代表作2-RS和GIS技术在开发建设项目水土保持方案编制中的应用探讨

RS和GIS技术在开发建设项目水土保持方案编制中的应用探讨罗志东1史明昌1李智广2曾红娟1寇许3（1、北京林业大学资源与环境学院，北京1000832、水利部水土保持监测中心，北京1000543、北京华宇工程有限公司，北京100083）[关键词]遥感地理信息系统水土保持方案[摘要]结合遥感和地理信息系统应用于陕西银河冯家塔煤矿水土保持方案的编制，将遥感和地理信息系统应用于水土保持方案编制的优势、可行性、应用的内容和需要注意的问题进行探讨论述，以期能够更好的将遥感和地理信息系统技术引入到水土保持方案编制中，提高水土保持方案编制的质量和速度，增强水土方案编制单位的市场竞争力。引言目前，水土保持方案编制已经在全国内开展起来，尤其是在山丘区水土保持方案编制率基本上达到100%，随着国家对水土保持工作的重视程度的加强，水土保持方案编制市场前景良好。同时由于方案编制单位的增多，方案编制市场化机制的加强，市场竞争变得更加强烈。如何在激烈的竞争中利用一些新技术提高效率，提高质量是许多编制单位较为关心的问题。遥感、地理信息系统以其特有的优势，已经在国土、林业、水利、环境等领域都有广阔的应用，而且一些应用技术也比较成熟。近年来这些技术在水土保持领域的应用研究也相对多起来，但在水土保持方案编制中的应用还很少，应用的相对还很浅。本文基于在开发建设项目水土保持方案编制中应用遥感和地理信息系统技术的实践经验，对此进行了一些应用探讨，以期能引起更多交流。13s技术在水土保持方案编制中的可行性关于遥感和地理信息系统技术是否适合在水土保持方案编制中应用一直是许多水土保持方案编制业内存在争议的问题。很多人对此争论的焦点主要在于开发建设项目区域相对较小，对于适用于大范围的卫星遥感技术和地理信息技术优势并不明显，费用高，同时对于一些习惯于CAD技术的设计单位来说，需要对新技术进行学习，难度较大。1.1在各种方案类型应用的可能性水土保持方案按照项目类型来分，可以分为点状工程、线状工程和面状工程三类。线状工程主要指公路、铁路、堤防、灌渠、天然气及输油管线等跨区域呈线状分布的开发建设项目，其特点是地域跨度大，地质地貌复杂，施工宽度小，战线长，扰动土地面积广。点状工程和面状工程都是指集中在某一区域范围内的开发建设项目，也常合成为称为点面工程。例如水利工程、矿山开采、电厂、工业厂房区、居住小区、港口码头、机场等。点面工程相对集中，占地面积少则数十亩，多则数百平方公里，两者的主要的区别主要在于面积的大小不同，没有严格的区分。对于线状工程和点状工程，如利用遥感，为满足要求，则需要高精度卫星遥感或航空遥感数据进行调查和措施规划，对此工程造价会相对较高；对于面积较小的点状工程利用遥感更没有必要性。对于范围相对较大的面状工程来说应用遥感和地理信息技术较为理想。1.2价格可行性由于开发建设项目工程本身占地不大，例如对于相对较大的水利项目和矿山开采项目来说，范围也就在数十至数百平方公里左右，再加上目前市场上遥感种类较多，在市场竞争中价格也相对较为便宜，成本相对不高。尤其是在一些建设项目主体工程已采用的，在水土保持方案编制中可通过协调有关部门，获取遥感和地理信息有关数据进行应用。1.3技术可行性近几年随着遥感和地理信息系统技术的发展，对于遥感的处理，地理信息系统技术的应用也变得更加简单，同时随着对遥感、地理信息系统技术的广泛应用，在许多行业中掌握此技术高级人才不断增加。另外在社会上相关技术培训班的不断增多，也为技术的应用提供了可能。23s技术在水土保持方案编制中的优势根据水土保持方案编制的内容、要求和特点，在方案编制过程中利用遥感技术和地理信息技术具有以下几方面的优势：（1）速度快捷；对于完成开发建设项目水土保持方案编制的基础资料调查工作，速度快；利用GIS的统计功能可快速完成基础调查数据和措施规划工程量的统计工作，效率较高。（2）准确度高遥感数据测距远，范围大，再加上GIS强大的分析处理工程，较人工量算可提高土地利用、植被、土壤和水土流失调查以及治理规划的数据精度。（3）效果突出遥感和GIS生成的各类专题图能使调查和规划结果具有直观性，增强水土保持方案编制的显示效果；（4）经济性好遥感的费用投入与所获取的效益，与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。在点状和线状工程经济优势体现的不明显，在面状工程中较为突出。（5）受地面条件限制少对于项目区防治责任范围大，海拔高，交通不便且区域基础资料匮乏等开发建设项目中，遥感技术和地理信息技术的优势更加明显，将会克服诸多不利因素，顺利完成方案编制工作。33s技术在水土保持方案编制中的具体应用开发建设项目水土保持方案内容较多，利用RS和GIS可完成的内容主要包括基础数据的调查统计、水土流失预测、水土保持治理措施布设和水土保持监测等。本文以陕西银河冯家塔煤矿方案编制为例进行说明。3.1项目区基本资料情况对工程建设区和直接影响区的植被状况、土壤状况、土地利用状况、水土流失状况（植被、坡度、土地利用推断出水土流失状况）等，采用遥感和地理信息系统进行调查，取得全面详实的调查数据，为工程建设水土保持措施方案提供决策依据。遥感调查结合GPS技术进行调查。（1）项目区位置和范围利用遥感数据或查阅有关工程设计资料，结合现场查勘，进行调查项目区位置和范围。并利用GIS软件制作平面位置图，在图中表明项目区的行政区划、行政注记、公路、铁路以及附近有关的河流、水库等自然状况信息，配合方案正文说明项目区的地理位置情况。例见图1。（2）项目区地形地貌通过遥感影象和地形图进行分析，调查项目区的地貌类型(山地、丘陵、高原、平原、风沙区等)，另外对地形图进行矢量化，利用GIS软件等高线插值等方法生成项目区数字等高模型（即DEM），进而分析项目区的地面坡度、坡长和沟道等地形情况。例见图2、3。图1项目区交通位置图图2项目区遥感影像图图3项目区数字高程模型图（3）土地利用状况利用遥感数据，结合自动解译、目视解译和野外调查相结合的方式（野外调查采取重点与一般相结合，以重点为主的方法进行调查），获取翔实的项目区土地利用信息，包括项目区土地利用分布图和土地利用统计表。例详见图4和表1。图4项目区土地利用现状图表1项目区土地利用现状统计表（3）地面物质组成调查查阅有关地质、土壤资料，了解项目区内不同地貌部位地面组成物质的种类(土壤、裸岩、明沙)和土壤类型、质地、土层厚度等，通过地理信息系统建库，制作项目区土壤类型分布图和土层厚度状况图等，并对土壤类型面积等数据进行快速统计。土地利用现状面积（km2）占项目区比例（%）工矿居民用地5.285.69经济林3.283.54草地28.9731.23农地22.9424.72落叶阔叶灌丛23.6925.53水域6.166.64未利用地2.462.65合计92.78100.00图5项目区土壤类型图表2项目区土壤类型统计表（4）植被状况利用遥感影像解译，通过查阅当地的植物志、农业区划、林业区划等资料，结合实地样方调查检验，得出项目区的植被类型和植被覆盖度等空间数据和属性数据，分别制作植被类型图和植被盖度图，并利用GIS统计功能对项目区植被类型和植被盖度数据进行统计，形成统计表，同时为水土流失预测提供翔实的依据。图6项目区植被盖度图表3项目区植被盖度统计表植被盖度分类面积（km2）占评价区比例（%）低覆盖度18.2319.65中覆盖度42.1745.45高覆盖度3.283.54水域6.166.64农业植被22.9424.72合计92.78100.00土壤类型面积（km2）比例（%）土类亚类黄绵土绵沙土42.9846.32红土红黄土19.0220.50淤土淤土6.356.84黑垆土黑垆土6.076.54草甸土草甸土2.923.15潮土湿潮土6.497.00紫色土石灰性紫色土2.953.18其他水域6.016.48合计92.78100.00图7项目区植被类型图表4项目区植被类型统计表（6）水土流失状况在前面得出项目区的土地利用、植被盖度和地形数据基础上，参照了《土壤侵蚀分类分级标准》中关于土壤侵蚀的分类分级的分类系统，利用GIS的分析工具并结合野外调查，分析项目区的土壤侵蚀强度状况，得到项目区水土流失现状图和水土流失现状统计表，为水土流失预测和水土保持防治措施布局提供直观而又详细的依据。详见图8和表6。土壤侵蚀分级指标见表5。地面坡度地类5~8°8~15°15~25°25~35°35°非耕地的林草覆盖度（%）60~75轻度45~60强度30~45中度强度极强度30强度极强度剧烈表5水力侵蚀强度分级指标图8项目区水土流失现状图表6项目区水土流失现状统计表土壤侵蚀分类面积（km2）占项目区比例（%）微度侵蚀6.356.84轻度侵蚀24.2226.10中度侵蚀21.0222.66强度侵蚀9.9910.77水域6.166.64非侵蚀地25.0426.99合计92.78100.00植被类型面积（km2）比例（%）干草原18.4919.92落叶阔叶灌丛23.6825.53草甸10.4911.31栽培植被26.2328.26水域6.166.64工矿居民用地5.285.69未利用地2.462.65合计92.791003.2辅助破坏水土保持设施、水土流失危害的调查预测；根据《开发建设项目水土保持方案技术规范》水土流失预测主要包括：扰动原地貌、损坏土地和植被的面积预测，弃土、弃石、弃渣量预测，损坏水土保持设施的面积和数量预测，可能造成水土流失的面积及流失总量预测，可能造成的水土流失危害预测等五个方面的内容。除弃土、弃石、弃渣量预测外，均可利用遥感和地理信息技术协助完成部分方案编制水土流失预测工作。（1）扰动原地貌、损坏土地和植被的面积预测。通过查阅开发建设项目的技术资料，将设计图纸导入GIS软件中与土地利用现状图、植被类型进行叠加分析，并结合实地查勘，完成对项目建设期、生产运行期开挖扰动地表、占压土地和损坏林草植被的面积分别进行预测。（2）损坏水土保持设施预测。利用前面调查清楚的土地利用现状、植被状况和水土保持工程措施，和工程扰动地表情况进行叠加分析，得出开发建设项目损坏水土保持设施的分布、面积和数量，并以分布图和附表形式列出。（3）可能造成的水土流失量预测。利用GIS有关分析和模型，在前面调查的基础上，预测调查建设项目对地面层、植被扰动情况，并了解废弃物的结构组成及其堆放位置和形式，分别对水蚀、风蚀进行预测。（4）可能造成水土流失危害的预测。通过遥感图和主体工程布局图，结合实地调查，分析预测水土流失对土地资源的破坏和影响，对项目区及周边生态环境的影响，对水土流失导致土地沙化、退化的可能性，对下游河道泥沙的增加，对下游防洪的影响等方面进行预测。3.3方便布设水土保持方案责任范围、措施的总体布置和分区单项措施的布设；（1）水土保持方案责任范围根据根据《开发建设项目水土保持方案技术规范》（SL204－98）规定，水土保持方案责任范围包括项目建设区和直接影响区。项目建设区是指开发建设单位的征地范围、租地范围和土地使用管辖范围，直接影响区是指项目建设区以外由于开发建设活动而造成的水土流失及其直接危害的范围。利用在项目区概况中确定的项目范围和工程设计图纸，通过现场查勘和调查研究，经与项目所在地县级以上水土保持监督管理机构协商后确定。利用GIS软件在项目区范围和位置中叠加主体工程设计布局图，在此基础上确定并标示出项目建设区和直接影响区。（2）水土保持方案措施的总体布置《开发建设项目水土保持方案技术规范》要求水土保持方案应根据建设项目区的地貌类型、建设时序、造成水土流失特点、项目主体工程布局、防治责任区不同等进行分区，根据水土流失防治的轻重缓急，确定防治重点，提出水土保持措施的总体布局。在水土保持方案责任范围图的基础上，利用GIS软件可直接进行措施总体的布局，并可快速对各项措施的面积和数量进行统计，得到措施工程量。（3）分区措施布局大型建设项目，根据防治分区，利用措施规划确定的措施，利用GIS软件实现各区采取的防治措施布局。对于单项治理措施设