劉憲春，王萬君，王愛娟，曹文華

(水利部 水土保持監(jiān)測中心，北京 100053)

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，由持續(xù)大規(guī)模高強(qiáng)度生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)引發(fā)的環(huán)境問題對民眾的生產(chǎn)生活造成了越來越大的困擾。為了嚴(yán)控生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)引發(fā)的水土流失環(huán)境危害，水土保持法明確要求生產(chǎn)建設(shè)單位編報(bào)水土保持方案，按照批復(fù)的方案采取水土流失預(yù)防和治理措施，同時(shí)要求對可能造成嚴(yán)重水土流失的大中型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行水土保持監(jiān)測。

總體來說，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測開展十幾年以來，在監(jiān)測內(nèi)容與指標(biāo)、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與處理方面積累了經(jīng)驗(yàn)，為生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)水土流失的防控提供了必要的技術(shù)支撐。但是，由于監(jiān)測方法總體上還不夠成熟，缺乏權(quán)威性的規(guī)范指導(dǎo)，造成了實(shí)際成果質(zhì)量良莠不齊。本文根據(jù)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)，對遙感技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行了深入討論和分析，為規(guī)范生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測提供參考。

1 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測要解決的問題

要確定遙感技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中的作用，首先應(yīng)了解生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測需要監(jiān)測的指標(biāo)。根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433—2008)，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目落實(shí)預(yù)防與治理措施后，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下基本目標(biāo)：①項(xiàng)目建設(shè)區(qū)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(tài)得到最大限度保護(hù)，環(huán)境得到明顯改善；④水土保持設(shè)施安全有效；⑤擾動(dòng)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(fù)率、林草覆蓋率等指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)[1]。

規(guī)范中提到的前4個(gè)目標(biāo)是對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治的總體要求，是定性指標(biāo)。需具體定量考核的是最后目標(biāo)中的6項(xiàng)指標(biāo)。這6項(xiàng)指標(biāo)均為計(jì)算指標(biāo)，屬綜合指標(biāo)。要準(zhǔn)確計(jì)算這6項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)對計(jì)算這6項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)指標(biāo)[2]進(jìn)行監(jiān)測。

(1)擾動(dòng)土地整治率。應(yīng)掌握項(xiàng)目建設(shè)擾動(dòng)的土地總面積和擾動(dòng)后進(jìn)行整治的土地面積。

(2)水土流失總治理度。應(yīng)掌握項(xiàng)目完工后，建設(shè)區(qū)內(nèi)水土流失治理達(dá)標(biāo)面積和水土流失總面積。

(3)土壤流失控制比。應(yīng)掌握項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)的容許土壤流失量、各防治分區(qū)的土壤流失量(強(qiáng)度)。

(4)攔渣率。應(yīng)掌握項(xiàng)目建設(shè)過程中采取措施實(shí)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(fù)率。應(yīng)掌握項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)的林草類植被面積和項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)可恢復(fù)林草植被(在目前經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下適宜于恢復(fù)林草植被)的土地面積。

(6)林草覆蓋率。應(yīng)掌握項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)林草類植被面積和項(xiàng)目建設(shè)區(qū)面積。

此外，水利部《關(guān)于規(guī)范生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測工作的意見》(水?！?009〕187號)還要求建設(shè)單位按季度報(bào)告生產(chǎn)建設(shè)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(shí)情況，擾動(dòng)土地和植被占壓情況，水土保持措施(含臨時(shí)防護(hù)措施)實(shí)施狀況、水土保持責(zé)任制度落實(shí)情況等。

從以上分析來看，做好做實(shí)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測，對項(xiàng)目建設(shè)區(qū)按照施工進(jìn)度準(zhǔn)確進(jìn)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(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)不同下墊面情況下的土壤流失量是核心。在監(jiān)測中所有技術(shù)方法都應(yīng)該圍繞面積和數(shù)量來進(jìn)行。

2 遙感技術(shù)可以解決的問題

通過前述指標(biāo)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(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測工作的基礎(chǔ)，而遙感恰恰在面積分類確定方面有著巨大優(yōu)勢。遙感技術(shù)的優(yōu)勢在于不需要技術(shù)人員到達(dá)全部現(xiàn)場就能把地表情況逐一識別出來，極大地降低了現(xiàn)場工作的強(qiáng)度。我國進(jìn)行的4次全國性土壤侵蝕調(diào)查都利用了遙感技術(shù)，而在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中，也有很多單位做了探索實(shí)踐[3-6]?？v觀各地實(shí)踐的具體例子，均是借助遙感影像不同圖斑的紋理、色調(diào)、形狀識別地表情況，對項(xiàng)目區(qū)土地利用類型進(jìn)行分類，確定不同地類的具體面積，在此基礎(chǔ)上，再利用地形數(shù)據(jù)和由遙感獲得的植被覆蓋度數(shù)據(jù)來定性判定各斑塊的水土流失強(qiáng)度。這種技術(shù)多是為了獲取項(xiàng)目區(qū)水土流失的背景情況，或者是在監(jiān)測期末對項(xiàng)目區(qū)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(xiàn)場踏勘進(jìn)行驗(yàn)證。對于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目來說，范圍較小，建設(shè)過程中取棄挖填活動(dòng)集中交叉，準(zhǔn)確定性和定量更是離不開現(xiàn)場勘測。尤其是對于取料量、棄渣量和土壤流失量等定量數(shù)據(jù)還要進(jìn)行現(xiàn)場量測，遙感技術(shù)目前僅能較好地確定其位置和占地等指標(biāo)。

3 遙感技術(shù)的具體應(yīng)用流程

前面介紹的6項(xiàng)指標(biāo)中，擾動(dòng)土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復(fù)率、林草覆蓋率是驗(yàn)收的終驗(yàn)指標(biāo)，在建設(shè)期不做考察，而攔渣率、土壤流失控制比不但要求在驗(yàn)收時(shí)滿足規(guī)范要求，而且在建設(shè)期間也應(yīng)該滿足規(guī)范要求，是水土保持“三同時(shí)”制度的體現(xiàn)。前面講過，遙感對于各面積類指標(biāo)的獲取具有很大的優(yōu)越性，對于攔渣率和土壤流失控制比所需要的基礎(chǔ)指標(biāo)也可以提供部分支撐?？傮w來說，目前生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中遙感技術(shù)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(shù)據(jù)作為后續(xù)工作的基礎(chǔ)，充分發(fā)揮其效果。實(shí)踐中應(yīng)該以遙感影像為基礎(chǔ)，采用分階段繪圖的方式開展監(jiān)測工作，以更好地體現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的要求。

利用遙感技術(shù)開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測，可以分為五步：確定數(shù)據(jù)源、建立背景專題數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)集成和分析計(jì)算。具體流程見圖1。

圖1 利用遙感技術(shù)開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測流程

3.1 確定數(shù)據(jù)源

在制定監(jiān)測方案時(shí)，應(yīng)充分考慮項(xiàng)目數(shù)據(jù)源情況和經(jīng)費(fèi)支撐能力，確定利用首期或多期影像數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，也可以采用無人機(jī)遙測的方式進(jìn)行。影像數(shù)據(jù)在分辨率上應(yīng)優(yōu)于5 m，在時(shí)間上，首期影像以項(xiàng)目實(shí)施擾動(dòng)前一年5～10月份資料為最佳，可更好地反映項(xiàng)目占地范圍內(nèi)的原始狀況。如果確實(shí)沒有影像數(shù)據(jù)，也可以選用項(xiàng)目建設(shè)區(qū)大比例尺地形圖作為工作底圖，比例尺不應(yīng)小于1 ∶10 000。數(shù)據(jù)源確定了，后續(xù)工作的開展方式也就確定了。

3.2 建立背景專題數(shù)據(jù)

建立背景專題數(shù)據(jù)主要利用前面準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)源，結(jié)合現(xiàn)場查驗(yàn)，解譯出項(xiàng)目占地范圍內(nèi)擾動(dòng)前的土地利用、植被、土壤等專題數(shù)據(jù)，并結(jié)合地形資料，依據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)判斷項(xiàng)目區(qū)的土壤侵蝕狀況。

若沒有項(xiàng)目區(qū)的影像數(shù)據(jù)，則可以利用大比例尺地形圖，現(xiàn)場進(jìn)行土地利用類型勾繪，調(diào)查植被狀況和土壤，建立項(xiàng)目區(qū)背景值，然后在此基礎(chǔ)上，按照季度報(bào)告要求進(jìn)行土地利用更新。

3.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測

動(dòng)態(tài)監(jiān)測就是根據(jù)國家法律法規(guī)要求和制定的監(jiān)測方案開展監(jiān)測。主要是結(jié)合定位觀測，進(jìn)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(xiàng)指標(biāo)，形成專題數(shù)據(jù)。

后續(xù)監(jiān)測中，以土地利用背景專題數(shù)據(jù)為主要基礎(chǔ)，按照施工進(jìn)度對土地利用進(jìn)行更新是進(jìn)行監(jiān)測評價(jià)分析的基礎(chǔ)。在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目施工中，對地表的改變不是同時(shí)進(jìn)行的，多數(shù)情況下是分區(qū)分段進(jìn)行的，而不同階段地表狀況又是不同的，因此應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，對項(xiàng)目區(qū)的土地利用狀況進(jìn)行分類。眾所周知，在同一區(qū)域內(nèi)，下墊面情況是水土流失發(fā)生發(fā)展的決定性因素。根據(jù)地表狀況，可以將處于建設(shè)階段的項(xiàng)目區(qū)土地利用類型分為未擾動(dòng)土地和擾動(dòng)土地，然后根據(jù)地表情況進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，具體可參考表1。

表1 開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)土地利用類型分類

實(shí)際操作中，進(jìn)行圖件更新工作量較大，按照水利部的要求，建設(shè)單位應(yīng)按季度向水行政主管部門報(bào)告水土保持情況。因此，可以按照季度進(jìn)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(shù)據(jù)的更新。在土地利用更新時(shí)，可以采用手持GPS根據(jù)表1中的三級分類對每個(gè)地塊進(jìn)行定位量測，然后進(jìn)行圖斑更新，當(dāng)然這種方式精度不高，但是結(jié)合當(dāng)?shù)靥卣鼽c(diǎn)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(jìn)行圖斑更新。這樣，可充分掌握項(xiàng)目占地范圍內(nèi)的土地利用變化情況，為最終擾動(dòng)土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復(fù)率、林草覆蓋率的準(zhǔn)確計(jì)算奠定基礎(chǔ)。

按照上述方式開展監(jiān)測工作的好處不但可將各類面積進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，確定取料場、棄渣場的位置、占地面積等信息，還可以動(dòng)態(tài)掌握水土保持措施實(shí)施情況，掌握其分布和數(shù)量，檢驗(yàn)其是否與主體工程同時(shí)施工。由此，水利部文件要求的監(jiān)測季度報(bào)告中的指標(biāo)除攔渣率、水土流失量外均可獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

對于攔渣率，利用圖斑更新的結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場的量測核實(shí)，可以分別掌握挖填堆棄的數(shù)量，這樣攔渣率的計(jì)算也就簡單了。對于土壤流失量，需要根據(jù)不同地表情況，選用侵蝕溝量測、徑流小區(qū)或利用排水沉沙設(shè)施進(jìn)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(shí)段不同地類土壤流失量相加即得到該時(shí)段內(nèi)項(xiàng)目占地范圍內(nèi)的總流失量。

定期的圖斑更新工作，可很好地解決季度報(bào)告對各項(xiàng)指標(biāo)的要求，不但有數(shù)字，還有圖形。這樣就更好地體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)控制，可及時(shí)、準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失狀況和防治效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)重大水土流失危害隱患，為水土保持監(jiān)督管理提供技術(shù)依據(jù)，為公眾監(jiān)督提供基礎(chǔ)信息，以此促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)和及時(shí)恢復(fù)。

若能夠獲得項(xiàng)目建設(shè)區(qū)多期影像資料，則應(yīng)對每期的影像資料進(jìn)行單獨(dú)解譯，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，根據(jù)表1中的利用類型進(jìn)行圖斑定性。將兩期土地利用專題數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，即可獲得地表狀況的改變情況。由此掌握項(xiàng)目占地范圍內(nèi)的水土流失狀況和水土保持工作開展情況，結(jié)合地面觀測工作，可以進(jìn)行攔渣率和土壤流失控制比的計(jì)算分析。

3.4 數(shù)據(jù)集成

數(shù)據(jù)集成就是將多期專題數(shù)據(jù)、定位觀測數(shù)據(jù)，利用GIS軟件功能建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行集成管理，為后續(xù)的計(jì)算分析奠定基礎(chǔ)。

3.5 分析計(jì)算

分析計(jì)算就是利用GIS軟件的圖形分析、統(tǒng)計(jì)分析、關(guān)聯(lián)分析等功能，進(jìn)行不同監(jiān)測時(shí)段各監(jiān)測基礎(chǔ)指標(biāo)數(shù)量的匯總分析，由此計(jì)算不同階段防治目標(biāo)指標(biāo)值，對建設(shè)單位的水土流失防治工作做出整體評價(jià)，體現(xiàn)全過程、全方位的要求。

4 結(jié) 語

在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中應(yīng)用遙感技術(shù)，可以極大地提高監(jiān)測工作的效率、準(zhǔn)確性，能夠幫助建設(shè)單位及早發(fā)現(xiàn)水土保持工作中存在的問題，為監(jiān)督執(zhí)法提供翔實(shí)的證據(jù)支撐。但遙感技術(shù)并不能解決所有問題，只是在空間表現(xiàn)上比其他技術(shù)方法更全面完整，要對建設(shè)項(xiàng)目的水土保持工作進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，還需要現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)、抽樣數(shù)據(jù)和量測數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)支撐。

[參考文獻(xiàn)]

[1] GB 50433—2008，開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50434—2008，開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 鄧嵐，徐敬華，丁富平，等.開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測常用方法準(zhǔn)確度驗(yàn)證[J].亞熱帶水土保持，2012，24(4):55-58.

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

[5] 薛明，馬熙民. 基于RS 技術(shù)的水土保持監(jiān)測方法研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(24)：14-40.

[6] 徐豐，曹宏，廖章志.遙感技術(shù)在開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用——以洪家渡水電站為例[J].中國水土保持，2008(3):42-44.