水土保持“天地一体化”项目监管技术体系构建与应用

寇馨月， 姜学兵， 亢 庆， 金平伟

(1.珠江水利委员会珠江流域水土保持监测中心站，510611，广州； 2.珠江水利委员会珠江水利科学研究院，510611，广州)

随着社会经济发展、城市化进程加快、生态文明建设要求提高[1-3]，传统监管方式难以满足新形势下生产建设项目监管工作高要求、高效能、高精准的需求，水土保持监管工作必须转变传统的监管方式，充分应用信息化监管的“新技术、新手段、新方式”，全面提高生产建设项目水土保持监管的针对性、精准性、时效性和科学性[4]。生产建设项目水土保持信息化监管主要分为区域监管和项目监管。其中，区域监管是宏观方向，掌握全区域已经批复的水土保持方案的项目和未批先建项目建设扰动情况，重点查明未批先建项目[5]，为督促建设单位依法编报水土保持方案、落实防治水土流失的法律责任提供依据。项目监管是微观方向，动态跟踪监管已批复方案的项目建设过程中的建设情况，是加强“事中事后监管”的重要手段之一。项目监管和区域监管的共性监管内容是扰动边界、扰动面积、扰动类型、扰动变化类型、建设状态和合规性等相比于区域监管，项目监管进一步查明水保方案变更情况、表土剥离保存利用情况、取弃土场选址防护情况、水土保持措施实施情况及历次整改落实情况等，是区域监管的纵向延伸，使监管更为精细化，能够为水行政主管部门履行水土保持监督检查职责提供更详细、更精准的参考依据。当前以及今后，在国家总体要求和水利改革发展总基调的指引下[6]，运用项目监管技术体系及时精准发现、依法查处人为水土流失违法违规行为是履行水土保持强监管的必要手段。

自2017年起，珠江流域率先开展了项目监管试点工作，实现了流域在建部管项目监管全覆盖。经过不断实践，总结出适用于各级生产建设项目的“天地一体化”项目监管技术体系。笔者以“大藤峡水利枢纽工程”为案例，详细阐明项目监管技术体系在实际工作中的应用过程及效果。

1 研究区概况

大藤峡水利枢纽工程坝址位于珠江流域西江水系的黔江河段大藤峡峡谷出口处，属新建项目，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型。项目由黔江混凝土主坝(挡水坝段、泄水闸坝段、厂房坝段、船闸上闸首坝段、船闸检修门库坝段、纵向围堰坝段等)、黔江副坝和南木江副坝等组成。根据水土保持方案批复文件，项目建设枢纽工程区水土流失防治责任范围共计1 233.58 hm2，其中弃渣场区189.83 hm2。项目水土保持防护设计措施主要在弃渣场区布设挡土墙，左岸枢纽区部分土地设计复耕，枢纽工程区布设绿化等措施。

2 材料与方法

2.1 技术体系

图1 生产建设项目水土保持“天地一体化”项目监管技术体系Fig.1 Soil and water conservation supervision and management technology system in production and construction projects based on the “air-ground integration”

按工作时序，项目监管技术体系包含首次监管和常规监管2种模式，项目完成首次监管工作即进入常规监管模式。首次监管主要查明项目建设状态、扰动面积及范围、水土保持措施体系建立情况、取弃土场使用及防护情况、现场检查重点部位等，工作内容包含基础资料收集整理、高频次遥感普查、高精度遥感详查和无人机现场调查等4个方面。常规监管在首次监管的基础上延续开展，包括后续设计资料矢量化、高精度遥感详查和无人机现场调查等3个方面，重点查清项目扰动情况变化、取弃土场使用及防护变化、水土保持措施体系变化、上期监督检查意见落实情况及本期现场监督检查的重点部位。具体实施过程详见图1。

2.2 基础资料准备

2.2.1 项目基础资料管理与矢量化 按照《生产建设项目水土保持信息化监管技术规定(试行)》(以下简称“技术规定”)要求，收集并整理大藤峡水利枢纽工程项目基础资料，主要包括项目的水土保持方案及附图、方案特性表中入库的数据、初步设计水土保持章节、水土保持措施设计图、水行政主管部门对项目的历次监督检查资料等。开展大藤峡水利枢纽工程设计资料的水土流失防治责任范围图、防治分区图等图件的空间化和图形化处理工作[8]，通过开展位置确定、配准特征点筛选、地理配准和矢量化等工作环节，获得具有空间地理坐标信息和属性信息的矢量图件，为判别项目扰动合规性提供依据。矢量文件Shapefile定义坐标系统“GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000”。设计资料矢量化流程见图2，大藤峡水利枢纽工程水土流失防治责任范围及分区矢量化结果见图3。

图2 设计资料矢量化流程Fig.2 Vectorization process of design resources

图3 大藤峡水利枢纽工程水土流失防治责任 范围及防治分区图矢量化Fig.3 Vectorization of soil and water loss prevention and control responsibility scope and prevention zone map of Datengxia Water Conservancy Project

2.2.2 遥感影像数据获取与处理 开展项目监管工作，需要及时获取多期、不同分辨率、不同数据源的遥感影像[9]，如：高分一号/二号、CBERS02C/04、资源三号01/02等；数据产品级别为1级(含RPC参数)或2级。大藤峡水利枢纽工程遥感影像信息源以高分一号为主，无人机影像采用大疆精灵4Pro无人机获取，参数如表1所示。

中、高分辨率影像及无人机影像处理流程主要包括辐射定标、大气校正、正射校正、影像融合、地理配准等，采用多光谱遥感影像真彩色融合增强技术、多期遥感影像变化检测技术、多源数据管理技术等关键遥感处理技术进行处理[10-11]，使得影像能够更好地展现生产建设项目扰动情况及措施实施情况，便于解译和水土保持专题信息提取，为后续工作奠定基础。

2.3 技术方法

2.3.1 高频次遥感普查 基于多期中分辨率遥感影像，高频次遥感普查可查清生产建设项目建设状态、扰动状态(定性)及合规性和扰动变化情况(图1)，初步了解项目建设情况，解决传统监管问询方式的主观、滞后等弊端。根据遥感普查结果，以及项目类型、历年监督检查情况等，确定项目监管的重点项目，并对重点项目进行高精度的遥感详查，同时也为确定年度现场监督检查项目清单提供坚实依据。

2.3.2 高精度遥感详查 高精度遥感详查使用高分辨率影像开展，是定量查明项目扰动面积及合规性、实施现状措施情况、取弃土场使用及防护等建设情况的基本手段(图1)，主要解决传统监管手段中不能全面定量掌握项目建设情况的弊端，实现了生产建设项目全覆盖监管。遥感详查同步筛选项目发生水土流失现象、存在水土流失隐患相关区域的重点部位，并进一步开展无人机现场调查，为明确现场监督检查重点、提高检查效率提供基础技术支撑。

2.3.3 无人机现场调查 无人机现场调查是在遥感普查和遥感详查监管结果基础上对可能造成水土流失的重点部位进行现场调查和分析[7]。无人机现场调查主要查清弃(取)土场建设情况及布设位置是否和设计相同；防护措施实施和进度情况；高陡边坡、道路边坡、措施边坡等是否存在水土流失现象、周边是否存在道路、厂房等敏感点；现场调查取证建设单位按照监督检查意见要求采取的重点部位整改措施或建设情况，汇总并分析检查意见落实程度，并探索当前建设仍然存在的水土流失隐患等(图1)。无人机现场调查成果可以辅助水行政主管部门深入了解生产建设项目建设过程中的违法违规行为，并为违法违规取证提供基础数据，同时无人机调查部位也是水行政主管部门现场监督检查关注的重点，能够提高监督检查的有效性和针对性。

表1 大藤峡水利枢纽工程遥感影像参数Tab.1 Remote sensing image parameters of Datengxia Water Conservancy Project

图4 大藤峡水利枢纽工程中分辨率遥感影像扰动解译结果及合规性判别Fig.4 Disturbance interpretation and compliance discrimination of medium resolution remote sensing image of the Datengxia Water Conservancy Project

3 结果与分析

大藤峡水利枢纽工程于2017和2018年分别采用首次监管和常规监管模式开展项目监管工作，主要采用了高频次遥感普查、高精度遥感详查、无人机现场调查、监管系统和移动信息采集手持端[7]等多种技术与设备集成现代化监管手段，全面掌握工程建设情况及动态变化情况，明确判别水行政主管部门需现场监督检查的重点部位，查明整改意见中水土保持措施落实情况及进度变化情况，实现了全覆盖、高频次、精细化、准实时的事中事后监管，提高工作效率和精准度，为深入履行水行政主管部门执法职责提供技术支撑。

3.1 高频次遥感普查结果

大藤峡水利枢纽工程应用2期中分辨率遥感影像数据开展遥感普查，时相分别为2017年1月和2017年8月(图4)。普查结果如下：1)建设状态：通过中分遥感影像水土保持信息提取，初步判别本项目处于土建高峰期，枢纽区已施工。2)扰动范围合规性：项目存在疑似超出防治责任范围扰动，分布在左岸枢纽工程区和右岸交通道路区的周边。3)扰动变化：对比2期影像解译结果，项目左右岸南部新增施工扰动，扰动范围变化逐期增加。

3.2 高精度遥感详查结果

首次监管模式应用2016年12月的高分辨率遥感影像，常规监管模式应用2018年2月的高分辨率遥感影像，2期高精度遥感详查监管结果(表2)如下：1)通过对高分辨率遥感影像水土保持信息提取与解译(图5)，2期监管解译的扰动面积分别为687.03和789.18 hm2，即扰动面积增加了102.15 hm2。2)根据技术规定中扰动范围图斑合规性判别条件，扰动范围与防治责任范围相比增加30%以上需补充或修改水土保持方案。本项目防治责任面积1 233.58 hm2，扰动面积小于防治责任面积，因此本项目不需要补充或修改水土保持方案。3)项目的水土保持措施体系(图6)在逐渐完善，工程量逐渐增加。4)项目已启用左岸弃渣场(图7)，布设位置与设计相同，未超出防治责任范围。2018年高分辨率影像显示弃渣场区域较2016年增加了挡土墙措施，落实了水土保持方案设计措施。5)根据监管结果、监督检查意见及重点关注的建设区域，选取了左岸弃渣场和左岸75万m3堆土平台作为无人机现场调查监管的重点部位。

表2 大藤峡水利枢纽工程高精度遥感详查监管结果Tab.2 Detailed regulatory results of high-precision remote sensing of the Datengxia Water Conservancy Project

图5 大藤峡水利枢纽工程高分辨率遥感影像扰动解译及合规性判别Fig.5 Disturbance interpretation and compliance discrimination of high resolution remote sensing image of the Datengxia Water Conservancy Project

图6 大藤峡水利枢纽工程水土保持措施高分辨率遥感影像解译Fig.6 Interpretation of high resolution remote sensing image of soil and water conservation measures in the Datengxia Water Conservancy Project

图7 大藤峡水利枢纽工程弃土场高分辨率遥感影像解译Fig.7 Interpretation of high resolution remote sensing image of soil disposal in the Datengxia Water Conservancy Project

3.3 无人机现场调查结果及整改意见落实情况

3.3.1 左岸弃渣场 2017年5月对本项目左岸弃渣场开展无人机现场调查(图8)。左岸弃渣场东侧布设了临时和永久排水沟，其他区域排水工程略滞后。渣场坡脚未发现拦挡措施，方案设计的挡土墙暂未实施。左岸弃渣场措施未能充分发挥水土保持防护效益，是现场监督检查重点区域。

图8 大藤峡水利枢纽工程左岸弃渣场无人机遥感影像解译Fig.8 Interpretation of drone remote sensing image of the Left Bank Slag Yard in Datengxia Water Conservancy Project

2017年水行政主管部门现场监督检查后提出了“左岸弃渣场优先实施削坡、排水(含渣场周边、渣体)、拦挡等措施，确保弃渣场稳定安全，并加强弃渣堆放管理”的建议。截至2018年3月，经现场调查和室内遥感解译，项目左岸弃渣场部分区域已完成削坡。弃渣场新增北侧排水沟和南侧临时排水沟。按设计要求，渣场西北侧新增挡土墙，整改意见已逐步落实。

图9 大藤峡水利枢纽工程75万m3堆土平台的无人机遥感影像解译Fig.9 Interpretation of drone remote sensing image of 750 000 m3 soil dump platform in the Datengxia Water Conservancy Project

3.3.2 左岸75万m3堆土平台 2017年5月现场调查发现左岸75万m3堆土平台(图9)排水措施、边坡防护及临时拦挡措施不完善，存在水土流失隐患，水土保持措施有待进一步加强。因此，左岸75万m3堆土平台是现场监督检查需重点关注的部位。

2017年水行政主管部门对左岸75万m3堆土平台提出了“及时采取拦挡、排水、绿化等措施进行防护”的整改建议。2018年3月现场调查及影像显示，左岸75万m3堆土平台已做坡面分级处理，边坡进行了绿化，坡脚布设了拦挡排水措施，整改意见已落实。

4 讨论

1)生产建设项目水土保持“天地一体化”项目监管技术体系包含首次监管和常规监管2种模式，2种模式下所采用的技术(高频次遥感普查、高精度遥感详查、无人机现场调查等)组合满足目前监督检查工作的全部需求。在监督检查工作中根据各生产建设项目监管的实际需求，灵活应用2种监管模式下的多项技术解决相应的监管需求，不拘泥于按项目监管技术体系中各个流程开展监管工作。

2)随着国家和水利部对生产建设项目的监管力度逐渐加强、频次逐渐增加、要求逐渐提高，新形势下的监管工作由区域监管和项目监管共同支撑。区域监管工作多年开展，查处力度增强，未批先建项目将越来越少，监管工作将更多侧重于加强事中事后监管，即采用项目监管技术体系查明批复项目建设过程中的违法违规行为，并逐渐发展成实时获取影像、实时监管项目、实时发现水土流失问题的项目监管模式。

3)“生产建设项目水土保持‘天地一体化’项目监管技术体系”已在珠江流域多个点型生产建设项目及防治责任范围精准矢量化的线型生产建设项目监管工作中应用，实践证明此技术体系应用成效显著。对于防治责任范围图示意性矢量化的线型生产建设项目，尤其是历史遗留的设计图件不规范的项目，不能明确项目扰动范围及区域，难以判别线型生产建设项目监管的全部重点部位，对于该类生产建设项目在监管工作中存有的应用难点，需在以后的工作实践中进一步完善。

5 结论

1)生产建设项目“天地一体化”项目监管技术体系主要由高频次遥感普查技术、高精度遥感详查技术、无人机现场调查技术、信息管理技术、监管系统和移动信息采集手持端等技术与设备组成，通过首次监管和常规监管2种模式开展，掌握项目建设状态、扰动面积及变化、水土保持措施体系建立情况、取弃土场使用及防护情况、现场检查重点部位、上期监督检查意见落实情况及本期现场监督检查的重点部位等。

与传统监管“人车相机”的监管方式相比，项目监管技术体系融合卫星遥感技术、无人机技术和信息管理技术，在现代信息科学技术应用上取得了重大进步，为水行政主管部门履行水土保持监督检查职责提供更详细、更精准的参考依据：①应用卫星遥感技术全面定性定量掌握项目建设、扰动、合规性等情况，完善传统方式中通过人工调查只了解项目局部情况的不足；②应用无人机技术详细掌握并取证项目水土流失隐患区域及存在问题，明确现场检查重点，提高了现场监督检查效率、精准度，完善监督检查意见提出的依据，解决了传统方式中盲目随机检查的问题；③应用信息管理技术、监管系统和移动信息采集手持端等技术与设备，动态跟踪、实时管理项目建设过程，实现历史资料存储和阅读、各级水行政主管部门资料分享和调取，补充了传统方式中信息化水平落后的短板。

2)大藤峡水利枢纽工程开展了首次监管和常规监管2种模式项目监管工作。首次监管中，通过高频次遥感普查初步判别项目处于土建高峰期，扰动范围变化逐期增加。高精度遥感详查工作首次监管和常规监管模式下各开展1期，扰动面积增加了102.15 hm2。项目水土保持措施体系在逐渐完善；已启用的左岸弃渣场布设位置与设计相同。无人机现场核查到项目已逐步落实水行政主管部门提出的左岸弃渣场和堆土平台具体水土保持措施整改意见。

通过项目监管技术体系，能够定性定量实现生产建设项目全覆盖、高频次、精细化、多级协同的全过程动态监管，珠江流域2017—2018年生产建设项目水土保持监管工作效率提高4倍，直接节约经济成本55%(根据定额标准及项目实施经费计算，定额编号：STBC-YFJD-07)。因此，采用项目监管技术体系开展生产建设项目水土保持监督管理工作，弥补传统监管方式的不足，增强了水行政主管部门监管力度，具有突出的技术效能和经济效益。