风电场工程水土保持信息化监管分析

风电场工程水土保持信息化监管分析

刘漠 邹扬

湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司 410007

摘要：本文简单阐述利用无人机、遥感解译等先进技术手段对风电场工程进行水土保持信息化监管，探讨分析风电场项目采用信息化监管方式的基本情况、监管内容、监管工作方法与经验。

关键词：风电场；水土保持；信息化监管

1引言

水利部相关规定已明确了水土保持信息化监管的总体目标和主要任务，为加速推动水土保持工作与现代化先进技术相结合，提高水土保持工作的管理水平与能力提供了重要依据。风电场工程水土保持信息化监管是指综合应用卫星或航空遥感（RS）、GIS、GPS、无人机、移动通信、快速测绘、互联网、智能终端、多媒体等多种技术，开展的水土保持监管及其信息采集、传输、处理、存储、分析、应用的过程^[1]。

2 水土保持信息化监管工作目标

以湖南省蓝山县某风电场工程为例，利用无人机、遥感解译像等高新技术，对其水土保持情况开展信息化监管，实地核查项目扰动的合规性、水土保持方案的实施情况及水土保持各项措施的落实情况。

3. 水土保持信息化监管工作内容

本次水土保持监管的主要内容为：

（1）扰动地块边界。

（2）扰动地块面积。

（3）扰动地块类型： “弃渣场”、“其他扰动地块”等。

（4）扰动变化类型：包括“新增扰动”、“扰动范围扩大、缩小”、“扰动范围不变”、“不再扰动”。

（5）建设状态：分为施工阶段、停工阶段、完工阶段。

（6）扰动合规性：分为“合规”、“超出防治责任范围”和“建设地点变更”3 种情况。

（7）表土剥离、保存和利用情况：表土是否已剥离、保存及利用。

（8）取（弃）土场选址及防护情况：取（弃）土场的布设是否与方案一致；堆弃渣土是否做到 “先拦后弃”，取（弃）土场的各类水土保持措施是否实施到位；弃渣是否逐级堆弃、分层碾压^[1]。

（9）水土保持措施落实情况：植物措施总面积是否与方案设计相比减少30%以上；水土保持措施是否发生重大改变而导致水保功能功能显著下降或失去作用^[2]。

（10）历次检查整改落实情况：是否按照监管部门提出的检查意见进行整改。

4风电场工程水土保持信息化监管措施分析

4.1资料数据收集与处理

收集整理湖南省蓝山县某风电场工程的水土保持相关资料如下：水土保持方案报告书、“方案特性表”、“防治责任范围图”、“防治措施布设图”、“弃渣场平面布置图”、水保批复、主体设计资料、监测、监理资料及水行政主管部门对本项目的检查意见等资料。

采用无人机航拍，获取湖南省蓝山县某风电场工程正射影像后，采用GIS软件对影像进行坐标点复核、影像校正处理，本次采用ArcGIS软件10.2版本。本研究采用的大疆精灵4PRORTK版本无人机，飞行高度大约在180m米，航拍像素分辨率为0.5m，总体上可达到本次研究所需的影像解译要求。本研究的湖南省蓝山县某风电场工程在项目建设期存在大量裸露地表，建设过程中相关截排水、植被恢复等水土保持措施与裸露地表形成较大差异，各项水保措施特征显著。本研究主要采用目视解译的方法对各特征要素进行电子勾描，获取相关水保措施的矢量数据。一是关于地表扰动面积的计算。为更加精准解译湖南省蓝山县某风电场工程建设期的扰动地表面积，本研究基于直接判读并结合周边环境要素的综合分析，在校正后的影像中勾描出项目区扰动地表分布图，并于本风电场工程水土保持方案设计的水土流失防治责任范围图进行空间叠加分析，根据矢量数据叠加结果可直观计算出实际产生的水土流失扰动范围是否在相关水行政主管部门批复的防治责任范围内。二，水土流失计算分析。本研究基于通用土壤流失方程（USLE）对湖南省蓝山县某风电场的水土流失情况进行计算分析主要包括三方面内容：本风电场建设期的土壤侵蚀强度、本风电场建设期的土壤流失面积、本风电场建设期的水土流失危害。风电场建设期的水土流失面积、土地利用性质等情况根据大疆无人机的航拍影像进行解译；基于“土壤侵蚀分类分级标准(SL190-2007)” 查询计算出本风电场的土壤侵蚀强度数据，同时在建设期在工程现场布设了若干水土流失地面监测点，根据实测数据对土壤侵蚀强度进行验证，校正后得到该风电场建设期土壤侵蚀强度。本风电场的植被覆盖率，也采用无人机航拍影像进行解译计算，主要采用VDVI指标方法进行计算，工程坡度、高程等空间信息根据无人机影像进行数值高程模型转换后获得。三，本风电场采取的各项水土保持工程措施、植物措置和临时措施，在无人机影像解译分析的基础上，与现场监测资料进行对比分析后，综合计算。四，该风电场建设布设了取弃土场和弃渣场，采用无人机对现场在不同建设时段开展多次航拍后，获取项目建设前后的遥感影像，在影像解译后，在获取的高程数据DSM数据基础上进行差值计算，可得出取（弃）土量。其扰动面积、水土保持防护措施等采用目视解译方法获取。使用GIS软件对各类影像数据资料进行地理配准、影像校正后，将本风电场无人机遥感影像数据与项目建设施工布置图以及批复的水土保持防治分区图以及水土流失防治责任范围图等进行比较分析，核查该风电场项目主体工程及弃土场的位置、数量是否存在设计变更

^[3]。

4.2重点和一般监管对象选择

风电场工程的风机机组区、弃渣场区、升压站等区域的施工会造成植被、土体结构的破坏，破坏其原有水土保持功能，从而可能在雨季造成滑坡、崩塌等水土流失危害。上述区域均为水土保持防治的重点，也是监督管理工作的重点。

针对本工程的特点，确定重点监管对象为风机机组区、升压站区、弃渣场区。主要对风机塔位合理性、边坡防护情况及植物措施实施情况、有无边坡溜渣现象等进行监管。其他监管对象如交通道路区、施工临建区等，主要对其表土剥离和利用情况，水土保持工程措施、植物措施和临时措施的落实情况、防治效果，开挖、回填边坡的防护情况及稳定情况等进行监管。

本次监管对重点监管对象进行全面核查，其他监管对象抽样调查。重点监管边坡是否绿化，排水设施是否完善，是否存在边坡溜渣现象，项目是否存在水土保持重大变更情况。通过前期收集水土保持方案资料、水土保持监测资料和现场线路情况，确定本次现场监管的对象。

4.3无人机航线布设

本次监管调查，采用大疆精灵4PRORTK版本无人机进行航飞，选取无人机2D正射飞行模式，结合当地地形图资料，根据大比例尺无人机遥感的特点，对高海拔山区点状项目航线进行航向、旁向重叠率设计，以保证航片分辨率。某风电场所处位置海拔1100米左右，风机高度在140米左右，为保证安全，航线设计的相对航高为180m，地面分辨率为0.5m，由于风电场横跨各个山头，占地面积大，本次调查将整个风电场防治责任范围划分为多个片区，对各个片区单独进行航飞。飞行作业时，明确各航拍人员之间的配合与分工，确保飞行质量。无人机降落前应确保航飞人员、周围群众以及财产安全，飞行前应对设备进行调试和检查。

4.4解译标志的建立

根据无人机遥感影像的特点，采用遥感影像、典型调查与实地对照的方法，建立土地利用和水土保持措施遥感解译标志。根据无人机遥感影像解译的相关要求，本风电场无人机影像解译标志需要符合代表性强、实用性好、稳定性高等特点，同时本研究在水土流失外业监测过程中及时对相关解译标志进行辅助校核分析，以现场实地情况为准，对影像解译标志进行适当修改补充完善，从而建立本风电场项目建设过程中的水土流失扰动范围和各项水土保持措施的遥感解译标志。

为更好地开展无人机航拍影像的解译，本研究制定了水土保持措施遥感解译标志技术路线，首选选取该风电场项目的水土保持挡墙、排水沟、骨架护坡等典型的水土保持措施，通过现场影像记录、GPS定位、实时测量等手段进行现场调查；然后将相关水保措施的空间地理位置信息标注在无人机航拍影像上；其次根据现场实测数据等截取遥感影像，记录该风电场项目的水土保持措施遥感解译标志坐标、影像特征、图斑编号等信息。水土保持措施遥感解译标志成果应包含所有水土保持措施类型，解译标志要求包含1张实地拍摄的照片和与之对应的遥感影像，并标明拍摄区域的位置。

4.5高频次遥感普查

根据《区域水土流失动态监测技术规定》，根据项目区高分遥感影像和防治责任范围矢量图斑等数据，结合解译标志，开展土地利用的更新解译工作，获得项目区的土地利用数据，统计土地利用类型和面积。

根据规范要求，项目组基于遥感影像与初步解译结果选取调查点开展野外调查工作，调查点选取原则如下：应选取各类土地利用和水土保持措施作为调查点，调查点的分布应尽量均匀。结合土地利用更新解译工作和解译的初步成果，重点选取解译时地类不太明确或者解译中的疑难点、土地利用发生变化及变化较大的图斑、水土保持措施等作为调查点，以检验土地利用的更新解译工作；根据水土流失强度初步计算结果，重点关注项目区水土流失程度较高的图斑、植被覆盖度较低的裸露地表和人为扰动图斑等，如风机机组区，弃渣场区、交通道路区。在已选调查点的基础上，开展野外工作时，应根据上述原则灵活增加调查点，若沿路发现标注中缺漏的土地利用类型，可进行补充。本项目野外调查工作主要采取现场抽样调查及无人机航拍的方式，调查内容包括调查点的经纬度位置、土地利用、水土流失强度和照片等^[3]。

4.6高精度遥感详查

根据项目区高分辨率遥感影像，参照解译标志，对项目区扰动范围进行解译。根据坐标投影，计算出项目的扰动面积。将解译的扰动范围与批复的防治责任范围进行对比，判断扰动是否合规，若超出防治责任范围，通过投影计算超出防治责任范围的扰动面积。在对项目进行高分影像解译时，对取、弃土场及存在水土流失问题的区域(边坡、道路等)单独解译出扰动图斑，以上为无人机现场调查重点关注区域。

利用无人机航拍影像对该风电场开展水土保持措施的信息提取与解译，全方位精准计算批复的水土保持措施实际执行情况，相关内容有：风电场主体工程进展监测，基于实地的地表扰动情况监测数据，复核风电场建设的主体工程进度状况；扰动地表情况监测，对项目施工范围、扰动面积进行监测，分析其实际扰动范围超出方案批复的防治责任范围的部位与面积，初步判定项目地点、规模是否达到变更要求；水土保持措施落实情况监测，对项目区的典型水土保持措施类型、数量、面积等进行监测，对比批复方案和监测成果，对重点项目措施落实情况进行分析汇总；取（弃）土监测，对项目区的取土场、弃渣场和临时堆料场等进行监测，分析其位置、扰动面积等与批复方案相比是否存在变更

^[4]。

4.7现场监管与调查结果修正

现场监管内容包括：该风电场建设项目的水土保持方案变更以及水保措施重大变更的行政主管部门审批情况，该风电场项目建设过程中的表土剥离、保存和利用情况，取土场以及弃渣场选址及水土流失防护情况，各项水土保持工程措施、植被措施和临时措施的实际开展情况，水土保持补偿费缴纳情况、水土保持监测、监理情况、历次检查整改落实情况、水土保持单位工程验收和自查验收情况、水土保持单位工程验收和自查验收情况、水土保持设施验收情况等十个方面。根据风电场风机布置的情况，现场复核时应选取了风机相对集中区域，采用无人机区域航拍后期软件建模结合各风机点位现场实测的方式对水土保持措施的落实情况进行核查；对于相对分散的风机机位采用各点位现场实测的方式对水土保持措施的落实情况进行核查。工程措施采用软件建模后量算结合现场人工测量的方式，植物措施采用软件建模量算结合植被样方法进行测算。临时措施通过施工、监理记录相关资料，结合图片资料佐证的方式进行核算。对遥感影像进行现场复核，核查项目是否超出防治责任范围或者涉及重大变更。按照《生产建设项目水土保持信息化监管技术规定（试行）》要求，完善项目相关信息的录入。

4.8成果总结与审核入库

通过对项目数据成果进行全面检查和修改后，将项目设计资料矢量化、遥感普查、遥感详查及现场调查采集成果数据等部署到服务端，其数据可同步至移动采集系统。完成了项目成果数据的信息化管理。

根据《生产建设项目水土保持信息化监管技术规定》，应提交如下资料：

1. 湖南省蓝山县某风电场工程水土保持信息化项目监管总结报告

2. 湖南省蓝山县某风电场工程遥感影像及无人机照片（含生产建设扰动图斑，tiff格式）

3. 设计资料矢量图（shp格式）

4. 实际扰动范围矢量图（shp格式）

5. 水土保持措施分布矢量图（shp格式）

6. 水土保持方案设计资料（word、pdf或jpg格式）

7. 水土保持后续设计资料（word、pdf或jpg格式）

8. 水土保持监测资料（word、pdf或jpg格式）

9. 水土保持监理资料（word、pdf或jpg格式）

10. 各级水行政主管部门监督检查资料（word、pdf或jpg格式）

11. 现场复核信息表（word或excel格式）

12. 现场照片（jpg格式）

13. 现场复核其他文件（word、pdf或jpg格式）

14. 其他成果报告（word、pdf或jpg格式）

5 监管经验分析

以湖南省蓝山县某风电场项目为例，信息化监管的外业调查主要采用无人机技术，利用倾斜摄影测量，根据相关规范要求，无人机空拍连续拍摄需要设置一定量重叠度，通过Pix4D以及3Dsmart遥感影像处理软件，计算分析得到1∶500、1∶1000、1∶2000比例尺的三维模型、正射影像和DEM数据。以遥感影像、DEM数据、防治责任范围图为参考，通过GIS软件的矢量化功能，在统一的坐标系统下，通过初步定位、地理配准、边界勾绘及属性数据录入等操作步骤，将该风电场项目的防治责任范围矢量化。通过GIS空间分析技术，把防治责任范围、扰动图斑的矢量数据叠加后进行分析，获取实际土地扰动、水土流失、水土保持措施、取土场和弃渣场等相关监管指标，根据这些结果判定扰动的合规性，计算出相关图斑的面积和距离^[4]。

6 结束语

风电场工程的水土保持信息化监管工作，主要是采用无人机、遥感解译等新技术，通过信息化平台对项目的水土保持情况进行监管，不但顺应了水土保持工作现代化发展的新趋势又使传统的监管模式得以创新。对于山区风电场这种地形较为复杂、进场路线较长的工程，采用先进的信息化监管方式，有利于高效、精准、全面地掌握项目的水土流失情况。也为以后水政管理部门的监管和检查提供了有力的数据信息依据。目前，我国生产建设工程的水土保持各项工作已步入信息化、现代化的轨道，对防治水土流失、保护生态环境起到了不可小觑的积极作用。

参考文献

1. 生产建设项目水土保持信息化监管技术规定(试行)[Z].2018,1.

2. 周玲,刘海,张聪逸.云南省开展生产建设项目“天地一体化”监管工作探讨[J].亚热带水土保持,2018,30(4):68-70.

3. 李岚斌.无人机遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用——以清远抽水蓄能电站为例[J].人民珠江,2019,(1):6-11.荀辉.

4. 亢庆.生产建设项目水土保持"天地一体化"动态监管关键技术体系[J].中国水土保持,2016,(11):4-9.