遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用

刘宪春，王万君，王爱娟，曹文华

(水利部 水土保持监测中心，北京 100053)

随着我国经济社会的飞速发展，由持续大规模高强度生产建设活动引发的环境问题对民众的生产生活造成了越来越大的困扰。为了严控生产建设活动引发的水土流失环境危害，水土保持法明确要求生产建设单位编报水土保持方案，按照批复的方案采取水土流失预防和治理措施，同时要求对可能造成严重水土流失的大中型生产建设项目进行水土保持监测。

总体来说，生产建设项目水土保持监测开展十几年以来，在监测内容与指标、监测数据采集与处理方面积累了经验，为生产建设活动水土流失的防控提供了必要的技术支撑。但是，由于监测方法总体上还不够成熟，缺乏权威性的规范指导，造成了实际成果质量良莠不齐。本文根据生产建设项目水土流失特点，对遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用进行了深入讨论和分析，为规范生产建设项目水土保持监测提供参考。

1 生产建设项目水土保持监测要解决的问题

要确定遥感技术在生产建设项目中的作用，首先应了解生产建设项目水土保持监测需要监测的指标。根据《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)，生产建设项目落实预防与治理措施后，应该实现以下基本目标：①项目建设区的原有水土流失得到基本治理；②新增水土流失得到有效控制；③生态得到最大限度保护，环境得到明显改善；④水土保持设施安全有效；⑤扰动土地整治率、水土流失总治理度、土壤流失控制比、拦渣率、林草植被恢复率、林草覆盖率等指标达到现行国家标准[1]。

规范中提到的前4个目标是对生产建设项目水土流失防治的总体要求，是定性指标。需具体定量考核的是最后目标中的6项指标。这6项指标均为计算指标，属综合指标。要准确计算这6项指标，应对计算这6项指标的基础指标[2]进行监测。

(1)扰动土地整治率。应掌握项目建设扰动的土地总面积和扰动后进行整治的土地面积。

(2)水土流失总治理度。应掌握项目完工后，建设区内水土流失治理达标面积和水土流失总面积。

(3)土壤流失控制比。应掌握项目建设区内的容许土壤流失量、各防治分区的土壤流失量(强度)。

(4)拦渣率。应掌握项目建设过程中采取措施实际拦挡的弃土(石、渣)量和工程弃土(石、渣)总量。

(5)林草植被恢复率。应掌握项目建设区内的林草类植被面积和项目建设区内可恢复林草植被(在目前经济、技术条件下适宜于恢复林草植被)的土地面积。

(6)林草覆盖率。应掌握项目建设区内林草类植被面积和项目建设区面积。

此外，水利部《关于规范生产建设项目水土保持监测工作的意见》(水保〔2009〕187号)还要求建设单位按季度报告生产建设过程中的水土保持工作，主要包括取土(石)场、弃土(渣)场使用情况和安全要求落实情况，扰动土地和植被占压情况，水土保持措施(含临时防护措施)实施状况、水土保持责任制度落实情况等。

从以上分析来看，做好做实生产建设项目水土保持监测，对项目建设区按照施工进度准确进行地表状况分类并确定面积、获取挖填堆弃的土石方量和项目建设区内不同下垫面情况下的土壤流失量是核心。在监测中所有技术方法都应该围绕面积和数量来进行。

2 遥感技术可以解决的问题

通过前述指标分析可以看出，确定各类地表状况在不同阶段的面积是做好生产建设项目水土保持监测工作的基础，而遥感恰恰在面积分类确定方面有着巨大优势。遥感技术的优势在于不需要技术人员到达全部现场就能把地表情况逐一识别出来，极大地降低了现场工作的强度。我国进行的4次全国性土壤侵蚀调查都利用了遥感技术，而在生产建设项目水土保持监测中，也有很多单位做了探索实践[3-6]。纵观各地实践的具体例子，均是借助遥感影像不同图斑的纹理、色调、形状识别地表情况，对项目区土地利用类型进行分类，确定不同地类的具体面积，在此基础上，再利用地形数据和由遥感获得的植被覆盖度数据来定性判定各斑块的水土流失强度。这种技术多是为了获取项目区水土流失的背景情况，或者是在监测期末对项目区水土流失状况做出整体判断。

需要指出的是，利用遥感影像仅解决了地表不同状况地物的位置、形状和大小，至于这些地物到底是什么，还需要借助地面现场踏勘进行验证。对于生产建设项目来说，范围较小，建设过程中取弃挖填活动集中交叉，准确定性和定量更是离不开现场勘测。尤其是对于取料量、弃渣量和土壤流失量等定量数据还要进行现场量测，遥感技术目前仅能较好地确定其位置和占地等指标。

3 遥感技术的具体应用流程

前面介绍的6项指标中，扰动土地整治率、水土流失总治理度、林草植被恢复率、林草覆盖率是验收的终验指标，在建设期不做考察，而拦渣率、土壤流失控制比不但要求在验收时满足规范要求，而且在建设期间也应该满足规范要求，是水土保持“三同时”制度的体现。前面讲过，遥感对于各面积类指标的获取具有很大的优越性，对于拦渣率和土壤流失控制比所需要的基础指标也可以提供部分支撑。总体来说，目前生产建设项目中遥感技术的使用，还处于初级阶段，仅是做了单次解读，没有将解译形成的专题数据作为后续工作的基础，充分发挥其效果。实践中应该以遥感影像为基础，采用分阶段绘图的方式开展监测工作，以更好地体现动态监测的要求。

利用遥感技术开展生产建设项目水土保持监测，可以分为五步：确定数据源、建立背景专题数据、动态监测、数据集成和分析计算。具体流程见图1。

图1 利用遥感技术开展生产建设项目水土保持监测流程

3.1 确定数据源

在制定监测方案时，应充分考虑项目数据源情况和经费支撑能力，确定利用首期或多期影像数据进行监测，也可以采用无人机遥测的方式进行。影像数据在分辨率上应优于5 m，在时间上，首期影像以项目实施扰动前一年5～10月份资料为最佳，可更好地反映项目占地范围内的原始状况。如果确实没有影像数据，也可以选用项目建设区大比例尺地形图作为工作底图，比例尺不应小于1 ∶10 000。数据源确定了，后续工作的开展方式也就确定了。

3.2 建立背景专题数据

建立背景专题数据主要利用前面准备的数据源，结合现场查验，解译出项目占地范围内扰动前的土地利用、植被、土壤等专题数据，并结合地形资料，依据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)判断项目区的土壤侵蚀状况。

若没有项目区的影像数据，则可以利用大比例尺地形图，现场进行土地利用类型勾绘，调查植被状况和土壤，建立项目区背景值，然后在此基础上，按照季度报告要求进行土地利用更新。

3.3 动态监测

动态监测就是根据国家法律法规要求和制定的监测方案开展监测。主要是结合定位观测，进行土地利用状况、植被状况、水土流失状况、水土保持措施状况等的定期更新工作，针对每项指标，形成专题数据。

后续监测中，以土地利用背景专题数据为主要基础，按照施工进度对土地利用进行更新是进行监测评价分析的基础。在生产建设项目施工中，对地表的改变不是同时进行的，多数情况下是分区分段进行的，而不同阶段地表状况又是不同的，因此应结合项目特点，对项目区的土地利用状况进行分类。众所周知，在同一区域内，下垫面情况是水土流失发生发展的决定性因素。根据地表状况，可以将处于建设阶段的项目区土地利用类型分为未扰动土地和扰动土地，然后根据地表情况进行进一步细分，具体可参考表1。

表1 开发建设项目区土地利用类型分类

实际操作中，进行图件更新工作量较大，按照水利部的要求，建设单位应按季度向水行政主管部门报告水土保持情况。因此，可以按照季度进行土地利用状况、植被状况、水土流失状况、水土保持措施状况等专题数据的更新。在土地利用更新时，可以采用手持GPS根据表1中的三级分类对每个地块进行定位量测，然后进行图斑更新，当然这种方式精度不高，但是结合当地特征点校正后，定位精度可保持在1 m左右。若条件允许，则可以使用差分GPS或者采用工程测量方式进行图斑更新。这样，可充分掌握项目占地范围内的土地利用变化情况，为最终扰动土地整治率、水土流失总治理度、林草植被恢复率、林草覆盖率的准确计算奠定基础。

按照上述方式开展监测工作的好处不但可将各类面积进行分类统计，确定取料场、弃渣场的位置、占地面积等信息，还可以动态掌握水土保持措施实施情况，掌握其分布和数量，检验其是否与主体工程同时施工。由此，水利部文件要求的监测季度报告中的指标除拦渣率、水土流失量外均可获得较为准确的数据。

对于拦渣率，利用图斑更新的结果，结合现场的量测核实，可以分别掌握挖填堆弃的数量，这样拦渣率的计算也就简单了。对于土壤流失量，需要根据不同地表情况，选用侵蚀沟量测、径流小区或利用排水沉沙设施进行观测，得到不同地类的单位面积侵蚀量，与相同地类面积相乘即可得到该地类的土壤流失量，同时段不同地类土壤流失量相加即得到该时段内项目占地范围内的总流失量。

定期的图斑更新工作，可很好地解决季度报告对各项指标的要求，不但有数字，还有图形。这样就更好地体现了动态控制，可及时、准确掌握生产建设项目水土流失状况和防治效果，及时发现重大水土流失危害隐患，为水土保持监督管理提供技术依据，为公众监督提供基础信息，以此促进项目区生态环境的有效保护和及时恢复。

若能够获得项目建设区多期影像资料，则应对每期的影像资料进行单独解译，结合现场调查，根据表1中的利用类型进行图斑定性。将两期土地利用专题数据进行叠加，即可获得地表状况的改变情况。由此掌握项目占地范围内的水土流失状况和水土保持工作开展情况，结合地面观测工作，可以进行拦渣率和土壤流失控制比的计算分析。

3.4 数据集成

数据集成就是将多期专题数据、定位观测数据，利用GIS软件功能建立数据库，进行集成管理，为后续的计算分析奠定基础。

3.5 分析计算

分析计算就是利用GIS软件的图形分析、统计分析、关联分析等功能，进行不同监测时段各监测基础指标数量的汇总分析，由此计算不同阶段防治目标指标值，对建设单位的水土流失防治工作做出整体评价，体现全过程、全方位的要求。

4 结 语

在生产建设项目水土保持监测中应用遥感技术，可以极大地提高监测工作的效率、准确性，能够帮助建设单位及早发现水土保持工作中存在的问题，为监督执法提供翔实的证据支撑。但遥感技术并不能解决所有问题，只是在空间表现上比其他技术方法更全面完整，要对建设项目的水土保持工作进行科学评价，还需要现场观测数据、抽样数据和量测数据作为基础支撑。

[参考文献]

[1] GB 50433—2008，开发建设项目水土保持技术规范[S].

[2] GB 50434—2008，开发建设项目水土流失防治标准[S].

[3] 邓岚，徐敬华，丁富平，等.开发建设项目水土保持监测常用方法准确度验证[J].亚热带水土保持，2012，24(4):55-58.

[4] 陈晨宇，李健，康致远. 基于GIS的开发建设项目水土保持监测信息系统——以桐柏抽水蓄能电站工程为例[J].水土保持通报，2007，27(4)：37-40.

[5] 薛明，马熙民. 基于RS 技术的水土保持监测方法研究[J].科技创新导报，2011(24)：14-40.

[6] 徐丰，曹宏，廖章志.遥感技术在开发建设项目水土保持监测中的应用——以洪家渡水电站为例[J].中国水土保持，2008(3):42-44.