遙感技術在小流域信息化監(jiān)管中的應用與探索*

楊 陽，張 娜，魏采用

（1.寧夏回族自治區(qū)遙感測繪勘查院（寧夏回族自治區(qū)遙感中心），寧夏 銀川750021；2.高分辨率對地觀測系統(tǒng)寧夏數(shù)據(jù)與應用中心，寧夏 銀川750021）

小流域綜合治理以小流域水土流失治理為中心，統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，兼?zhèn)渌帘３止δ?、高效生態(tài)經(jīng)濟功能，是一項科學、系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境綜合治理工程。近年來，寧夏中南部地區(qū)小流域綜合治理在該區(qū)域水土流失治理、生態(tài)環(huán)境修復等方面發(fā)揮了積極作用，生態(tài)、經(jīng)濟與社會效益顯著。為了進一步切實、高效地開展小流域綜合治理，使小流域綜合治理工程發(fā)揮長效作用，信息化的監(jiān)管工作勢在必行。

小流域綜合治理是一項系統(tǒng)而復雜的工程，規(guī)劃設計、施工建設、竣工驗收、管護使用，每一個階段都要嚴格按照水土保持管理和技術要求執(zhí)行，才能確保工程建設落到實處、發(fā)揮實效。傳統(tǒng)通過繁雜圖件、報表、文件進行管理的工作方式，很難準確掌握小流域水土保持措施的執(zhí)行度和治理動態(tài)，也難以了解水土流失的發(fā)展趨勢，工作效率不高，科學性和經(jīng)濟性不能滿足日益發(fā)展的水土保持實踐的需要[1]。小流域信息化監(jiān)管工作通過結(jié)合遙感、地理信息、計算機等信息技術，賦予小流域各項水土保持措施空間分布、屬性特征信息，結(jié)合土地利用、坡度、植被覆蓋度、土壤侵蝕強度等各類遙感專題信息，為管理者提供科學的決策和管理依據(jù)，有效實現(xiàn)對小流域綜合治理工程各個階段的精細化管理。

1 遙感技術在小流域信息化監(jiān)管工作中的應用

根據(jù)小流域建設不同階段的建設任務和監(jiān)管需求，通過應用遙感技術有針對性地開展監(jiān)管工作，建立健全小流域信息化監(jiān)管技術體系（見圖1），保證小流域綜合治理項目的順利開展。

圖1 小流域信息化監(jiān)管技術體系

1.1 復核規(guī)劃設計

小流域規(guī)劃設計多采用傳統(tǒng)地形圖作為參考底圖，但由于傳統(tǒng)地形圖繪制年代較早，現(xiàn)勢性較差，造成了規(guī)劃水保措施圖斑精度不高的問題。小流域治理實施過程中，會出現(xiàn)規(guī)劃水保措施圖斑無法滿足施工條件或完成數(shù)量不滿足設計要求而需要變更的狀況，影響了小流域綜合治理工程的順利開展。

應用高分遙感影像輔助小流域規(guī)劃設計的審核，一定程度上會改善這種狀況。通過高分遙感影像資料，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，將之與規(guī)劃設計水土保持措施布局圖進行空間疊加，分析措施類型適宜性、措施范圍和邊界合理性，是否違反了水土保持相關法律法規(guī)和技術規(guī)范的要求等[2]。高分遙感影像在小流域綜合治理工程規(guī)劃設計復核階段的應用，可以及時、準確地發(fā)現(xiàn)小流域各項水土保持措施規(guī)劃設計的不適宜性和不合理性問題，輔助規(guī)劃設計階段的專家評審工作，及時糾正存在的問題，有針對性地對小流域規(guī)劃設計提出科學合理的改進意見。

1.2 督導施工建設

基于一套科學合理的規(guī)劃設計和建設方案，小流域綜合治理項目才能確保各項建設內(nèi)容按規(guī)劃落實，并取得最佳的實施效果。然而，小流域工程建設是一個長期的過程，受自然條件、氣候、人為干預等因素影響，會產(chǎn)生進度和質(zhì)量問題。項目管理部門對在建項目的管理，主要是對項目的進度管理，督促施工單位嚴格執(zhí)行工程進度計劃并及時發(fā)現(xiàn)、糾正項目建設過程中的質(zhì)量問題、與規(guī)劃設計的脫節(jié)問題等。

遙感技術的輔助，為項目管理者提供了客觀、準確的依據(jù)。核查階段，實時獲取項目區(qū)高分遙感影像或無人機航攝影像，疊加各項水保措施規(guī)劃布局圖斑，通過影像特征紋理判讀措施是否按照規(guī)劃設計執(zhí)行，統(tǒng)計實際完成數(shù)量，并進一步結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，全面掌握項目工程進度和建設情況。這一過程實現(xiàn)了對在建項目的精細化管理，在減少現(xiàn)場核查工作量的同時提高了核查精度。

1.3 輔助竣工驗收

項目竣工后，項目審批部門對小流域綜合治理項目進行竣工驗收?？⒐を炇帐菍椖客瓿汕闆r定性定量的綜合評價，需全面核定小流域內(nèi)各項措施完成工程量、質(zhì)量、工程執(zhí)行情況等，其中工程量的核定最為關鍵。山區(qū)小流域項目措施位置較為分散，且地形復雜，驗收工作耗時費力。

項目竣工初期，及時收集實時遙感影像資料，快速、準確地獲取竣工措施圖斑的數(shù)量和分布，為竣工結(jié)算提供統(tǒng)計數(shù)據(jù)依據(jù)。進一步對比措施規(guī)劃設計，分析各類型水保措施實際執(zhí)行情況，為竣工驗收審核提供技術支撐。遙感技術的應用不僅為小流域竣工驗收提供了更為方便、快捷的方式，同時切實解決了新增或變更工程量的核算缺乏準確依據(jù)的問題。

1.4 評估實施效果

小流域綜合治理項目經(jīng)過科學地規(guī)劃、高標準地實施，在完成建設任務的同時也實現(xiàn)了初步的治理目標，流域內(nèi)自然資源配置得到進一步優(yōu)化，當?shù)厝罕娚a(chǎn)生活所需得到改善。但小流域內(nèi)部環(huán)境始終處在發(fā)展變化中，各項水保措施受自然災害、人為破壞影響，不可避免會出現(xiàn)一定的損毀現(xiàn)象，為了確保小流域各項措施保存完整，且持續(xù)發(fā)揮水土流失治理和生態(tài)環(huán)境修復的長效作用，需要對小流域?qū)嵤┬ЧM行監(jiān)測評估。小流域?qū)嵤┬Ч脑u估，水保措施保存情況和水土流失消長情況是兩個重要的綜合評價指標。相關技術路線見圖2。

圖2 實施效果評估技術路線

目前，高分系列衛(wèi)星遙感影像高空間分辨率、時間分辨率的優(yōu)勢能夠很好滿足我們的監(jiān)測需求。通過高分遙感影像調(diào)查流域內(nèi)各項水保措施的保存情況，及時發(fā)現(xiàn)損毀區(qū)域，調(diào)查分析損毀原因，必要時采取一定的措施進行修復并加強管護手段。此外，應用高分遙感影像全面摸清小流域內(nèi)土地利用現(xiàn)狀、植被覆蓋度、坡度分布等信息，通過疊加分析估算小流域土壤侵蝕強度變化情況，掌握水土流失消長變化情況，科學評價小流域綜合治理實施效果。圖3、圖4為寧夏中南部某小流域綜合治理項目治理前后土壤侵蝕強度分級變化圖，圖3為治理前項目區(qū)土壤侵蝕強度分級圖，圖4為治理后項目區(qū)土壤侵蝕強度分級圖。

圖3 項目區(qū)土壤侵蝕強度分級圖（治理前）

圖4 項目區(qū)土壤侵蝕強度分級圖（治理后）

2 遙感技術輔助小流域信息化監(jiān)管工作應用探索

2.1 提升小流域規(guī)劃設計能力

小流域綜合治理工程規(guī)劃設計需綜合考慮流域地貌特征、水土流失情況，結(jié)合土地利用規(guī)劃調(diào)查結(jié)果和流域?qū)嶋H情況，因地制宜、統(tǒng)籌布局各項水土保持治理措施，是小流域信息化監(jiān)管的基礎。其規(guī)劃設計精度直接影響小流域綜合治理項目實施過程中的實際執(zhí)行情況，以及后期實施效果的評估結(jié)果，為進一步提高小流域規(guī)劃設計精度和科學性、全局性，以傳統(tǒng)地形圖為主要參考依據(jù)的設計方法亟需改變。

遙感技術在小流域規(guī)劃設計前期現(xiàn)場勘查調(diào)研過程的應用，能夠有效提高水保措施圖斑的設計精度。通過應用高分遙感影像，全面調(diào)查小流域地形地貌分布、土地利用類型分布、水土流失及治理現(xiàn)狀分布等，建立健全規(guī)劃設計現(xiàn)場勘查空間數(shù)據(jù)庫。依據(jù)水土保持相關法律法規(guī)和技術要求，綜合分析規(guī)劃設計現(xiàn)場勘查空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)資料，有針對性地進行勘查設計，提高規(guī)劃設計水土保持措施圖斑的精度，保障后期小流域綜合治理項目實施過程中各項措施按照設計和施工要求實施，避免規(guī)劃設計精度不高造成過多的措施變更，保證實際施工和設計方案保持同步。

2.2 深化綜合治理效果動態(tài)研究

小流域綜合治理是一個動態(tài)發(fā)展的過程，流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境經(jīng)過綜合治理在向良性改善的同時，受自然環(huán)境、氣候災害、人為破壞等因素影響，也會暴露出局部惡性發(fā)展的問題。寧夏南部山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)脆弱，水土流失嚴重，小流域治理并非“一勞永逸”的工程。小流域經(jīng)過綜合治理，一方面進行生態(tài)環(huán)境的自然修復，一方面還需要人為不斷改造和修繕。

通過應用遙感技術，對小流域綜合治理效果進行長期的跟蹤監(jiān)測和研究，重點關注土壤侵蝕強度加劇變化、易發(fā)生水土流失危害的區(qū)域，結(jié)合地形地貌、地理要素分布情況，綜合分析其變化原因、總結(jié)變化規(guī)律，為當?shù)卣蚱渌块T提出改造治理和災害預防的建議，并提供相關數(shù)據(jù)支撐。

2.3 助力信息化監(jiān)管數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設

遙感技術在小流域建設管理工作中的全程應用，形成了大量有價值的數(shù)據(jù)資料。在小流域治理不同階段，實時遙感影像是對小流域治理現(xiàn)狀的宏觀展示；應用遙感影像獲取的水保措施圖斑信息是對小流域?qū)嵤┣闆r的具體量化；基于地學分析生產(chǎn)的各類遙感專題產(chǎn)品是對小流域生態(tài)環(huán)境和治理效果的客觀反映。豐富的數(shù)據(jù)資料給小流域信息化監(jiān)管數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設提供了數(shù)據(jù)基礎。

未來，隨著遙感技術在小流域綜合治理工作中的全面應用和深入研究，將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)輔助小流域信息化監(jiān)管數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的應用。通過統(tǒng)一的標準、規(guī)范對小流域數(shù)據(jù)資料進行采集和加工，形成高質(zhì)量的小流域基礎數(shù)據(jù)，建立數(shù)字化、標準化管理模式。利用GIS系統(tǒng)具備的空間查詢和分析功能，統(tǒng)計分析小流域水保措施建設完成情況、水土流失治理情況、林草覆蓋變化情況等，為小流域工程管理和效益評價提供科學依據(jù)，提升小流域監(jiān)管工作的信息化、智能化水平。

3 結(jié)束語

信息化是衡量一個國家現(xiàn)代化的重要標志，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、計算機技術的發(fā)展推動著信息化的進程，目前國家各行各業(yè)都在加快信息化建設步伐，水土保持部門也在積極探索信息化建設道路。

遙感技術在小流域信息化監(jiān)管工作中的應用，為水土保持信息化建設提供了助力。通過收集小流域治理不同階段遙感影像，采集獲取水保措施分布圖斑，統(tǒng)計分析各項措施完成數(shù)量變化情況，實時監(jiān)管小流域治理項目工程建設全過程，以數(shù)據(jù)和圖斑信息來管理小流域治理項目，管理方法更科學，管理內(nèi)容更直觀、準確?；谶b感影像產(chǎn)生小流域土壤侵蝕強度變化、土地利用分布以及植被覆蓋等專題矢量數(shù)據(jù)，綜合評估小流域?qū)嵤┬Ч訌娧芯可疃群蛷V度，為管理者提供多維度的管理決策依據(jù)。

隨著遙感技術在水土保持領域的應用推廣和不斷探索，將為新時期水土保持信息化建設工作的發(fā)展提供更多助力，為水土保持管理工作和信息技術的全面融合提供多元化的數(shù)據(jù)支撐。