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新技术在开发建设项目水土保持监测中的应用

 
 
随着项目建设单位对水土保持监测工作的重视,实施水土保持监测的开发建设项目越来越多,监测的技术和方法也越来越成熟,监测的成果质量比以前有很大提高。但是,就目前的一些监测方法而言,监测手段比较落后,工作效率低。水土保持监测野外工作量大,周期长,不能满足快速监测的需要,更不能适应水土保持监测自动化的发展趋势。因此,很有必要通过研究总结,把一些用于常规测量的先进技术,应用于开发建设项目水土保持监测,提高项目监测的精度和效率。
结合近年来水土保持监测工作实践,经过初步试验和探索,发现有以下技术可以用于开发建设项目监测。利用遥感技术可以快速监测项目建设前后土地利用动态变化;GPS除能完成定位外,可以监测弃土弃渣体积、堆弃渣面积;三维激光扫描仪可以精确监测堆弃渣坡面、管线工程边坡的水土流失量;基于普通数码相机的摄影测量技术可以监测弃土弃渣量、开挖量等指标。
一、开发建设项目水土保持监测内容及监测方法
1、开发建设项目监测水土保持的主要内容
不同的开发建设项目监测水土保持内容不完全相同,一般包括以下4个方面。
(1)项目区土壤侵蚀环境因子状况监测。包括:影响土壤侵蚀的地形、地貌、土壤、植被、气象、水文等自然因子及工程建设对这些因子的影响;主体工程建设进展情况、施工工艺和方法,工程建设对土地的扰动面积,挖方、填方数量及面积,弃土、弃石、弃渣量及堆放面积等。
(2)项目区水土流失状况监测。包括工程建设前、建设过程中和试运行期3个时段的水土流失状况监测。其主要内容包括:项目区土壤侵蚀的形式、面积、分布、土壤流失量和水土流失强度变化情况,以及对下游和周边地区生态环境的影响,造成的危害情况等等。
(3)项目区水土保持防治措施实施情况监测。主要是监测项目区各项水土保持防治措施实施的进度、数量、规模及其分布状况。
(4)项目区水土流失防治效果监测。重点是监测项目区采取水保措施后是否达到了开发建设项目水土流失防治标准的要求。主要内容包括:水土保持工程措施的稳定性、完好程度和运行情况;水土保持生物措施的成活率、保存率、生长情况和覆盖度;各项防治措施的拦渣、保土效益等。为了给项目验收提供直接的数据支持和依据,监测结果中要重点回答项目区扰动土地治理率、水土流失治理度、土壤流失控制比、拦渣率、植被恢复系数和林草植被覆盖率等衡量水土流失防治效果的指标。
2、主要监测方法及存在问题
(1)主要监测方法 根据《水土保持监测技术规程》的要求,监测方法主要采用地面观测法和调查监测法。根据需要,对工程建设的相关部位也可采取巡测的办法。调查、巡查监测具有成本低、速度快、容易掌握的特点,适合于大多数指标的监测。适合采用调查、巡查监测的指标主要有:(1)项目区地形地貌、河流水系、植被、气候、土壤等水土流失影响因子;(2)项目挖方、填方数量,工程取土、弃土、弃石、弃渣的数量、位置;(3)工程损坏水土保持设施的数量,新增水土保持设施的数量和质量,生物措施的种类、成活率、保存率、覆盖度,防护工程的稳定性、完好程度和运行情况;(4)水土流失对周边地区造成的危害及发展趋势;(5)对于已开工的项目,项目区水土流失背景状况、从开工到开始监测这一段时间的水土流失只有通过调查才能获得。地面监测法主要监测水土流失量,通过在地面设置相应的观测设施,通过定期和不定期的观测来获得有关数据。适宜的地面监测方法有小区观测法、桩钉法、侵蚀沟体积量测法和量水堰法等。
(2)存在的主要问题 调查、巡查监测在小范围时省时、省力、简便易行,目前已被广泛应用,但是精度相对较低,自动化程度差,人为因素比较大。对大范围或长区段监测,野外工作量很大,尤其是一些难以到达的区域,无法获得比较准确的资料。小区法、桩钉法是侵蚀强度的标准监测方法,但选点困难,不容易实施,有时因被盗而无法获得监测数据。而且为了获得准确的监测数据,必须专人看守,连续观测,因此比较费时,费力,成本大。侵蚀沟体积量测法虽然省时、省力、简便易行,但是量测的任意性很大,精度相对较低。通过分析可以看出,要提高监测成果精度,提高工作效率,在有条件时尽量采用一些新技术手段。根据作者的工作实践,遥感、GPS、三维激光扫描仪、普通照相机等都可以用于开发建设项目水土保持监测。
二、遥感技术在开发建设项目监测水土保持中的应用
目前,遥感技术已广泛应用于农业、工业、国防、交通等各个领域,在水土保持上的应用也很广泛。例如,开展水土保持调查、土壤侵蚀普查等工作。随着遥感技术的发展,遥感影像的分辨率从几公里、几十米、几米、几分米到几厘米,形成影像金字塔,能满足不同监测对象需要。同时,遥感影像的价格也在不断降低。因此,利用遥感技术,可以大大提高开发建设项目水土保持监测的精度和效率。针对不同的开发建设项目使用的遥感信息源有一定差异,对于线性工程,一般线路较长,可以采用2.5~5 m分辨率的卫星影像。对于点状工程,面积较小,采用1 m左右分辨率的卫星影像,面积较大的可以采用2 m左右的卫星影像。尤其针对已经开展建设的开发建设项目,利用遥感存档数据,采取遥感资料与实地调查相结合的方法,确定项目区施工前原地貌的水土流失形式、水土流失面积、水土流失强度、水土流失分布等。通过项目建设前后影像对比,霞院水利工程水土保持监测中,利用了分辨率0.61 m的Quick Bird卫星影像,在西安—延安铁路复线工程水土保持监测中,利用了1 m分辨率的IKONOS影像,取得了明显效果。遥感监测的主要技术路线是:影像购置(尽量使用存档影像),以监测区地形图及区域的DEM为基础,利用遥感影像处理软件对影像进行纠正、调色等处理;通过外业调查,建立影像与实地的解译标志;依据解译标志针对影像提取土地利用及植被覆盖度信息,并建立相关矢量图坡度信息,并生成坡度矢量图层;结合土壤侵蚀分级指标,在已有三类信息的基础上,进行矢量图层叠加,并计算各划分单元的土壤侵蚀强度分级,统计各级土壤侵蚀面积,同时统计得到各类土地利用面积。利用同样的方法,对项目实施完成的遥感影像进行处理,得到项目监测期末的各项数据,通过对比分析,计算各类监测指标,得到水土保持动态监测结果。
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