遥感技术在水土保持上的应用

文|李琳 宝柱 庞治国 路京选 孙涛 付俊娥

1.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心/中国水利水电科学研究院 2.内蒙古自治区水土保持工作站

一、引言

中国是世界上水土流失最严重的国家之一。第一次全国水利普查显示，我国水土流失面积294.91万平方千米，占国土总面积的30.72%，全国年均损失耕地100万亩。水土流失导致的土地退化严重、泥沙淤积、生态恶化以及水资源不能够有效利用等一系列的问题，使我们的耕地减少，加剧了洪涝干旱等自然灾害的发生，导致生态环境的恶化，加剧了地区的贫困程度，对人类社会生存发展造成严重的威胁。因此，开展相应的水土保持工作十分必要，强化水土流失的监测、监控和管理已极为紧迫和重要。

水土保持是对自然因素和人为活动造成水土流失所采取的预防和治理措施，是生态文明建设的重要组成部分，是治理江河、根除水患的治本之策。传统的常规调查技术手段获取的定量参数有诸多弊端，如耗资、耗力，数据缺乏代表性，出成果的时间长，数据结果与实际现状之间会有很大差异，无法保证评价结果的精度。由于很难获取观测资料数据，不能及时更新数据，根本无法实现实时动态监测。卫星遥感等现代信息手段在快速获取大范围的地表信息提取方面具有不可替代的优势，尤其是最近几年来，米级空间分辨率的卫星遥感数据越来越丰富，目前高分辨率的国产卫星数据就有6种以上，从而为水土保持遥感监测与评价监测奠定了坚实的基础。遥感技术在水土保持工作中的应用主要在三个方面：一是水土流失动态监测；二是生产建设项目违法监督管理；三是水土保持治理工程辅助管理。

二、水土流失动态监测

土壤侵蚀即水土流失，是指土壤在外力（如水力、风力、重力、人为活动等）的作用下，被分散、剥离、搬运和沉积的过程。水土资源是人类赖以生存和发展的基础条件和前提，是经济社会可持续发展的基础性资源。水土流失导致土地退化严重、泥沙淤积、生态恶化以及水资源不能够有效利用等一系列的问题，对人类社会生存发展造成严重的威胁。水土流失动态监测即通过一定技术手段定期监测区域土壤侵蚀强度分布情况。

遥感技术在水土流失动态监测中的应用主要是通过遥感卫星数据获取区域下垫面的信息，如土地利用分布、植被覆盖情况、水土保持措施分布情况等，为土壤侵蚀模型计算提供支撑。

图2为2018年北京市水土流失动态监测成果。图2（a）为利用高分二号0.8m分辨率影像解译获得的土地利用分布图；图2（b）为利用MODIS数据及TM数据制作的植被覆盖图；图2（c）为利用高分二号0.8m分辨率影像解译获得的水土保持措施分布图；图2（d）为最终通过土壤侵蚀方程计算获得的土壤侵蚀强度分布图。

图2 2018年北京市水土流失动态监测成果

三、生产建设项目违法监督管理

近年来，随着改革开放的不断深入，各类生产建设项目应运而生，这些项目在推动经济发展的同时，不可避免地对周边环境带来一定的生态环境影响。自从新的水土保持法颁布实施以来，国家愈加重视水土流失的综合治理和水土流失灾害的控制。加强生产建设项目的水土保持监测工作，控制水土流失，保障水土保持措施的落实，不仅贯彻落实了水土保持法，同时也是政府转变职能，提高监管能力的一个重要内容。

遥感技术在生产建设项目违法监督管理上的应用，主要是采用亚米级高分辨率多光谱影像数据，如北京二号、高分二号、资源三号等卫星数据，发现生产建设项目扰动，并结合项目资料发现是否存在疑似违法行为，为生产建设项目监管提供依据。

首先通过分析各类生产建设项目的活动特点，并结合居民点矢量图层、道路矢量图层、水系矢量图层、县界矢量图层、乡镇界矢量图层等背景信息，从影像纹理、影像色彩建立各类生产建设项目动土解译标志，依据解译标志，通过自动与人工相结合的方法，识别生产建设项目扰动图斑，将扰动图斑与生产建设项目防治责任范围图层叠加分析，分析扰动图斑合规性，从而发现生产建设项目建设中存在的违法行为。北京市已连续多年开展生产建设项目监督管理工作，图3为利用2017年第2季度高分二号、资源三号及高分一号等数据，对北京市全市范围开展的生产建设项目扰动监测结果，发现多处生产建设项目扰动区，图4为生产建设项目扰动图斑监测结果，图中黄色区域为生产建设项目扰动区。

图3 北京市生产建设项目扰动监测结果

图4 生产建设项目扰动图斑监测结果

四、水土保持治理工程辅助管理

生态清洁小流域综合治理工程是一项重要的水土保持治理工程，生态清洁小流域是指流域内水土资源得到有效保护、合理配置和高效利用，沟道基本保持自然生态状态，行洪安全，人类活动对自然的扰动在生态系统承载能力之内，生态系统良性循环，人与自然和谐，人口、资源、环境协调发展的小流域。生态清洁小流域综合治理工程就是为达成这一目标而开展的综合治理工程。

利用高分辨率卫星数据具有全覆盖、精细化、时效性强的优势，通过将生态清洁小流域综合治理工程措施位置落实到高分辨率卫星数据上，使治理措施及其周边的基础信息直观、全面地展示，能够及时发现设计中不符合相关规范的现象，为规划审批与管理提供技术支撑，也为后期水生态清洁小流域综合治理工程验收、管护、效益评价等提供支撑，为工程管理提供重要手段。主要方法就是将治理工程各项措施空间化，然后与几何纠正、投影好的高分辨率遥感影像套和，解译措施区及周边土地利用情况，依据生态清洁小流域综合治理工程规范判断措施是否符合规范等，为设计方案评审提供依据，修正后治理措施资料可作为后期工程管理的一项重要资料。图5为北京市利用高分二号0.8m影像开展的生态清洁小流域治理工程遥感辅助审查成果。

图5 北京市生态清洁小流域治理工程遥感辅助审查成果

五、结束语

本文通过三个方面的应用实例，介绍了遥感技术在水土保持中的应用情况。随着遥感影像资源的丰富和处理技术的日益提高，遥感影像覆盖面广、周期快、分辨率高和信息量丰富等特点使得它在水土保持工作的规划、治理、监督等方面的应用越来越广泛，其宏观、快速和客观的优势得到充分发挥，必将成为水土流失实时动态监测的重要手段。业务部门可以高效、准确、定期监测水土流失的动态变化，并在整体上把握水土流失的演变情况与分布情况，加强重点区域水土流失监测频率，为科学决策水土保持提供可靠的依据。