基于无人机遥感技术的冀西北典型小流域综合治理效果分析

［关键词］无人机；遥感技术；治理效果；小流域；冀西北

［摘要］在河北省怀来县东沟小流域综合治理工程范围内应用无人机遥感技术，获取高精度正射影像图，建立了9种治理措施的14个解译标志，采用人机交互方式勾绘了水土保持措施图斑并矢量化，以便提取各类措施工程量，计算小流域水土流失治理度、林草覆盖率、水土保持措施保存率，以及分析水土流失消长情况。结果表明：东沟小流域经过综合治理，水土流失治理度达到84%，未新增强烈及以上侵蚀，水土流失面积及强度实现了双下降，林草覆盖率达到63%，水土保持措施保存率达到100%，有效控制了水土流失，生态环境得到持续性的改善；无人机遥感技术在小流域综合治理效果评估工作中具有很高的应用潜力和推广价值。

［中图分类号］S157；P237［文献标识码］A［文章编号］1000－0941（2023）03－0005－03

小流域综合治理工程是以小流域水土流失治理为中心，以提高生态经济效益和推动社会经济持续发展为目标，以基本农田优化结构和高效利用及植被建设为重点，建立具有水土保持兼高效生态经济功能的半山区小流域综合治理模式的工程。位于河北省西北部的张家口地区是重要的京津冀水源涵养区和生态环境支撑区，在京津冀协同发展中承担着重要功能，地区水土保持与水源涵养工作尤为关键。本研究选定的东沟小流域综合治理工程位于张家口市怀来县，该项目于2016年实施并建设完工，是国家水土保持重点建设工程，处于永定河上游国家级水土流失重点治理区，在冀西北众多小流域综合治理工程中具有典型性和代表性。

无人机遥感技术整合了先进的无人机飞行技术、遥感传感器技术、通信技术、定位定姿系统（POS）和差分GPS技术，是快速获取空间信息并进行精确建模分析的航空遥感技术手段[1]。该技术具有拍摄精度高、操作安全、影像分辨率高等特点，借助无人机收集地表数据信息，经计算机处理，可获取详细的全覆盖影像信息，目前已在土地利用监测、水利水电突发事件调查等多个领域应用。本研究以东沟小流域综合治理工程为研究对象，基于无人机遥感技术，监测、分析、研判其综合治理成效。

1研究区本底概况及治理设计

东沟小流域位于怀来县东北部，总面积3488.13hm2，其中草地、灌木林地面积2922.56hm2，占总面积的83.79%，而坡耕地面积为151.27hm2，仅占4.34%，具体占地类型组成见表1。流域土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，主要发生在坡耕地和干旱阳坡，侵蚀形式表现为坡耕地的层状面蚀、砂砾化面蚀、细沟状面蚀，以及一级荒山阳坡的鳞片状面蚀和沟蚀，重力侵蚀、风力侵蚀与之相伴发生。治理前，项目区林草覆盖率为55%，存在轻度侵蚀1224hm2、中度侵蚀11hm2，无强烈及以上侵蚀；平均土壤侵蚀模数达1348t/（km2·a），年均土壤流失量达1.66万t。其综合治理设计及完成工程量见表2。

2影像生成与处理

本研究使用的是大疆经纬M300RTK四轴旋翼无人机，配置分辨率960P的FPV摄像头，具有障碍自动感知、跟随拍摄、规划飞行等功能。无人机执行飞行任务前，要手动设置飞行范围，调整飞行参数，进行航线规划，以便实时获取所需的地表数据信息。通过PIX4Dmapper对地表数据信息进行拼接融合，获取清晰的TIF格式正射影像图，并导入ArcGIS中自动生成瓦块地图，作为水土保持措施标志解译的判别依据。

3建立解译标志

通过查询资料，初步掌握了项目区内主要土地利用和水土保持措施类型、数量及分布。针对不同水土保持措施类型、土地利用类型的影像特征，结合野外调查，建立解译标志，原则上每种类型的解译标志样本不少于2个。本研究针对水平梯田、蓄水池、作业道路、谷坊、标志碑、经济林、乔木林、混交林和封禁治理9种治理措施，建立了14个解译标志。其中，经济林、乔木林、混交林（简称经乔混林）因影像特征差异性小，故合并建立了2个解译标志；节水管道因位于地下，遥感影像中不显示，故无法建立解译标志。针对水浇地、有林地、农村建设用地、农村道路4种土地利用类型，建立了8个解译标志。解译标志示例见表3。

4措施图斑矢量化

根据正射影像图，基于项目区措施布局图和解译标志，利用ArcGIS软件，采用人机交互方式分别勾绘水土保持措施图斑，再将图斑矢量化为面状（水平梯田、经济林、乔木林、混交林、封禁治理措施）、线状（作业道路措施）、点状（蓄水池、谷坊、标志碑措施）图斑。限于篇幅原因，表4列举了三类措施图斑矢量化前后对比图。调取措施图斑矢量图属性表，即可获得各类措施工程量，即面状措施面积、线状措施长度、点状措施数量。

5治理效果评估

5.1治理效果评估分析

基于矢量化图斑，解译土地利用、水土保持措施和土壤侵蚀状况，并结合措施布局图中的水土保持措施规模，计算出评估年2020年水土流失治理度、水土保持措施保存情况、林草覆盖情况，其结果见表5。

由表5可知，评估年水土流失治理度达到84%；林草覆盖率达到63%，较项目实施前提高了8个百分点；实施的水土保持措施状况良好，保存率均达到100%。

5.2水土流失消长情况分析

依据项目实施前和评估年土壤侵蚀判读结果，计算得出各地类下不同水土保持措施的土壤流失量，进而判别、归纳各侵蚀强度的水土流失面积，分析不同强度土壤侵蚀消长情况。分析结果如下：项目实施年，存在微度侵蚀604hm2、轻度侵蚀1224hm2、中度侵蚀11hm2；项目实施4a后，有效控制了水土流失，有4hm2中度侵蚀经治理转化为1hm2微度侵蚀和3hm2轻度侵蚀，114hm2轻度侵蚀经治理转化为微度侵蚀，未新增强烈及以上侵蚀，见表6。

6结论

（1）东沟小流域经过综合治理，水土流失治理度达到84%，未新增强烈及以上侵蚀，水土流失面积和强度实现了双下降，林草覆盖率达到63%，水土保持措施保存率达到100%，有效控制了水土流失，生态环境得到持续改善。

（2）在本次小流域综合治理效果评估工作中，无人机遥感技术发挥了不可替代的显著优势。东沟小流域面积广、地形复杂，技术人员难以做到现场全覆盖调查与测量，无人機遥感技术较好解决了这一难题，大大提高了评估取证的全面性、精确性和科学性。因此，无人机遥感技术在小流域综合治理效果评估工作中具有很高的应用潜力和推广价值。

［参考文献］

［1］叶林春.无人机遥感技术在水土保持监测中的应用研究［J］.水利技术监督，2020（6）：267-269.

［作者简介］李新旺（1982—），男，河北广宗人，高级工程师，博士，主要从事水土保持、土地资源管理等方面的研究。［收稿日期］2022-12-01

（责任编辑张绪兰）