晋陕蒙接壤地区是我国水土流失最严重的黄河粗泥沙的主要来源区，同时该地区为我国重要的能源化工基地，生产建设项目众多，人为水土流失严重，使得原本脆弱的生态环境雪上加霜，产生了较为突出的生态环境和社会问题。从大量人为水土流失研究来看，弃土弃渣场由于扰动剧烈，涉及土石方量巨大，是工程建设造成水土流失的主要来源之一，所以重点弃土弃渣场的精细化监管是实现生产建设项目水土保持动态监管的重要组成部分。之前弃土弃渣场扰动范围主要是通过航天遥感监管，其更精细的空间信息指标及水土保持措施的量化表达，需要通过现场调查、测绘等手段获取。但是，传统的地面调查和测绘技术存在现场操作复杂度高、工作量大等劣势。而无人机兼具卫星影像的价格和航空影像的快速采集优势，具有高空全局性视角和机动灵活性。
1 弃土弃渣场动态监管内容构架
1.1 监管目标和任务
根据《全国水土保持信息化工作2017-2018年实施计划》（办水保〔2017〕39号）要求，利用无人机航空遥感手段对晋陕蒙接壤地区生产建设项目重点弃土弃渣场执行监管任务。在现场和无人机交互监管过程中，需要掌握项目弃渣前的基本情况、采取的防治措施、弃渣完毕后的土地整治情况。具体提取渣场位置、扰动范围、堆渣高度、边坡坡度、渣体方量以及水土保持措施工程量和水土流失情况等信息。数据采集后及时统计分析两次监管时段内渣场相关指标的动态变化，并与水土保持方案中设计数据对比。
得到的调查结果及数据可以协助建设单位落实好弃土弃渣场的水土保持方案设计，高度重视弃渣场水土保持方案的施工管理；掌握弃土弃渣场的水土流失危害面积信息和防护效果，及时发现隐患，提出对策建议；提供水土保持监督管理技术依据和公众监督基础信息，促进项目区弃土弃渣场生态环境的有效保护和及时恢复。
1.2 监管内容
根据监管目标要求，监管内容主要分为弃土弃渣场基本情况监管、弃土弃渣场基本参数监管、弃渣过程中水土保持实施情况监管及水土流失程度监管等。将弃土弃渣场的监管结果与水土保持方案中设计数据进行对比，针对弃土弃渣场选址、排弃及水保措施落实过程中存在的违法违规情况，提出存在的问题及建议。
1.2.1 弃土弃渣场基本情况监管
通过资料的预先收集以及现场监管，对建设项目名称、工程的施工进度、负责人联系方式、弃土弃渣场位置、土地利用类型、渣场的类型、排弃时间、弃渣方式、弃渣的组成情况进行现场调查和记录。
1.2.2 弃土弃渣场基本参数监管
通过无人机航拍影像提取弃土弃渣场的扰动面积、渣体方量、坡度及堆渣高度这四个指标，结合现场调研资料进行纠正和校核，对比分析相关指标的动态变化。
1.2.3 水土保持实施情况监管
应对弃土弃渣场防治责任范围内的工程措施、植物措施和临时措施进行全面监管。工程措施主要包括拦挡措施、截排水措施、边坡防护措施及渣面整治等；植物措施主要包括周边种植乔灌木防护带、平台与边坡灌草防护及终期渣面复垦或造林等；临时措施主要包括临时排水、密目网苫盖、挡土围梗等；监管内容包括措施类型、开（完）工日期、位置、规格、尺寸、数量、林草覆盖度面积、实施进度、运行状况等。
1.2.4 弃土弃渣场水土流失程度监管
主要是对水土流失状况及水土流失危害的监管。水土流失状况主要包括水土流失类型、发生部位及程度等；水土流失危害监管主要是指弃土弃渣场是否造成基础设施和民用设施的损毁，水库淤积、河道阻塞、滑坡、泥石流等危害。
1.3 监管方法
1.3.1 调查监管
通过询问调查、收集资料、量测调查等方法，对弃土弃渣场相关的属性、水土流失和防治措施及效果进行全面的了解，掌握相关方面的资料，力求客观真实的反应弃土弃渣场水土保持状况，为无人机的动态监管提供数据支撑和服务。
1.3.2 无人机监管
无人机监管具有较强的时效性和宏观性，可以快速准确的获取弃土弃渣场的特征和水土保持现状，通过无人机获取的影像资料定量获取监管区的土壤流失现状及水土保持防治措施落实情况，为本项目的水土流失防治效果的动态监管进行全面评价。由于监管过程中最核心的技术就是无人机遥感应用，无人机遥感具有可灵活选择传感器、时效性好、数据精度高及可获取三维模型等优点，为无人机遥感在生产建设项目水土保持监管工作提供新的技术依据。无人机遥感改变了水土保持监管技术手段，大大提高了监管效率。
1.3.3 技术路线图
监管数据主要来源是采用无人机遥感技术应用和实地调查。利用无人机航空遥感手段，对晋陕蒙接壤地区生产建设项目弃土弃渣场的数据成果进行测量；同时利用正射影像及三维模型结合外业实地调查获取弃土弃渣场水土保持措施；在此基础上，综合分析评价弃土弃渣场的水土流失情况。无人机生产建设项目弃渣场水土保持监管工作技术路线见图1。
图1 无人机生产建设项目弃渣场水土保持监管工作技术路线图
2 应用案例
2.1 弃渣场基本情况
本文所选弃渣场属于塔拉壕煤矿及选煤厂，该煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区塔拉壕镇。弃渣场于2015年开始弃渣，地理坐标为东经110°9′52″，北纬39°47′9″，处于工业场地东南侧约70m处。弃渣场地貌为丘陵荒草地，弃渣场坝址以上毛沟长约1100m，坝址处沟底宽约50m，沟顶宽约200m，沟底比降5.6%，最大沟深90m。该弃渣场主要由矿区生活垃圾和大量矸石组成，弃渣沿支沟分段堆存、分层压实堆砌。
2.2 试验方法
根据弃渣场范围进行飞行航线设计，设定无人机飞行方向、飞行高度、角度、航向及旁向重叠度等。每次飞行面积约0.47km2，规划飞行高度100m，航向重叠度为80%，旁向重叠度70%。本研究分别在2017年7月21日和8月23日对试验区进行数据获取，飞行参数设计一致。一期飞行4个架次，飞行时间累积42分钟，获取照片326张。
2.3 信息提取与分析
本研究主要采用人机交互的解译方法提取弃渣场扰动面积、堆渣方量和水土措施等信息。
2.3.1 弃渣场扰动面积提取
利用DOM 成果，通过人机交互解译的方法来提取分析相关数据，得到弃渣场7月份的扰动面积为6.57hm2；用同样的方法可看出，8月份矸石已沿沟道堆砌至沟掌及各个支沟，扰动面积为9.12hm2，与7月份相比，扰动面积增加2.55hm2。
图2 弃渣场7月份和8月份扰动面积对比图
2.3.2 弃渣量提取
结合弃渣场范围边界，通过已知控制点与设计方案中的地形数据进行挖填方计算分析，直接获取特定弃渣量，最后利用2017年7月和8月两期DSM在ArcGIS平台中进行差值分析。得到7月份弃渣量28.9万m3，弃渣场累计堆高为78m，堆渣最大坡度约为35°。8月份弃渣量30.0万m3，与7月份相比，弃渣量增加了1.09万m3。
图3 弃渣场7月份和8月份DSM对比图
2.3.3 弃渣场水土保持措施提取
水土保持措施包括工程措施、植物措施和临时防治措施。从7月份水土保持措施布设图可以看出，工程措施主要有消力池1个，拦矸坝23m，沙障面积0.95hm2，喷枪护坡面积0.31hm2，土地整治面积6.57 hm2；植物措施为种植沙柳、草籽0.95hm2；临时措施主要有密目网苫盖0.54hm2，土质临时排水沟长522.5m。与7月份相比，为防止流域上游和坡面产流对弃渣的冲蚀，8月份新增临时土质截水沟，长度为314 m，新增拦矸坝一座，长20.82m。
图4 弃渣场7月份和8月份水土保持措施对比图
2.3.4 水土流失危害
该弃渣场已有较为完善的水土保持措施，但在水力、风力混合侵蚀下，渣体和周围开挖面仍存在细沟侵蚀，产生轻微水土流失。
3 结论
无人机技术在晋陕蒙接壤地区生产建设项目弃渣场动态监管中的实践表明，利用无人机技术获取水土保持相关数据，能够快速、准确、直观的反应了弃土弃渣场扰动面积、堆渣方量和水土保持措施等变化情况。无人机技术的应用优化了监管思想观念、丰富了监管方式、提高了监管能力，满足水利部关于加强事中事后监管规范生产建设项目的部分要求。随着我国无人机技术的发展，设备硬件不断更新换代且结合时代需求优化数据处理软件，将进一步提升晋陕蒙接壤地区水土保持监督管信息化水平，增强水土保持监管能力。
参考文献
[1]曾红娟，史明昌，陈胜利，等．开发建设项目水土保持监测指标体系及监测方法初探[J]．水土保持通报，2007，（2）.
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（作者白云供职于黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站）
