甘肃重大生态工程水土保持监测技术研究

周建海，罗进选

甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730020

一、项目研究背景

甘肃地处黄土高原、蒙古高原、青藏高原交汇地带，地域呈西北—东南延伸的狭长带状，土地总面积为42.58万km2，分属黄河、长江、内陆河三大流域。

甘肃省自然条件复杂，水土流失面积大、强度高，生态环境脆弱。根据不同区域的特征，因地制宜，布设水土保持生态工程是近年来甘肃生态环境治理的重大举措。南部区域降水量大，植被种类多、覆盖度高，是生态保护的重点区域；北部区域降水量小，植被种类少、盖度低，是生态治理的重点区域。

20世纪后期，甘肃开展了小流域治理、水土保持综合治理、国家水土保持重点工程、退耕还林（草）工程、淤地坝建设和坡耕地整治等一系列生态工程，对控制水土流失、改善生态环境起到了良好作用。如何定量评价全省重大生态工程的生态成效，为甘肃省黄河流域治理保护水土保持专项规划提供参考，水土保持监测技术研究具有十分重要的意义。

二、总体研究思路

为全面掌握甘肃省生态环境状况的动态变化，2016年开始，甘肃省水土保持科学研究所组织开展了“甘肃重大生态工程水土保持监测技术研究”。课题组以遥感影像解译、甘肃社会经济年鉴、重大生态工程设计及竣工验收资料等为基础，以水土流失状况、水土流失因子、水土流失危害、水土保持效益等分类分级指标为对象，利用统计分析方法（包括DPSIR概念框架、TOPSIS熵权法、向量自回归模型和结构方程等），对植被覆盖度、水土流失面积和生态效益变化等进行综合分析与评估，提出甘肃省水土保持生态工程划分及分类，总结重大水土保持生态工程监测技术，构建重大水土保持生态工程监测指标体系，初步评估重大水土保持生态工程效益。

三、主要成果

（一）甘肃省重大水土保持工程界定

课题通过对甘肃省88个县级行政单元2012年—2018年以来实施的水土保持生态工程进行统计、整理和分析，提出了甘肃省重大水土保持工程界定的7项指标。

（二）重大水土保持生态工程监测分析

对甘肃省7类重大水土保持生态工程监测内容、方法、时段、频次及监测成果进行分析，肯定了其优点，并对不足之处提出了改进意见和建议。

图1 课题研究技术路线总体框图

（三）总结水土保持生态工程监理和监测异同性

通过对水土保持生态监理、监测进行同异性分析，水土保持监理及监测在工作范围、频次及重点上不具有相近性，工作对象、执行标准、目标、方法、任务及主要作用上差异性较大。水土保持生态建设工程监理是对工程建设的质量、进度和投资进行过程控制，最终达到预期建设目标。

（四）优化水土保持生态工程监测指标

通过4年的研究，将重大水土保持工程监测指标划分为6类3级。6类分别为水土流失因子指标，水土流失状况指标，水土流失危害指标，水土保持措施指标，水土保持效益指标和专项指标。一级指标19种，二级指标67种，三级指标274种，并对各类各级监测指标进行优化筛选。

（五）应用推广情况

通过三级指标体系既可以分析比较和判别评价水土保持环境背景的差别和变异、水土流失与危害的状态发展态势、水土保持进展与区域过程、水土保持效果的数量和质量，又能掌握生态修复、重点治理及城市水土保持的重大事件动态，还能还原模拟预测水土保持的发展变化，为宏观调控、方案制定及预报提供依据，成为社会公共知识和政府决策，实施水土保持的基本工具。

四、存在的问题及改进建议

本次研究过程中由于时间、经费、人员构成等各方面的限制，重大生态工程水土保持监测指标的设计仍不够全面，对于监测指标的归纳总结还有不足，各项监测指标的定义、目的、方法、模型及数据格式、精度要求方面还不够完善。通过本项目的研究，在生态建设水土保持监测方面还有以下建议：

（一）实现监测数据的实时传输、统计和可视化、模型化

大数据及人工智能技术的应用能使监测结果、水土流失动态变化更为精确，也可节约大量的后期分析工作和成本，这些新技术在生态项目水土保持监测中的应用需要进一步的试验和研究。

（二）提升现有监测数据的准确度、精度

智能硬件、各类传感器、激光技术的发展日新月异，能够替代现有的监测设施和设备，并且能够使现有监测数据的准确度、精度大幅度提升。

（三）遥感监测方面的改进

遥感监测方面，随着不同波段的卫星影像、无人机结合各类传感器的监测、远距离手持或车载超声波、激光测量设备的发展，相关监测方法、计算方法及模型尚需进一步的研究。