胡 紅

（海河水利委員會海河流域水土保持監(jiān)測中心站，天津 300170）

西南山區(qū)地形起伏較大，地勢陡峻，地質(zhì)地貌條件復(fù)雜多樣，雨量豐沛，水系發(fā)育，崩坡積體較多，區(qū)內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)活動易對地表產(chǎn)生較大影響；線狀生產(chǎn)建設(shè)項目線路長，跨越區(qū)域多，導(dǎo)致水土流失的因素多[1]，因此開展西南山區(qū)線狀生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測難度大、要求高。本文以新建鐵路重慶至萬州客運(yùn)專線（以下簡稱渝萬鐵路）為例，結(jié)合工程實際對水土保持監(jiān)測分區(qū)、內(nèi)容、方法和結(jié)果等進(jìn)行了探討，重點介紹了低空無人機(jī)遙感技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)和激光三維掃描儀等高新技術(shù)手段，為西南山區(qū)同類項目水土保持監(jiān)測提供參考和依據(jù)。

1 項目概況

渝萬鐵路建設(shè)區(qū)位于重慶市境內(nèi)，項目區(qū)屬于西南土石山區(qū)，線路起于渝北區(qū)重慶北站，向東北經(jīng)江北區(qū)、長壽區(qū)、墊江縣、梁平區(qū)，至終點萬州區(qū)萬州北站。渝萬鐵路為新建鐵路客運(yùn)專線項目，總投資273.83 億元，正線全長247.407 km，全線建設(shè)7座車站，分別為長壽湖站、墊江站、梁平南站、萬州北站、重慶北站、復(fù)盛站、長壽北站；全線共設(shè)橋梁236座，長117.464 km，占線路總長的47.5%；全線隧道共57座，長58.675 km，占線路總長23.7%；橋隧比71.2%。

沿線氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，雨量豐沛，年均降雨量1 063 mm，年均氣溫17℃左右。項目區(qū)屬于長江流域，水系較發(fā)育，跨越的主要河流有御臨河、龍溪河、高灘河、苧溪河，土壤主要是黃壤、黃棕壤、紫色土、沖積土等，植被屬亞熱帶濕潤常綠闊葉林。沿線區(qū)域水土流失以中度水力侵蝕為主，土壤侵蝕背景值3 400 t/（km2·a），容許土壤流失量500 t/（km2·a）。

2 監(jiān)測分區(qū)及布點

本工程劃分為7 個水土流失防治分區(qū)，即路基工程區(qū)、橋梁工程區(qū)、隧道工程區(qū)、站場工程區(qū)、棄渣場區(qū)、施工便道區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)。監(jiān)測分區(qū)按水土流失防治分區(qū)劃分。批復(fù)的水土保持方案布設(shè)8個監(jiān)測點，實際監(jiān)測時在此基礎(chǔ)上又增加4 個監(jiān)測點，共計12個監(jiān)測點，詳見表1。

表1 監(jiān)測分區(qū)和監(jiān)測點位

3 監(jiān)測內(nèi)容、方法和頻次

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

（1）項目區(qū)水土保持生態(tài)環(huán)境變化情況，包括原地貌土地利用、建設(shè)項目擾動土地面積及防治責(zé)任范圍、植被占壓情況、取土（石、料）棄土（石、渣）動態(tài)監(jiān)測。

（2）項目區(qū)水土流失情況，包括水土流失面積、土壤侵蝕強(qiáng)度及水土流失量、對下游和周邊地區(qū)造成的危害及其發(fā)展趨勢監(jiān)測。

（3）水土保持措施防治效果，包括水土保持工程措施、植物措施和臨時措施監(jiān)測。其中，水土保持工程措施和臨時措施監(jiān)測包括實施數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性、完好率和運(yùn)行情況以及攔渣保土效果，水土保持植物措施監(jiān)測包括不同階段的林草種植面積、成活率、生長情況及覆蓋度和擾動地表林草自然恢復(fù)情況等[2]。

3.2 監(jiān)測方法

針對本工程特點，除了傳統(tǒng)的調(diào)查監(jiān)測和實地量測等方法，監(jiān)測中還采用了高分辨率衛(wèi)星遙感監(jiān)測、低空無人機(jī)遙感監(jiān)測和三維激光掃描儀監(jiān)測等高新技術(shù)監(jiān)測手段。

3.2.1 高分辨率衛(wèi)星遙感監(jiān)測

根據(jù)工程施工情況，分別獲取項目區(qū)施工過程前（2012年）、施工過程中（2013—2015年）和水土保持設(shè)施運(yùn)行初期（2016 年）不同時段遙感影像各1期，分辨率達(dá)到米級。

對項目實施整個過程的遙感影像進(jìn)行處理，得到項目監(jiān)測期的各項數(shù)據(jù)，通過對比分析，計算各類監(jiān)測指標(biāo)，得到水土保持動態(tài)監(jiān)測結(jié)果。

監(jiān)測對象為防治責(zé)任范圍內(nèi)各分區(qū)，成果數(shù)據(jù)包括各分區(qū)遙感影像、防治責(zé)任范圍、位置、擾動面積、措施數(shù)量等。

3.2.2 低空無人機(jī)遙感監(jiān)測

對項目實施過程中和實施完成的航拍影像進(jìn)行處理，得到項目監(jiān)測期的各項數(shù)據(jù)，通過對比分析，得到水土保持動態(tài)監(jiān)測結(jié)果。如，棄渣場通過控制點進(jìn)行空間插值獲得數(shù)字高程模型，通過與原地形對比分析，獲取棄渣量。

低空無人機(jī)遙感監(jiān)測影像精度要求一般控制在0.5 m以下。監(jiān)測對象為路基工程區(qū)、棄渣區(qū)、取土區(qū)、施工營地、施工場地等重點區(qū)域。成果數(shù)據(jù)包括重點區(qū)航拍影像、長度、面積、數(shù)量、棄渣方量等專題圖。

無人機(jī)遙感監(jiān)測示意，如圖1所示。

圖1 無人機(jī)遙感監(jiān)測示意

3.2.3 三維激光掃描儀監(jiān)測

采用兩期三維激光掃描儀數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)軟件進(jìn)行全彩點云數(shù)據(jù)處理、三維實體模型分析以及三維實體點云疊加處理，得出擾動面積、侵蝕量等數(shù)據(jù)。

監(jiān)測對象為路基工程區(qū)、典型開挖邊坡和棄渣場區(qū)典型棄土、棄渣邊坡等重點部位。成果數(shù)據(jù)包括典型坡面影像圖、三維模型、水土流失量和土壤侵蝕模數(shù)。

三維激光掃描儀監(jiān)測示意，如圖2所示。

圖2 三維激光掃描儀監(jiān)測示意

3.3 監(jiān)測頻次

監(jiān)測單位嚴(yán)格按照《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測規(guī)程（試行）》（2015年6月）要求對渝萬鐵路進(jìn)行駐點監(jiān)測，選擇交通便利、離建設(shè)單位和項目區(qū)較近的重慶市渝北區(qū)設(shè)立項目部，便于設(shè)備、檔案的存儲管理，保證監(jiān)測頻次。一般部位每月監(jiān)測1 次，重點部位10～15 d監(jiān)測1次，遇到特殊災(zāi)害性天氣隨時加測[3]。

棄渣場防治區(qū)作為項目重點監(jiān)測對象，每月利用無人機(jī)航拍監(jiān)測，做到數(shù)量和防治措施全覆蓋，實現(xiàn)了棄渣場防治區(qū)的及時動態(tài)監(jiān)測。

4 監(jiān)測結(jié)果

4.1 水土保持措施監(jiān)測結(jié)果

項目建設(shè)過程中各防治分區(qū)均布設(shè)了相應(yīng)的工程、植物及臨時措施。其中，工程措施方面共實施混凝土排水溝194 849 m3，混凝土框架護(hù)坡310 339 m3等；植物措施方面共實施噴混植生169 760 m2，撒播草籽255.34 hm2等；臨時措施方面共實施編織袋擋護(hù)56 380 m3，土工布55 436 m2等?？傮w來看，工程各區(qū)域?qū)嵤┑乃帘３执胧w系完善、布設(shè)合理，具體措施情況詳見表2。

表2 水土保持措施工程量監(jiān)測成果

4.2 水土流失量監(jiān)測結(jié)果

本工程地表擾動主要是項目建設(shè)區(qū)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，項目區(qū)產(chǎn)生土壤侵蝕量169 486 t，其中工程施工期產(chǎn)生土壤侵蝕量159 135 t，主要為棄渣場區(qū)，土壤侵蝕量43 095 t；試運(yùn)行期產(chǎn)生土壤侵蝕量10 351 t，重點為路基工程區(qū)，土壤侵蝕量2 554 t，具體結(jié)果詳見表3。

4.3 水土流失防治效果監(jiān)測

渝萬鐵路工程占地面積1 261.5 hm2，造成水土流失總面積1 081.65 hm2，水土流失治理面積1 051.7 hm2。其中，水土保持工程措施面積569.47 hm2，水土保持植物措施面積482.23 hm2；擾動土地整治率97.63%，水土流失總治理度97.23%，攔渣率100%，土壤流失控制比1.04，林草植被恢復(fù)率99.30%，林草覆蓋率35.43%。工程水土保持措施運(yùn)行良好，各項指標(biāo)均達(dá)到了水土保持方案確定的水土流失防治目標(biāo)，效果良好。

4.4 監(jiān)測結(jié)論

工程建設(shè)期間，對建設(shè)區(qū)進(jìn)行了大面積地表擾動，損壞了原地貌，占壓了土地，加劇了人為水土流失。建設(shè)單位逐步落實各項水土保持措施，對水土流失防治區(qū)內(nèi)的水土流失進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的整治。監(jiān)測結(jié)果顯示，建設(shè)單位完成了水土保持方案規(guī)定的各項防治任務(wù)，工程各類開挖面、臨時堆土、施工場地等得到及時整治，各項措施水土保持效果逐漸發(fā)揮，水土流失得到有效控制，生態(tài)環(huán)境得到維護(hù)和改善。

5 思考與討論

（1）西南山區(qū)線狀工程項目具有擾動面積大、周期長等特點，監(jiān)測難度大、要求高，傳統(tǒng)水土保持監(jiān)測技術(shù)手段無法滿足新時期生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測需要，應(yīng)加大低空無人機(jī)遙感監(jiān)測、高分辨率衛(wèi)星遙感監(jiān)測和三維激光掃描儀監(jiān)測等高新技術(shù)應(yīng)用，及時、準(zhǔn)確、全面、客觀地反映建設(shè)過程中的水土流失和水土保持情況。

表3 工程土壤侵蝕量統(tǒng)計 t

（2）西南山區(qū)地勢起伏大、雨水多，尤其是夏季暴雨頻繁，容易產(chǎn)生滑坡，造成水土流失突發(fā)災(zāi)害，為更好實施水土流失應(yīng)急監(jiān)測，應(yīng)根據(jù)工程情況適當(dāng)加密監(jiān)測站點并嚴(yán)格落實水土保持駐點監(jiān)測制度，及時掌握水土流失災(zāi)害發(fā)生發(fā)展情況，為水土流失防治提供有效支撐。

（3）工程建設(shè)周期長，高峰期集中，按照相關(guān)規(guī)定開展的季報和年報無法及時反映水土流失和水土保持措施落實情況，建議對類似項目實行水土保持監(jiān)測簡報制度，增加監(jiān)測報告頻次，準(zhǔn)確及時地反映水土流失和水土保持措施等情況，并提出專業(yè)的水土保持意見和建議。