甘肅重大生態工程水土保持監測技術研究

周建海，羅進選

甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730020

一、項目研究背景

甘肅地處黃土高原、蒙古高原、青藏高原交匯地帶，地域呈西北—東南延伸的狹長帶狀，土地總面積為42.58萬km2，分屬黃河、長江、內陸河三大流域。

甘肅省自然條件復雜，水土流失面積大、強度高，生態環境脆弱。根據不同區域的特征，因地制宜，布設水土保持生態工程是近年來甘肅生態環境治理的重大舉措。南部區域降水量大，植被種類多、覆蓋度高，是生態保護的重點區域；北部區域降水量小，植被種類少、蓋度低，是生態治理的重點區域。

20世紀后期，甘肅開展了小流域治理、水土保持綜合治理、國家水土保持重點工程、退耕還林（草）工程、淤地壩建設和坡耕地整治等一系列生態工程，對控制水土流失、改善生態環境起到了良好作用。如何定量評價全省重大生態工程的生態成效，為甘肅省黃河流域治理保護水土保持專項規劃提供參考，水土保持監測技術研究具有十分重要的意義。

二、總體研究思路

為全面掌握甘肅省生態環境狀況的動態變化，2016年開始，甘肅省水土保持科學研究所組織開展了“甘肅重大生態工程水土保持監測技術研究”。課題組以遙感影像解譯、甘肅社會經濟年鑒、重大生態工程設計及竣工驗收資料等為基礎，以水土流失狀況、水土流失因子、水土流失危害、水土保持效益等分類分級指標為對象，利用統計分析方法（包括DPSIR概念框架、TOPSIS熵權法、向量自回歸模型和結構方程等），對植被覆蓋度、水土流失面積和生態效益變化等進行綜合分析與評估，提出甘肅省水土保持生態工程劃分及分類，總結重大水土保持生態工程監測技術，構建重大水土保持生態工程監測指標體系，初步評估重大水土保持生態工程效益。

三、主要成果

（一）甘肅省重大水土保持工程界定

課題通過對甘肅省88個縣級行政單元2012年—2018年以來實施的水土保持生態工程進行統計、整理和分析，提出了甘肅省重大水土保持工程界定的7項指標。

（二）重大水土保持生態工程監測分析

對甘肅省7類重大水土保持生態工程監測內容、方法、時段、頻次及監測成果進行分析，肯定了其優點，并對不足之處提出了改進意見和建議。

圖1 課題研究技術路線總體框圖

（三）總結水土保持生態工程監理和監測異同性

通過對水土保持生態監理、監測進行同異性分析，水土保持監理及監測在工作范圍、頻次及重點上不具有相近性，工作對象、執行標準、目標、方法、任務及主要作用上差異性較大。水土保持生態建設工程監理是對工程建設的質量、進度和投資進行過程控制，最終達到預期建設目標。

（四）優化水土保持生態工程監測指標

通過4年的研究，將重大水土保持工程監測指標劃分為6類3級。6類分別為水土流失因子指標，水土流失狀況指標，水土流失危害指標，水土保持措施指標，水土保持效益指標和專項指標。一級指標19種，二級指標67種，三級指標274種，并對各類各級監測指標進行優化篩選。

（五）應用推廣情況

通過三級指標體系既可以分析比較和判別評價水土保持環境背景的差別和變異、水土流失與危害的狀態發展態勢、水土保持進展與區域過程、水土保持效果的數量和質量，又能掌握生態修復、重點治理及城市水土保持的重大事件動態，還能還原模擬預測水土保持的發展變化，為宏觀調控、方案制定及預報提供依據，成為社會公共知識和政府決策，實施水土保持的基本工具。

四、存在的問題及改進建議

本次研究過程中由于時間、經費、人員構成等各方面的限制，重大生態工程水土保持監測指標的設計仍不夠全面，對于監測指標的歸納總結還有不足，各項監測指標的定義、目的、方法、模型及數據格式、精度要求方面還不夠完善。通過本項目的研究，在生態建設水土保持監測方面還有以下建議：

（一）實現監測數據的實時傳輸、統計和可視化、模型化

大數據及人工智能技術的應用能使監測結果、水土流失動態變化更為精確，也可節約大量的后期分析工作和成本，這些新技術在生態項目水土保持監測中的應用需要進一步的試驗和研究。

（二）提升現有監測數據的準確度、精度

智能硬件、各類傳感器、激光技術的發展日新月異，能夠替代現有的監測設施和設備，并且能夠使現有監測數據的準確度、精度大幅度提升。

（三）遙感監測方面的改進

遙感監測方面，隨著不同波段的衛星影像、無人機結合各類傳感器的監測、遠距離手持或車載超聲波、激光測量設備的發展，相關監測方法、計算方法及模型尚需進一步的研究。