四川省生产建设项目水土保持“天地一体化”监管实践

刘翔梦，于 欢，孔 博，王晓洪，李铁明，李遇龙，毛泽勤，张 兰

(1.成都理工大学地球科学学院，成都，610059；2.四川省函夏锦地科学技术研究院有限公司，成都，610059；3.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，成都，610041；4.眉山市水利局，四川 眉山，620020；5.蓬安县水务局，四川 蓬安，637800；6.蓬安县水土保持局，四川 蓬安，637800；7.小金县生态环境局，四川 小金，624200)

引言

随着我国经济的快速发展，不断加快的城镇化、工业化及基础设施建设进程需要进行大量的生产建设活动，因而造成了严重的水土流失。水土流失的危害是多方面的，比如破坏土地资源，导致土地退化和农业减产；淤积稻田及江河湖库，消减水利工程的效益，使河道运航能力下降；恶化生态环境，山地灾害频繁发生[1-2]。水土流失是中国环境问题的头号敌人，如何保护和合理利用水土资源，确保我国国民经济和社会的可持续发展，是我国长期以来坚持探索的课题。

传统的水土流失监管主要采用人海战术对水土保持方案的实施情况进行跟踪检查，但这种方式不仅花费大量的人力物力，也难以获得生产建设项目施工对地表造成扰动的精确数据，无法满足对大数量、大规模生产建设项目的监管需求。随着遥感技术的飞速发展，衍生出“天地一体化”监管技术。“天地一体化”技术在尾矿库风险评估[3]、测绘[4]、水环境[5]、地下水[6]、应急通信[7]、自然保护区的人类活动监管[8]、公安[9]等方面已经有广泛的运用，但该技术在生产建设项目监管方面的应用尚未成熟。因此，开展“天地一体化”技术对生产建设项目监管的推广试用工作十分必要。

四川省位于中国西南部，长江上游地区，地势西高东低，处于大陆地势三大阶梯中的第一级和第二级之间。境内地貌类型丰富，盆地、平原、丘陵、山地、高原五种地貌类型皆有。由于地势高差悬殊，坡度陡，加之岩石松软，降雨丰富且强度大，导致四川省水土流失问题突出。此外，四川省耕种历史悠久，但耕作方式粗放，重用轻养，由于地势原因全省80%以上的耕地都分布在丘陵和山地[10]，这是导致四川省水土流失严重的又一原因。对该地区开展生产建设项目“天地一体化”监管试点工作具有挑战性与代表性。

1 实验区概况

“天地一体化”技术在不同地貌区的应用效果和应用难度可能不同。四川省不仅地貌类型丰富，水土流失现状严峻，是检验“天地一体化”监管技术在不同地貌区监管效果的良好实验区。本次选取了阿坝藏族羌族自治州小金县(川西高原区)、南充市蓬安县(川东丘陵区)以及眉山市东坡区(川中平原区)作为监管对象，开展生产建设项目水土保持“天地一体化”监管推广试用工作，为将“天地一体化”技术在全国推广应用积累经验。各监管区域的地理位置分布如图1所示。

图1 实验区地理位置

小金县地处青藏高原东南缘的高山峡谷地带，是川西高原的主体部分之一，地势以高山峡谷为主，按成因和形态分为河谷地貌、高山地貌和极高山地貌三类[11]。小金县地质灾害隐患点非常多，受自然地质环境条件和人类工程活动的影响控制，在河谷地貌地段人口密度大，植被差，坡度陡，松散堆积物厚，为地质灾害的形成提供了有利条件，同时，也为水土流失的重灾区。全县总面积5582km2，据《小金县水土保持总体规划》及四川省水土保持第二次遥感调查资料，小金县共有水土流失面积2144.86km2，属中度侵蚀区。

蓬安县地处四川盆地东北部，嘉陵江中游。境内地貌以丘陵低山为主，浅丘带坝为辅，地貌类型多样。大量试验证明了坡度与土壤侵蚀存在密切联系，且土壤侵蚀量为坡度的幂函数[12]。而蓬安县以丘陵地貌为主，自然坡度大，旱地主要分布在这些山坡上，且以坡耕地为主。全县总面积1332km2，其中耕地面积813.33km2，水土流失面积842.4km2，占幅员面积的62.32%[13]。

眉山市东坡区位于成都平原西南边缘，地处岷江中游。地貌以平坝和阶地为主，占幅员面积的81.74%。据第一次全国水利普查资料显示，东坡区幅员面积1330km2，水土流失面积达289.63km2，主要为轻、中度侵蚀。由于人口增长，毁林开荒，陡坡垦殖，过渡樵采等不断加剧，导致垦殖率高、坡耕地面积大，掠夺式开发生产导致水土流失十分严重。

2 “天地一体化”技术原理

2.1 技术优越性

“天地一体化”监管是指利用多种航天、航空平台的多尺度遥感技术对监管区域进行宏观调查，掌握生产建设活动对地表造成的扰动情况，并基于GIS、空间定位、快速测绘、多媒体等技术集成的移动信息采集技术进行地面检查，对生产建设项目的扰动合规性进行分析判研，并以此为依据展开水土保持监督管理和执法工作，以达到天地一体、上下协同、信息共享的监管目的。

传统的水土保持监管方法不仅在宏观性、时效性方面表现较差，监测成本也较为昂贵。新形势下，国家不断加强对水土保持监督检查和执法力度、深度、广度和规范性等各方面的要求[14]。随着经济社会的发展，生产建设项目数量呈爆发式地增长，传统的监管方式已经难以满足现阶段对生产建设项目的监管需求。目前，卫星遥感技术已经取得了可喜的发展，在准确、快速掌握丰富的空间信息等方面有突出表现，逐渐形成一个大范围、全天候、多层、立体、多角度的对地观测网，为生产建设项目监管提供了稳定的数据保障，有效弥补了传统监管技术难以全面、动态地反映生产建设项目在施工过程中造成的地表扰动变化的不足。此外，随着对地观测系统的发展成熟，我国自主获取高分辨率观测数据的能力得到全面提升，一系列专为国土资源调查、环境监测、精准农业等方面的高分辨率遥感影像得以研发，为“天地一体化”技术在数据源获取方面提供了便利条件。

2.2 技术路线与方法

生产建设项目水土保持“天地一体化”监管工作包括资料收集、影像收集与预处理、建立解译标志、防治责任范围上图、勾绘扰动图斑、现场复核与合规性分析及成果审核入库七个步骤(如图2)。在收集完生产建设项目水土保持方案、特性表、批复文件、防治责任范围资料的基础上，利用经过图像增强、融合及镶嵌等预处理的遥感影像对防治责任范围进行地理配准，使防治责任范围转化为具有地理坐标的矢量文件。然后在经过野外调查建立好的解译标志的基础上勾绘所有由生产建设活动造成的扰动地块，并与矢量化的防治责任范围相叠加，初步判断扰动地块的建设合规性，辅以地面实地调查，对室内分析结果加以验证并搜集证据，以得到最终的已批生产建设项目合规性分析结果以及未批先建的扰动图斑分布，为后续的生产建设项目监督执法工作提供数据支持。

图2 “天地一体化”技术路线

3 生产建设项目水土保持“天地一体化”监管实践

3.1 监管工作内容与过程

3.1.1 影像预处理

遥感影像被广泛应用于监管工作的各个环节，包括防治责任范围上图、建立监管区域的遥感解译标志库、解译由生产建设活动造成的扰动地表、在水土保持现场调查中作为现场调查图件或移动采集端的遥感底图，以及在监管成果制图与系统管理中的应用[15]。受时间、太阳光强及大气状态的变化，或遥感器本身的不稳定性等的影响，获取的多景遥感图像在对比度及亮度值方面存在差异，从而难以精准地记录复杂的地表信息，降低遥感数据的质量，所以有必要通过遥感影像的预处理，纠正原始图像中的几何与辐射变形[16]。遥感影像的预处理包括几何校正、专题信息增强、图像融合及图像镶嵌几个方面。

3.1.2 防治责任范围上图

防治责任范围上图是对生产建设项目防治责任范围图进行空间化和矢量化的过程，使其最终成为具有地理空间坐标的矢量图[17]。在遥感影像上找到项目的位置，以遥感影像的地理坐标为基准，通过Arc GIS软件添加足够控制点，对防治责任范围进行地理配准，并勾绘防治责任范围的矢量边界，配准流程如图3所示。

图3 防治责任范围上图流程

3.1.3 扰动图斑解译

扰动图斑是指生产建设活动中各类挖损、占压、堆弃等行为造成地表覆盖状况发生改变的地块在遥感影像上的反映，是监管的重点关注对象。在建立的遥感解译标志库的基础上，采用目视解译的方法对生产建设活动造成的地表扰动进行解译，并勾绘所有扰动面积大于0.1hm2的扰动地块。

3.1.4 现场复核

在对生产建设项目的合规性进行初步判断之后，开展生产建设项目扰动状况现场复核工作。现场复核是对室内初步分析结果的一个验证过程，同时收集证据。复核对象为面积大于1hm2、合规性初步分析结果为“疑似未批先建”、“疑似超出防治责任范围”、“疑似建设地点变更”等三类扰动图斑(如图4)。复核结束后对初步分析结果进行修正，得到各实验区已审批生产建设项目的建设合规性以及未批先建扰动图斑的空间分布图。

图4 合规性复核对象示意

3.2 调查结果及分析

3.2.1 生产建设项目类型分布

各实验区因为地理位置、地貌、人文、经济等原因而呈现不同特点的生产建设项目类型(如图5)。小金县地处高山峡谷地带，境内小金川等河流水系发育，水电枢纽工程和公路工程占主要类型；蓬安县以房地产工程为主；东坡区由于紧挨成渝经济发展圈，加工制造类项目、其它行业项目、城市管网工程及房地产工程居多。

图5 研究区生产建设项目数量分布

3.2.2 未批先建扰动图斑分布

各实验区未批先建扰动图斑的项目类型各有不同(如图6)。小金县扰动图斑包含的项目类型有水电枢纽工程、公路工程、房地产工程等，扰动图斑主要分布在河流两岸；蓬安县扰动图斑主要为房地产工程，集中在县城周围；东坡区扰动图斑主要有其他行业类项目和加工制造类项目，这两种类型项目扰动土地面积占总扰动面积比例分别为58.47%和14.92%，扰动图斑主要分布在岷东新区、东坡岛、甘眉工业园区和铝硅工业园区。

图6 研究区未批先建扰动图斑数量分布

3.2.3 合规性分析

开展生产建设项目水土保持“天地一体化”监管的最终目的是获得监管区域已批生产建设项目的建设合规性以及查明未批先建的生产建设项目数量，对不合规的生产建设项目进行监督执法。按照合规性分析的方法，对小金县、蓬安县和东坡区的生产建设项目扰动范围合规性进行判定和统计。小金县共有69个扰动图斑，其中合规61个，8个为未批先建扰动图斑；蓬安县共有83个扰动图斑，合规68个，未批先建15个；东坡区共有扰动图斑174个，合规145个，未批先建29个。各实验区相关主管部门已经开始基于监测成果积极开展监督执法工作，且均取得了阶段性进展。

4 结论与建议

4.1 结论

对三个典型自然地貌区开展生产建设项目水土保持“天地一体化”监管实践，探索了“天地一体化”技术在不同地貌区的应用效果。结果表明，尽管三个实验区的地貌差异巨大，但都取得了理想的监管效果，分析结果可以准确地反映实验区域已审批的生产建设项目建设情况以及由未批先建项目造成的地表扰动情况，并能做为证据用于违规生产建设项目的监督执法。值得注意的是，由于小金县地势高差大，影像阴影较多，导致遥感影像解译有一定难度。此外，滑坡、泥石流等自然灾害频发，以及裸岩裸土等土地覆盖类型普遍存在，容易造成对扰动图斑的误判。这些不利因素可以通过遥感影像增强技术或者适当加大实地调查工作量而进行克服。

4.2 建议

“天地一体化”是未来生产建设项目水土保持监管的发展方向。针对在监管过程中发现的问题，提出以下建议：

(1)在实际监管过程中，生产建设项目水土保持方案资料多为纸质资料，许多年份稍远的资料因保存不当丢失，在将纸质资料转为电子资料的过程中会花费大量时间，建议水行政主管部门对水保资料采用电子化存储方式保存，不仅节约存储“空间”，方便查找，也可快速录入水土保持监督管理系统。

(2)收集的遥感影像由于影像的周期性、含云量等因素，常与现场复核的地表扰动状态有一定出入，对矿区、公路、铁路等建设周期长、对地表水土流失破坏严重的重点监管对象可以采用高分辨率遥感影像与无人机相结合的监管方式，实现对这类重点监督项目的动态跟踪监测，此外，对生产建设活动密集的地区可以增加动态监管频次，以达到对生产建设活动的精准监管。

(3)遥感影像的质量是做到精准监管的基础数据保障，尤其是对高原、山地等地貌区域，应该注重对遥感影像的预处理步骤，减少影像阴影，研究出识别地质灾害与扰动地块的方法。

(4)目前大多数水行政工作人员对“天地一体化”技术缺乏深入的了解，应该定期给政府工作人员培训，使得“天地一体化”技术的推广运用更加顺利。