水土保持监测 技术·问题·对策

本期内容来自《亚热带水土保持》杂志2017年３月第29卷第１期的文章《我国生产建设项目水土保持监测技术及存在问题与对策探讨》，作者郝咪娜、戚德辉、宋立旺。

郝咪娜( 1981 － ) ，女，新疆石河子人，高级工程师，主要从事水土保持监测工作。

水土保持监测作为水土保持事业的基础和重要组成部分，是水土保持预防、监督、治理等决策的基础。在各种技术的支撑下，能够对水土流失的成因、数量、强度、影响范围、危害及防治成效进行动态监测和评估，为领导者决策提供建议。为有效地减少生产建设项目造成的水土流失，分析评价水土保持效果，加强生产建设项目的水土保持监测显得尤为重要。

1 前言

2011 年新《水土保持法》的实施提高了生产建设单位对水土保持监测工作的重视程度，更多的生产建设项目进行水土保持监测，同时出现了许多监测的新技术和新方法。

结合近年来从事生产建设项目水土保持监测的工作实践，本文从水土保持监测的内容出发，探讨了各种水土保持监测技术的优缺点，展望水土保持监测技术的发展方向，分析了水土保持监测中存在的问题和不足，为今后水土保持工作提供理论指导和建议，提高项目监测的精度和效率。

2 生产建设项目水土保持监测的内容与方法

2. 1 生产建设项目的监测内容

生产建设项目不同，水土保持监测的内容也有所差异，依据水行政主管部门批复的水土保持方案和工程相关的设计文件，一般包括以下几个方面:

2. 1. 1 项目区水土流失因子变化监测主要监测因生产建设项目而导致的地形、地貌、土壤、气象、水文等自然因子及植被等生物因子的变化情况; 生产建设项目施工对土地的扰动面积，挖方、填方数量及面积以及施工后弃土( 石、渣) 数量及堆放面积等。

2. 1. 2 项目区水土流失状况及危害监测主要监测项目区水土流失面积、分布、水土流失量和强度变化情况，以及对下游和周边地区生态环境造成的影响及危害情况，取土( 石、料) 弃土( 石、渣) 潜在土壤流失量和水土流失危害等内容。

2. 1. 3 项目区水土保持防治措施及其效果监测主要监测每项水土保持防治措施实施的进度、数量、规模及其分布状况; 水土保持工程措施的质量、稳定性及运行情况; 林草措施的成活率、生长情况和覆盖度;各项防治措施的拦渣、保土效益等。

2. 2 传统监测方法及存在问题

2. 2. 1 主要监测方法目前生产建设项目常用的监测方法主要是调查监测法和地面观测法。

调查监测作为我国生产建设项目常见的监测方法，成本低、速度快、易掌握，一般用于项目区水土流失因子的监测，比如地形、地貌、土壤、气象、水文等自然因子及植被等生物因子的变化情况; 项目开挖土石方、项目土石方回填、弃渣场设置等情况的监测。另外还包括监测项目水土流失状况及其对周边地区造成的危害，项目区水土保持防治措施及效果，包括工程措施的数量、质量和植物措施的种类、覆盖度等。

地面监测法主要是对项目区水土流失量进行定量监测，主要通过径流小区观测法、简易坡面测量法、测钎法、侵蚀沟体积量测法等在地面设置相应的观测设施来观测并获取数据。

2. 2. 2 存在的主要问题调查监测法被广泛应用的同时，也存在许多问题。

调查监测在一定程度上取决于监测人员的经验，因此人为影响较大; 野外调查受地形、河流等自然因素影响较大，使得有些生产建设项目施工区域可达性较差，甚至无法到达，导致监测精度和自动化程度较低。此外，对于大范围或较长的线状项目监测，野外工作量很大，耗费大量的人力、物力、财力。

地面监测法作为一种定量监测的方法，监测精度较高，但是因为项目区人为活动频繁，地貌破坏严重，导致地面监测选点困难，实施难度大，布设的小区等监测设施容易遭到破坏而无法获得准确的监测数据。

3 近几年新兴的生产建设项目水土保持监测技术

3. 1 遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用

从水土保持监测的内容可以看出，如何快速准确地获取生产建设项目施工前后的地表情况分类、数量和面积，如何准确地获取施工对地面的扰动面积、填挖方面积以及施工后弃土( 石、渣) 数量及堆放面积是做好生产建设项目水土保持监测的基础。

目前，随着遥感技术的发展，遥感影像的分辨率从厘米到公里有多个等级，针对不同的项目，采用不用分辨率的遥感影像，能满足不同监测对象的需要。利用遥感数据与实地调查相结合的方法，可以确定项目区施工前原地貌的地表情况分类、施工期土地扰动面积、施工后期弃土场数量和面积等。还可以通过项目建设前后影像对比，动态监测项目区的水土保持情况，可以在一定程度上提高生产建设项目水土保持监测的精度和效率。

遥感监测的主要技术路线是: 影像数据准备，对遥感数据进行几何校正、图像融合、镶嵌等处理，然后对水土流失影响因子建立解译标志进行初步解译，结合实地调查修改完善解译标志，最后通过野外复核调查对解译成果进行验证; 项目施工完成后，利用同样方法，对施工后遥感影像进行处理，得到施工后水土保持监测的各种数据，然后对施工前后影像数据进行差值运算，进而实现施工前后的动态监测。

遥感监测技术获取信息的速度快、周期短、信息量大、限制条件少，但是也存在一些不足，遥感图像获取过程中传感器高度、运行姿态、大气干扰、地形起伏等都会引起图像几何变形，图像在传输、存储过程中会产生噪声，造成图像模糊; 遥感信息的获取、解译技术还比较复杂，成本还比较高，需要多种专业人员的配合才能实现; 遥感影像解译只能识别项目区地物位置和面积，对于弃渣量等定量数据还需现场勘察。

3. 2 无人机低空遥感在生产建设项目水土保持监测中的应用

利用无人机拍摄的原始影像数据，经过处理后得到项目区的DEM 和DOM 数据，利用DOM 可以观测项目区的施工进展和水土流失防治状况; 还可以提取土地利用类型的面积以及施工期扰动面积、弃渣场的数量、位置、占地等，此外还可以直接提取水土保持工程、植物和临时措施的面积等水土保持监测信息。

无人机在生产建设项目中发挥着巨大的优势，其弥补了传统卫星遥感的时效性和灵活性差的不足，能及时地反映生产建设项目水土流失和水土保持状况;无人机影像的空间分辨率达到亚米级，能准确地识别水土保持措施的类型、面积、数量，提高水土保持监测的精度。

但是无人机监测技术也存在一些缺点，无人机影像的垂直精度低，无法满足弃渣场体积等监测内容的提取; 无人机影像处理和监测信息提取对技术人员的要求较高，需投入较多的人力; 无人机飞行受天气限制较大，恶劣天气无法满足飞行和精度要求; 投入费用较高。

3. 3 三维激光扫描仪在生产建设项目水土保持监测中的应用

三维激光扫描技术作为一种全自动高精度的立体扫描技术，能够直接从实物中进行快速的逆向三维数据采集及模型重构，从而完整、高精度地重建扫描实物及快速获得原始测绘数据。具有采样速率快、精度和分辨率高、无接触测量等优势，因此能够监测项目区微观的水土流失信息，提高工作效率和水土保持监测中水土流失量的精度。但三维激光扫描仪数据处理中模型受植被噪点影响较大，数据处理难度大，费用高，制约了其在水土保持监测中的应用。

3. 4 无人机和三维激光扫描仪结合在生产建设项目水土保持监测中的应用

随着无人机行业的飞速发展，无人机搭载的传感器也更加广泛，将高精度的三维激光扫描仪搭载在无人机上进行航拍，可以快速地获取大量表面点的三维坐标，从而可以精确地表示表面起伏，结合无人机航拍影像数据，可以准确地提取各项措施的工程量; 运用该组合围绕弃渣场飞行1 圈，可以在弃渣表面均匀获取大量目标点的三维坐标，通过格网划分法计算弃渣的体积，在弃渣体积变化前后各扫描1 次，可以测出弃渣场前后的水土流失量。

4 生产建设项目水土保持监测中存在的问题及对策

4. 1 生产建设项目水土保持监测中存在的问题

4. 1. 1 新技术新方法推广力度不足，导致应用有限，监测效率低水土保持新技术新方法在实际工作中推广力度不足，使其在实际生产建设项目中应用不足，导致水土保持监测仍以传统的监测设施、技术为主。目前，水土保持监测主要还是以调查、巡查、地面监测为主，这些监测方法精度低，自动化程度差，受人为影响较大，费时、费力，不适合进行大范围及大型线性工程的监测，导致监测效率低下，而先进的监测技术推广力度不足，专业技术要求高，导致其应用有限，不能普及。

4. 1. 2 建设单位水土保持监测法律意识淡薄，执行力度不足我国水土保持法中规定: “对可能造成严重水土流失的大中型生产建设项目，生产建设单位应当自行或者委托具备水土保持监测资质的机构，对生产建设活动造成的水土流失进行监测，并将监测情况定期上报当地水行政主管部门”。现实中，建设单位对法律认识不足，不能及时地开展生产建设项目的水土保持监测，导致水土保持监测工作滞后，甚至在项目完工验收时，才补充水土保持监测总结报告，进而失去水土保持监测的意义。

4. 1. 3 监测机构体制不完善，监测技术人员能力良莠不齐许多监测机构的监测人员专业基础薄弱，技术人才配置不足，监测机构管理体制不健全，直接导致监测工作效率低，不能够给建设单位提供行之有效的建议，不利于水土保持工作的开展。监测机构之间恶性竞争，为追求利益最大化，监测单位存在进场不及时、监测频率不足等现象，导致监测工作落实不到位。

4. 1. 4 监测数据采集不完善，监测资料整编工作薄弱水土保持监测数据采集缺乏完善的采集标准，数据采集不统一，对水土保持监测的内容涵盖不全，导致水土保持监测数据采集不完善，达不到预期的监测效果。监测资料整编不及时，部分资料历时较长，丢失或损毁严重，须进行抢救性整编。由于尚无统一的技术标准和整编制度，资料整编仍是目前我国水土保持监测工作较为薄弱的环节之一。

4. 2 生产建设项目水土保持监测对策及建议

4. 2. 1 推广水土保持监测新技术，加大技术研发力度在使用传统监测方法的基础上，对承担水土保持监测的相关单位开展水土保持新技术新方法的培训，开展试点工作，大胆尝试新技术，推进新技术的使用，充分发挥遥感、无人机等先进技术在水土保持监测中的应用，提高监测的效率和精度。加大技术研发投入，研发设计新的监测设备，使监测自动化、智能化，更加灵活，推进先进技术手段的推广，使新技术能够普及。

4. 2. 2 积极宣传、加大执法力度，提高建设单位法律意识充分利用电视、手机、网络、微信等多种媒体形式加大对水土保持法的宣传力度，采用多种形式提高建设单位及全民的水土保持意识，使其充分认识到水土保持监测的意义和重要性，加大对违反水土保持监测制度相关规定的惩罚力度，切实落实水土保持监测工作。

4. 2. 3 健全监测单位体制，培养合格的监测技术人员水土保持监测单位应该切实贯彻水土保持监测管理制度，保证水土保持监测任务的正常开展，提高水土保持监测工作的管理质量，进而提高水土保持监测工作的质量。对监测人员进行培训，提高监测人员的专业技术和业务素质，进而提高监测的效率和质量。

4. 2. 4 制定水土保持监测数据采集标准，及时整编监测资料相关水利部门应结合以往水土保持数据采集经验，结合国外的数据采集标准，制定符合生产建设项目实际的数据采集标准; 建立健全监测资料整编制度和技术标准，规范整编行为; 加强过程质量控制和技术人员培训，提高参编人员业务水平和质量意识，提高水土保持监测成果质量，更加有效地完成水土保持监测工作。

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