劉翔夢，于 歡，孔 博，王曉洪，李鐵明，李遇龍，毛澤勤，張 蘭

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都，610059；2.四川省函夏錦地科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，成都，610059；3.中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都，610041；4.眉山市水利局，四川 眉山，620020；5.蓬安縣水務(wù)局，四川 蓬安，637800；6.蓬安縣水土保持局，四川 蓬安，637800；7.小金縣生態(tài)環(huán)境局，四川 小金，624200)

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不斷加快的城鎮(zhèn)化、工業(yè)化及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程需要進(jìn)行大量的生產(chǎn)建設(shè)活動，因而造成了嚴(yán)重的水土流失。水土流失的危害是多方面的，比如破壞土地資源，導(dǎo)致土地退化和農(nóng)業(yè)減產(chǎn)；淤積稻田及江河湖庫，消減水利工程的效益，使河道運(yùn)航能力下降；惡化生態(tài)環(huán)境，山地災(zāi)害頻繁發(fā)生[1-2]。水土流失是中國環(huán)境問題的頭號敵人，如何保護(hù)和合理利用水土資源，確保我國國民經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展，是我國長期以來堅持探索的課題。

傳統(tǒng)的水土流失監(jiān)管主要采用人海戰(zhàn)術(shù)對水土保持方案的實施情況進(jìn)行跟蹤檢查，但這種方式不僅花費(fèi)大量的人力物力，也難以獲得生產(chǎn)建設(shè)項目施工對地表造成擾動的精確數(shù)據(jù)，無法滿足對大數(shù)量、大規(guī)模生產(chǎn)建設(shè)項目的監(jiān)管需求。隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，衍生出“天地一體化”監(jiān)管技術(shù)?！疤斓匾惑w化”技術(shù)在尾礦庫風(fēng)險評估[3]、測繪[4]、水環(huán)境[5]、地下水[6]、應(yīng)急通信[7]、自然保護(hù)區(qū)的人類活動監(jiān)管[8]、公安[9]等方面已經(jīng)有廣泛的運(yùn)用，但該技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)管方面的應(yīng)用尚未成熟。因此，開展“天地一體化”技術(shù)對生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)管的推廣試用工作十分必要。

四川省位于中國西南部，長江上游地區(qū)，地勢西高東低，處于大陸地勢三大階梯中的第一級和第二級之間。境內(nèi)地貌類型豐富，盆地、平原、丘陵、山地、高原五種地貌類型皆有。由于地勢高差懸殊，坡度陡，加之巖石松軟，降雨豐富且強(qiáng)度大，導(dǎo)致四川省水土流失問題突出。此外，四川省耕種歷史悠久，但耕作方式粗放，重用輕養(yǎng)，由于地勢原因全省80%以上的耕地都分布在丘陵和山地[10]，這是導(dǎo)致四川省水土流失嚴(yán)重的又一原因。對該地區(qū)開展生產(chǎn)建設(shè)項目“天地一體化”監(jiān)管試點工作具有挑戰(zhàn)性與代表性。

1 實驗區(qū)概況

“天地一體化”技術(shù)在不同地貌區(qū)的應(yīng)用效果和應(yīng)用難度可能不同。四川省不僅地貌類型豐富，水土流失現(xiàn)狀嚴(yán)峻，是檢驗“天地一體化”監(jiān)管技術(shù)在不同地貌區(qū)監(jiān)管效果的良好實驗區(qū)。本次選取了阿壩藏族羌族自治州小金縣(川西高原區(qū))、南充市蓬安縣(川東丘陵區(qū))以及眉山市東坡區(qū)(川中平原區(qū))作為監(jiān)管對象，開展生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管推廣試用工作，為將“天地一體化”技術(shù)在全國推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗。各監(jiān)管區(qū)域的地理位置分布如圖1所示。

圖1 實驗區(qū)地理位置

小金縣地處青藏高原東南緣的高山峽谷地帶，是川西高原的主體部分之一，地勢以高山峽谷為主，按成因和形態(tài)分為河谷地貌、高山地貌和極高山地貌三類[11]。小金縣地質(zhì)災(zāi)害隱患點非常多，受自然地質(zhì)環(huán)境條件和人類工程活動的影響控制，在河谷地貌地段人口密度大，植被差，坡度陡，松散堆積物厚，為地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了有利條件，同時，也為水土流失的重災(zāi)區(qū)。全縣總面積5582km2，據(jù)《小金縣水土保持總體規(guī)劃》及四川省水土保持第二次遙感調(diào)查資料，小金縣共有水土流失面積2144.86km2，屬中度侵蝕區(qū)。

蓬安縣地處四川盆地東北部，嘉陵江中游。境內(nèi)地貌以丘陵低山為主，淺丘帶壩為輔，地貌類型多樣。大量試驗證明了坡度與土壤侵蝕存在密切聯(lián)系，且土壤侵蝕量為坡度的冪函數(shù)[12]。而蓬安縣以丘陵地貌為主，自然坡度大，旱地主要分布在這些山坡上，且以坡耕地為主。全縣總面積1332km2，其中耕地面積813.33km2，水土流失面積842.4km2，占幅員面積的62.32%[13]。

眉山市東坡區(qū)位于成都平原西南邊緣，地處岷江中游。地貌以平壩和階地為主，占幅員面積的81.74%。據(jù)第一次全國水利普查資料顯示，東坡區(qū)幅員面積1330km2，水土流失面積達(dá)289.63km2，主要為輕、中度侵蝕。由于人口增長，毀林開荒，陡坡墾殖，過渡樵采等不斷加劇，導(dǎo)致墾殖率高、坡耕地面積大，掠奪式開發(fā)生產(chǎn)導(dǎo)致水土流失十分嚴(yán)重。

2 “天地一體化”技術(shù)原理

2.1 技術(shù)優(yōu)越性

“天地一體化”監(jiān)管是指利用多種航天、航空平臺的多尺度遙感技術(shù)對監(jiān)管區(qū)域進(jìn)行宏觀調(diào)查，掌握生產(chǎn)建設(shè)活動對地表造成的擾動情況，并基于GIS、空間定位、快速測繪、多媒體等技術(shù)集成的移動信息采集技術(shù)進(jìn)行地面檢查，對生產(chǎn)建設(shè)項目的擾動合規(guī)性進(jìn)行分析判研，并以此為依據(jù)展開水土保持監(jiān)督管理和執(zhí)法工作，以達(dá)到天地一體、上下協(xié)同、信息共享的監(jiān)管目的。

傳統(tǒng)的水土保持監(jiān)管方法不僅在宏觀性、時效性方面表現(xiàn)較差，監(jiān)測成本也較為昂貴。新形勢下，國家不斷加強(qiáng)對水土保持監(jiān)督檢查和執(zhí)法力度、深度、廣度和規(guī)范性等各方面的要求[14]。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，生產(chǎn)建設(shè)項目數(shù)量呈爆發(fā)式地增長，傳統(tǒng)的監(jiān)管方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)階段對生產(chǎn)建設(shè)項目的監(jiān)管需求。目前，衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)取得了可喜的發(fā)展，在準(zhǔn)確、快速掌握豐富的空間信息等方面有突出表現(xiàn)，逐漸形成一個大范圍、全天候、多層、立體、多角度的對地觀測網(wǎng)，為生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)管提供了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)保障，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)管技術(shù)難以全面、動態(tài)地反映生產(chǎn)建設(shè)項目在施工過程中造成的地表擾動變化的不足。此外，隨著對地觀測系統(tǒng)的發(fā)展成熟，我國自主獲取高分辨率觀測數(shù)據(jù)的能力得到全面提升，一系列專為國土資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等方面的高分辨率遙感影像得以研發(fā)，為“天地一體化”技術(shù)在數(shù)據(jù)源獲取方面提供了便利條件。

2.2 技術(shù)路線與方法

生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管工作包括資料收集、影像收集與預(yù)處理、建立解譯標(biāo)志、防治責(zé)任范圍上圖、勾繪擾動圖斑、現(xiàn)場復(fù)核與合規(guī)性分析及成果審核入庫七個步驟(如圖2)。在收集完生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持方案、特性表、批復(fù)文件、防治責(zé)任范圍資料的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)過圖像增強(qiáng)、融合及鑲嵌等預(yù)處理的遙感影像對防治責(zé)任范圍進(jìn)行地理配準(zhǔn)，使防治責(zé)任范圍轉(zhuǎn)化為具有地理坐標(biāo)的矢量文件。然后在經(jīng)過野外調(diào)查建立好的解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)上勾繪所有由生產(chǎn)建設(shè)活動造成的擾動地塊，并與矢量化的防治責(zé)任范圍相疊加，初步判斷擾動地塊的建設(shè)合規(guī)性，輔以地面實地調(diào)查，對室內(nèi)分析結(jié)果加以驗證并搜集證據(jù)，以得到最終的已批生產(chǎn)建設(shè)項目合規(guī)性分析結(jié)果以及未批先建的擾動圖斑分布，為后續(xù)的生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)督執(zhí)法工作提供數(shù)據(jù)支持。

圖2 “天地一體化”技術(shù)路線

3 生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管實踐

3.1 監(jiān)管工作內(nèi)容與過程

3.1.1 影像預(yù)處理

遙感影像被廣泛應(yīng)用于監(jiān)管工作的各個環(huán)節(jié)，包括防治責(zé)任范圍上圖、建立監(jiān)管區(qū)域的遙感解譯標(biāo)志庫、解譯由生產(chǎn)建設(shè)活動造成的擾動地表、在水土保持現(xiàn)場調(diào)查中作為現(xiàn)場調(diào)查圖件或移動采集端的遙感底圖，以及在監(jiān)管成果制圖與系統(tǒng)管理中的應(yīng)用[15]。受時間、太陽光強(qiáng)及大氣狀態(tài)的變化，或遙感器本身的不穩(wěn)定性等的影響，獲取的多景遙感圖像在對比度及亮度值方面存在差異，從而難以精準(zhǔn)地記錄復(fù)雜的地表信息，降低遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量，所以有必要通過遙感影像的預(yù)處理，糾正原始圖像中的幾何與輻射變形[16]。遙感影像的預(yù)處理包括幾何校正、專題信息增強(qiáng)、圖像融合及圖像鑲嵌幾個方面。

3.1.2 防治責(zé)任范圍上圖

防治責(zé)任范圍上圖是對生產(chǎn)建設(shè)項目防治責(zé)任范圍圖進(jìn)行空間化和矢量化的過程，使其最終成為具有地理空間坐標(biāo)的矢量圖[17]。在遙感影像上找到項目的位置，以遙感影像的地理坐標(biāo)為基準(zhǔn)，通過Arc GIS軟件添加足夠控制點，對防治責(zé)任范圍進(jìn)行地理配準(zhǔn)，并勾繪防治責(zé)任范圍的矢量邊界，配準(zhǔn)流程如圖3所示。

圖3 防治責(zé)任范圍上圖流程

3.1.3 擾動圖斑解譯

擾動圖斑是指生產(chǎn)建設(shè)活動中各類挖損、占壓、堆棄等行為造成地表覆蓋狀況發(fā)生改變的地塊在遙感影像上的反映，是監(jiān)管的重點關(guān)注對象。在建立的遙感解譯標(biāo)志庫的基礎(chǔ)上，采用目視解譯的方法對生產(chǎn)建設(shè)活動造成的地表擾動進(jìn)行解譯，并勾繪所有擾動面積大于0.1hm2的擾動地塊。

3.1.4 現(xiàn)場復(fù)核

在對生產(chǎn)建設(shè)項目的合規(guī)性進(jìn)行初步判斷之后，開展生產(chǎn)建設(shè)項目擾動狀況現(xiàn)場復(fù)核工作?，F(xiàn)場復(fù)核是對室內(nèi)初步分析結(jié)果的一個驗證過程，同時收集證據(jù)。復(fù)核對象為面積大于1hm2、合規(guī)性初步分析結(jié)果為“疑似未批先建”、“疑似超出防治責(zé)任范圍”、“疑似建設(shè)地點變更”等三類擾動圖斑(如圖4)。復(fù)核結(jié)束后對初步分析結(jié)果進(jìn)行修正，得到各實驗區(qū)已審批生產(chǎn)建設(shè)項目的建設(shè)合規(guī)性以及未批先建擾動圖斑的空間分布圖。

圖4 合規(guī)性復(fù)核對象示意

3.2 調(diào)查結(jié)果及分析

3.2.1 生產(chǎn)建設(shè)項目類型分布

各實驗區(qū)因為地理位置、地貌、人文、經(jīng)濟(jì)等原因而呈現(xiàn)不同特點的生產(chǎn)建設(shè)項目類型(如圖5)。小金縣地處高山峽谷地帶，境內(nèi)小金川等河流水系發(fā)育，水電樞紐工程和公路工程占主要類型；蓬安縣以房地產(chǎn)工程為主；東坡區(qū)由于緊挨成渝經(jīng)濟(jì)發(fā)展圈，加工制造類項目、其它行業(yè)項目、城市管網(wǎng)工程及房地產(chǎn)工程居多。

圖5 研究區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項目數(shù)量分布

3.2.2 未批先建擾動圖斑分布

各實驗區(qū)未批先建擾動圖斑的項目類型各有不同(如圖6)。小金縣擾動圖斑包含的項目類型有水電樞紐工程、公路工程、房地產(chǎn)工程等，擾動圖斑主要分布在河流兩岸；蓬安縣擾動圖斑主要為房地產(chǎn)工程，集中在縣城周圍；東坡區(qū)擾動圖斑主要有其他行業(yè)類項目和加工制造類項目，這兩種類型項目擾動土地面積占總擾動面積比例分別為58.47%和14.92%，擾動圖斑主要分布在岷東新區(qū)、東坡島、甘眉工業(yè)園區(qū)和鋁硅工業(yè)園區(qū)。

圖6 研究區(qū)未批先建擾動圖斑數(shù)量分布

3.2.3 合規(guī)性分析

開展生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管的最終目的是獲得監(jiān)管區(qū)域已批生產(chǎn)建設(shè)項目的建設(shè)合規(guī)性以及查明未批先建的生產(chǎn)建設(shè)項目數(shù)量，對不合規(guī)的生產(chǎn)建設(shè)項目進(jìn)行監(jiān)督執(zhí)法。按照合規(guī)性分析的方法，對小金縣、蓬安縣和東坡區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)項目擾動范圍合規(guī)性進(jìn)行判定和統(tǒng)計。小金縣共有69個擾動圖斑，其中合規(guī)61個，8個為未批先建擾動圖斑；蓬安縣共有83個擾動圖斑，合規(guī)68個，未批先建15個；東坡區(qū)共有擾動圖斑174個，合規(guī)145個，未批先建29個。各實驗區(qū)相關(guān)主管部門已經(jīng)開始基于監(jiān)測成果積極開展監(jiān)督執(zhí)法工作，且均取得了階段性進(jìn)展。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

對三個典型自然地貌區(qū)開展生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管實踐，探索了“天地一體化”技術(shù)在不同地貌區(qū)的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，盡管三個實驗區(qū)的地貌差異巨大，但都取得了理想的監(jiān)管效果，分析結(jié)果可以準(zhǔn)確地反映實驗區(qū)域已審批的生產(chǎn)建設(shè)項目建設(shè)情況以及由未批先建項目造成的地表擾動情況，并能做為證據(jù)用于違規(guī)生產(chǎn)建設(shè)項目的監(jiān)督執(zhí)法。值得注意的是，由于小金縣地勢高差大，影像陰影較多，導(dǎo)致遙感影像解譯有一定難度。此外，滑坡、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)，以及裸巖裸土等土地覆蓋類型普遍存在，容易造成對擾動圖斑的誤判。這些不利因素可以通過遙感影像增強(qiáng)技術(shù)或者適當(dāng)加大實地調(diào)查工作量而進(jìn)行克服。

4.2 建議

“天地一體化”是未來生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)管的發(fā)展方向。針對在監(jiān)管過程中發(fā)現(xiàn)的問題，提出以下建議：

(1)在實際監(jiān)管過程中，生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持方案資料多為紙質(zhì)資料，許多年份稍遠(yuǎn)的資料因保存不當(dāng)丟失，在將紙質(zhì)資料轉(zhuǎn)為電子資料的過程中會花費(fèi)大量時間，建議水行政主管部門對水保資料采用電子化存儲方式保存，不僅節(jié)約存儲“空間”，方便查找，也可快速錄入水土保持監(jiān)督管理系統(tǒng)。

(2)收集的遙感影像由于影像的周期性、含云量等因素，常與現(xiàn)場復(fù)核的地表擾動狀態(tài)有一定出入，對礦區(qū)、公路、鐵路等建設(shè)周期長、對地表水土流失破壞嚴(yán)重的重點監(jiān)管對象可以采用高分辨率遙感影像與無人機(jī)相結(jié)合的監(jiān)管方式，實現(xiàn)對這類重點監(jiān)督項目的動態(tài)跟蹤監(jiān)測，此外，對生產(chǎn)建設(shè)活動密集的地區(qū)可以增加動態(tài)監(jiān)管頻次，以達(dá)到對生產(chǎn)建設(shè)活動的精準(zhǔn)監(jiān)管。

(3)遙感影像的質(zhì)量是做到精準(zhǔn)監(jiān)管的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障，尤其是對高原、山地等地貌區(qū)域，應(yīng)該注重對遙感影像的預(yù)處理步驟，減少影像陰影，研究出識別地質(zhì)災(zāi)害與擾動地塊的方法。

(4)目前大多數(shù)水行政工作人員對“天地一體化”技術(shù)缺乏深入的了解，應(yīng)該定期給政府工作人員培訓(xùn)，使得“天地一體化”技術(shù)的推廣運(yùn)用更加順利。