论冻融侵蚀区水土保持监测技术研究

李文影，欧阳力，鞠敏睿，李文超，刘建新，陈生永，葛文锋

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

2015年，中共中央发布了《生态环境监测网络建设方案》方案中提到，生态环境监测是生态环境保护的基础，是生态文明建设的重要支撑。做好水土保持工作，能够有效预防水土流失，从而达到保护、巩固、改良水土资源的目的，更大程度上提高土地的生产力，促进经济效益与社会效益的同步提升。做好水土保持工作一定程度上顺应了国家对于建立良好生态环境的要求，但与此同时，我们需要通过不断优化水土保持监测技术，了解导致水土流失现象出现的原因、明确水土流失情况的严重程度、掌握水土保持工作的开展成效，从而为后续的水土保持监测工作的开展提供有效的参考依据。冻融侵蚀区区水土保持工作的开展难度较大，但周边区域的开发建设活动却无法避免，在过去的很长一段时间中，由于水土保持监测工作技术的研究仍然存在着诸多不足，水土保持监测工作的开展仍然有着较大的进步空间。在下文中，我们具体对于冻融侵蚀区水土保持监测技术研究的必要性开展分析，希望能为防治水土流失工作的有序开展积累更加丰富的经验[1-3]。

1 国内水土流失现状分析

所谓水土流失，简单来说就是指因为受到自然条件或人为因素的影响，每次降雨后产生的大量雨水未能被土壤所吸收，也未能沿着土壤顺势下流，造成了土壤和水分的同时流失。一般来说，水土流失主要与土地利用方式不合理、地面植被受到严重破坏、选用的耕作技术缺乏科学性、当地存在过度放牧情况、区域内的土质本身就较为松散、地面的坡度较大等原因有着直接的关系。一旦出现了水土流失情况，土壤中的肥力也会随着水土而大量流失，不利于在区域内开展耕作，而流失的土壤可能会阻塞河流、水库，导致水利工程应有的作用无法得到充分发挥，工农业生产水平降低，甚至诱发其他灾害的出现。常见的水土流失情况主要可以分为水力侵蚀、重力侵蚀和风力侵蚀几种类型。在过去的很长一段时间中，我国重视开展水土保持工作，通过加强对于水土流失的治理、控制人为破坏水土的行为，极大程度上遏制了水土流失的现象，增加了水土流失的治理面积。根据2020年有关部门对中国水土流失治理面积的调查研究，当年国内水土流失治理面积已经达到了143 122 khm2，相对于前一年增长了约4.22%。

冻土侵蚀主要是因为土壤或岩石裂缝中的水分因为不断冻结，其体积明显膨胀，裂缝越来越大，裂缝的数量越来越多，达到一定程度时，土壤或岩石就会出现碎裂情况，而随着土壤的消融，其抗腐蚀性能明显降低，受到重力的影响，极有可能会出现岩土顺坡向下产生明显位移的情况。相对于其他区域而言，冻融侵蚀区的水土保持难度较大，而不同于水力侵蚀、风力侵蚀等领域的要求，有关冻融侵蚀区水土保持的研究数量极其匮乏。只有不断地加强水土保持监测技术的研究，才能够避免水土流失问题的持续发酵，为经济发展水平的进步和人民生活水平提高奠定更加坚实的环境基础[4]。

2 冻融侵蚀区水土保持监测技术研究的必要性

2.1 强化水土保持监测技术

在新的时代背景下，国家、政府和人民都给予了生态文明发展足够的关注与重视。在过去的很长一段时间，我们为了谋求更高的经济效益、为了更好的助推社会进步，有时会选择以牺牲生态环境为代价，获得某一方面的收益。而与生态环境相关的事，从来没有小事。一旦生态环境受损，即便短期内不会造成严重的后果，也会为长期的发展埋下隐患。在《生态环境监测网络建设方案》中，明确规定，“生态环境监测是生态环境保护的基础，是生态文明建设的重要支撑”，做好水土监测技术的研究工作，有助于建设起完备的生态环境监测体系，为后续生态环境监测工作的开展提供更加有力的数据支持。水土保持是加强生态文明建设的重中之重，更是促进经济、社会同步发展的有力支撑，国内相应的水土保持部门必须要持续加强对于水土保持的监测管理，落实相应的考核与评估工作。尤其是对于冻融侵蚀区的水土保持而言，需要通过监测的方式，掌握水土保持任务的实施进度、明确水土防治工作的开展效果、合理控制水土保持工作的开展强度。冻融侵蚀区水土保持监测技术研究能够使我们及时了解水土保持的情况，从而及时向有关部门作出反馈，以动态监测的方式时刻掌握水土监测的动向，从而明确下一阶段水土保持工作开展的重点和难点[5-6]。

2.2 优化水土监测技术

随着人们对于水土监测工作正式程度的不断提升，如今，水土保持监测已经上升到了法律的高度，水土保持工作的开展离不开水土监测技术的辅助，只有科学合理的利用水土监测技术、不断完善水土监测技术，才能够为水土流失问题的治理、水土流失现象的预防监督、水土保持工作的规划评价奠定更加坚实的基础。国家已经制定了与水土保持工作相关的《中华人民共和国水土保持法》，这在无形当中为水土保持工作的开展和水土监测技术的研究指引了新的方向。我们要求国家、政府、社会公众都能够参与到水土保持工作开展的过程中，以水土流失的动态监测为水土保持监测的着手点，确定科学合理的水土保持工作目标，同时充分运用现代化的水土保持技术和水土保持监测技术优化监测手段、完善监测方案。冻融侵蚀区水土保持监测技术本身就存在着较大的空白区域，加强这一方面的技术研究，充分利用现代化的信息网络技术，更有助于相关工作人员获得精准可靠的监测数据，建立完备的水土保持大数据平台，为后续水土保持工作的开展奠定更加坚实的基础[7]。

2.3 国内水土保持工作的严峻的形势

众所周知，水土流失往往不仅是因为人为操作而导致的，同时也会受到自然因素的影响。某些地区的水土流失情况是无法避免的，冻融侵蚀区的水土流失就多半属于自然现象。当地的地面坡度越陡峭，地表径流的速度越快，就会对于土壤产生更加强大的冲刷力和侵蚀力。而随着水土的不断流失，在这一过程中，会聚集更多的地表径流，产生的冲刷力和侵蚀力也越来越强。加之在自然条件下，难免会出现降水情况，一旦出现较为严重的降水，大量的水分渗透到土壤中，而残余的水分则会变成地表径流，加剧对于地表产生的冲刷力。冻融侵蚀区的地面组织成分较为特殊，质地松软的土壤、存在着裂缝的岩石等都在无形中埋下了水土流失的隐患。加之，冻融侵蚀区本身不是与许多植被的生长，区域内已有的草木较为稀疏，水土的固结力不强，也会诱发水土流失情况。从某种程度上来看，尽管国家和政府投入了较多的时间和精力，并制定了相应的政策法规对于人为导致水土流失的行为予以了严格的约束，但自然原因导致的水土流失仍然是无法规避的，也就是说，即便目前的水土流失治理情况已经初具成效，但并不代表未来不会出现更加严重的水土流失情况。相关调查显示，与世界上的许多国家相比，中国的水土流失情况都是极为严重的。而水土流失对环境发展、经济发展甚至是社会建设而言，都会产生极为不利的影响。我们需要充分掌握水土流失情况，明确水土流失可能导致怎样严重的后果，才能做出更好的决策[8-9]。

2.4 针对冻融侵蚀区水土保持监测技术的研究十分匮乏

根据上文中的分析，我们可以发现，导致水土流失问题的原因多种多样，因此，水土流失现象也能划分为多种不同的类型，后续的治理难度极大，有些区域存在的水土流失情况甚至是由于多种原因共同作用导致的。人们给予了水土流失工作足够的重视，水土流失的动态监测水平越来越高。伴随着城市化发展水平的逐步加快，各类生产建设工作的开展、自然界中强劲的风力、大量的降水都可能成为持续诱发水土流失问题的原因。就目前情况来看，针对水力侵蚀、风力侵蚀等水土保持监测技术的研究已经具备了较为坚实的理论基础，技术人员可以根据获得的监测数据了解水土侵蚀状况，从而更好的为后续的生产和发展所服务。有关水土保持动态监测的技术规定并未完全覆盖到冻融侵蚀区域当中，动态监测的流程日益完备，能够在水力侵蚀的监测中了解土壤侵蚀的影响因子，包括土壤的可侵蚀性、土壤的侵蚀力、相关区域的地形坡度和地形长度、植物的覆盖率等，从而了解区域的水土流失分布状况；也能够在风力侵蚀的监测中，掌握地表土的湿度、地表的平整程度、植被的覆盖率以及不同风速等级的累计时间等，从而获得相应的动态监测成果。国内有关重力侵蚀和冻融侵蚀的技术并非完全匮乏，但却仍然有着较大的研究空间，监测的范围较为狭窄，很多时候，冻融侵蚀区的水土保持监测不得不选择借助水力侵蚀的监测方法或者风力侵蚀的监测方法，这无疑是不相适宜的。从长远发展的角度上来看，冻融侵蚀区的开发建设工作仍在持续开展，我们急需探求更加完备的冻融侵蚀区水土保持监测技术，随时随地的掌握水土监测情况，为相关区域的开发和建设积累更加丰富的参考数据。

3 冻融侵蚀区水土保持监测技术研究的方向

3.1 遥感技术的应用

冻融侵蚀区的水土保持工作开展难度较大，很多时候，人们无法直接去到监测区域中捕捉监测数据。但随着遥感技术的飞速发展，遥感影像的分辨率越来越高，即便是对于冻融侵蚀区的水土流失状况，也可以运用遥感数据监测的方式了解区域内的地形、地貌情况，结合人工监测的方式提升水土保持监测的精准度和高效性。冻融侵蚀区水土保持监测技术的研究可以从合理的利用遥感监测技术着手，通过对所捕捉到的遥感影像进行深层处理，获取与冻融侵蚀区水土保持监测相关的数据信息的支持，从而满足动态监测的要求。遥感监测技术的优势在于能够在较短的时间内获取大量的信息，并且不会过多的受到时间、空间的影响，但由于冻融侵蚀区的地址条件和气候条件较为复杂，遥感图像监测技术的应用可能会受到外界因素的干扰和影响，导致技术人员获取到的图像不够清晰、不够精准，并且遥感图像监测技术的应用成本相对较高，对技术人员的专业能力素养也有着较高的要求。

3.2 三维激光扫描技术的应用

相对于遥感技术而言，三维激光扫描技术的自动化水平更高、息获取的精准性更强，只需利用较短的时间就能够获取到充足的三维数据，并结合实际需求进行模型重构，以便获取到更加可靠、精准、全面的监测数据。将三维激光扫描技术应用于冻融侵蚀区的水土保持监测领域中，能够产生较好的应用效果，因为这种技术的采样精度较高、采样分辨率较高、采样速率较快，更有助于及时获取水土流失信息，提升水土流失计量的精度。三维激光扫描技术同时也存在着不适合被应用于冻融侵蚀区水土保持监测技术领域的弊端，例如虽然能够获取到大量的信息，但数据信息的处理难度极大，在这一过程中会消耗大量的资金，而且三维激光扫描数据会较多地受到噪点的影响，可能会降低数据信息的有效性。

3.3 无人机低空遥感技术的应用

冻融侵蚀区水土保持监测技术的研究可以更多地借助无人机低空遥感技术的支持。技术人员可以借助无人机拍摄相应的影像数据，数据信息在经过处理后能够反馈出冻融侵蚀区的水土流失防治情况。与卫星遥感技术相比，无人机低空遥感技术的时效性和灵活性更强，能够较大程度上反馈出区域内的水土流失状况和区域内的水土保持水平，帮助技术人员观测到水土保持的类型、数量、面积。但与此同时，冻融侵蚀区的水土保持监测如果需要运用无人机低空遥感技术，还需要明确这种技术类型的缺陷。例如无人机监测技术的垂直精度较低，后续处理监测信息和影像信息的难度较大，且其运行会受到自然天气状况的影响，在雨水天气无法使用无人机进行水土流失监测，并且还需要投入大量的资金作为支持。

除此之外，我们还可以选择将无人机监测技术与三维激光扫描技术进行有机结合，为冻融侵蚀区水土保持监测工作的开展提供双重技术保障。如今，无人机监测技术水平迅速提高，为了满足其在不同领域中的应用需求，许多专业人员选择将无人机监测技术与其他传感器技术进行有机融合，三维激光扫描仪就是一个不错的选择。三维激光扫描仪与无人机紧密合作，能够快速精准的获取地面上的三维坐标，拍摄有价值的影像数据，测算出监测区域内的水土流失量。

4 总 结

水土保持始终是生态文明建设领域中极为重要的一项内容，做好水土保持监测工作，有助于我们了解土壤情况，避免水土流失问题的持续恶化。结合现实情况来看，目前已有的水力侵蚀监测技术和风力侵蚀监测技术已经较为完备，基本能够满足开展动态监测的需求，反观冻融侵蚀区水土保持监测技术，仍然存在着较大的进步空间。大力促进冻融侵蚀区水土保持监测技术的研究，顺应了新时代发展对于强化水土保持监测技术的要求，满足了国家和政府对于水土保持工作的开展要求，有助于应对国内水土保持工作开展的严峻形势，也有助于填补冻融侵蚀区水土保持监测技术研究的空白。针对冻融侵蚀区水土保持监测技术的研究应当持续开展，相关部门应当不断优化自身的水土保持监测法律意识，建立更加完备的水土保持监测体系，提高所获取到的水土监测数据的利用率，同时积极主动地将新的技术和新的方法应用于冻融侵蚀区水土保持监测领域当中。文章还对于未来冻融侵蚀区水土保持监测技术的研究提出了几方面的建议，例如将遥感技术、三维激光扫描技术、无人机低空遥感技术等应用于冻融侵蚀区水土保持监测工作中，不断完善水土流失监测方法，使水土保持工作能够产生更加显著的环保效益、社会效益和经济效益。