覃文虎

(鶴峰縣水土保持站，湖北 鶴峰 445800)

0 引 言

輸變電工程項(xiàng)目建設(shè)開發(fā)是推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，目前輸變電工程建設(shè)項(xiàng)目有上千項(xiàng)，對(duì)于輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的監(jiān)測是現(xiàn)階段水土保持工作的重點(diǎn)，很有必要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析，針對(duì)監(jiān)測的實(shí)際情況減少此類工程建設(shè)的水土流失和生態(tài)破壞[1-3]。

輸變電工程項(xiàng)目開發(fā)造成的水土流失，主要是以人類自身的建設(shè)活動(dòng)為主要外因而形成的水土流失類型，主要體現(xiàn)為輸變電工程周邊水土資源及其環(huán)境的破壞和損失[4]。通過對(duì)輸變電水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測，能夠有效檢驗(yàn)工程在建設(shè)過程中水土流失是否得到有效控制，及時(shí)反映水土流失的動(dòng)態(tài)變化情況，向監(jiān)管部門及時(shí)提供監(jiān)測信息，針對(duì)突發(fā)的水土流失現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提供對(duì)策，為今后開展水土保持方案提供相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)[5]。

在輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測實(shí)踐中，國內(nèi)外的專業(yè)研究者不斷探索和研究監(jiān)測技術(shù)及方法，發(fā)展到現(xiàn)今，已經(jīng)研究出很多成熟的監(jiān)測方法[6]。如基于RSEI模型的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法、基于多源遙感數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，這些監(jiān)測方法在面對(duì)大面積區(qū)域時(shí)，監(jiān)測內(nèi)容過于復(fù)雜，操作不靈活，實(shí)際應(yīng)用能力不能滿足現(xiàn)階段對(duì)監(jiān)測方法需求[7-9]。因此，本文提出基于主成分分析的輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，解決上述存在的問題。

1 基于主成分分析的輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法設(shè)計(jì)

1.1 布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)

輸變電工程施工過程中，由于人為活動(dòng)的影響會(huì)加劇水土流失，待施工完成后不再有土建施工活動(dòng)，水土流失量比較小[10]。因此，水土流失區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測，主要針對(duì)施工期的水土流狀況、生物豐富程度、土地退化指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測。

在進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)的選擇必須滿足以下規(guī)定：監(jiān)測點(diǎn)具有代表性，可以集中反映水土流失區(qū)域的水流流失狀況，盡量避免人為活動(dòng)的干擾，平地模擬觀測場應(yīng)與施工場地水土流失因素保持一致[11]。

對(duì)于點(diǎn)式工程，主要對(duì)地面進(jìn)行定量監(jiān)測，對(duì)道路邊坡、臨時(shí)堆土場等位置設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)位。監(jiān)測點(diǎn)具體點(diǎn)位布設(shè)見表1。

表1 水土流失區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)點(diǎn)位布設(shè)

對(duì)于線狀工程，默認(rèn)標(biāo)段存在所有類型的塔基來設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)位。如果實(shí)際工程中，塔基類型不存在，則取消塔基類型；如果塔基重合，則合并該監(jiān)測點(diǎn)[12]。監(jiān)測點(diǎn)位具體布設(shè)見表2。

表2 線狀工程水土流失區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)

在監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)完成后，將獲得的各項(xiàng)參數(shù)作為監(jiān)測指標(biāo)，統(tǒng)一進(jìn)行無量綱化處理后，篩選出與生態(tài)質(zhì)量有密切關(guān)系的指標(biāo)，用于衡量生態(tài)質(zhì)量的水平。

1.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測指標(biāo)選擇與計(jì)算

考慮輸變電工程所處的特殊環(huán)境和水土流失呈現(xiàn)出的特征，最終確定生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測的指標(biāo)為生物豐富度指數(shù)、土壤濕潤指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、土地侵蝕指數(shù)[13]。各項(xiàng)指數(shù)具體計(jì)算如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

讀寫分離 有的老師在讀寫結(jié)合過程中為了讀寫結(jié)合而結(jié)合，“寫”與“讀”之間的關(guān)系顯得很生硬，存在閱讀與寫作分離現(xiàn)象，不能把閱讀、積累、實(shí)踐、寫作有機(jī)地緊密結(jié)合起來，甚至破壞了閱讀情緒，提不起學(xué)生的表達(dá)欲望。

獲得監(jiān)測指標(biāo)后，計(jì)算生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)，作為輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的監(jiān)測結(jié)果。

1.3 生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果計(jì)算與分析

采用主成分分析法處理指標(biāo)數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)化處理公式如下：

(5)

(6)

(7)

對(duì)經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，為了縮減計(jì)算時(shí)間，使用SPSS軟件計(jì)算出特征值和貢獻(xiàn)率，篩選出貢獻(xiàn)率大于85%或者特征值大于1的數(shù)據(jù)作為主成分，對(duì)主成分進(jìn)一步分析，得到正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步篩選，得到與輸電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量相關(guān)性大的數(shù)據(jù)；使用這些數(shù)據(jù)作為衡量生態(tài)質(zhì)量的數(shù)據(jù)，計(jì)算生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)。

以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值占所有特征值之和的比例作為生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)，并對(duì)其按綜合主成分值進(jìn)行排序。生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)越高，說明生態(tài)質(zhì)量越好；生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)越低，說明生態(tài)質(zhì)量越差?；谥鞒煞址治龅膭?dòng)態(tài)監(jiān)測方法將最終獲得生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)作為監(jiān)測結(jié)果，能夠更好地衡量輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量，以便及時(shí)采取措施面對(duì)突發(fā)的破壞生態(tài)的情況，保證輸變電工程水土流失區(qū)域能夠及時(shí)恢復(fù)生態(tài)穩(wěn)定。至此，基于主成分分析的輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法設(shè)計(jì)完成。

2 輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

對(duì)輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，主要目的是通過對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)全過程的監(jiān)測，定點(diǎn)定量觀測和調(diào)查林草恢復(fù)情況，以說明水土流失防治效果。在實(shí)驗(yàn)研究中，將動(dòng)態(tài)監(jiān)測的主要目的考慮其中，以某輸變電工程為例，使用Landsat系列影像數(shù)據(jù)及Pleiades高分遙感影響數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。綜合時(shí)相和云覆蓋等多方面因素，實(shí)驗(yàn)中采用的數(shù)據(jù)分別由Landsat5和Landsat8兩種衛(wèi)星產(chǎn)生。具體的波段見表3。

表3 Landsat5/ Landsat8衛(wèi)星

考慮輸變電工程所在區(qū)域，綜合時(shí)相及熱效應(yīng)強(qiáng)度較明顯的原則，選擇的衛(wèi)星數(shù)據(jù)參數(shù)見表4。

實(shí)驗(yàn)中，以驗(yàn)證方法在實(shí)際工作中的應(yīng)用性能為研究目的，將傳統(tǒng)的基于RSEI模型的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法和基于多源遙感數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法引入到實(shí)驗(yàn)研究中，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，主要對(duì)不同監(jiān)測方法的監(jiān)測頻次和參數(shù)關(guān)聯(lián)性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

表4 衛(wèi)星數(shù)據(jù)參數(shù)

2.2 監(jiān)測頻次實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1 不同生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法監(jiān)測頻次實(shí)驗(yàn)結(jié)果

觀察圖1結(jié)果可以看出，基于RSEI模型的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法在一年的監(jiān)測中，只有在暴雨階段的6、7、8月份進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻次為3次/年；基于多源遙感數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在一年的監(jiān)測中，在3-9月份的雨季中，只選擇5、7和9月份進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測頻次為3次/年；提出的基于主成分分析的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在整個(gè)3-9月份的雨季中均進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測頻次為7次/年。綜上所述，提出的基于主成分分析法的輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測方法能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整監(jiān)測頻次，保證監(jiān)測的實(shí)效性。

2.3 參數(shù)關(guān)聯(lián)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

由于輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測中涉及的參數(shù)物理意義不相同，單位也不相同，為了便于比較，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。在處理完成后，計(jì)算兩兩參數(shù)間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算公式如下：

(8)

Δi(j)=|x0(n)-xi(n)|

(9)

式中：x0為反映輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的參數(shù)數(shù)列；xi為影響生態(tài)質(zhì)量的參數(shù)關(guān)聯(lián)組成的數(shù)據(jù)序列，共有n個(gè)；Δi(j)為參數(shù)數(shù)列和比較數(shù)列歸一化后的絕對(duì)差值；ε為分辨系數(shù)，取值為0.5；ξi(j)為參數(shù)關(guān)系系數(shù)。

對(duì)于監(jiān)測方法的參數(shù)關(guān)聯(lián)性的對(duì)比分析，將計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值作為關(guān)聯(lián)度，以此衡量不同監(jiān)測方法的參數(shù)關(guān)聯(lián)性。關(guān)聯(lián)度越大，說明參數(shù)相關(guān)性越強(qiáng)，影響越大；反之，關(guān)聯(lián)度越小，說明參數(shù)相關(guān)性越弱，影響越小。具體的計(jì)算結(jié)果見表5。

對(duì)比觀察表5結(jié)果可知，兩種傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法的參數(shù)相關(guān)度比較高。相比之下，提出的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法參數(shù)相關(guān)度低，參數(shù)相關(guān)性弱，對(duì)監(jiān)測結(jié)果影響小。結(jié)合監(jiān)測頻次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，提出的基于主成分分析法的輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法實(shí)效性好，參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性對(duì)監(jiān)測結(jié)果影響小，具有較好的應(yīng)用性能，該方法優(yōu)于傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法。

表5 不同監(jiān)測方法參數(shù)相關(guān)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 語

本文圍繞輸變電工程水土流失區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量問題展開研究與討論，在相關(guān)研究資料支持下，提出基于主成分分析的輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法。在方法設(shè)計(jì)完成后，通過多項(xiàng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該監(jiān)測方法的可行性和高水平的應(yīng)用性能。但是受到時(shí)間、精力等原因的限制，輸變電工程水土流失區(qū)域生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測未能進(jìn)行更深層次的驗(yàn)證分析，在后續(xù)研究中將從這一方面展開研究。