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        四川省生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管實踐

        2021-03-09 06:23:06劉翔夢王曉洪李鐵明李遇龍毛澤勤
        四川水利 2021年1期
        關(guān)鍵詞:生產(chǎn)

        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。

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