論凍融侵蝕區水土保持監測技術研究

李文影，歐陽力，鞠敏睿，李文超，劉建新，陳生永，葛文鋒

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

2015年，中共中央發布了《生態環境監測網絡建設方案》方案中提到，生態環境監測是生態環境保護的基礎，是生態文明建設的重要支撐。做好水土保持工作，能夠有效預防水土流失，從而達到保護、鞏固、改良水土資源的目的，更大程度上提高土地的生產力，促進經濟效益與社會效益的同步提升。做好水土保持工作一定程度上順應了國家對于建立良好生態環境的要求，但與此同時，我們需要通過不斷優化水土保持監測技術，了解導致水土流失現象出現的原因、明確水土流失情況的嚴重程度、掌握水土保持工作的開展成效，從而為后續的水土保持監測工作的開展提供有效的參考依據。凍融侵蝕區區水土保持工作的開展難度較大，但周邊區域的開發建設活動卻無法避免，在過去的很長一段時間中，由于水土保持監測工作技術的研究仍然存在著諸多不足，水土保持監測工作的開展仍然有著較大的進步空間。在下文中，我們具體對于凍融侵蝕區水土保持監測技術研究的必要性開展分析，希望能為防治水土流失工作的有序開展積累更加豐富的經驗[1-3]。

1 國內水土流失現狀分析

所謂水土流失，簡單來說就是指因為受到自然條件或人為因素的影響，每次降雨后產生的大量雨水未能被土壤所吸收，也未能沿著土壤順勢下流，造成了土壤和水分的同時流失。一般來說，水土流失主要與土地利用方式不合理、地面植被受到嚴重破壞、選用的耕作技術缺乏科學性、當地存在過度放牧情況、區域內的土質本身就較為松散、地面的坡度較大等原因有著直接的關系。一旦出現了水土流失情況，土壤中的肥力也會隨著水土而大量流失，不利于在區域內開展耕作，而流失的土壤可能會阻塞河流、水庫，導致水利工程應有的作用無法得到充分發揮，工農業生產水平降低，甚至誘發其他災害的出現。常見的水土流失情況主要可以分為水力侵蝕、重力侵蝕和風力侵蝕幾種類型。在過去的很長一段時間中，我國重視開展水土保持工作，通過加強對于水土流失的治理、控制人為破壞水土的行為，極大程度上遏制了水土流失的現象，增加了水土流失的治理面積。根據2020年有關部門對中國水土流失治理面積的調查研究，當年國內水土流失治理面積已經達到了143 122 khm2，相對于前一年增長了約4.22%。

凍土侵蝕主要是因為土壤或巖石裂縫中的水分因為不斷凍結，其體積明顯膨脹，裂縫越來越大，裂縫的數量越來越多，達到一定程度時，土壤或巖石就會出現碎裂情況，而隨著土壤的消融，其抗腐蝕性能明顯降低，受到重力的影響，極有可能會出現巖土順坡向下產生明顯位移的情況。相對于其他區域而言，凍融侵蝕區的水土保持難度較大，而不同于水力侵蝕、風力侵蝕等領域的要求，有關凍融侵蝕區水土保持的研究數量極其匱乏。只有不斷地加強水土保持監測技術的研究，才能夠避免水土流失問題的持續發酵，為經濟發展水平的進步和人民生活水平提高奠定更加堅實的環境基礎[4]。

2 凍融侵蝕區水土保持監測技術研究的必要性

2.1 強化水土保持監測技術

在新的時代背景下，國家、政府和人民都給予了生態文明發展足夠的關注與重視。在過去的很長一段時間，我們為了謀求更高的經濟效益、為了更好的助推社會進步，有時會選擇以犧牲生態環境為代價，獲得某一方面的收益。而與生態環境相關的事，從來沒有小事。一旦生態環境受損，即便短期內不會造成嚴重的后果，也會為長期的發展埋下隱患。在《生態環境監測網絡建設方案》中，明確規定，“生態環境監測是生態環境保護的基礎，是生態文明建設的重要支撐”，做好水土監測技術的研究工作，有助于建設起完備的生態環境監測體系，為后續生態環境監測工作的開展提供更加有力的數據支持。水土保持是加強生態文明建設的重中之重，更是促進經濟、社會同步發展的有力支撐，國內相應的水土保持部門必須要持續加強對于水土保持的監測管理，落實相應的考核與評估工作。尤其是對于凍融侵蝕區的水土保持而言，需要通過監測的方式，掌握水土保持任務的實施進度、明確水土防治工作的開展效果、合理控制水土保持工作的開展強度。凍融侵蝕區水土保持監測技術研究能夠使我們及時了解水土保持的情況，從而及時向有關部門作出反饋，以動態監測的方式時刻掌握水土監測的動向，從而明確下一階段水土保持工作開展的重點和難點[5-6]。

2.2 優化水土監測技術

隨著人們對于水土監測工作正式程度的不斷提升，如今，水土保持監測已經上升到了法律的高度，水土保持工作的開展離不開水土監測技術的輔助，只有科學合理的利用水土監測技術、不斷完善水土監測技術，才能夠為水土流失問題的治理、水土流失現象的預防監督、水土保持工作的規劃評價奠定更加堅實的基礎。國家已經制定了與水土保持工作相關的《中華人民共和國水土保持法》，這在無形當中為水土保持工作的開展和水土監測技術的研究指引了新的方向。我們要求國家、政府、社會公眾都能夠參與到水土保持工作開展的過程中，以水土流失的動態監測為水土保持監測的著手點，確定科學合理的水土保持工作目標，同時充分運用現代化的水土保持技術和水土保持監測技術優化監測手段、完善監測方案。凍融侵蝕區水土保持監測技術本身就存在著較大的空白區域，加強這一方面的技術研究，充分利用現代化的信息網絡技術，更有助于相關工作人員獲得精準可靠的監測數據，建立完備的水土保持大數據平臺，為后續水土保持工作的開展奠定更加堅實的基礎[7]。

2.3 國內水土保持工作的嚴峻的形勢

眾所周知，水土流失往往不僅是因為人為操作而導致的，同時也會受到自然因素的影響。某些地區的水土流失情況是無法避免的，凍融侵蝕區的水土流失就多半屬于自然現象。當地的地面坡度越陡峭，地表徑流的速度越快，就會對于土壤產生更加強大的沖刷力和侵蝕力。而隨著水土的不斷流失，在這一過程中，會聚集更多的地表徑流，產生的沖刷力和侵蝕力也越來越強。加之在自然條件下，難免會出現降水情況，一旦出現較為嚴重的降水，大量的水分滲透到土壤中，而殘余的水分則會變成地表徑流，加劇對于地表產生的沖刷力。凍融侵蝕區的地面組織成分較為特殊，質地松軟的土壤、存在著裂縫的巖石等都在無形中埋下了水土流失的隱患。加之，凍融侵蝕區本身不是與許多植被的生長，區域內已有的草木較為稀疏，水土的固結力不強，也會誘發水土流失情況。從某種程度上來看，盡管國家和政府投入了較多的時間和精力，并制定了相應的政策法規對于人為導致水土流失的行為予以了嚴格的約束，但自然原因導致的水土流失仍然是無法規避的，也就是說，即便目前的水土流失治理情況已經初具成效，但并不代表未來不會出現更加嚴重的水土流失情況。相關調查顯示，與世界上的許多國家相比，中國的水土流失情況都是極為嚴重的。而水土流失對環境發展、經濟發展甚至是社會建設而言，都會產生極為不利的影響。我們需要充分掌握水土流失情況，明確水土流失可能導致怎樣嚴重的后果，才能做出更好的決策[8-9]。

2.4 針對凍融侵蝕區水土保持監測技術的研究十分匱乏

根據上文中的分析，我們可以發現，導致水土流失問題的原因多種多樣，因此，水土流失現象也能劃分為多種不同的類型，后續的治理難度極大，有些區域存在的水土流失情況甚至是由于多種原因共同作用導致的。人們給予了水土流失工作足夠的重視，水土流失的動態監測水平越來越高。伴隨著城市化發展水平的逐步加快，各類生產建設工作的開展、自然界中強勁的風力、大量的降水都可能成為持續誘發水土流失問題的原因。就目前情況來看，針對水力侵蝕、風力侵蝕等水土保持監測技術的研究已經具備了較為堅實的理論基礎，技術人員可以根據獲得的監測數據了解水土侵蝕狀況，從而更好的為后續的生產和發展所服務。有關水土保持動態監測的技術規定并未完全覆蓋到凍融侵蝕區域當中，動態監測的流程日益完備，能夠在水力侵蝕的監測中了解土壤侵蝕的影響因子，包括土壤的可侵蝕性、土壤的侵蝕力、相關區域的地形坡度和地形長度、植物的覆蓋率等，從而了解區域的水土流失分布狀況；也能夠在風力侵蝕的監測中，掌握地表土的濕度、地表的平整程度、植被的覆蓋率以及不同風速等級的累計時間等，從而獲得相應的動態監測成果。國內有關重力侵蝕和凍融侵蝕的技術并非完全匱乏，但卻仍然有著較大的研究空間，監測的范圍較為狹窄，很多時候，凍融侵蝕區的水土保持監測不得不選擇借助水力侵蝕的監測方法或者風力侵蝕的監測方法，這無疑是不相適宜的。從長遠發展的角度上來看，凍融侵蝕區的開發建設工作仍在持續開展，我們急需探求更加完備的凍融侵蝕區水土保持監測技術，隨時隨地的掌握水土監測情況，為相關區域的開發和建設積累更加豐富的參考數據。

3 凍融侵蝕區水土保持監測技術研究的方向

3.1 遙感技術的應用

凍融侵蝕區的水土保持工作開展難度較大，很多時候，人們無法直接去到監測區域中捕捉監測數據。但隨著遙感技術的飛速發展，遙感影像的分辨率越來越高，即便是對于凍融侵蝕區的水土流失狀況，也可以運用遙感數據監測的方式了解區域內的地形、地貌情況，結合人工監測的方式提升水土保持監測的精準度和高效性。凍融侵蝕區水土保持監測技術的研究可以從合理的利用遙感監測技術著手，通過對所捕捉到的遙感影像進行深層處理，獲取與凍融侵蝕區水土保持監測相關的數據信息的支持，從而滿足動態監測的要求。遙感監測技術的優勢在于能夠在較短的時間內獲取大量的信息，并且不會過多的受到時間、空間的影響，但由于凍融侵蝕區的地址條件和氣候條件較為復雜，遙感圖像監測技術的應用可能會受到外界因素的干擾和影響，導致技術人員獲取到的圖像不夠清晰、不夠精準，并且遙感圖像監測技術的應用成本相對較高，對技術人員的專業能力素養也有著較高的要求。

3.2 三維激光掃描技術的應用

相對于遙感技術而言，三維激光掃描技術的自動化水平更高、息獲取的精準性更強，只需利用較短的時間就能夠獲取到充足的三維數據，并結合實際需求進行模型重構，以便獲取到更加可靠、精準、全面的監測數據。將三維激光掃描技術應用于凍融侵蝕區的水土保持監測領域中，能夠產生較好的應用效果，因為這種技術的采樣精度較高、采樣分辨率較高、采樣速率較快，更有助于及時獲取水土流失信息，提升水土流失計量的精度。三維激光掃描技術同時也存在著不適合被應用于凍融侵蝕區水土保持監測技術領域的弊端，例如雖然能夠獲取到大量的信息，但數據信息的處理難度極大，在這一過程中會消耗大量的資金，而且三維激光掃描數據會較多地受到噪點的影響，可能會降低數據信息的有效性。

3.3 無人機低空遙感技術的應用

凍融侵蝕區水土保持監測技術的研究可以更多地借助無人機低空遙感技術的支持。技術人員可以借助無人機拍攝相應的影像數據，數據信息在經過處理后能夠反饋出凍融侵蝕區的水土流失防治情況。與衛星遙感技術相比，無人機低空遙感技術的時效性和靈活性更強，能夠較大程度上反饋出區域內的水土流失狀況和區域內的水土保持水平，幫助技術人員觀測到水土保持的類型、數量、面積。但與此同時，凍融侵蝕區的水土保持監測如果需要運用無人機低空遙感技術，還需要明確這種技術類型的缺陷。例如無人機監測技術的垂直精度較低，后續處理監測信息和影像信息的難度較大，且其運行會受到自然天氣狀況的影響，在雨水天氣無法使用無人機進行水土流失監測，并且還需要投入大量的資金作為支持。

除此之外，我們還可以選擇將無人機監測技術與三維激光掃描技術進行有機結合，為凍融侵蝕區水土保持監測工作的開展提供雙重技術保障。如今，無人機監測技術水平迅速提高，為了滿足其在不同領域中的應用需求，許多專業人員選擇將無人機監測技術與其他傳感器技術進行有機融合，三維激光掃描儀就是一個不錯的選擇。三維激光掃描儀與無人機緊密合作，能夠快速精準的獲取地面上的三維坐標，拍攝有價值的影像數據，測算出監測區域內的水土流失量。

4 總 結

水土保持始終是生態文明建設領域中極為重要的一項內容，做好水土保持監測工作，有助于我們了解土壤情況，避免水土流失問題的持續惡化。結合現實情況來看，目前已有的水力侵蝕監測技術和風力侵蝕監測技術已經較為完備，基本能夠滿足開展動態監測的需求，反觀凍融侵蝕區水土保持監測技術，仍然存在著較大的進步空間。大力促進凍融侵蝕區水土保持監測技術的研究，順應了新時代發展對于強化水土保持監測技術的要求，滿足了國家和政府對于水土保持工作的開展要求，有助于應對國內水土保持工作開展的嚴峻形勢，也有助于填補凍融侵蝕區水土保持監測技術研究的空白。針對凍融侵蝕區水土保持監測技術的研究應當持續開展，相關部門應當不斷優化自身的水土保持監測法律意識，建立更加完備的水土保持監測體系，提高所獲取到的水土監測數據的利用率，同時積極主動地將新的技術和新的方法應用于凍融侵蝕區水土保持監測領域當中。文章還對于未來凍融侵蝕區水土保持監測技術的研究提出了幾方面的建議，例如將遙感技術、三維激光掃描技術、無人機低空遙感技術等應用于凍融侵蝕區水土保持監測工作中，不斷完善水土流失監測方法，使水土保持工作能夠產生更加顯著的環保效益、社會效益和經濟效益。