但其成本也隨之增加，因此，數據采集的基本原則是:首先滿足精度要求，其次考慮時效和成本。常用衛星遙感有高分一號系列(曾毓燕，2020)、高分二號(陳凱等，2016；王天宇等，2020)、高分六號(吉長東和康仲林，2020)及國外World View、Quick Bird 等影像數據，針對平江電站每月一次的監測頻次，考慮到影像重訪周期和成本，本文主要采用高分一號系列、高分二號及World View 遙感組合形式進行施工擾動監測。

數據處理的原則是處理快速并獲取高質量影像。因數據采集傳感器的不同，不同來源數據處理方法也不相同。衛星遙感因為天氣、傳感器、地形等因素的不同，得到的影像存在著傳感器誤差、幾何畸變和坐標誤差等一系列問題，需要經過輻射校正、大氣校正、正射校正、圖像融合、影像裁剪等處理后，才可以進行應用(陳岳和宋盼盼，2019)。

1.2 無人機詳查與專業人員核查

無人機具有機動靈活、空間分辨率高等特點，可對衛星遙感普查結果進行詳查，詳查施工擾動范圍、溜坡溜渣及擋土墻、苫蓋、護坡、臨時攔擋等環水保措施。

目前市面上常用無人機主要為固定翼與多旋翼無人機，由于多旋翼無人機拍攝范圍小，應用時間短，不適合平江電站環水保詳查，因此本文主要采用固定翼無人機進行平江電站環水保詳查。

無人機航飛主要經過航線規劃設計、安全應急預案、航前檢查、飛行監控及航后檢查等過程，獲得航飛數據。由于天氣、云霧等客觀因素影響，或者數碼相機本身原因，使得無人機航片之間、航帶之間存在顏色、明暗等差異，需要經過影像勻色、影像校正等處理消除誤差，最終獲得DOM 數據(數字正射影像圖)(圖2)。

圖2 無人機數據處理過程

在無人機詳查的同時派遣專業環水保人員進行現場調查，對衛星普查與無人機詳查結果進行核查，并同時提出整改意見，指導施工單位進行整改，順利完成環水保驗收。

1.3 環水保信息提取

平江電站環水保信息主要包含施工擾動范圍、施工溜坡溜渣及環水保措施實施情況等，針對處理好的影像，利用自動解譯和人機交互目視解譯進行施工擾動范圍、溜坡溜渣、環水保措施等信息的獲取，并結合征地紅線范圍，利用GIS 幾何計算功能，獲取擾動面積及施工擾動超標等相關數據(李嵐斌等，2019；洪倩等，2019)。

2 應用分析

本文以平江電站為依托，將天地一體化監測體系應用到平江電站環水保監管工作中，以施工擾動范圍、施工溜坡溜渣、環水保措施為監管對象，并結合水保方案要求、征地紅線與臨時用地紅線范圍進行對比分析。

2.1 施工擾動范圍合規性分析

平江電站占地范圍大，施工擾動分區多，各個分區擾動范圍在水保方案中有明確規定。通過自動提取與人機交互解譯方法提取施工擾動范圍(圖3)，并與水土流失防治責任范圍進行對比分析，確定施工擾動范圍是否合規。若施工擾動范圍超出水土流失防治責任范圍，需要施工單位對超出區域及時進行水土保持恢復工作，保障項目順利驗收。

圖3 平江電站施工擾動范圍影像圖

由表1 可知，平江電站分區施工擾動面積未超出水土流失防治責任范圍，符合水保方案施工要求。但隨著施工的推進，業主營地、施工營地、1＃渣場等施工擾動范圍在擴大，施工單位在施工過程中需引起注意，以防施工范圍的擴大造成周邊水土流失，造成工程無法順利完成驗收。

表1 分區施工擾動面積合規分析表

2.2 施工擾動范圍超標管控

平江電站工程建設過程中涉及到福壽山-汨羅江國家級風景名勝區和福壽山省級森林公園，若施工擾動范圍超標不加以管控，極易引起周圍生態環境敏感區的毀滅性破壞，因此利用天地一體化獲取平江電站施工擾動范圍，對工程順利完成驗收、保護生態環境、減少水土流失是十分必要的。將衛星遙感提取的施工擾動范圍與征地紅線和臨時用地范圍疊加分析，核查超標預警區；然后利用無人機和專業人員對超標預警區進行詳細核查，查找超標原因，并提出整改建議。擾動面積超標預警區見圖4。

由圖4 可知，Q2 變電站施工便道施工范圍已超出征地紅線與臨時用地范圍，超出距離由25 m 擴充到27 m，說明施工區域在繼續外擴。將監測結果告知施工單位，提醒施工單位在此處施工時需加強關注，避免水土流失情況的發生。

圖4 平江電站施工擾動范圍超標預警區

2.3 施工溜坡溜渣預警管控

平江電站在施工過程中若環水保措施采取不及時或不到位，易造成溜坡溜渣，引發水土流失，造成水土資源損毀，生態環境的破壞。對已經出現的重大溜坡溜渣應當予以特別關注，督促整改，以免擾動加劇。利用衛星遙感對平江電站進行監測，發現某施工區域(見圖5a 藍框處)向低地勢延伸，疑似溜坡溜渣；然后利用無人機與專業人員現場核查，確認該區域溜坡。溜坡溜渣區域在施工完成后應及時完成植被恢復，保障項目的順利驗收。溜坡溜渣區域如圖5b～c 所示。

圖5 平江電站施工溜坡溜渣影像圖

3 結論

本文基于衛星遙感、無人機及現場核查優勢，將天地一體化監測技術應用于平江抽水蓄能電站施工階段環水保超標預警管控，實現了施工擾動范圍合規性分析、施工擾動范圍超標管控及溜坡溜渣預警管控。結果表明，天地一體化監測體系相對于傳統管控方式具有技術先進性和業務前瞻性，形成了“發現-確認-整改”完整管控體系，確保獲取環水保信息的可靠性，實現施工現場問題及時發現并解決，有效減少施工單位、管理部門工作壓力，達到減少水土流失，保護生態環境的目的。