文|李琳 寶柱 龐治國 路京選 孫濤 付俊娥

1.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心/中國水利水電科學(xué)研究院 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水土保持工作站

一、引言

中國是世界上水土流失最嚴重的國家之一。第一次全國水利普查顯示，我國水土流失面積294.91萬平方千米，占國土總面積的30.72%，全國年均損失耕地100萬畝。水土流失導(dǎo)致的土地退化嚴重、泥沙淤積、生態(tài)惡化以及水資源不能夠有效利用等一系列的問題，使我們的耕地減少，加劇了洪澇干旱等自然災(zāi)害的發(fā)生，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的惡化，加劇了地區(qū)的貧困程度，對人類社會生存發(fā)展造成嚴重的威脅。因此，開展相應(yīng)的水土保持工作十分必要，強化水土流失的監(jiān)測、監(jiān)控和管理已極為緊迫和重要。

水土保持是對自然因素和人為活動造成水土流失所采取的預(yù)防和治理措施，是生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分，是治理江河、根除水患的治本之策。傳統(tǒng)的常規(guī)調(diào)查技術(shù)手段獲取的定量參數(shù)有諸多弊端，如耗資、耗力，數(shù)據(jù)缺乏代表性，出成果的時間長，數(shù)據(jù)結(jié)果與實際現(xiàn)狀之間會有很大差異，無法保證評價結(jié)果的精度。由于很難獲取觀測資料數(shù)據(jù)，不能及時更新數(shù)據(jù)，根本無法實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測。衛(wèi)星遙感等現(xiàn)代信息手段在快速獲取大范圍的地表信息提取方面具有不可替代的優(yōu)勢，尤其是最近幾年來，米級空間分辨率的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)越來越豐富，目前高分辨率的國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)就有6種以上，從而為水土保持遙感監(jiān)測與評價監(jiān)測奠定了堅實的基礎(chǔ)。遙感技術(shù)在水土保持工作中的應(yīng)用主要在三個方面：一是水土流失動態(tài)監(jiān)測；二是生產(chǎn)建設(shè)項目違法監(jiān)督管理；三是水土保持治理工程輔助管理。

二、水土流失動態(tài)監(jiān)測

土壤侵蝕即水土流失，是指土壤在外力（如水力、風力、重力、人為活動等）的作用下，被分散、剝離、搬運和沉積的過程。水土資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)條件和前提，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)性資源。水土流失導(dǎo)致土地退化嚴重、泥沙淤積、生態(tài)惡化以及水資源不能夠有效利用等一系列的問題，對人類社會生存發(fā)展造成嚴重的威脅。水土流失動態(tài)監(jiān)測即通過一定技術(shù)手段定期監(jiān)測區(qū)域土壤侵蝕強度分布情況。

遙感技術(shù)在水土流失動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用主要是通過遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取區(qū)域下墊面的信息，如土地利用分布、植被覆蓋情況、水土保持措施分布情況等，為土壤侵蝕模型計算提供支撐。

圖2為2018年北京市水土流失動態(tài)監(jiān)測成果。圖2（a）為利用高分二號0.8m分辨率影像解譯獲得的土地利用分布圖；圖2（b）為利用MODIS數(shù)據(jù)及TM數(shù)據(jù)制作的植被覆蓋圖；圖2（c）為利用高分二號0.8m分辨率影像解譯獲得的水土保持措施分布圖；圖2（d）為最終通過土壤侵蝕方程計算獲得的土壤侵蝕強度分布圖。

圖2 2018年北京市水土流失動態(tài)監(jiān)測成果

三、生產(chǎn)建設(shè)項目違法監(jiān)督管理

近年來，隨著改革開放的不斷深入，各類生產(chǎn)建設(shè)項目應(yīng)運而生，這些項目在推動經(jīng)濟發(fā)展的同時，不可避免地對周邊環(huán)境帶來一定的生態(tài)環(huán)境影響。自從新的水土保持法頒布實施以來，國家愈加重視水土流失的綜合治理和水土流失災(zāi)害的控制。加強生產(chǎn)建設(shè)項目的水土保持監(jiān)測工作，控制水土流失，保障水土保持措施的落實，不僅貫徹落實了水土保持法，同時也是政府轉(zhuǎn)變職能，提高監(jiān)管能力的一個重要內(nèi)容。

遙感技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項目違法監(jiān)督管理上的應(yīng)用，主要是采用亞米級高分辨率多光譜影像數(shù)據(jù)，如北京二號、高分二號、資源三號等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項目擾動，并結(jié)合項目資料發(fā)現(xiàn)是否存在疑似違法行為，為生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)管提供依據(jù)。

首先通過分析各類生產(chǎn)建設(shè)項目的活動特點，并結(jié)合居民點矢量圖層、道路矢量圖層、水系矢量圖層、縣界矢量圖層、鄉(xiāng)鎮(zhèn)界矢量圖層等背景信息，從影像紋理、影像色彩建立各類生產(chǎn)建設(shè)項目動土解譯標志，依據(jù)解譯標志，通過自動與人工相結(jié)合的方法，識別生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑，將擾動圖斑與生產(chǎn)建設(shè)項目防治責任范圍圖層疊加分析，分析擾動圖斑合規(guī)性，從而發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項目建設(shè)中存在的違法行為。北京市已連續(xù)多年開展生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)督管理工作，圖3為利用2017年第2季度高分二號、資源三號及高分一號等數(shù)據(jù)，對北京市全市范圍開展的生產(chǎn)建設(shè)項目擾動監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)多處生產(chǎn)建設(shè)項目擾動區(qū)，圖4為生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑監(jiān)測結(jié)果，圖中黃色區(qū)域為生產(chǎn)建設(shè)項目擾動區(qū)。

圖3 北京市生產(chǎn)建設(shè)項目擾動監(jiān)測結(jié)果

圖4 生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑監(jiān)測結(jié)果

四、水土保持治理工程輔助管理

生態(tài)清潔小流域綜合治理工程是一項重要的水土保持治理工程，生態(tài)清潔小流域是指流域內(nèi)水土資源得到有效保護、合理配置和高效利用，溝道基本保持自然生態(tài)狀態(tài)，行洪安全，人類活動對自然的擾動在生態(tài)系統(tǒng)承載能力之內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，人與自然和諧，人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的小流域。生態(tài)清潔小流域綜合治理工程就是為達成這一目標而開展的綜合治理工程。

利用高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有全覆蓋、精細化、時效性強的優(yōu)勢，通過將生態(tài)清潔小流域綜合治理工程措施位置落實到高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)上，使治理措施及其周邊的基礎(chǔ)信息直觀、全面地展示，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中不符合相關(guān)規(guī)范的現(xiàn)象，為規(guī)劃審批與管理提供技術(shù)支撐，也為后期水生態(tài)清潔小流域綜合治理工程驗收、管護、效益評價等提供支撐，為工程管理提供重要手段。主要方法就是將治理工程各項措施空間化，然后與幾何糾正、投影好的高分辨率遙感影像套和，解譯措施區(qū)及周邊土地利用情況，依據(jù)生態(tài)清潔小流域綜合治理工程規(guī)范判斷措施是否符合規(guī)范等，為設(shè)計方案評審提供依據(jù)，修正后治理措施資料可作為后期工程管理的一項重要資料。圖5為北京市利用高分二號0.8m影像開展的生態(tài)清潔小流域治理工程遙感輔助審查成果。

圖5 北京市生態(tài)清潔小流域治理工程遙感輔助審查成果

五、結(jié)束語

本文通過三個方面的應(yīng)用實例，介紹了遙感技術(shù)在水土保持中的應(yīng)用情況。隨著遙感影像資源的豐富和處理技術(shù)的日益提高，遙感影像覆蓋面廣、周期快、分辨率高和信息量豐富等特點使得它在水土保持工作的規(guī)劃、治理、監(jiān)督等方面的應(yīng)用越來越廣泛，其宏觀、快速和客觀的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，必將成為水土流失實時動態(tài)監(jiān)測的重要手段。業(yè)務(wù)部門可以高效、準確、定期監(jiān)測水土流失的動態(tài)變化，并在整體上把握水土流失的演變情況與分布情況，加強重點區(qū)域水土流失監(jiān)測頻率，為科學(xué)決策水土保持提供可靠的依據(jù)。