天地一体化技术在平江抽水蓄能电站环水保超标预警管控中的应用研究

童慧 ，凌海涛 ，索飞，左程，钟龙，李雷娟，刘新，宋盼盼，余蔚青

(1.湖南平江抽水蓄能有限公司，湖南 岳阳 414500；2.国网新源控股有限公司，北京 100761；3.紫光软件系统有限公司，北京 100084)

0 引言

抽水蓄能电站建设周期长，扰动范围广，建设过程中将大量占压、扰动、破坏土地和植被，产生大量弃土弃渣，引起水土流失，造成水土资源损毁，破坏周围生态环境。针对抽水蓄能电站施工扰动监管工作量大、工作要求高、支撑技术落后等问题，如何及时对施工扰动范围进行管控，保护水土资源、生态环境是十分必要的。

在国家放管服政策实施下，生态环境部和水利部加强了重点工程事中事后监管；为深化国家放管服改革工作，生态环境部和水利部提出强化科技支撑，构建系统完善、科学规范、运行高效的监管体系。2015 年，水利部在全国启动了生产建设项目水土保持“天地一体化”监管示范，旨在深入开展监管关键技术和方法的探索(姜德文等，2016)。2016 年，生态环境部编制印发了《全国生态保护“十三五”规划纲要》，提出建设“天地一体化”的监测体系和综合监管平台，由被动核查变为主动发现，提高生态保护的精细化和信息化水平。前人已将“天地一体化”体系引入到生产建设项目水土保持监管，并在实施方案(李智广和王敬贵，2016)和技术(亢庆等，2016；姚赫和张勇，2017；黄颖伟等，2018；赵俊侠等，2019)上进行了探讨。随着国家经济增长和建设进程加快，天地一体化的应用领域越来越广泛，已在水资源(桑国庆等，2020)、生态环境(姚宇平等，2017)、应急通讯(郝昱文等，2016)、铁路(冯涛等，2018)、矿区地表移动(张凯等，2020)及尾矿库排洪能力(李洪梁等，2019)等领域进行了大量探索和推广应用。

湖南平江抽水蓄能电站(简称“平江电站”)位于湖南省岳阳市平江县福寿山镇境内，属中低山丘陵地貌，总体地势东南高西北低，上、下水库地表高差达700 m 以上。本工程总占地面积393.14 hm2，其中永久占地337.87 hm2、临时占地55.27 hm2。工程建设涉及到福寿山-汨罗江国家级风景名胜区和福寿山省级森林公园，平江电站因施工造成扰动范围超标或溜坡溜渣，极易破坏周边生态环境敏感区，利用天地一体化开展平江电站环水保超标预警管控是势在必行的。

1 天地一体化监测体系

天地一体化监测体系由高空卫星遥感监测、低空无人机航空测量和现场人工监测组成，包含数据采集、数据处理及数据应用分析模块。基于卫星遥感观测范围大，对抽水蓄能电站进行全覆盖监测，查找环水保问题显著区、易发水土流失区及超标预警区；基于无人机机动灵活，分辨率高，对环水保问题显著区、易发水土流失区及超标预警区进行详查，同时派遣专业人员进行实地调查(黄来等，2020)。具体内容如图1 所示。

图1 天地一体化监测体系

1.1 卫星遥感普查

基于卫星遥感观测范围大、重访周期短、不受地域限制等特点，利用卫星遥感获取平江电站施工区域全覆盖遥感影像。利用遥感影像进行解译，及时获取施工现场环水保信息，如查找环水保问题显著区、易发水土流失区及超标预警区，然后结合水土保持方案、环境影响报告书等设计资料，重点分析施工扰动范围合规性、总体施工扰动是否超标、是否存在溜坡溜渣现象，全面了解掌握平江电站环水保信息。

数据采集的质量好坏决定着监测成效，不同工程，对数据采集的精度和时效性要求不同。随着国家卫星遥感监测技术的发展，更高精度、时效的遥感影像的出现，虽然能够满足管控要求，但其成本也随之增加，因此，数据采集的基本原则是:首先满足精度要求，其次考虑时效和成本。常用卫星遥感有高分一号系列(曾毓燕，2020)、高分二号(陈凯等，2016；王天宇等，2020)、高分六号(吉长东和康仲林，2020)及国外World View、Quick Bird 等影像数据，针对平江电站每月一次的监测频次，考虑到影像重访周期和成本，本文主要采用高分一号系列、高分二号及World View 遥感组合形式进行施工扰动监测。

数据处理的原则是处理快速并获取高质量影像。因数据采集传感器的不同，不同来源数据处理方法也不相同。卫星遥感因为天气、传感器、地形等因素的不同，得到的影像存在着传感器误差、几何畸变和坐标误差等一系列问题，需要经过辐射校正、大气校正、正射校正、图像融合、影像裁剪等处理后，才可以进行应用(陈岳和宋盼盼，2019)。

1.2 无人机详查与专业人员核查

无人机具有机动灵活、空间分辨率高等特点，可对卫星遥感普查结果进行详查，详查施工扰动范围、溜坡溜渣及挡土墙、苫盖、护坡、临时拦挡等环水保措施。

目前市面上常用无人机主要为固定翼与多旋翼无人机，由于多旋翼无人机拍摄范围小，应用时间短，不适合平江电站环水保详查，因此本文主要采用固定翼无人机进行平江电站环水保详查。

无人机航飞主要经过航线规划设计、安全应急预案、航前检查、飞行监控及航后检查等过程，获得航飞数据。由于天气、云雾等客观因素影响，或者数码相机本身原因，使得无人机航片之间、航带之间存在颜色、明暗等差异，需要经过影像匀色、影像校正等处理消除误差，最终获得DOM 数据(数字正射影像图)(图2)。

图2 无人机数据处理过程

在无人机详查的同时派遣专业环水保人员进行现场调查，对卫星普查与无人机详查结果进行核查，并同时提出整改意见，指导施工单位进行整改，顺利完成环水保验收。

1.3 环水保信息提取

平江电站环水保信息主要包含施工扰动范围、施工溜坡溜渣及环水保措施实施情况等，针对处理好的影像，利用自动解译和人机交互目视解译进行施工扰动范围、溜坡溜渣、环水保措施等信息的获取，并结合征地红线范围，利用GIS 几何计算功能，获取扰动面积及施工扰动超标等相关数据(李岚斌等，2019；洪倩等，2019)。

2 应用分析

本文以平江电站为依托，将天地一体化监测体系应用到平江电站环水保监管工作中，以施工扰动范围、施工溜坡溜渣、环水保措施为监管对象，并结合水保方案要求、征地红线与临时用地红线范围进行对比分析。

2.1 施工扰动范围合规性分析

平江电站占地范围大，施工扰动分区多，各个分区扰动范围在水保方案中有明确规定。通过自动提取与人机交互解译方法提取施工扰动范围(图3)，并与水土流失防治责任范围进行对比分析，确定施工扰动范围是否合规。若施工扰动范围超出水土流失防治责任范围，需要施工单位对超出区域及时进行水土保持恢复工作，保障项目顺利验收。

图3 平江电站施工扰动范围影像图

由表1 可知，平江电站分区施工扰动面积未超出水土流失防治责任范围，符合水保方案施工要求。但随着施工的推进，业主营地、施工营地、1＃渣场等施工扰动范围在扩大，施工单位在施工过程中需引起注意，以防施工范围的扩大造成周边水土流失，造成工程无法顺利完成验收。

表1 分区施工扰动面积合规分析表

2.2 施工扰动范围超标管控

平江电站工程建设过程中涉及到福寿山-汨罗江国家级风景名胜区和福寿山省级森林公园，若施工扰动范围超标不加以管控，极易引起周围生态环境敏感区的毁灭性破坏，因此利用天地一体化获取平江电站施工扰动范围，对工程顺利完成验收、保护生态环境、减少水土流失是十分必要的。将卫星遥感提取的施工扰动范围与征地红线和临时用地范围叠加分析，核查超标预警区；然后利用无人机和专业人员对超标预警区进行详细核查，查找超标原因，并提出整改建议。扰动面积超标预警区见图4。

由图4 可知，Q2 变电站施工便道施工范围已超出征地红线与临时用地范围，超出距离由25 m 扩充到27 m，说明施工区域在继续外扩。将监测结果告知施工单位，提醒施工单位在此处施工时需加强关注，避免水土流失情况的发生。

图4 平江电站施工扰动范围超标预警区

2.3 施工溜坡溜渣预警管控

平江电站在施工过程中若环水保措施采取不及时或不到位，易造成溜坡溜渣，引发水土流失，造成水土资源损毁，生态环境的破坏。对已经出现的重大溜坡溜渣应当予以特别关注，督促整改，以免扰动加剧。利用卫星遥感对平江电站进行监测，发现某施工区域(见图5a 蓝框处)向低地势延伸，疑似溜坡溜渣；然后利用无人机与专业人员现场核查，确认该区域溜坡。溜坡溜渣区域在施工完成后应及时完成植被恢复，保障项目的顺利验收。溜坡溜渣区域如图5b～c 所示。

图5 平江电站施工溜坡溜渣影像图

3 结论

本文基于卫星遥感、无人机及现场核查优势，将天地一体化监测技术应用于平江抽水蓄能电站施工阶段环水保超标预警管控，实现了施工扰动范围合规性分析、施工扰动范围超标管控及溜坡溜渣预警管控。结果表明，天地一体化监测体系相对于传统管控方式具有技术先进性和业务前瞻性，形成了“发现-确认-整改”完整管控体系，确保获取环水保信息的可靠性，实现施工现场问题及时发现并解决，有效减少施工单位、管理部门工作压力，达到减少水土流失，保护生态环境的目的。