无人机遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用——方法构建

无人机遥感为水土保持监测提供了新的技术支撑手段,但这一技术在水土保持监测工作中的应用尚处于起步阶段,还未形成统一、有效的方法与标准.研究将无人机遥感技术与水土保持监测现行的规范规程相结合,从基础数据获取、监测信息提取及信息在水土保持监测中的应用等3方面,构建基于无人机遥感的生产建设项目水土保持监测方法,并将其应用于工程实例.基础数据获取包括飞行规划设计、原始数据获取及原始数据处理3个步骤,最终生成DEM和DOM成果;监测信息提取可在DEM或DOM成果的基础上进行,通常包括土地利用类型、监测对象位置、长度、面积及体积等;信息应用主要是结合相关规程规范,将提取出的有效信息,逐一应用到生产建设项目水土保持监测工作中.应用结果表明,研究构建的方法简单实用,可提高无人机遥感在水土保持监测中应用的技术水平,为生产建设项目水土流失防治提供技术支撑.     

水土保持工程“天地一体化”遥感监管体系研究与应用

为科学化、精细化、定量化开展水土保持工程监管,基于高分遥感、无人机、移动终端、国家水土保持重点工程项目管理信息系统,构建了水土保持工程“天地一体化”遥感监管体系。阐述了监管体系的总体路线、基础数据条目及格式要求、图斑核查指标及方法等,并在安徽省2020—2021年水土保持工程管理中进行了应用。结果表明,水土保持工程“天地一体化”遥感监管体系是科学合理的。提出了在水土保持工程“天地一体化”遥感监管体系中增加资金全过程管控模块的建议。     

无人机低空遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用——以某燃机电厂为例

为提高生产建设项目水土保持监测工作效率和成果精度,探索水土保持监测新技术的使用,以某燃机电厂为例,在水土保持监测中应用无人机低空遥感技术,重点分析了扰动范围、土石方量、水土保持措施、水土流失危害等内容的监测。结果表明,无人机低空遥感监测技术能极大地提高监测效率和精度,可实现监测信息的有效管理,相较于传统监测方法具有显著的优势。该技术可应用在小流域综合治理、水土流失动态监测、水土保持规划等领域。     

水土保持信息化区域监管在辽东地区的应用

自《全国水土保持规划(2015—2030年)》提出了水土保持信息化建设目标以来,在水土保持监管工作中"天地一体化"技术作用日益突显,通过运用无人机、遥感等现代化技术手段,提高了监督执法效能,加强了水土保持监督检查情况的监管。为此,以辽宁省本溪市为例,阐述了水土保持"天地一体化"技术在生产建设项目中的应用,为其他地区生产建设项目水土保持信息化区域监管工作提供借鉴。     

基于不同分辨率遥感影像的生产建设项目水土保持动态变化监管技术研究

生产建设项目水土保持动态变化监管是水行政主管部门的一项重要日常工作。针对动态变化监管需求,结合不同分辨率遥感影像特点,研究了不同分辨率遥感影像在动态变化监管中的应用技术体系:基于中等分辨率遥感影像不同时期植被覆盖度变化情况,研究了区域新增扰动动态变化监测和合规性动态变化监管技术;利用高分辨率影像,分析了重点项目扰动动态变化、合规性动态变化和项目分类管理等内容;分别采用Landsat 8影像和高分一号高分辨率影像进行了应用示范;对区域生产建设项目水土保持动态变化监管频次和不同类型项目或重点水土流失部位动态变化监管频次进行了探讨,以期提高生产建设项目水土保持动态变化监管的针对性和工作效率。     

无人机技术在生产建设项目水土保持监测中的应用

[目的]对无人机低空遥感技术在水土保持监测中的应用进行探索,为该技术应用于小流域综合治理、水土保持监督管理、施工监理和水土保持验收等方面奠定基础。[方法]以浙江省长龙山抽水蓄能电站工程为例,结合《生产建设项目水土保持监测规程(试行)》,从背景资料分析、遥感数据获取、监测信息提取及应用3个方面,开展无人机低空遥感技术在水土保持监测中的案例分析。[结果]利用无人机低空遥感技术并结合传统定位观测手段,能够精细化、定量化地完成土地利用类型、扰动范围及流失量、弃渣场挖填方量、水土流失隐患及危害和水土保持措施等监测工作。[结论]无人机低空遥感技术在水土保持监测中的应用可靠性高,实用性强,计算结果的精度满足《监测规程》要求,有利于提高生产建设项目水土保持监测工作的技术水平,可为防治水土流失提供技术支撑。     

卫星遥感与无人机遥感技术在生产建设项目水土保持监管中的应用——以晋陕蒙接壤地区部批生产建设项目为例

加强生产建设项目水土保持监管、防治人为水土流失是各级水行政主管部门的重要职责,但传统监管方式已难以满足日益严格的水土保持监管要求。以晋陕蒙接壤地区部批生产建设项目为例,探讨卫星遥感与无人机遥感技术在生产建设项目水土保持监管中的应用,认为卫星遥感能够快速、高效地发现生产建设项目扰动,无人机遥感能够精准观测地面扰动和水土保持措施,可以为水土保持监管提供重要技术支撑。     

强化行政职能 全面加强水土保持监督性监测

深刻阐述了新时代水土保持监测工作面临的新形势,全面总结了近年来天水市水土保持监测工作取得的成效,重点分析了监测工作存在的主要问题并提出了相应建议。今后天水市将采用高分遥感、无人机、移动端等技术方法,对辖区内重点防治区和生产建设项目集中区或生产建设项目进行监测,对水土保持违法事实进行监测,对水土保持重点工程治理成效进行监测评价,为水土保持目标责任考核、水土保持生态安全红线预警、生态文明评价考核等提供有力支撑。     

晋陕蒙接壤地区生产建设项目水土保持成效

20世纪80年代颁布的《开发建设晋陕蒙接壤地区水土保持规定》明确,晋陕蒙接壤地区为国家级水土保持重点监督区。水利部、流域管理机构及区域内各级政府水行政主管部门为推行水土保持法治管理开展了法规体系建设、执法体系建设、技术体系建设,在该地区开展了水土保持执法试点工作、水土保持生态建设管理规范化试点工作、水土保持补偿费返还治理试点建设等,生产建设项目水土保持生态建设取得显著成效。通过形式多样的监管、示范带动,在国家级生产建设项目水土保持工作中实现了“三个100%”,开展了生产建设项目水土保持“天地一体化”动态监管试点工作,对生产建设项目扰动地表、重点防治区域等进行遥感监测监管,为全面推广生产建设项目水土保持遥感监管技术提供了第一手现场实践经验数据。     

面向对象分类技术在开发建设项目水土保持监测中的应用

[目的]研究基于无人机低空遥感影像的面向对象分类技术在开发建设项目水土保持监测中的应用,为水土保持监测工作的信息化能力提升提供技术支撑。[方法]利用旋翼无人机获取水土保持监测目标区域的低空遥感影像,通过倾斜摄影技术构建数字表面模型,结合ESP分割尺度评价工具获取最优分割尺度参数,采用多元特征空间指标参与最邻近分类法的监督分类,并依据位置信息的评价方法和误差矩阵对分类解译精度进行验证。[结果]本研究的水土保持监测目标区域的地物分类总体精度达到了86.10%,Kappa系数为0.841,有较好的一致性,能够满足精度需求。[结论]利用无人机低空遥感影像的面向对象分类技术实现了开发建设项目水土保持监测区域地物的快速、精确识别和分类。     

施加NPD对黄土坡面径流流速和侵蚀产沙的影响

天然聚合衍生物(NPD)是一种新型的高分子聚合物,是坡面土壤侵蚀化学调控措施所采用的一种新型材料,通过室内人工模拟降雨试验,以裸坡为对照,研究了不同NPD施加措施(撒施和喷施)及不同施加量(1.0,3.0,5.0g/m2)条件下径流流速特征以及对侵蚀产沙的影响。结果表明:(1)施加NPD的坡面径流流速随降雨历时的变化与裸坡一致,均呈先增大后逐渐趋于稳定的趋势,且流速随降雨历时的变化过程可用对数方程描述。撒施在1.0mm/min雨强下,延迟降雨初始产流时间8～19min,而喷施在3个雨强下,初始产流的时间整体上较裸坡提前1～2min;(2)与裸坡相比,施加NPD具有显著减小流速的效应,且雨强越大,减小流速的效应越差;施加不同剂量NPD减缓坡面径流流速的效益范围13.2%～54.3%。其中撒施3g/m2剂量和喷施5g/m2剂量对坡面径流流速的减小效应相对较好;(3)与裸坡相比,施加NPD具有显著的减沙效应,且减沙效应范围为30.6%～71.2%。无论是撒施还是喷施,整体表现为5g/m2计量的减沙效应最好。(4)裸土坡面的侵蚀模数对平均流速的响应关系与撒施和喷施NPD坡面的侵蚀模数对平均流速的响应关系皆可用对数方程表示,且撒施和喷施对流速的减小作用均大于减沙作用。     

旱区全膜双垄沟播履带式玉米联合收获机的设计

针对中国北方旱地全膜双垄沟播玉米种植方式,解决玉米收获过程中的摘穗啃伤、田间作业垄上行走稳定性差及玉米茎秆回收再利用问题,设计了一种履带式玉米穗茎兼收型联合收获机,以及配套的立辊式摘穗割台和茎秆切碎抛送装置。设计的非对称立辊式对行收割结构,可适应玉米全膜双垄沟播收获作业要求,实现了穗茎兼收,提高了秸秆利用率,并总结了立式割台“间隙夹持-倾斜喂入-滑动摘穗”的立式摘穗收获机理。利用立式摘穗试验样机,以机具前进速度、主动链轮转速、摘穗辊直径、切碎刀轴转速为影响因素,果穗损失率、茎秆切碎合格率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-expert 8.0.6数据分析软件,建立各影响因素与指标的数学回归模型,分析了显著因素与评价指标之间的关系,优化试验参数,确定最优参数组合:在机具前进速度3.8m/s、主动链轮转速1150r/min、摘穗辊直径82mm、切碎刀轴转速1650r/min时,果穗损失率为2.61%、茎秆切碎合格率为92.81%。优化模型与田间验证性试验得到的果穗损失率均值2.8%、茎秆切碎合格率均值93.1%相接近,满足旱区全膜双垄沟播玉米收获要求。     

陇南陕南滑坡泥石流发育程度及发展趋势研究

陇南陕南地区是我国滑坡、泥石流高发区。利用陆地卫星遥感影像特征差距 ,结合野外调查分析 ,建立了滑坡、泥石流分区标准。通过对遥感影像解译 ,并结合地质资料综合分析得到全区滑坡密度分区情况和泥石流作用强度分区情况。分析了滑坡、泥石流成因。对不同发育程度区的发展趋势进行了初步预测。     

灌溉定额和绿肥交互作用对小麦/玉米带田产量和养分利用的影响

【目的】研究灌溉定额、绿肥及其交互作用对河西绿洲灌区带田小麦、玉米产量和养分利用的影响,探寻适合灌区带田的水肥管理模式。【方法】试验采用裂-裂区设计,主区处理为灌溉定额,设三个水平为4500、6000和7500 m^3/hm^2;裂区处理为绿肥,设两个水平为不种绿肥和种植绿肥;裂-裂区处理为化肥,设两个水平,为不施化肥和施用化肥,化肥处理氮、磷、钾肥料用量分别为N 525 kg/hm^2、P2O5 150 kg/hm^2、K2O 90kg/hm^2。【结果】与4500 m^3/hm^2的灌溉定额相比,6000 m^3/hm^2和7500 m^3/hm^2的灌溉定额极显著增加了小麦和玉米的籽粒产量及其收获指数,增加了小麦和玉米籽粒的氮磷钾吸收量及其养分收获指数,小麦籽粒产量形成的氮生理效率和玉米籽粒产量形成的氮磷钾生理效率;极显著降低了小麦百公斤籽粒氮需求量和玉米百公斤籽粒氮磷钾需求量。绿肥种植与否对小麦、玉米籽粒产量均没有显著影响。种植绿肥极显著降低了玉米籽粒的收获指数和钾收获指数。灌溉定额4500 m^3/hm^2与种植绿肥交互作用下,玉米磷收获指数最低;灌溉定额6000m^3/hm^2与种植绿肥交互作用下玉米磷收获指数最高。种植绿肥处理显著增加了玉米百公斤籽粒氮磷钾需求量,显著降低了玉米百公斤籽粒磷钾生理效率。4500 m^3/hm^2灌溉定额下种植绿肥进一步加剧了干旱的胁迫程度,导致玉米百公斤籽粒氮、磷需求量显著增加,对钾的需求量极显著增加,磷生理效率显著下降,钾生理效率极显著下降。【结论】灌溉定额是河西绿洲灌区带田小麦玉米籽粒产量和收获指数、籽粒氮磷钾吸收量和氮磷钾收获指数、百公斤籽粒氮磷钾需求量和氮磷钾生理效率的决定因素。亏缺灌溉定额(4500 m^3/hm^2)下,种植绿肥会降低小麦/玉米带田籽粒产量及肥料利用效率。在6000 m^3/hm^2的灌溉定额下,建议河西绿洲灌区小麦/玉米带田应配合种植绿肥,提高产量和肥料效益。     

延安市退耕还林前后土壤保持生态服务功能评价

为更好地探究延安市退耕还林前后土地利用变化对区域土壤保持生态服务功能的影响,采用了InVEST模型对延安市退耕还林前后2000年和2015年的土地利用变化及土壤侵蚀量、土壤保持量进行了评估,该模型在计算生态系统土壤保持服务功能时,考虑了地块泥沙输移、沉积这一重要水文过程,在计算土壤保持量时更为精确。结果表明:(1)15年间各地类面积均发生了不同程度的变化,其中林地面积的增加量(主要来源为耕地和草地)和耕地面积的减少量(主要流向为林地和草地)分别达到了3 142.25km2及3 011.27km2,退耕还林工程取得了巨大成效。(2)延安市2000年和2015年的土壤侵蚀强度均以轻度和中度侵蚀为主,侵蚀总量分别为2.20亿t和1.38亿t,15年间各侵蚀强度类型均有向低等级侵蚀强度类型转换的趋势。(3)延安市2000年与2015年土壤保持总量分别为7.72亿t和8.50亿t,且土壤保持量呈东北向西南增加的趋势,各地类中林地和草地的土壤保持效果最佳,说明退耕还林工程的推进是增加区域土壤保持功能的重要途径。     

顾及黄土滑坡的兰州市不同等级降雨时空变化特征

降雨是诱发黄土滑坡的关键因子,不同等级的降雨及其时空分布特征影响和制约了降雨型黄土滑坡的发生和发展。利用兰州市1965—2015年逐日降水资料,采用Mann-Kendall突变性检验、滑动t检验、Morlet小波变换等方法分析了不同等级降雨事件的降雨量、降雨日数和贡献率,以得到其突变性、趋势性、周期性和空间分布特征,从而为突发性滑坡研究提供数据支持。结果表明:兰州市以微雨、小雨和中雨事件为主,在时间尺度上,降雨量和降雨日数均具有突变性,且突变时间各异;近50年来各等级降雨日数、降雨量存在着明显的周期性震荡,变化周期均以8a为主,该区未来几年都将处于降雨充沛期;年降雨量整体下降,其气候倾向率为-4.96mm/10a。在空间分布上,年降雨日数呈现"两多一少"的规律,降雨量则为"两少一多",不同等级降雨事件对不同地区降雨的影响程度不同;与黄土滑坡分布浅析可知降雨对诱发兰州市滑坡起到了重要的作用。     

基于Copula函数的泾河流域水沙丰枯遭遇频率分析

流域水沙关系变化是洪旱灾害防治、重大水利工程布局的重要理论基础,同时又对人们的生产、生活产生重大影响。根据泾河流域主要控制水文站的年径流量和年输沙量数据,采用P-Ⅲ型曲线分别拟合计算得到各水文站的径流量和输沙量序列的边缘分布函数,然后采用Copula函数建立了泾河流域水沙联合分布模型,计算泾河流域各水文站水沙丰枯遭遇频率。结果表明:(1)Clayton Copula,Frank Copula,Gumbel copula函数均能较好地拟合泾河流域各水文站的水沙数据,根据拟合优度评价结果选用Frank Copula函数拟合各站的水沙联合分布;(2)在所研究的泾河流域8个控制水文站水沙丰枯遭遇均表现为水沙丰枯同步频率大于异步频率。在水沙丰枯同步频率中,同丰的遭遇频率基本与同枯的遭遇频率相同,二者均大于同平的遭遇频率。(3)在水沙丰枯异步遭遇频率中,丰枯遭遇频率最小的组合是水枯沙丰和水丰沙枯。该水沙联合分布模型对流域治理规划、防灾减灾及生态恢复等具有重要意义。     

黄土高原不同植被带草本植物叶片与土壤碳氮分布特征

【目的】黄土高原植被受水热因子作用明显,植被分布自东南向西北总体呈现出森林向草原过渡的地带性规律。本研究选取黄土丘陵区从南向北形成的4种典型植被带(森林带、森林.草原带、草原带和草原.荒漠带)作为研究对象,探讨不同植被带草本植物叶片与土壤碳?、氮(N)的分布差异及影响因素,为预测黄土高原植物的生长发育前景、生态系统的植物营养元素和土壤养分状况提供理论依据。【方法】以陕北黄土丘陵区富县、甘泉县、安塞县、靖边县、横山县以及榆林市榆阳区为研究区域,基于野外取样调查和室内分析相结合的方法,分别测定研究区4种植被带草本植物叶片和不同土层碳氮含量,最后利用方差分析研究不同植被带草本植物叶片及土壤碳氮差异,并与全球、中国尺度等研究结果进行比较;同时采用相关分析,阐明4种不同植被带植物叶片和不同土层有机碳、全氮的相关关系。【结果】1)土壤有机碳和全氮含量在0—10、10—20、20—40cm各个土层中均表现出极显著的相关性(P<0.001),在0—40cm土层中,随着深度增加,土壤有机碳和全氮整体呈下降趋势,由高到低依次为森林带、森林.草原带、草原带、草原.荒漠带,但不同植被类型的垂直变化规律差异较大。2)草本植物叶片有机碳和全氮含量存在显著的相关关系(P<0.01),植物叶片碳含量平均值为442.9g/kg,略低于全球492种陆地植物叶片碳含量的平均值464.2g/kg;而氮含量平均值为25.8g/kg,略高于全球水平20.6g/kg,说明黄土高原4种不同植被带在碳氮积累上存在差异,且该地区草本植物的C∶N相对较低。3)植物叶片C、N、C∶N与土壤SOC、STN含量表现出较为显著的相关关系(P<0.05),总体来看与不同土层相关关系各不相同。【结论】不同植被带土壤C、N空间分布具有一致性,且C、N含量均存在一定的相关关系。黄土高原由南向北,呈现植物叶片C含量降低而N含量升高的趋势,因此C/N呈现减小趋势。植物叶片C、N、C/N与不同土层的土壤C、N均存在一定相关关系。     

γ-聚谷氨酸对土壤结构、养分平衡及菠菜产量的影响

通过盆栽试验研究了土壤增施γ-PGA(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)对土壤团聚结构、土壤养分平衡、菠菜产量与经济效益的影响。结果表明:随γ-PGA施量增加,水稳性团聚体(WR0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均显著增大,而团聚体破坏率(PAD)与分形维数(D)均减小,说明γ-PGA对改善土壤团聚结构具有显著的效果;随γ-PGA施量的增加,菠菜对氮、磷、钾的吸收量减少,土壤养分残留量与盈余量增加,养分表观损失量减小;5组处理中,0.1%施量的土壤养分平衡状况最优,0.4%施量对作物养分吸收与土壤养分的平衡产生负效应;菠菜产量及经济效益均随γ-PGA施量增加而显著减小,0.4%施量时较未施γ-PGA减产42.98%;菠菜经济效益拟合结果表明γ-PGA在0～0.1%施量范围内菠菜获利高于不施加γ-PGA处理。综上,0.1%施量对改善土壤结构与养分状况、促进作物增产及作物养分吸收效果较优,这对进一步将γ-PGA应用于实际生产中提供了理论参考。     

土地利用和气候变化对嘉陵江流域水文特征的影响

以嘉陵江流域为研究区,通过模型校准与验证得到适宜于该流域的SWAT模型,在综合考虑土地利用和气候变化特征的基础上构建多种情景模式,模拟了不同情景下的主要水文要素。结果表明:(1)1985—2005年,流域林地减少,城镇和农村居民用地增加;草地和工业用地在上游减少,中下游地区增加;耕地在上游增加,中下游地区减少。流域总体呈暖干化趋势,上游地区水热条件的变化较中下游地区大。(2)与1976—1995年相比,土地利用和气候变化共同作用使地表径流增加,地下径流、土壤含水量、壤中流、实际蒸散发和产水量减少。其中,气候变化对流域水文过程的影响大于土地利用变化。林草地具有明显的水土保持作用,耕地在水土保持和水源涵养方面呈负贡献。RCP8.5情景下年平均产水量较RCP 4.5情景高,但长期来看,RCP 4.5情景对降低地表径流和实际蒸散发,增加地下径流、壤中流和产水量的作用优于RCP 8.5。(3)土地利用和气候变化对流域地表径流的影响较大,对中下游的影响大于对上游的影响。