論凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

李文影，歐陽(yáng)力，鞠敏睿，李文超，劉建新，陳生永，葛文鋒

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

2015年，中共中央發(fā)布了《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》方案中提到，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，是生態(tài)文明建設(shè)的重要支撐。做好水土保持工作，能夠有效預(yù)防水土流失，從而達(dá)到保護(hù)、鞏固、改良水土資源的目的，更大程度上提高土地的生產(chǎn)力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的同步提升。做好水土保持工作一定程度上順應(yīng)了國(guó)家對(duì)于建立良好生態(tài)環(huán)境的要求，但與此同時(shí)，我們需要通過(guò)不斷優(yōu)化水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)，了解導(dǎo)致水土流失現(xiàn)象出現(xiàn)的原因、明確水土流失情況的嚴(yán)重程度、掌握水土保持工作的開(kāi)展成效，從而為后續(xù)的水土保持監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展提供有效的參考依據(jù)。凍融侵蝕區(qū)區(qū)水土保持工作的開(kāi)展難度較大，但周邊區(qū)域的開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)卻無(wú)法避免，在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間中，由于水土保持監(jiān)測(cè)工作技術(shù)的研究仍然存在著諸多不足，水土保持監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展仍然有著較大的進(jìn)步空間。在下文中，我們具體對(duì)于凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的必要性開(kāi)展分析，希望能為防治水土流失工作的有序開(kāi)展積累更加豐富的經(jīng)驗(yàn)[1-3]。

1 國(guó)內(nèi)水土流失現(xiàn)狀分析

所謂水土流失，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是指因?yàn)槭艿阶匀粭l件或人為因素的影響，每次降雨后產(chǎn)生的大量雨水未能被土壤所吸收，也未能沿著土壤順勢(shì)下流，造成了土壤和水分的同時(shí)流失。一般來(lái)說(shuō)，水土流失主要與土地利用方式不合理、地面植被受到嚴(yán)重破壞、選用的耕作技術(shù)缺乏科學(xué)性、當(dāng)?shù)卮嬖谶^(guò)度放牧情況、區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)本身就較為松散、地面的坡度較大等原因有著直接的關(guān)系。一旦出現(xiàn)了水土流失情況，土壤中的肥力也會(huì)隨著水土而大量流失，不利于在區(qū)域內(nèi)開(kāi)展耕作，而流失的土壤可能會(huì)阻塞河流、水庫(kù)，導(dǎo)致水利工程應(yīng)有的作用無(wú)法得到充分發(fā)揮，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平降低，甚至誘發(fā)其他災(zāi)害的出現(xiàn)。常見(jiàn)的水土流失情況主要可以分為水力侵蝕、重力侵蝕和風(fēng)力侵蝕幾種類型。在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間中，我國(guó)重視開(kāi)展水土保持工作，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)于水土流失的治理、控制人為破壞水土的行為，極大程度上遏制了水土流失的現(xiàn)象，增加了水土流失的治理面積。根據(jù)2020年有關(guān)部門對(duì)中國(guó)水土流失治理面積的調(diào)查研究，當(dāng)年國(guó)內(nèi)水土流失治理面積已經(jīng)達(dá)到了143 122 khm2，相對(duì)于前一年增長(zhǎng)了約4.22%。

凍土侵蝕主要是因?yàn)橥寥阑驇r石裂縫中的水分因?yàn)椴粩鄡鼋Y(jié)，其體積明顯膨脹，裂縫越來(lái)越大，裂縫的數(shù)量越來(lái)越多，達(dá)到一定程度時(shí)，土壤或巖石就會(huì)出現(xiàn)碎裂情況，而隨著土壤的消融，其抗腐蝕性能明顯降低，受到重力的影響，極有可能會(huì)出現(xiàn)巖土順坡向下產(chǎn)生明顯位移的情況。相對(duì)于其他區(qū)域而言，凍融侵蝕區(qū)的水土保持難度較大，而不同于水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕等領(lǐng)域的要求，有關(guān)凍融侵蝕區(qū)水土保持的研究數(shù)量極其匱乏。只有不斷地加強(qiáng)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，才能夠避免水土流失問(wèn)題的持續(xù)發(fā)酵，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的進(jìn)步和人民生活水平提高奠定更加堅(jiān)實(shí)的環(huán)境基礎(chǔ)[4]。

2 凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的必要性

2.1 強(qiáng)化水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)

在新的時(shí)代背景下，國(guó)家、政府和人民都給予了生態(tài)文明發(fā)展足夠的關(guān)注與重視。在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間，我們?yōu)榱酥\求更高的經(jīng)濟(jì)效益、為了更好的助推社會(huì)進(jìn)步，有時(shí)會(huì)選擇以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)，獲得某一方面的收益。而與生態(tài)環(huán)境相關(guān)的事，從來(lái)沒(méi)有小事。一旦生態(tài)環(huán)境受損，即便短期內(nèi)不會(huì)造成嚴(yán)重的后果，也會(huì)為長(zhǎng)期的發(fā)展埋下隱患。在《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》中，明確規(guī)定，“生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，是生態(tài)文明建設(shè)的重要支撐”，做好水土監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究工作，有助于建設(shè)起完備的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，為后續(xù)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展提供更加有力的數(shù)據(jù)支持。水土保持是加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)的重中之重，更是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)同步發(fā)展的有力支撐，國(guó)內(nèi)相應(yīng)的水土保持部門必須要持續(xù)加強(qiáng)對(duì)于水土保持的監(jiān)測(cè)管理，落實(shí)相應(yīng)的考核與評(píng)估工作。尤其是對(duì)于凍融侵蝕區(qū)的水土保持而言，需要通過(guò)監(jiān)測(cè)的方式，掌握水土保持任務(wù)的實(shí)施進(jìn)度、明確水土防治工作的開(kāi)展效果、合理控制水土保持工作的開(kāi)展強(qiáng)度。凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)研究能夠使我們及時(shí)了解水土保持的情況，從而及時(shí)向有關(guān)部門作出反饋，以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方式時(shí)刻掌握水土監(jiān)測(cè)的動(dòng)向，從而明確下一階段水土保持工作開(kāi)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)[5-6]。

2.2 優(yōu)化水土監(jiān)測(cè)技術(shù)

隨著人們對(duì)于水土監(jiān)測(cè)工作正式程度的不斷提升，如今，水土保持監(jiān)測(cè)已經(jīng)上升到了法律的高度，水土保持工作的開(kāi)展離不開(kāi)水土監(jiān)測(cè)技術(shù)的輔助，只有科學(xué)合理的利用水土監(jiān)測(cè)技術(shù)、不斷完善水土監(jiān)測(cè)技術(shù)，才能夠?yàn)樗亮魇?wèn)題的治理、水土流失現(xiàn)象的預(yù)防監(jiān)督、水土保持工作的規(guī)劃評(píng)價(jià)奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。國(guó)家已經(jīng)制定了與水土保持工作相關(guān)的《中華人民共和國(guó)水土保持法》，這在無(wú)形當(dāng)中為水土保持工作的開(kāi)展和水土監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究指引了新的方向。我們要求國(guó)家、政府、社會(huì)公眾都能夠參與到水土保持工作開(kāi)展的過(guò)程中，以水土流失的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)為水土保持監(jiān)測(cè)的著手點(diǎn)，確定科學(xué)合理的水土保持工作目標(biāo)，同時(shí)充分運(yùn)用現(xiàn)代化的水土保持技術(shù)和水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)化監(jiān)測(cè)手段、完善監(jiān)測(cè)方案。凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)本身就存在著較大的空白區(qū)域，加強(qiáng)這一方面的技術(shù)研究，充分利用現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，更有助于相關(guān)工作人員獲得精準(zhǔn)可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立完備的水土保持大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為后續(xù)水土保持工作的開(kāi)展奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[7]。

2.3 國(guó)內(nèi)水土保持工作的嚴(yán)峻的形勢(shì)

眾所周知，水土流失往往不僅是因?yàn)槿藶椴僮鞫鴮?dǎo)致的，同時(shí)也會(huì)受到自然因素的影響。某些地區(qū)的水土流失情況是無(wú)法避免的，凍融侵蝕區(qū)的水土流失就多半屬于自然現(xiàn)象。當(dāng)?shù)氐牡孛嫫露仍蕉盖?，地表徑流的速度越快，就?huì)對(duì)于土壤產(chǎn)生更加強(qiáng)大的沖刷力和侵蝕力。而隨著水土的不斷流失，在這一過(guò)程中，會(huì)聚集更多的地表徑流，產(chǎn)生的沖刷力和侵蝕力也越來(lái)越強(qiáng)。加之在自然條件下，難免會(huì)出現(xiàn)降水情況，一旦出現(xiàn)較為嚴(yán)重的降水，大量的水分滲透到土壤中，而殘余的水分則會(huì)變成地表徑流，加劇對(duì)于地表產(chǎn)生的沖刷力。凍融侵蝕區(qū)的地面組織成分較為特殊，質(zhì)地松軟的土壤、存在著裂縫的巖石等都在無(wú)形中埋下了水土流失的隱患。加之，凍融侵蝕區(qū)本身不是與許多植被的生長(zhǎng)，區(qū)域內(nèi)已有的草木較為稀疏，水土的固結(jié)力不強(qiáng)，也會(huì)誘發(fā)水土流失情況。從某種程度上來(lái)看，盡管國(guó)家和政府投入了較多的時(shí)間和精力，并制定了相應(yīng)的政策法規(guī)對(duì)于人為導(dǎo)致水土流失的行為予以了嚴(yán)格的約束，但自然原因?qū)е碌乃亮魇匀皇菬o(wú)法規(guī)避的，也就是說(shuō)，即便目前的水土流失治理情況已經(jīng)初具成效，但并不代表未來(lái)不會(huì)出現(xiàn)更加嚴(yán)重的水土流失情況。相關(guān)調(diào)查顯示，與世界上的許多國(guó)家相比，中國(guó)的水土流失情況都是極為嚴(yán)重的。而水土流失對(duì)環(huán)境發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展甚至是社會(huì)建設(shè)而言，都會(huì)產(chǎn)生極為不利的影響。我們需要充分掌握水土流失情況，明確水土流失可能導(dǎo)致怎樣嚴(yán)重的后果，才能做出更好的決策[8-9]。

2.4 針對(duì)凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究十分匱乏

根據(jù)上文中的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致水土流失問(wèn)題的原因多種多樣，因此，水土流失現(xiàn)象也能劃分為多種不同的類型，后續(xù)的治理難度極大，有些區(qū)域存在的水土流失情況甚至是由于多種原因共同作用導(dǎo)致的。人們給予了水土流失工作足夠的重視，水土流失的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水平越來(lái)越高。伴隨著城市化發(fā)展水平的逐步加快，各類生產(chǎn)建設(shè)工作的開(kāi)展、自然界中強(qiáng)勁的風(fēng)力、大量的降水都可能成為持續(xù)誘發(fā)水土流失問(wèn)題的原因。就目前情況來(lái)看，針對(duì)水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕等水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究已經(jīng)具備了較為堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，技術(shù)人員可以根據(jù)獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)了解水土侵蝕狀況，從而更好的為后續(xù)的生產(chǎn)和發(fā)展所服務(wù)。有關(guān)水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)規(guī)定并未完全覆蓋到凍融侵蝕區(qū)域當(dāng)中，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的流程日益完備，能夠在水力侵蝕的監(jiān)測(cè)中了解土壤侵蝕的影響因子，包括土壤的可侵蝕性、土壤的侵蝕力、相關(guān)區(qū)域的地形坡度和地形長(zhǎng)度、植物的覆蓋率等，從而了解區(qū)域的水土流失分布狀況；也能夠在風(fēng)力侵蝕的監(jiān)測(cè)中，掌握地表土的濕度、地表的平整程度、植被的覆蓋率以及不同風(fēng)速等級(jí)的累計(jì)時(shí)間等，從而獲得相應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果。國(guó)內(nèi)有關(guān)重力侵蝕和凍融侵蝕的技術(shù)并非完全匱乏，但卻仍然有著較大的研究空間，監(jiān)測(cè)的范圍較為狹窄，很多時(shí)候，凍融侵蝕區(qū)的水土保持監(jiān)測(cè)不得不選擇借助水力侵蝕的監(jiān)測(cè)方法或者風(fēng)力侵蝕的監(jiān)測(cè)方法，這無(wú)疑是不相適宜的。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度上來(lái)看，凍融侵蝕區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)工作仍在持續(xù)開(kāi)展，我們急需探求更加完備的凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)，隨時(shí)隨地的掌握水土監(jiān)測(cè)情況，為相關(guān)區(qū)域的開(kāi)發(fā)和建設(shè)積累更加豐富的參考數(shù)據(jù)。

3 凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的方向

3.1 遙感技術(shù)的應(yīng)用

凍融侵蝕區(qū)的水土保持工作開(kāi)展難度較大，很多時(shí)候，人們無(wú)法直接去到監(jiān)測(cè)區(qū)域中捕捉監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。但隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，遙感影像的分辨率越來(lái)越高，即便是對(duì)于凍融侵蝕區(qū)的水土流失狀況，也可以運(yùn)用遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的方式了解區(qū)域內(nèi)的地形、地貌情況，結(jié)合人工監(jiān)測(cè)的方式提升水土保持監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度和高效性。凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究可以從合理的利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)著手，通過(guò)對(duì)所捕捉到的遙感影像進(jìn)行深層處理，獲取與凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息的支持，從而滿足動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的要求。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲取大量的信息，并且不會(huì)過(guò)多的受到時(shí)間、空間的影響，但由于凍融侵蝕區(qū)的地址條件和氣候條件較為復(fù)雜，遙感圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可能會(huì)受到外界因素的干擾和影響，導(dǎo)致技術(shù)人員獲取到的圖像不夠清晰、不夠精準(zhǔn)，并且遙感圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用成本相對(duì)較高，對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)能力素養(yǎng)也有著較高的要求。

3.2 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

相對(duì)于遙感技術(shù)而言，三維激光掃描技術(shù)的自動(dòng)化水平更高、息獲取的精準(zhǔn)性更強(qiáng)，只需利用較短的時(shí)間就能夠獲取到充足的三維數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行模型重構(gòu)，以便獲取到更加可靠、精準(zhǔn)、全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于凍融侵蝕區(qū)的水土保持監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，能夠產(chǎn)生較好的應(yīng)用效果，因?yàn)檫@種技術(shù)的采樣精度較高、采樣分辨率較高、采樣速率較快，更有助于及時(shí)獲取水土流失信息，提升水土流失計(jì)量的精度。三維激光掃描技術(shù)同時(shí)也存在著不適合被應(yīng)用于凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的弊端，例如雖然能夠獲取到大量的信息，但數(shù)據(jù)信息的處理難度極大，在這一過(guò)程中會(huì)消耗大量的資金，而且三維激光掃描數(shù)據(jù)會(huì)較多地受到噪點(diǎn)的影響，可能會(huì)降低數(shù)據(jù)信息的有效性。

3.3 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的應(yīng)用

凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究可以更多地借助無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的支持。技術(shù)人員可以借助無(wú)人機(jī)拍攝相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息在經(jīng)過(guò)處理后能夠反饋出凍融侵蝕區(qū)的水土流失防治情況。與衛(wèi)星遙感技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的時(shí)效性和靈活性更強(qiáng)，能夠較大程度上反饋出區(qū)域內(nèi)的水土流失狀況和區(qū)域內(nèi)的水土保持水平，幫助技術(shù)人員觀測(cè)到水土保持的類型、數(shù)量、面積。但與此同時(shí)，凍融侵蝕區(qū)的水土保持監(jiān)測(cè)如果需要運(yùn)用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)，還需要明確這種技術(shù)類型的缺陷。例如無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)的垂直精度較低，后續(xù)處理監(jiān)測(cè)信息和影像信息的難度較大，且其運(yùn)行會(huì)受到自然天氣狀況的影響，在雨水天氣無(wú)法使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行水土流失監(jiān)測(cè)，并且還需要投入大量的資金作為支持。

除此之外，我們還可以選擇將無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)與三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，為凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展提供雙重技術(shù)保障。如今，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)水平迅速提高，為了滿足其在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用需求，許多專業(yè)人員選擇將無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)與其他傳感器技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，三維激光掃描儀就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。三維激光掃描儀與無(wú)人機(jī)緊密合作，能夠快速精準(zhǔn)的獲取地面上的三維坐標(biāo)，拍攝有價(jià)值的影像數(shù)據(jù)，測(cè)算出監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的水土流失量。

4 總 結(jié)

水土保持始終是生態(tài)文明建設(shè)領(lǐng)域中極為重要的一項(xiàng)內(nèi)容，做好水土保持監(jiān)測(cè)工作，有助于我們了解土壤情況，避免水土流失問(wèn)題的持續(xù)惡化。結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，目前已有的水力侵蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)和風(fēng)力侵蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)較為完備，基本能夠滿足開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需求，反觀凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)，仍然存在著較大的進(jìn)步空間。大力促進(jìn)凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，順應(yīng)了新時(shí)代發(fā)展對(duì)于強(qiáng)化水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的要求，滿足了國(guó)家和政府對(duì)于水土保持工作的開(kāi)展要求，有助于應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)水土保持工作開(kāi)展的嚴(yán)峻形勢(shì)，也有助于填補(bǔ)凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的空白。針對(duì)凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究應(yīng)當(dāng)持續(xù)開(kāi)展，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)不斷優(yōu)化自身的水土保持監(jiān)測(cè)法律意識(shí)，建立更加完備的水土保持監(jiān)測(cè)體系，提高所獲取到的水土監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用率，同時(shí)積極主動(dòng)地將新的技術(shù)和新的方法應(yīng)用于凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)領(lǐng)域當(dāng)中。文章還對(duì)于未來(lái)凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究提出了幾方面的建議，例如將遙感技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)等應(yīng)用于凍融侵蝕區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)工作中，不斷完善水土流失監(jiān)測(cè)方法，使水土保持工作能夠產(chǎn)生更加顯著的環(huán)保效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。