遙感技術(shù)在開發(fā)建設(shè)項目環(huán)境監(jiān)測中的典型應(yīng)用
——以鄭徐客運(yùn)專線穿越開封國家森林公園為例

李廷山，唐 渭，李明奇，張 興

(1. 中鐵科學(xué)研究院有限公司成都分公司，成都 610036；2.甘肅省西部環(huán)境巖土與修復(fù)技術(shù)工程實驗室，蘭州 730000；3.鄭西鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司，鄭州 450009)

前 言

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境監(jiān)測中一個全新的概念, 是環(huán)境生態(tài)建設(shè)的技術(shù)保證和支持體系，采用生態(tài)學(xué)的各種方法和手段, 從不同尺度上對各類生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的時空格局的度量, 主要通過監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)的條件、條件變化、對環(huán)境壓力的反映及其趨勢而獲得[1]。而遙感技術(shù)作為目前一種先進(jìn)的信息采集方式，具有信息最大、成本低和快速的特點，是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中非常重要的技術(shù)手段[2]。運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)項目生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測，為合理開發(fā)建設(shè)項目提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，是生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域研究的重要課題。目前，遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、國防、工業(yè)、交通、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測以及水土保持等各個領(lǐng)域[3]，如郭達(dá)志等[4～6]利用其他先進(jìn)技術(shù)和遙感技術(shù)對晉城、銅川、開灤等礦區(qū)的大氣、塌陷進(jìn)行了遙感調(diào)查分析；雷利卿等[7]在山東肥城礦區(qū)應(yīng)用遙感技術(shù)通過對礦區(qū)受污染植被和水體信息的提取，探討了適合礦區(qū)環(huán)境研究的遙感圖像處理方法；袁濤等[8]基于梁子湖自然保護(hù)區(qū)1987 年和2004 年Landsat-TM 影像遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合野外實地考察，研究了保護(hù)區(qū)近20 年來土地利用/土地覆蓋的動態(tài)變化。

針對新建鄭州至徐州鐵路客運(yùn)專線(以下簡稱“鄭徐客?！?穿越開封國家森林公園區(qū)段，本文采用多時相陸地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，在不同波段組合和各種指數(shù)運(yùn)算應(yīng)用的基礎(chǔ)上，分析各類地表地物具體光譜特征和空間特征，用基于知識的決策樹的方法進(jìn)行分類，得到具有高精度的分類結(jié)果圖，然后基于不同時相分類結(jié)果的變化檢測，通過對研究區(qū)植被類型、土地分類、土壤侵蝕等的定量分析，進(jìn)行了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的研究。

1 項目區(qū)概況

1.1 項目概況

新建鄭州至徐州鐵路客運(yùn)專線(以下簡稱“鄭徐客?！?，起點為鄭州東站中心，止于徐州東站中心，途徑河南、安徽、江蘇三省。線路全長362.39km，包含鄭州、徐州樞紐配套工程，全線設(shè)鄭州東、開封北、蘭考南、民權(quán)北、商丘、碭山南、永城北、蕭縣北、徐州東9個車站，其中鄭州東和徐州東站為既有車站，其余7站為新建車站。本工程為客運(yùn)專線，雙線鐵路，電力牽引，全線無隧道，橋梁全長345.35km，約占線路全長的95.3%；路基長度17.04km，約占線路全長的4.7%。

1.2 開封國家森林公園概況

開封國家森林公園地處豫東平原，1992年由國家林業(yè)局批準(zhǔn)成立(林造批字[1992]154號)，由護(hù)城大堤、北關(guān)林區(qū)、崮門林區(qū)和道土房林區(qū)4部分組成，面積8 339 hm2，其中護(hù)城大堤是人工筑成的長44km，寬60m，高5.3m的環(huán)形土堤。開封國家森林公園內(nèi)景點主要有谷風(fēng)松濤、秋林愛晚、疏林草地、松林石徑、梅林花蹊、小溪秋色、桃鳥竹徑、百花鬧春、竹影尋幽、古城墻攬勝等，游覽區(qū)面積142 hm2，占總面積的25.7%，主要分布在北關(guān)和崮門兩個景區(qū)。

1.3 工程與開封國家森林公園位置關(guān)系

本工程線路在DK57+858～DK62+920(全長5.1km)區(qū)間以高架橋方式穿越越開封國家森林公園北部護(hù)城大堤林區(qū)部分，距離森林公園內(nèi)規(guī)劃景點較遠(yuǎn)，現(xiàn)狀為人工種植的意大利楊林，未發(fā)現(xiàn)保護(hù)動植物分布。

2 所用資料和技術(shù)路線

2.1 所用資料

本項目所用的本底資料有：①2014年6月20日和2015年6月20日的world View2遙感影像為基本數(shù)據(jù)源; ②項目區(qū)1∶10 000地形圖、DEM及矢量化數(shù)據(jù)；③項目區(qū)相關(guān)設(shè)計資料；④野外生態(tài)樣方調(diào)查資料。

圖件以2014年6月20日和2015年6月20日的world View2遙感影像為基本數(shù)據(jù)源，以GIS為制圖手段。土地利用現(xiàn)狀分類采用國家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》分類系統(tǒng)，采用三級分類系統(tǒng)，其分類代碼參考《土地利用現(xiàn)狀分類》中土地資源分類系統(tǒng)代碼及含義。；土壤侵蝕現(xiàn)狀分類按照《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》建立分類系統(tǒng)；植被類型分類采用科學(xué)出版社2000年出版的《中國植被類型圖譜》中的分類系統(tǒng)進(jìn)行。在解譯過程中，影像數(shù)據(jù)經(jīng)過了多項式幾何精糾正和雙線性內(nèi)插重采樣，保證了解譯結(jié)果的幾何精度，出圖比例尺為1∶100 000。

2.2 技術(shù)路線

鄭徐客專穿越開封國家森林公園生態(tài)遙感監(jiān)測技術(shù)路線總體分為圖像處理、信息提取、外業(yè)調(diào)查、后處理、建庫、數(shù)據(jù)分析和挖掘、成果整理個環(huán)節(jié)，遙感監(jiān)測技術(shù)路線見圖1[9]。

圖1 遙感監(jiān)測技術(shù)路線Fig.1 The route of remote sensing monitoring technology

在野外系統(tǒng)植物群落調(diào)查基礎(chǔ)上，利用遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)制做開封國家森林公園土地利用現(xiàn)狀圖、植被類型分類圖和土壤侵蝕現(xiàn)狀圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用現(xiàn)狀監(jiān)測

通過遙感監(jiān)測，再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析(表1和圖2)，開封國家級森林公園2015年較2014年，耕地減少12.6hm2、林地減少約7.4 hm2、工礦倉儲用地減少18.9 hm2、草地增加1.25 hm2、交通運(yùn)輸用地增加11.9 hm2、其他用地增加14.1 hm2、城鎮(zhèn)村及工礦用地增加11.7 hm2。

主要變化原因為草地和交通運(yùn)輸用地、其他用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地增加，工礦倉儲用地和林地、耕地減少。鄭徐客專在森林公園內(nèi)布線，勢必會增加公園內(nèi)的占地，但是增加量不大，可以通過后期恢復(fù)植被措施來彌補(bǔ)或緩解工程占地對森林公園的影響。

另外，通過遙感解譯，在開封國家森林公園內(nèi)無大面積破壞和碾壓、占用林地和草地的現(xiàn)象(圖3)。

圖2 2014～2015年開封森林公園段評價范圍內(nèi)土地利用變化Fig.2 Land use change in the evaluation range of Kaifeng forest park from 2014 to 2015

圖3 鄭徐客運(yùn)專線穿越開封國家森林公園段土地利用現(xiàn)狀Fig.3 Classification chart of land use in Kaifeng national forest park

3.2 植被類型現(xiàn)狀

開封森林公園2015年較2014年，有林地減少1.44hm2、草地增加約5.75 hm2、栽培植被增加0.93 hm2、無植被地段減少5.2 hm2。

鐵路沿線主要變化原因為草地和栽培植被增加，有林地、無植被地段減少。林地減少的原因主要是鐵路占地及運(yùn)營安全的考慮，鐵路沿線一定范圍內(nèi)為鐵路安全保護(hù)距離，高大樹木會影響鐵路開通運(yùn)營，在施工期結(jié)合征地拆遷適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行了砍伐；草地增加的原因主要是鐵路施工進(jìn)入恢復(fù)期，施工單位在橋下施工結(jié)束后，及時對橋下恢復(fù)平整，撒播速生草籽，橋下草本植被逐步恢復(fù)；栽培植被增加主要是鐵路施工進(jìn)入恢復(fù)期，地方村民在恢復(fù)平整的橋下及兩側(cè)臨時種植農(nóng)作物所致；通過遙感解譯，在森林公園內(nèi)無大面積破壞和碾壓、占用林地和草地的現(xiàn)象，反之，在森林公園內(nèi)的草地有增加的趨勢，無植被地段正在增加植被，生態(tài)有所恢復(fù)和改善(表2，圖4和圖5)。

表2 2014～2015年開封森林公園評價范圍內(nèi)植被類型面積統(tǒng)計表Tab.2 Statistical table of vegetation type area within the evaluation range of Kaifeng forest park section from 2014 to 2015 (hm2)

圖4 2014～2015年開封國家森林公園評價范圍內(nèi)植被類型變化Fig.4 Changes in vegetation types within the evaluation range of Kaifeng forest park from 2014 to 2015

圖5 鄭徐客運(yùn)專線穿越開封國家森林公園段植被類型分布現(xiàn)狀Fig.5 Distribution of vegetation types in the section of Zhengxu passenger dedicated line through Kaifeng national forest park

3.3 土壤侵蝕變化

開封國家森林公園2015年較2014年，水力侵蝕面積增加10.61hm2、工程侵蝕面積減少10.61hm2(表3)。

主要變化原因為水力侵蝕面積增增加，工程侵蝕減少。通過遙感解譯，在森林公園內(nèi)無大面積工程侵蝕現(xiàn)象，說明工程對森林公園的影響正在逐步降低，工程所引發(fā)的水土流失減少，生態(tài)有所恢復(fù)和改善(圖6、圖7)。另一方面，結(jié)合實際調(diào)查驗證，本工程于2013年1月開工建設(shè)，2013年為施工高峰期，土地占用、開挖均在該時段，公園兩側(cè)擾動最為顯著；2014年線路土建施工基本結(jié)束，擾動減少，部分區(qū)域已進(jìn)入恢復(fù)期；2015年公園全部擾動區(qū)域進(jìn)入恢復(fù)期，對路基橋梁兩側(cè)進(jìn)行了土地平整，撒播速生種草籽進(jìn)行了綠化。

表3 2014～2015年開封森林公園評價范圍內(nèi)土壤侵蝕面積統(tǒng)計表Tab.3 Statistical table of soil erosion area within the evaluation range of Kaifeng forest park section from 2014 to 2015 (hm2)

圖6 2014～2015的年封森林公園評價范圍內(nèi)土壤侵蝕面積變化Fig.6 Variation of soil erosion area in the evaluation range of Kaifeng forest park from 2014 to 2015

圖7 鄭徐客運(yùn)專線穿越開封國家森林公園段土壤侵蝕現(xiàn)狀Fig.7 Soil erosion status map of Zheng-xu passenger dedicated line through Kaifeng national forest park

4 結(jié)論與討論

通過遙感監(jiān)測，再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，森林公園2015年較2014年，交通運(yùn)輸用地、草地均有所增加，林地有略微的減少，可能是由于線路經(jīng)過區(qū)域砍伐了部分樹木所致。但是，在工程完工后，通過后期植被恢復(fù)，會將該部分林地彌補(bǔ)，不會對森林公園整個用地格局造成影響。

2015年較2014年，森林公園有林地和栽培植被減少，草地增加。通過比較分析，減少量很小，反之，草地有所增加，加上后期生態(tài)恢復(fù)，會逐漸彌補(bǔ)減少的林地不會對森林公園的生態(tài)格局造成影響。

2015年較2014年，森林公園內(nèi)水力侵蝕面積增加，工程侵蝕面積減少。說明工程對森林公園的影響正在逐步降低，工程所引發(fā)的水土流失減少，生態(tài)有所恢復(fù)和改善。