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摘要：水土保持监测工作是生产建设项目水土保持的基础性工作，其监测技术是水土保持监测工作的关键。本文对常规的生产建设项目水土保持监测技术以及生产建设项目水土保持监测工作的技术创新进行了介绍，并指出了生产建设项目水土保持监测中两类技术的优缺点。
关键词：生产建设项目；水土保持；监测
0 引言
随着我国社会经济的快速发展，我国生产建设项目的数量日益增加，在推动经济发展及社会进步的同时，也造成了严重的水土流失，给环境带来了众多危害，做好生产建设项目的水土保持工作势在必行。其中，水土保持监测工作是生产建设项目水土保持工作的基础，是为水土保持措施的实施提供依据的重要工作。而传统的监测技术往往不能准确反映水土流失的实际情况，因此，对生产建设项目水土保持监测工作进行技术创新十分必要。
1 生产建设项目水土流失特点
近年来，我国生产建设项目的数量急剧上涨，2013～2014年，全国共审批了6万多个生产建设项目水土保持方案，涉及水土流失防治责任范围从2391.60km2增加到3513km2。生产建设项目根据水土流失的发生过程可分为建设类项目(constructive engineering)和建设生产类项目(constructive and productive engineering)两类，二者的区别是建设类项目的水土流失主要发生在建设期，建设生产类项目不仅发生在建设期，在生产运行期也会发生水土流失。
根据项目的布局跨度情况，生产建设项目可划分为线性生产建设项目(line－type engineering)和点式生产建设项目(block－type engineering)两类。线性生产建设项目是指项目布局跨度较大，呈线状分布，如公路工程、铁路工程、管线工程、渠道堤防工程、输变电工程等项目，此类项目的水土流失主要产生在开挖堆垫的边坡、施工便道、作业场、取料场、弃渣场和材料堆放场等处；点式生产建设项目是指项目布局相对比较集中，呈点状分布的水利枢纽、电厂和矿山等项目，此类项目的水土流失主要在对外交通的公路、便道、开挖边坡、施工场、取料场、弃渣场和生产生活区等。不论是点式项目还是线性项目，水土流失均主要发生在施工准备期、建设期和试运行期阶段。
按照行业特点和生产性质，我国的生产建设项目主要有公路工程、铁路工程、渠道和堤防工程、输变电工程、电力(火电、风电、核电)工程、水利水电类、管线(水、油、气)工程、井采矿工程、露天矿工程、城镇建设类工程、农林生产类工程和冶金化工类工程，生产建设项目水土流失的共同点是存在潜在性和突发性、形式复杂多样、水土流失强度大且分布不均衡、水土流失的物质成分复杂等。
2 常规水土保持监测技术方法
随着生产建设项目数量增加、城市规模的扩张，大面积植被遭到破坏，大量废弃砂、石、土、渣在各地零散，加剧了水土流失现象，对生产建设项目的运营安全、生态环境和人民生活均构成严重威胁，甚至可能引发地质灾害。目前国内常规的水土保持监测方法可归纳为调查监测法、地面观测法和资料分析法，但存在误差大、费用高、效率低等缺点，且容易造成以偏概全、瞒报漏报等弊端。
2.1 调查监测法
调查监测法是目前实际中最常用的一种监测方法，是采用目视观测、量测、试验等现场查勘的监测方法，以掌握水土流失动态变化和水土保持措施的实施情况，主要有普查、巡查和典型调查等形式。调查监测法主要用于植被状况、弃土弃渣、扰动面积、水土保持措施实施情况等的监测工作。
2.2 地面观测法
地面观测法用于扰动区域土壤流失量的监测，通常选择在项目区具有代表性的地段进行定期或不定期的实地观测，以此来获取监测结果。地面观测法主要用于大面积扰动土地的土壤侵蚀量的监测，包括常规小区观测、侵蚀沟体积量测、测钎法等。侵蚀沟体积量测是实际中运用最多的方法之一，通过在坡面上、中、下选取若干典型位置布设一定断面，量测各断面侵蚀沟的沟深、沟宽、条数等，再进行综合计算得出坡面沟蚀量。测钎法比较具有实用性，主要测算坡面面蚀量，对沟蚀量的测算不准确，若对人工坡面进行测量需考虑自然沉降，否则会有很大误差。
2.3 资料分析法
资料分析法是建设项目水土保持监测的基础方法，通过收集和整理原有主体工程设计资料、水土保持方案设计资料以及其他相关资料，采用统计、分析、计算等方法获得监测数据，并结合调查监测法和地面观测法进行实际情况验证。
资料分析法用于水土流失范围(如项目建设区面积、直接影响区面积、扰动地表面积、水土流失面积、水面面积、永久建筑物面积、堆渣面积等)、水土流失状况(水土流失形式、水土流失背景值、弃渣数量)确定，水土流失危害(土壤肥力下降、洪涝灾害、崩塌、滑坡、泥石流)分析，工程措施(护坡工程、拦渣工程、土地整治工程、防洪工程、防风固沙工程)数量及质量的确定，分析林草措施的造林面积及质量或种草面积及质量等，以及水土保持效益中减少土壤侵蚀模数和径流模数的计算。
3 水土保持监测中的技术创新
早在10年前，遥感(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、无线通信系统以及计算机网络等技术被应用于水土保持中，为新技术在水土保持的应用，包括水土保持调查、规划设计、工程施工、监理、监测等各个方面指明了方向。
3.1 遥感(RS)技术在水土保持监测中的应用
遥感监测技术利用遥感图像可以及时准确地获取施工区的植被状况、扰动土地、水土保持措施实施情况等信息，具有广域性、时效性和快速性的特点，是近10年来新发展起来的观测方法。在中高分辨率遥感影像的基础上，通过提取、分析、对比土地利用类型、植被覆盖度、土壤侵蚀强度和水土保持措施实施情况等，对生产建设项目进行水土保持监测。
步骤通常为:获取遥感影像，影像预处理，外业调查，遥感解译，叠加分析。
①土地利用类型采用目视解译或监督分类法获取得到，对比建设前、后土地利用类型变化，可以了解并掌握生产建设项目的土地利用状况。
②植被覆盖度通过植被光谱特征中的红波段、近红外波段的反射率计算NDVI，根据野外标准样地的实际植被覆盖度得出NDVI与植被覆盖度之间的关系，得到植被覆盖度，再比较施工准备期、施工期、试运行期的植被覆盖度变化，以此来快速了解生产建设项目植被破坏情况。
③土壤侵蚀强度是利用DEM的坡度信息与土地利用类型、植被覆盖度进行叠加分析，以《土壤侵蚀强度分级标准表》(SL190—2007)作为判别标准，得出土壤侵蚀强度，然后比较项目建设前、后的土壤侵蚀强度变化，得到生产建设项目的土壤侵蚀。
④对于水土保持措施实施情况监测，是通过中高分辨率遥感影像，利用目视解译法进行监测，全面、快速地监测项目区水土保持措施的分布、数量和面积。
除此之外，通过生产建设项目区的土地利用类型面积，还可以分析扰动土地整治率、水土流失总治理度、林草植被恢复率和林草覆盖率等水土保持效果评价指标。
3.2 GPS在水土保持监测中的应用
GPS定位技术早在水土保持监测尚在探索阶段就已应用，主要用于生产建设项目水土流失面积、弃土弃渣量、水土流失速度等方面的监测。通过GPS的RTK技术，将基站在已知点架设，用流动站跟踪地类边界，经处理得到精度比较高的地类三维现状图来进行面积计算，也可通过手持GPS手持接收机，沿地类边界行走并记录坐标来进行面积测量，此精度相对略低。体积测量需要将弃渣以一定网格划分，用GPS测量网格点坐标，在计算机上进行数字地面模型计算体积量，计算精度由网格密度决定。RTK实时动态定位技术可用于水土流失速度的监测，将基站放至控制网一点，流动站沿侵蚀沟连续采集其他点坐标，使用计算机绘制三维曲线，定期监测并比较可得出监测结果。
3.3 GIS在水土保持监测中的应用
地理信息系统是集收集、存储、管理、分析、查询为一体的计算机信息系统，为分析、决策提供支持平台。“全国水土保持监测网络和信息系统建设”工程建设过程中，水利部水土保持监测中心为相关监测总站和相应分站配置了GIS软件(Region Manager)。GIS具有强大的空间分析功能，主要用于水土保持监测的数据集成和分析计算，通过建立数据库，将多期监测数据、定位观测数据进行集成管理，利用图形分析、统计分析、叠加计算等功能，对不同监测时段各监测基础指标进行汇总，得出不同阶段防治目标指标，对水土流失防治工作做出整体评价。
3.4 无人机技术在水土保持监测中的应用
无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自身程序控制装置操控的无人驾驶飞行器，通过无人机遥测系统实现了影像获取、数据处理，把航拍影像转成专业遥感软件可以读取的数据，达到水土保持监测目的。
具体操作可分为飞行前准备阶段和飞行后数据处理阶段两个部分。飞行前需先进行航线设计，同时对仪器进行调试，对地面控制点进行设置，在充分考虑安全可行的前提条件下，进行外业飞行操作。外业飞行之后要对数据进行处理，包括畸变纠正、影像旋转、格式转换及影像拼接前期预处理，生成区域影像图、DEM和DOM数据，通过对影像处理、信息提取、野外勘察、数据分析和挖掘等步骤，获取坡度、土地利用、植被覆盖、土壤侵蚀等数据。针对生产建设项目水土流失的特点，无人机技术可以快速地监测项目建设前后的土地利用动态变化，能够及时、客观、快速地获取建设项目的地表扰动、水土流失分布、水土流失面积、水土流失强度、水土保持措施布局等信息，是一种兼具实用性和快捷性的监测技术方法。
3.5 核素示踪技术在水土保持监测中的应用
核素示踪法是利用大气层中的核素随降雨或尘埃降到地表，被土壤颗粒快速吸附，不被雨水淋溶，使其伴随土壤颗粒的运移而发生再分布，通过侵蚀或堆积地块的核素赋存量与相应的土壤侵蚀或堆积量所建立的简单数学模型，测定核素在地表水平断面和垂直剖面的赋存量和空间分布形态，以此测定不同部位的土壤侵蚀(堆积)速率。目前应用最广泛的三种示踪核素是137Cs、210Pbex和7Be。以137Cs为例，大气层核试验产生的137Cs尘埃沉降到地表，相当于在地球表面撒播了一层137Cs示踪源，在较小的范围内，可以认为137Cs是均匀分布的，随着降雨落到地面即被表层土壤颗粒吸附，137Cs基本不被植物摄取和淋溶流失，伴随土壤、泥沙颗粒的物理运动进行迁移进行再分布后，通过与当地参照点对比，进行土壤侵蚀速率或沉积速率定量计算。137Cs广泛应用于估算表土侵蚀与堆积速率、示踪泥沙的来源等方面。
3.6 三维激光扫描技术在水土保持监测中的应用
三维激光扫描技术是一种全自动高精度立体扫描技术，也称为“实景复制技术”，它能三维快速、主动、无接触式进行测量，具有高精度和高密度的特点，在土木工程、地形测绘、地理模型、水土保持等领域均得到广泛应用。通过对实物进行快速的逆向三维数据采集和模型重构，重建扫描实物并获得测绘数据。通过数据采集、数据处理、建立模型和监测数据计算这四个部分进行动态监测。
4 生产建设项目水土保持监测内容及监测技术的特点
水利部办公厅于2015年6月印发了《生产建设项目水土保持监测规程(试行)》(办水保〔2015〕139号)，明确提出生产建设项目水土保持监测内容主要包括扰动土地情况、取土(石、料)弃土(石、渣)情况、水土流失情况、水土保持措施等。针对监测内容，不同监测技术方法包括新技术的应用，有不同的优缺点，详细见表1。
对于生产建设项目水土保持监测来说，常规技术方法普遍具有简单方便的特点，随着监测项目的增加、规模的扩大，传统技术费时费力、误差大、以偏概全、与实际内容不符的缺点也越来越明显，加上监测实施进度相对滞后、监测依据变化较大、常规监测技术参差不齐等问题，尤其是由于传统技术方法的时间局限更可能导致水土流失危害滞后甚至漏报的情况。
新技术诸如三维扫描技术、无人机技术、遥感技术等均具有精度高、数据获取迅速的优势，由于其操作复杂、技术要求较高的特点，新技术尚未得到全面的普及，仅仅在少数监测单位有所应用。另外，针对新技术，当前尚未形成一个具有约束力且可操作性强的技术标准和规范。生产建设项目水土保持监测应该按照项目类型、规模等因素进行综合分析，确定监测目标、主要指标和数据精度等信息，结合不同的监测技术方法进行水土保持监测。目前在实际工作中，生产建设项目水土保持监测多以传统常规的监测技术方法为主，新技术方法辅助。
5 结语
综上所述，水土保持监测是对生产建设项目水土流失情况进行调查、观测、分析的工作，对水土保持工作的合理、有效开展具有十分重要的意义。而传统的水土保持监测技术不能准确地反映出生产建设项目水土流失的情况，因此，在生产建设项目水土保持监测中，要合理应用新技术，提高监测工作的质量，及时准确地掌握项目水土流失的情况。
参考文献
[1]高空间分辨率遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用探讨[J].康芮,史明昌,赵院,罗志东,王晓晶,刘二佳.中国水土保持.2015(12)
[2]生产建设项目水土保持监测工作流程分析[J].邹维.中国水土保持.2015(09)
论文作者:罗陈
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/27
标签：水土保持论文; 建设项目论文; 技术论文; 土壤论文; 植被论文; 遥感论文; 项目论文; 《基层建设》2016年35期论文;