遙感技術(shù)在生態(tài)清潔小流域建設(shè)中的應(yīng)用與探索

顏婷燕

(北京市水土保持工作總站，北京 100036)

1 應(yīng)用背景

近年來(lái)，北京市堅(jiān)持以水源保護(hù)為中心，以全面推進(jìn)山水林田湖草一體化保護(hù)為重點(diǎn)，構(gòu)筑“生態(tài)修復(fù)、生態(tài)治理、生態(tài)保護(hù)”三道防線，進(jìn)行“污水、垃圾、廁所、溝道、面源污染”同步治理，建設(shè)生態(tài)清潔小流域，旨在從源頭保護(hù)水資源、改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)，保護(hù)和合理利用水土資源，實(shí)現(xiàn)清水下山、凈水入河入庫(kù)。截至2016年底，在全市1 085條小流域中，共實(shí)施了350條生態(tài)清潔小流域建設(shè)工程。生態(tài)清潔小流域已成為首都北京一張嶄新的綠色名片。

經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，北京市水保部門在生態(tài)清潔小流域建設(shè)過(guò)程中總結(jié)出了21項(xiàng)綜合治理措施。由于措施數(shù)量多，涉及范圍廣，布局分散，點(diǎn)、線、面狀措施類型多樣，因此在規(guī)劃設(shè)計(jì)及竣工驗(yàn)收階段，能夠?qū)嵉靥た焙驼{(diào)查的區(qū)域有限，給專家評(píng)審、竣工驗(yàn)收等工作帶來(lái)了一定困難。

為了提高工程規(guī)劃設(shè)計(jì)精度，北京市水保部門在小流域治理中利用高分遙感影像技術(shù)強(qiáng)大的觀測(cè)功能和空間分析功能，輔助小流域治理規(guī)劃設(shè)計(jì)[1]。目前，該技術(shù)已全面應(yīng)用于北京市生態(tài)清潔小流域建設(shè)前期工作中，為生態(tài)清潔小流域設(shè)計(jì)審查提供了技術(shù)支撐。

2 遙感技術(shù)在生態(tài)清潔小流域建設(shè)前期工作中的應(yīng)用

為滿足生態(tài)清潔小流域建設(shè)精細(xì)化管理的要求，北京市開展了應(yīng)用高分遙感影像技術(shù)輔助生態(tài)清潔小流域設(shè)計(jì)審查的探索。即通過(guò)最新的高分遙感影像，獲取小流域地表要素現(xiàn)狀圖件，經(jīng)數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和疊加后，將其與小流域措施設(shè)計(jì)圖件對(duì)比分析，并在專家評(píng)審會(huì)上進(jìn)行直觀的展示，用于分析小流域治理措施在空間布局上存在的問(wèn)題，以輔助專家評(píng)審小流域治理措施設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，形成了特有的“第三方”輔助專家評(píng)審的工作方式，提高了評(píng)審的針對(duì)性[2]。

2.1 判斷措施布局空間位置是否合理

將通過(guò)高分遙感影像獲取的小流域底圖與治理措施設(shè)計(jì)圖件進(jìn)行空間疊加，可以判斷治理措施的空間位置是否位于小流域邊界范圍內(nèi)，以及在小流域內(nèi)是否按照生態(tài)修復(fù)區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)和生態(tài)治理區(qū)“三道防線”進(jìn)行布局。

同時(shí)，通過(guò)高分遙感影像資料，可以獲取小流域地表的現(xiàn)狀要素圖件，包括地形、地貌和土地利用類型等。將現(xiàn)狀要素圖件與治理措施設(shè)計(jì)圖件進(jìn)行空間疊加后，還可判斷布設(shè)措施類型和位置是否與現(xiàn)狀地表要素相沖突，是否違反了水土保持相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范的要求等。例如，按照《中華人民共和國(guó)水土保持法》《北京市水土保持條例》《生態(tài)清潔小流域技術(shù)規(guī)范》(DB11/T 548—2008)等的要求，判斷水保林、經(jīng)濟(jì)林等是否占用了基本農(nóng)田，田間生產(chǎn)道路是否按照原有路徑進(jìn)行規(guī)劃，是否在15°以上地塊布設(shè)了梯田和經(jīng)濟(jì)林措施，是否在現(xiàn)狀植被條件較好的地塊布設(shè)了綠化、庫(kù)濱帶治理措施等。

2.2 核查措施工程量與設(shè)計(jì)是否一致

通過(guò)遙感影像上圖，細(xì)化流域中的地塊精度，利用地理信息系統(tǒng)工具進(jìn)行空間量算，可以快速、準(zhǔn)確地獲得上圖措施的面積、長(zhǎng)度等工程量信息，在審查中與設(shè)計(jì)文本中的預(yù)算工程量進(jìn)行比對(duì)，用于核查措施上圖信息與設(shè)計(jì)文本中報(bào)送的是否一致，可輔助設(shè)計(jì)審查單位及時(shí)發(fā)現(xiàn)措施工程量誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的問(wèn)題。

3 遙感技術(shù)輔助小流域建設(shè)應(yīng)用探索

目前，遙感技術(shù)在北京市生態(tài)清潔小流域前期工作中的應(yīng)用已日趨成熟。2014年以來(lái)，共應(yīng)用高分遙感影像對(duì)119條生態(tài)清潔小流域的設(shè)計(jì)開展了輔助審查，涉及全市13個(gè)區(qū)的2 100余km2，在加強(qiáng)前期工作質(zhì)量的同時(shí)提高了設(shè)計(jì)審查工作效率。

在對(duì)前期工作中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，北京市水保部門嘗試轉(zhuǎn)變思路，探索將遙感技術(shù)全面應(yīng)用于小流域建設(shè)全過(guò)程，以避免設(shè)計(jì)審查中出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)避免建設(shè)單位在實(shí)際施工中對(duì)審查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題不予改正，進(jìn)一步提高生態(tài)清潔小流域建設(shè)水平。

3.1 輔助現(xiàn)場(chǎng)勘察調(diào)研

在生態(tài)清潔小流域設(shè)計(jì)初期，作為初步設(shè)計(jì)的必備基礎(chǔ)資料，要求對(duì)小流域現(xiàn)狀地形地貌、土壤侵蝕強(qiáng)度、土地利用類型、溝道分級(jí)、植被蓋度等基本信息進(jìn)行收集。傳統(tǒng)的收集方法主要是人工實(shí)地調(diào)查、查閱項(xiàng)目區(qū)基本資料等，往往耗費(fèi)大量的人力物力及較長(zhǎng)的調(diào)研時(shí)間。項(xiàng)目區(qū)范圍大，地形復(fù)雜，資料數(shù)據(jù)無(wú)法做到實(shí)時(shí)更新，傳統(tǒng)方法得到的結(jié)果通常不夠準(zhǔn)確。

為了更加高效、科學(xué)地進(jìn)行小流域設(shè)計(jì)，擬在設(shè)計(jì)初期引入遙感技術(shù)，利用高分遙感影像快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，生成實(shí)地調(diào)查底圖，輔助設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)初期有針對(duì)性地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘，提高基礎(chǔ)資料收集的精度和工作效率，從而提高小流域規(guī)劃設(shè)計(jì)水平。

3.2 輔助施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)

工程批復(fù)后，水保管理部門要實(shí)時(shí)掌握工程開工狀態(tài)、建設(shè)進(jìn)度等基本情況，以便對(duì)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)行管理。北京市小流域項(xiàng)目普遍采用月報(bào)方式，每月由區(qū)水保部門按時(shí)上報(bào)工程進(jìn)展情況，供市級(jí)水保部門統(tǒng)計(jì)調(diào)度，同時(shí)開展不定期抽查，但進(jìn)度數(shù)據(jù)無(wú)法做到實(shí)時(shí)更新，且上報(bào)數(shù)據(jù)真實(shí)性和準(zhǔn)確度也難以保證。

目前，環(huán)保、國(guó)土等部門利用遙感技術(shù)進(jìn)行的常規(guī)監(jiān)測(cè)已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)可，北京市在水土保持監(jiān)督管理及水土流失監(jiān)測(cè)工作中也已引入了遙感技術(shù)。應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)項(xiàng)目區(qū)及其周邊生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，可輔助管理部門更直觀地掌握小流域措施建設(shè)現(xiàn)狀，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握工程是否開工，以及開工小流域進(jìn)度情況，包括對(duì)位置、范圍和數(shù)量等指標(biāo)進(jìn)行精細(xì)化監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，促使建設(shè)管理工作更加主動(dòng)、高效。

3.3 輔助督查驗(yàn)收管理

北京市自2015年開始進(jìn)行小流域督查工作，在生態(tài)清潔小流域主體工程建設(shè)基本完工后，組織專家對(duì)小流域建設(shè)進(jìn)度、治理措施實(shí)施效果、是否嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工等進(jìn)行督導(dǎo)檢查。小流域建設(shè)內(nèi)容多且措施布局分散，督查中難以全面檢查所有在建項(xiàng)目的每一項(xiàng)措施。工程驗(yàn)收作為對(duì)工程實(shí)施情況進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)，涉及措施建設(shè)數(shù)量、質(zhì)量，工程資料管理，資金管理等各方面內(nèi)容，其中工程實(shí)地查勘和工程量核對(duì)工作最為關(guān)鍵。驗(yàn)收工作量大，且在山區(qū)開展往往耗時(shí)費(fèi)力。

水利部已在2017年度考核任務(wù)中明確提出了利用高分衛(wèi)星影像對(duì)已建成的國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)的要求。北京市擬將高分衛(wèi)星影像全面應(yīng)用于所有小流域項(xiàng)目的督查和驗(yàn)收環(huán)節(jié)中，利用高分遙感影像生成相關(guān)圖件，在圖上先行對(duì)小流域建設(shè)內(nèi)容與批復(fù)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析，初步判斷各項(xiàng)措施是否達(dá)到建設(shè)要求，再結(jié)合進(jìn)度監(jiān)測(cè)結(jié)果和遙感圖，有針對(duì)性地開展重點(diǎn)檢查。通過(guò)高分遙感技術(shù)輔助督查驗(yàn)收管理，大大減少了督查和驗(yàn)收的外業(yè)工作量，提高了工作精度，使督查和驗(yàn)收工作更具有針對(duì)性。

3.4 空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

通過(guò)多年工作實(shí)踐，全面統(tǒng)籌市、區(qū)兩級(jí)業(yè)務(wù)需求，積極推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、GIS、RS等技術(shù)與水土保持業(yè)務(wù)的融合，北京市已建成水土保持核心業(yè)務(wù)平臺(tái)。依托該平臺(tái)，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)督管理、生態(tài)建設(shè)、水土流失監(jiān)測(cè)、小流域?qū)I(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。以小流域?yàn)閱卧_展基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)提取，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)要素空間定位和“流域”“行政區(qū)域”的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)。

隨著遙感技術(shù)逐步被應(yīng)用于小流域建設(shè)管理全過(guò)程，擬以已建核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，進(jìn)一步完善系統(tǒng)中生態(tài)清潔小流域建設(shè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，將小流域位置圖、措施圖斑、設(shè)計(jì)文件、工程成效圖片等電子檔案分類整理，簡(jiǎn)化歸檔和查閱工作，并為后續(xù)調(diào)取小流域數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析打下基礎(chǔ)。

另外，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)小流域治理的全過(guò)程監(jiān)管，并通過(guò)動(dòng)態(tài)影像，在工程竣工驗(yàn)收后，繼續(xù)核查歷史項(xiàng)目的保存狀況、管護(hù)情況，評(píng)價(jià)生態(tài)清潔小流域治理效果，對(duì)破壞生態(tài)清潔小流域建設(shè)的行為及時(shí)進(jìn)行制止。

4 結(jié)論及建議

(1)利用遙感技術(shù)，在前期工作中形成“第三方”輔助專家對(duì)小流域設(shè)計(jì)進(jìn)行審查的工作模式，在北京市生態(tài)清潔小流域建設(shè)工作中已趨于成熟。通過(guò)采集遙感影像及小流域基礎(chǔ)信息，制作工作底圖，疊加工程措施設(shè)計(jì)圖，便于根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行重點(diǎn)審查，研判各類措施布置的合理性和準(zhǔn)確性，以可視化的方式輔助專家審查小流域措施布設(shè)的準(zhǔn)確性和合理性，有效提高專家在評(píng)審中的針對(duì)性，同時(shí)為施工、督查、驗(yàn)收等后續(xù)工作提供有力的支持。

(2)為有效避免審查中出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)方便管理部門實(shí)時(shí)掌握生態(tài)清潔小流域建設(shè)現(xiàn)狀，保證各項(xiàng)措施有效和可靠運(yùn)行，北京市水保部門擬將遙感技術(shù)全面應(yīng)用于勘察設(shè)計(jì)、進(jìn)度監(jiān)測(cè)、督查驗(yàn)收、效果評(píng)價(jià)等小流域建設(shè)全過(guò)程，為各個(gè)階段的工作提供信息支撐。

(3)隨著高分遙感影像技術(shù)的發(fā)展日漸成熟，應(yīng)用日益廣泛，其數(shù)據(jù)穩(wěn)定、方法科學(xué)、使用方便直觀等特點(diǎn)將使其逐漸得到進(jìn)一步應(yīng)用，在北京市生態(tài)清潔小流域建設(shè)中的作用將會(huì)進(jìn)一步提升，并可推廣到水土保持工作的其他各個(gè)環(huán)節(jié)，真正實(shí)現(xiàn)水土保持工作的科學(xué)化、精細(xì)化管理。

[1] 李霞,化相國(guó),焦一之,等.遙感技術(shù)在小流域規(guī)劃治理中的應(yīng)用研究——以北京市南灣小流域?yàn)槔齕J].水土保持研究,2014,21(1):127-131.

[2] 楊元輝,李霞,段淑懷,等.空間技術(shù)在生態(tài)清潔小流域建設(shè)前期工作中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)水利,2014(10):27-29.