GIS技術在金沙江巴塘水電站水土保持監測工作中的應用

王 蘋， 田 應 輝， 闞 思 蒙， 李 寧

(1.長江水利委員會長江流域水土保持監測中心站，湖北 武漢 430010；2.華電金沙江上游水電開發有限公司巴塘分公司，四川 成都 610041)

1 概 述

巴塘水電站是金沙江上游河段推薦13級梯級電站開發中的第9級電站，水庫具有日調節能力。水電站控制集水面積17.64萬km2，多年平均流量853 m3/s，總庫容1.55億m3，裝機容量750 MW，多年平均發電量33.93億kWh。

巴塘水電站屬于高原峽谷型水電項目，是“十三五”中央支持西藏經濟發展的重大項目，位于金沙江上游及三江并流的國家級水土流失重點預防區，對于水土流失防治標準要求為一級。因此，開展好水電站日常水土保持監測工作，提高監測工作能力和效率，能有效地降低高原區人為水土流失量，為積極踐行綠色金上發展理念提供有力保障。

傳統的水土保持野外調查方式費時費力，勞動強度大，定位精度低且質量保障度不高。GIS技術具有覆蓋面廣、時效性強、分辨率高等優勢[1]，結合高原峽谷型項目規模大、持續時間長、強度高等[2]施工特征，應用GIS技術，可以有效地提升水土保持監測的信息化水平和降低監測成本，提高監測數據綜合分析的準確性、時效性。

巴塘水電站工程區崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地質現象較為發育，涉及到高陡邊坡作業，現場監測工作存在施工擾動面點多面廣、人員安全風險高、監測時效性低等現實問題，本課題通過GIS遙感技術在日常監測過程中的試點運用，提高項目區水土保持監測工作效率，實現信息化監管全覆蓋。

2 項目監測指標

水土保持監測工作的主要方法有資料分析、實地測量、地點地面觀測、遙感監測等[3]方法，上述方法中監測對象都有各自的側重點，每種方法不獨立運用于單項水土保持監測工程，要依據項目監測特點，有機地對各項監測指標進行組合使用，共同完成水土保持監測工作。

水土保持監測內容由 1 個目標層、6 個控制層、19 個要素和 56 個指標構成，基本上覆蓋了項目水土流失及水土保持的全過程，反映了水土流失狀況和水土保持效果。水土保持監測指標見表1。

表1 巴塘水電站項目水土保持監測指標

3 巴塘電站地形特點及監測難度

巴塘電站兩岸地形總體完整性較差，山高、谷深、坡陡，山體三面臨空，河谷以“V”字型為主，自然平均坡度 35°～55°，河段地形切割和巖石風化強烈，雨季分明，具備泥石流發育的地形和氣候條件。電站建設周期長達6年，水土保持監測工作的開展面臨一定的困難。

3.1 施工擾動面大 監測周期長

施工期間擾動原地貌、損壞土地和植被面積將近353.93 hm2，其中樞紐工程區近111 hm2，棄渣場區近96.68 hm2，交通道路區94.77 hm2，擾動范圍大，現場監測周期長，監測數據的時效性得不到保障。

3.2 監測點多面廣 監測時效性低

巴塘水電站現場施工作業面點多面廣，且存在作業面多集中在高陡邊坡區域、作業場地受限、作業條件差，若依靠常規人工監測，存在外業工作周期長，監測數據精度不高、數據成果時效低等問題，無法客觀地反映項目區水土流失現狀。

4 水土保持監測的實施

4.1 駐點監測

巴塘水電站水土保持監測采用駐點監測方式。為此，專門成立水土保持監測項目部，明確遙感影像信息化工作質量標準，制定了《駐地監測項目部員工工作管理規定》《水土保持監測項目部創建青年文明號》等管理制度，對監測工作的開展提出整體要求，制定員工日常作息和工作制度，明確監測人員的崗位職責，為項目的駐點監測打下了堅實的基礎。

4.2 GIS技術運用

以高分2號遙感衛星影像及DEM數據為主要數據源，針對巴塘水電站自然地形條件差異大，施工擾動面大，水資源時空動態變化顯著、植被種類及分布較單一等特點，通過解譯數據分析，獲得監測區域在施工前項目區域內的土地利用類型、植被分布、地面坡度、地形地貌、土石方量及土壤侵蝕的分布、面積和空間特性數據[4]。

通過野外調查，搭建矢量圖層，建立項目區水土流失數據庫，便于快速方便地查詢、檢索、分析、顯示全區域任意區域的任何數據層，實現實時全方位監測項目施工區的水土流失、土石方量和水土保持措施落實情況。監測技術路線見圖1。

圖1 巴塘遙感影像監測技術路線圖

4.2.1 建立水土保持監測數據庫

通過解譯，在計算機上生成土地擾動范圍、水土保持措施、監測小區、植被覆蓋、土壤侵蝕強度、DEM等專題矢量圖層，建立巴塘項目水土保持監測數據庫。

4.2.2 快速獲取數據層信息

將含有地理坐標的數據層輸入ARC/INFO模塊后，進行監測區域的空間關聯疊加，快捷查詢、檢索、分析監測區域內不同月度、季度、年度時間范圍內的施工擾動范圍、棄土棄渣量、表土堆存及植被恢復、土壤侵蝕強度等數據層信息。

4.2.3 精確、便捷出圖

GIS監測成果出圖具有方便靈活的要素編輯修飾、自制符號庫、地圖標注樣式多樣、符號優先級設置，交互制作體驗好等優勢，相比PS、CAD，coreldraw等軟件制圖更加快捷，內容層次分明，圖面清晰易讀。

5 水土保持監測效果

5.1 創建水土保持監測數據庫

在野外調查的基礎上，建立解譯標志，并結合巴塘現場施工特點，建立起各數據層拓撲關系[5]，形成一個集監測、分析、處理為一體的GIS數據庫，動態反應水土保持實施情況。數據庫中的數據主要包括施工區擾動范圍、坡度、流失類型、土地利用、植被覆蓋、水土保持措施、各侵蝕單元面積的屬性。

巴塘水電項目水土保護監測共創建數據庫2個(36.5 G)，包含2017年9月2.6G本底數據庫1個，2018～2019年33.9G監測數據庫1個。巴塘項目監測數據庫信息統計見表2。

表2 巴塘項目監測數據庫信息統計

5.2 用GIS監測技術獲取影象成果圖

通過解譯成果及實地量測，校正后精確計算水土保持面積、擾動地表面積、侵蝕單元模數、植被覆蓋度等參數，同時形成水土保持監測數據成果見表3。

表3 巴塘水土保持監測數據成果

運用GIS遙感技術獲取水土保持措施實施項目區影像成果圖，有效地推進了巴塘“三通一平”及截流驗收，提高了驗收評估報告的標準與可靠性。

5.3 監測效果

5.3.1 用GIS監測技術補齊“自然災害”的數據缺失

巴塘水電站水土保持監測采取了GIS技術手段，減少了人員現場監測的工作量。特別是在受2018年“白格堰塞湖”自然災害后，巴塘電站場內道路沖毀，監測人員無法到達現場開展監測工作。為此，通過應用GIS技術進行監測，獲取了棄渣場、交通道路區等重點區域的擾動地形、面積、水毀地形、植被覆蓋、工程措施等指標基礎數據，掌握了水毀后水土監測第一手資料，為災后水土保持設施修復提供了準確的基礎數據。

5.3.2 經濟效益明顯

根據遙感影像解譯成果，較精確地獲取巴塘電站項目施工實時擾動面積，為華電金上公司依法依規足額繳納水土保持補償費提供了準確的數據。2018～2019年度繳納水土保持補償費106.53萬元。影像測量核減施工區域擾動面積10 048 m2，少繳納水土保持補償費2.01萬元。補償費繳納統計見表4。

表4 巴塘項目水土保持補償費繳納統計

6 建 議

(1)GIS遙感影像解譯時，要做好控制點坐標的預處理，關鍵的GPS測量控制點位要現場核對準確，盡可能在時間、空間分辨率要求方面滿足規范要求，現場獲取的遙感影像數據需與原項目區域的遙感影像資料充分對比分析[6]，建立起完善的水土流失監測GIS數據庫或圖片庫，這樣就可以提高監測成果的準確性和時效性。

(2)金沙江上游所開發的水電站位于川藏交界段，項目工程施工區域政治性較敏感，因此，在應用無人機和GIS遙感技術時，要及時與相關管理部門溝通聯系，辦理許可手續。對于禁飛區域段的水土保持監測工作，要及時輔助采取測釬觀測小區、侵蝕溝測量等人工觀測，以便進一步修訂水土流失等監測數據。

(3)采用無人機輔助遙感解譯數據時，要充分考慮不同季節的云層、云量和風力差異化特點，做好飛行規劃方案和數據采集的把控，根據現場地勢因地制宜構建地形地貌三維可視化。金沙江巴塘、拉哇段風力一般每年6～9月份下午時段都能達到5級以上，不適合航拍飛行，每日上午6～11點為最佳飛行時段。

(4)高原峽谷水電項目嚴格控制邊坡開挖面，控制人為擾動范圍。加強對高陡邊坡開挖的現場監測，嚴格控制開挖面，加強多種爆破技術合理聯用，并采取分層開挖、分層穩定和坡腳預加固技術，合理利用坡面沖溝布設溜渣平臺[7]，降低坡面掛渣量，防止石渣下江。

7 結 語

通過構建有針對性的水土保持監測指標體系，利用GIS遙感影像解譯技術開展項目信息化監測管理，以此來彌補高原峽谷傳統監測方式時效性低，點多面廣工作量大等不足。GIS技術的運用，準確的獲取了水土保持擾動范圍、侵蝕強度、植被覆蓋度等相應的關鍵監測指標，有效地提高了巴塘水電站水土保持監測的時效性，較客觀的反映了水土保持監測動態變化過程。水土保持各項監測指標GIS數據庫的搭建，為監測工作的實時查詢、統計應用、總結分析提供了可靠的基礎數據，通過數據的專業化處理，充分發揮了監測數據的共享度和增值度，能夠更好的服務于建設方創造工程經濟價值，在一定程度實現了水土保持監測工作數字化轉型服務。

同時，GIS技術在巴塘電站水土保持監測中的成功應用，也為金沙江高原峽谷類型水電項目水土保持監測提供了技術創新監測經驗模式，為創建“綠色金上”精品工程打下堅實的基礎，也為各級水土保持監督檢查提供了重要遙感影像和技術數據資料。