遥感技术在开发建设项目环境监测中的典型应用<br/>——以郑徐客运专线穿越开封国家森林公园为例

遥感技术在开发建设项目环境监测中的典型应用
——以郑徐客运专线穿越开封国家森林公园为例

2020-03-18李廷山李明奇

四川环境 2020年1期

李廷山，唐渭，李明奇，张兴

(1. 中铁科学研究院有限公司成都分公司，成都 610036；2.甘肃省西部环境岩土与修复技术工程实验室，兰州 730000；3.郑西铁路客运专线有限责任公司，郑州 450009)

前言

生态环境监测是环境监测中一个全新的概念, 是环境生态建设的技术保证和支持体系，采用生态学的各种方法和手段, 从不同尺度上对各类生态系统结构和功能的时空格局的度量, 主要通过监测生态系统的条件、条件变化、对环境压力的反映及其趋势而获得[1]。而遥感技术作为目前一种先进的信息采集方式，具有信息最大、成本低和快速的特点，是生态环境监测中非常重要的技术手段[2]。运用遥感技术进行生产建设项目生态环境动态监测，为合理开发建设项目提供基础性数据资料，实现生态环境的可持续发展，是生态环境领域研究的重要课题。目前，遥感技术已广泛应用于农业、国防、工业、交通、生态环境监测以及水土保持等各个领域[3]，如郭达志等[4～6]利用其他先进技术和遥感技术对晋城、铜川、开滦等矿区的大气、塌陷进行了遥感调查分析；雷利卿等[7]在山东肥城矿区应用遥感技术通过对矿区受污染植被和水体信息的提取，探讨了适合矿区环境研究的遥感图像处理方法；袁涛等[8]基于梁子湖自然保护区1987 年和2004 年Landsat-TM 影像遥感数据，结合野外实地考察，研究了保护区近20 年来土地利用/土地覆盖的动态变化。

针对新建郑州至徐州铁路客运专线(以下简称“郑徐客专”)穿越开封国家森林公园区段，本文采用多时相陆地卫星遥感数据，在不同波段组合和各种指数运算应用的基础上，分析各类地表地物具体光谱特征和空间特征，用基于知识的决策树的方法进行分类，得到具有高精度的分类结果图，然后基于不同时相分类结果的变化检测，通过对研究区植被类型、土地分类、土壤侵蚀等的定量分析，进行了生态环境监测的研究。

1 项目区概况

1.1 项目概况

新建郑州至徐州铁路客运专线(以下简称“郑徐客专”)，起点为郑州东站中心，止于徐州东站中心，途径河南、安徽、江苏三省。线路全长362.39km，包含郑州、徐州枢纽配套工程，全线设郑州东、开封北、兰考南、民权北、商丘、砀山南、永城北、萧县北、徐州东9个车站，其中郑州东和徐州东站为既有车站，其余7站为新建车站。本工程为客运专线，双线铁路，电力牵引，全线无隧道，桥梁全长345.35km，约占线路全长的95.3%；路基长度17.04km，约占线路全长的4.7%。

1.2 开封国家森林公园概况

开封国家森林公园地处豫东平原，1992年由国家林业局批准成立(林造批字[1992]154号)，由护城大堤、北关林区、崮门林区和道土房林区4部分组成，面积8 339 hm2，其中护城大堤是人工筑成的长44km，宽60m，高5.3m的环形土堤。开封国家森林公园内景点主要有谷风松涛、秋林爱晚、疏林草地、松林石径、梅林花蹊、小溪秋色、桃鸟竹径、百花闹春、竹影寻幽、古城墙揽胜等，游览区面积142 hm2，占总面积的25.7%，主要分布在北关和崮门两个景区。

1.3 工程与开封国家森林公园位置关系

本工程线路在DK57+858～DK62+920(全长5.1km)区间以高架桥方式穿越越开封国家森林公园北部护城大堤林区部分，距离森林公园内规划景点较远，现状为人工种植的意大利杨林，未发现保护动植物分布。

2 所用资料和技术路线

2.1 所用资料

本项目所用的本底资料有：①2014年6月20日和2015年6月20日的world View2遥感影像为基本数据源; ②项目区1∶10 000地形图、DEM及矢量化数据；③项目区相关设计资料；④野外生态样方调查资料。

图件以2014年6月20日和2015年6月20日的world View2遥感影像为基本数据源，以GIS为制图手段。土地利用现状分类采用国家标准《土地利用现状分类》分类系统，采用三级分类系统，其分类代码参考《土地利用现状分类》中土地资源分类系统代码及含义。；土壤侵蚀现状分类按照《土壤侵蚀分类分级标准》建立分类系统；植被类型分类采用科学出版社2000年出版的《中国植被类型图谱》中的分类系统进行。在解译过程中，影像数据经过了多项式几何精纠正和双线性内插重采样，保证了解译结果的几何精度，出图比例尺为1∶100 000。

2.2 技术路线

郑徐客专穿越开封国家森林公园生态遥感监测技术路线总体分为图像处理、信息提取、外业调查、后处理、建库、数据分析和挖掘、成果整理个环节，遥感监测技术路线见图1[9]。

图1 遥感监测技术路线Fig.1 The route of remote sensing monitoring technology

在野外系统植物群落调查基础上，利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)制做开封国家森林公园土地利用现状图、植被类型分类图和土壤侵蚀现状图。

3 结果与分析

3.1 土地利用现状监测

通过遥感监测，再进行数据分析(表1和图2)，开封国家级森林公园2015年较2014年，耕地减少12.6hm2、林地减少约7.4 hm2、工矿仓储用地减少18.9 hm2、草地增加1.25 hm2、交通运输用地增加11.9 hm2、其他用地增加14.1 hm2、城镇村及工矿用地增加11.7 hm2。

主要变化原因为草地和交通运输用地、其他用地、城镇村及工矿用地增加，工矿仓储用地和林地、耕地减少。郑徐客专在森林公园内布线，势必会增加公园内的占地，但是增加量不大，可以通过后期恢复植被措施来弥补或缓解工程占地对森林公园的影响。

另外，通过遥感解译，在开封国家森林公园内无大面积破坏和碾压、占用林地和草地的现象(图3)。

图2 2014～2015年开封森林公园段评价范围内土地利用变化Fig.2 Land use change in the evaluation range of Kaifeng forest park from 2014 to 2015

图3 郑徐客运专线穿越开封国家森林公园段土地利用现状Fig.3 Classification chart of land use in Kaifeng national forest park

3.2 植被类型现状

开封森林公园2015年较2014年，有林地减少1.44hm2、草地增加约5.75 hm2、栽培植被增加0.93 hm2、无植被地段减少5.2 hm2。

铁路沿线主要变化原因为草地和栽培植被增加，有林地、无植被地段减少。林地减少的原因主要是铁路占地及运营安全的考虑，铁路沿线一定范围内为铁路安全保护距离，高大树木会影响铁路开通运营，在施工期结合征地拆迁适当的进行了砍伐；草地增加的原因主要是铁路施工进入恢复期，施工单位在桥下施工结束后，及时对桥下恢复平整，撒播速生草籽，桥下草本植被逐步恢复；栽培植被增加主要是铁路施工进入恢复期，地方村民在恢复平整的桥下及两侧临时种植农作物所致；通过遥感解译，在森林公园内无大面积破坏和碾压、占用林地和草地的现象，反之，在森林公园内的草地有增加的趋势，无植被地段正在增加植被，生态有所恢复和改善(表2，图4和图5)。

表2 2014～2015年开封森林公园评价范围内植被类型面积统计表Tab.2 Statistical table of vegetation type area within the evaluation range of Kaifeng forest park section from 2014 to 2015 (hm2)

图4 2014～2015年开封国家森林公园评价范围内植被类型变化Fig.4 Changes in vegetation types within the evaluation range of Kaifeng forest park from 2014 to 2015

图5 郑徐客运专线穿越开封国家森林公园段植被类型分布现状Fig.5 Distribution of vegetation types in the section of Zhengxu passenger dedicated line through Kaifeng national forest park

3.3 土壤侵蚀变化

开封国家森林公园2015年较2014年，水力侵蚀面积增加10.61hm2、工程侵蚀面积减少10.61hm2(表3)。

主要变化原因为水力侵蚀面积增增加，工程侵蚀减少。通过遥感解译，在森林公园内无大面积工程侵蚀现象，说明工程对森林公园的影响正在逐步降低，工程所引发的水土流失减少，生态有所恢复和改善(图6、图7)。另一方面，结合实际调查验证，本工程于2013年1月开工建设，2013年为施工高峰期，土地占用、开挖均在该时段，公园两侧扰动最为显著；2014年线路土建施工基本结束，扰动减少，部分区域已进入恢复期；2015年公园全部扰动区域进入恢复期，对路基桥梁两侧进行了土地平整，撒播速生种草籽进行了绿化。

表3 2014～2015年开封森林公园评价范围内土壤侵蚀面积统计表Tab.3 Statistical table of soil erosion area within the evaluation range of Kaifeng forest park section from 2014 to 2015 (hm2)