［關鍵詞］無人機；遙感技術；治理效果；小流域；冀西北

［摘要］在河北省懷來縣東溝小流域綜合治理工程范圍內應用無人機遙感技術，獲取高精度正射影像圖，建立了9種治理措施的14個解譯標志，采用人機交互方式勾繪了水土保持措施圖斑并矢量化，以便提取各類措施工程量，計算小流域水土流失治理度、林草覆蓋率、水土保持措施保存率，以及分析水土流失消長情況。結果表明：東溝小流域經過綜合治理，水土流失治理度達到84%，未新增強烈及以上侵蝕，水土流失面積及強度實現(xiàn)了雙下降，林草覆蓋率達到63%，水土保持措施保存率達到100%，有效控制了水土流失，生態(tài)環(huán)境得到持續(xù)性的改善；無人機遙感技術在小流域綜合治理效果評估工作中具有很高的應用潛力和推廣價值。

［中圖分類號］S157；P237［文獻標識碼］A［文章編號］1000－0941（2023）03－0005－03

小流域綜合治理工程是以小流域水土流失治理為中心，以提高生態(tài)經濟效益和推動社會經濟持續(xù)發(fā)展為目標，以基本農田優(yōu)化結構和高效利用及植被建設為重點，建立具有水土保持兼高效生態(tài)經濟功能的半山區(qū)小流域綜合治理模式的工程。位于河北省西北部的張家口地區(qū)是重要的京津冀水源涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)，在京津冀協(xié)同發(fā)展中承擔著重要功能，地區(qū)水土保持與水源涵養(yǎng)工作尤為關鍵。本研究選定的東溝小流域綜合治理工程位于張家口市懷來縣，該項目于2016年實施并建設完工，是國家水土保持重點建設工程，處于永定河上游國家級水土流失重點治理區(qū)，在冀西北眾多小流域綜合治理工程中具有典型性和代表性。

無人機遙感技術整合了先進的無人機飛行技術、遙感傳感器技術、通信技術、定位定姿系統(tǒng)（POS）和差分GPS技術，是快速獲取空間信息并進行精確建模分析的航空遙感技術手段[1]。該技術具有拍攝精度高、操作安全、影像分辨率高等特點，借助無人機收集地表數(shù)據(jù)信息，經計算機處理，可獲取詳細的全覆蓋影像信息，目前已在土地利用監(jiān)測、水利水電突發(fā)事件調查等多個領域應用。本研究以東溝小流域綜合治理工程為研究對象，基于無人機遙感技術，監(jiān)測、分析、研判其綜合治理成效。

1研究區(qū)本底概況及治理設計

東溝小流域位于懷來縣東北部，總面積3488.13hm2，其中草地、灌木林地面積2922.56hm2，占總面積的83.79%，而坡耕地面積為151.27hm2，僅占4.34%，具體占地類型組成見表1。流域土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，主要發(fā)生在坡耕地和干旱陽坡，侵蝕形式表現(xiàn)為坡耕地的層狀面蝕、砂礫化面蝕、細溝狀面蝕，以及一級荒山陽坡的鱗片狀面蝕和溝蝕，重力侵蝕、風力侵蝕與之相伴發(fā)生。治理前，項目區(qū)林草覆蓋率為55%，存在輕度侵蝕1224hm2、中度侵蝕11hm2，無強烈及以上侵蝕；平均土壤侵蝕模數(shù)達1348t/（km2·a），年均土壤流失量達1.66萬t。其綜合治理設計及完成工程量見表2。

2影像生成與處理

本研究使用的是大疆經緯M300RTK四軸旋翼無人機，配置分辨率960P的FPV攝像頭，具有障礙自動感知、跟隨拍攝、規(guī)劃飛行等功能。無人機執(zhí)行飛行任務前，要手動設置飛行范圍，調整飛行參數(shù)，進行航線規(guī)劃，以便實時獲取所需的地表數(shù)據(jù)信息。通過PIX4Dmapper對地表數(shù)據(jù)信息進行拼接融合，獲取清晰的TIF格式正射影像圖，并導入ArcGIS中自動生成瓦塊地圖，作為水土保持措施標志解譯的判別依據(jù)。

3建立解譯標志

通過查詢資料，初步掌握了項目區(qū)內主要土地利用和水土保持措施類型、數(shù)量及分布。針對不同水土保持措施類型、土地利用類型的影像特征，結合野外調查，建立解譯標志，原則上每種類型的解譯標志樣本不少于2個。本研究針對水平梯田、蓄水池、作業(yè)道路、谷坊、標志碑、經濟林、喬木林、混交林和封禁治理9種治理措施，建立了14個解譯標志。其中，經濟林、喬木林、混交林（簡稱經喬混林）因影像特征差異性小，故合并建立了2個解譯標志；節(jié)水管道因位于地下，遙感影像中不顯示，故無法建立解譯標志。針對水澆地、有林地、農村建設用地、農村道路4種土地利用類型，建立了8個解譯標志。解譯標志示例見表3。

4措施圖斑矢量化

根據(jù)正射影像圖，基于項目區(qū)措施布局圖和解譯標志，利用ArcGIS軟件，采用人機交互方式分別勾繪水土保持措施圖斑，再將圖斑矢量化為面狀（水平梯田、經濟林、喬木林、混交林、封禁治理措施）、線狀（作業(yè)道路措施）、點狀（蓄水池、谷坊、標志碑措施）圖斑。限于篇幅原因，表4列舉了三類措施圖斑矢量化前后對比圖。調取措施圖斑矢量圖屬性表，即可獲得各類措施工程量，即面狀措施面積、線狀措施長度、點狀措施數(shù)量。

5治理效果評估

5.1治理效果評估分析

基于矢量化圖斑，解譯土地利用、水土保持措施和土壤侵蝕狀況，并結合措施布局圖中的水土保持措施規(guī)模，計算出評估年2020年水土流失治理度、水土保持措施保存情況、林草覆蓋情況，其結果見表5。

由表5可知，評估年水土流失治理度達到84%；林草覆蓋率達到63%，較項目實施前提高了8個百分點；實施的水土保持措施狀況良好，保存率均達到100%。

5.2水土流失消長情況分析

依據(jù)項目實施前和評估年土壤侵蝕判讀結果，計算得出各地類下不同水土保持措施的土壤流失量，進而判別、歸納各侵蝕強度的水土流失面積，分析不同強度土壤侵蝕消長情況。分析結果如下：項目實施年，存在微度侵蝕604hm2、輕度侵蝕1224hm2、中度侵蝕11hm2；項目實施4a后，有效控制了水土流失，有4hm2中度侵蝕經治理轉化為1hm2微度侵蝕和3hm2輕度侵蝕，114hm2輕度侵蝕經治理轉化為微度侵蝕，未新增強烈及以上侵蝕，見表6。

6結論

（1）東溝小流域經過綜合治理，水土流失治理度達到84%，未新增強烈及以上侵蝕，水土流失面積和強度實現(xiàn)了雙下降，林草覆蓋率達到63%，水土保持措施保存率達到100%，有效控制了水土流失，生態(tài)環(huán)境得到持續(xù)改善。

（2）在本次小流域綜合治理效果評估工作中，無人機遙感技術發(fā)揮了不可替代的顯著優(yōu)勢。東溝小流域面積廣、地形復雜，技術人員難以做到現(xiàn)場全覆蓋調查與測量，無人機遙感技術較好解決了這一難題，大大提高了評估取證的全面性、精確性和科學性。因此，無人機遙感技術在小流域綜合治理效果評估工作中具有很高的應用潛力和推廣價值。

［參考文獻］

［1］葉林春.無人機遙感技術在水土保持監(jiān)測中的應用研究［J］.水利技術監(jiān)督，2020（6）：267-269.

［作者簡介］李新旺（1982—），男，河北廣宗人，高級工程師，博士，主要從事水土保持、土地資源管理等方面的研究。［收稿日期］2022-12-01

（責任編輯張緒蘭）