土地综合整治质量监测研究

第31卷,第6期

2014年1

2月15日

国土资源科技管理

Scientific and Technological Manag

ement of Land and Resources

Vol.31,No.6

Dec.15,

2014 doi:10.3969/j

.issn.1009-4210.2014.06.008收稿日期:20

14-03-20;改回日期:2014-09-24基金项目:吉林省科技厅科技发展计划软科学项目(20120628)作者简介:韩 莉(1990—)

,女,硕士研究生,从事土地资源评价研究。通信作者:王冬艳(1967—),女,教授,博士生导师,从事土地资源评价研究。E-mail:wang_dy@j

lu.edu.cn土地综合整治质量监测研究

韩 莉,王冬艳

(吉林大学地球科学学院,吉林长春 13006

1)摘 要:通过研究土地整治质量的监测内容、评价指标及监测技术,为不断推动我国土地整治质量监测的发展提供借鉴。监测内容包括土地整治工程质量、土壤质量、生态环境质量、景观维护以及土地整治可持续5个方面,并总结了相应的监测指标和监测手段,监测技术主要有常规的测定仪器、实验室分析方法、3S技术、探地雷达和无线传感器网络等。我国土地整治质量监测应该向着“土地数量、质量并重管理和生态管护”的方向发展,传统技术手段结合新的科技将促进我国土地整治质量监测不断走向深入。关键词:土地整治;质量监测;监测技术;评价指标

中图分类号:F301.2 文献标志码:A 文章编号:1009-4

210(2014)06-052-06 加快推进新型工业化、

农业现代化和城乡一体化的发展趋势为中国农村经济社会发展提供了新的主导方向,同时对我国的土地综合整治提出了更为严格的要求。土地综合整治是依法在农村地区对田、水、路、林、村进行综合整治的基础上,进一步通过改善生态环境、修复地域景观、结合新农村建设,促使土地利用状态达到合理利用状态的综合措施和

政策工具[1-2]

。为实现土地数量、质量并重管理和

生态管护的目标,土地整治质量监测内容应包含土地整治工程质量、土壤质量、生态环境质量、景观维护和土地整治可持续等5个方面。本文将景观维护和土地整治可持续纳入土地整治质量监测体系,希望对推动我国土地综合整治项目的良性运行具有借鉴价值。

1 土地整治工程质量监测

土地整治工程质量是指国家和行业的有关法律、法规、技术标准、设计文件及合同约定对土地整治工程的安全、适用、经济、美观及环境保护等特性的综合要求。1.1 评价体系

依据《土地整治项目验收规程(TD/T1013-2013)》和《土地整治工程质量检验与评定规程(TD/T104

1-2013)》,并结合各工程的工艺流程及相关学者的研究[

3-5]

,在剔除项目区外以及超项目工程部分的基础上,按照单项工程和单位工程划分得到工程项目及监测内容项目(表1

)。·

25·

表1 工程项目及监测内容

单项工程

单位工程

主要监测内容

土地平整工程

耕作田块修筑、耕作层地力保持1.

对土地平整工程中的水田、水浇地、林地等用地类型进行实时监测2.对土地平整工程进度和功能进行监测。包括:坐标、高程符合测量精度要求;标高

(平整度)符合要求、中线位置符合设计要求、断面尺寸不应偏小、

边坡坡度不应偏陡灌溉与排水工程水源工程输配水工程

排水工程渠系建筑物工程输配电工程

1.

对塘坝、小型拦河坝、泵站、农用井、明渠、小型集雨设施等用地类型进行实时监控2.

对灌溉与排水工程进度和功能进行监测。包括监测混凝土尺寸和位置,如:柱、排架、墙、基础的轴线位置,竖向垂直度、断面尺寸、长度、顶面标高;砌体尺寸和位置,如:顶面高程和护坡高程钢筋骨架构成;预埋件及预留洞的位置和尺寸;渠道中心线、渠底高程、渠道底宽、渠道边坡、断面尺寸、

伸缩缝长度田间道路工程支道、田间到、生产道

1.

对道路工程中主干道、田间道、生产道等用地类型进行实时监测2.

对道路工程进度和功能进行监测,包括:路轴线、平整度、宽度、厚度、横坡等1.2 监测手段

1.2.1 基于高分辨率影像的工程监测

高分辨率卫星影像已经成为遥感对地观测的主要数据来源之一。土地平整工程的监测中,通过高分辨率卫星影像提取工程地物,能够获取整理区总面积、不同土地利用类型面积,以及土地整理后土地斑块密度;针对农田水利工程的监测,能够获取灌、排渠长度,灌、排渠覆盖面积;通过计算道路长度和道路通达性分析实现对田间道路工程的监测;通过提取防风林面积和防洪林面积完成林区分布合理性研究,实现对农田防护林工程的监测。1.2.2 基于探地雷达的工程监测

探地雷达方法的基本原理是发射天线向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波,电磁波在地下介质传播过程中,当遇到存在电性差异的空洞、分界面等地下目标体时,电磁波发生反射,返回到地面时由接收天线所接收

[6]

,通过数据处理和图像识别反馈

信息,在涵洞、土壤质量等隐蔽工程及隐形部分的质量监测方面有较大优势。

(1

)农田地埋管埋深探测模型。z0=v t0

/2(1

)式中:v为电磁波波速;t0为探地雷达通过管线目标顶点位置垂直距离时的双程走时。

(2

)农田地埋管管径探测。由探地雷达图像可知,双程走时与横轴测道道次序存在以下关系:

tn=

2v

(v t0/2+R)2+(xn-x0)2d槡2-()R(2)式中:v为电磁波在介质中的传播速度;xn和tn分别为雷达天线测线道数和对应的双程走时;x0和t0分别为目标体定点反射在雷达图像中的位置;d为测线道之间间隔的距离;R为管线目标体半径。

由式(2

)可得目标管线管径的理论表达式:R=

4(xn-x0)2 d2

+(v t0)2-(v tn)

24v(tn-t0)

(3

)1.2.3 其他监测手段

在遥感难以获得高分辨率影像、探地雷达难以保证高精度和高效率的情况下,全站仪和平面多角

度定位技术[

7]

能够有效弥补这些不足,保障监测工作的顺利完成。在实际工作中,人们积累了很多简单可行的方法,如在土方开挖的质量监测中,标高可通过水准仪检查、长度宽度可以用经纬仪和钢尺检查、边坡坡度可以通过观察或坡度尺检查,平面平整度通过2m靠尺和塞尺检查,回填土料通过取样检查或直观鉴别,分层厚度及含水量可以通过观察或

土样分析[

8]

等等。2 土壤质量监测

由于不同地区、地形和土地类型的存在,以及土地使用目的和管理方式的不同,使得人们难以对土

·

35·第6期

韩 莉,等:土地综合整治质量监测研究

壤质量进行统一的量化,土壤质量的概念也是动态

的[9]

。结合前人的研究成果,本文界定土壤质量是

综合土壤肥力质量、土壤环境质量及土壤健康质量三方面因素,既体现土壤内在性质又反映人类使用和管理影响下土地的动态特征,进而衡量土壤保证生物生产能力和环境净化能力、维护生态安全以及

保障人类健康程度的综合量度[

10-11

]。2.1 监测指标

土壤质量评价指标体系的建立同土壤质量的定义一样,都面临着因地而异和因人而异的复杂性,例如在丘陵区,有学者选取有效土层厚度、土壤质地、台面坡度、排灌设施、速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)、有机质、pH值、电导率和容重作为评价因子;在平原区,有学者选取有效土层厚度、地下水埋深、土壤质地、土体构型、速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)、有机质、pH值、电导率和容重作为评价因子

[12]

;在林地,有学者建立了以水分有效性

(WA)、养分有效性(NA)和根系适宜性(RS

)三大类划分的土壤质量评价体系[

13]

。根据《农田土壤环境质量监测技术规范(NY/T 395-2012)》、GB15618《土壤环境质量标准》、土地整治与农用地分等定级的关系

[14-15

],结合前人研究成果,得到土壤质

量监测内容为:有效土层厚度、表层土壤质地、剖面结构、土壤肥力,土壤有机质含量、速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)、pH值、电导率和容重等指标。在工业污染引起的污染土地复垦中,还需要重点对重金属和相关污染物残量进行监测。2.2 监测手段

2.2.1 基于G

IS的土壤监测利用不同有机质或无机物的光谱反射特性,能够对采样点的土壤进行有机质含量分析;归一化植被指数(NDVI)作为应用最为广泛的一种土壤植被指数,能反映出植物冠层的背景影响,如土壤、潮湿地面、雪、枯叶、粗糙度等;由于土壤水分对土壤反射光谱的影响机理随着波长和土壤组成物质吸收波段的位置和强度而异,基于土壤湿度与反射率的关系,

能够实现对土壤含水量的监测;利用遥感信息LBV综合分析解译EKONOS、Landsat-TM影像数据,能够实现对土壤潜育化面积等指标的监测。2.2.2 基于探地雷达的土壤监测

土壤的物理特性(结构、密度、温度)和化学特性(有机质、盐类含量、含水量、pH值)突变的位置将导致表征大地电磁特性的几个参数(介电常数,导磁率,导电率)发生变化,雷达波通过反射在突变面形

成了明显的雷达剖面图像[

16]

。通过分析光谱图像,反演土壤有机质含量高低信息、刻画土壤层结构、了解土壤盐碱化程度;通过筛选与土壤有机质相关的TM波段,

建立土壤有机质反演模型,并运用多元逐步线性回归法和偏最小二乘法估算土壤有机质含量的潜力。

2.2.3 基于G

IS/SOTER数据库的土壤监测SOTER数据库和GIS系统是一种定性与定量相结合的土壤质量评价方法,是一个包括数字化地图单元和属性数据的土壤与地形体的数据库。如地形、植被、坡度、水文、土地利用、气候和人口密度等,在GIS环境中能够方便地对土壤属性进行调取和研究,主要应用包括水土流失危险性评价、土地退化和粮食产量评价、土壤盐碱化和土壤酸化评价、土壤多样性和丰富度的评价等。2.2.4 其他监测手段

土壤的实验室分析方法[

17]

和各种仪器设备在生产活动中应用较为普遍,例如土壤养分速测仪、台式近红外土壤养分速测仪、手持式土壤养分速测仪等用于土壤养分的测定;定时定位土壤水分速测仪、便携式土壤墒情测定仪等用于土壤水分的测定;消化装置、调压变压器和振荡机等用于土壤有机质的测定。

3 生态环境质量监测

生态环境质量是整个生态系统结构和功能的一种表达,是为满足生态环境中有机生命体的需要而

提供产品和服务的一种能力[

18]

。进行生态环境质·

45·国土资源科技管理

第31卷

量监测最大的意义在于明确生态环境质量现状,从而起到生态环境备案和预警的作用。3.1 监测体系

土地整治生态环境质量监测体系的建设仍在探索阶段,本文根据《土壤环境质量标准(修订)(GB156

18—2008)》《土壤环境监测技术规范(HJ/T166-2004)》《环境空气质量监测规范(试行)》《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》《地表水和污水监测技术规范(HJ/T 91—2002)》《地下水环境监测技术规范(HJ/T164-2004)》,以及众多学者对农村生态环境质量监测体系的研究成果,得到土地整治生态环境监测体系(表2

)。表2 土地整治生态环境监测体系

准则层Ⅰ

准则层Ⅱ指标层

空气环境质量

必选项目

选测项目其他项目二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物、一氧化碳、臭氧总悬浮颗粒物、铅、氟化物、苯并[a]花、有毒有害有机物风速、风向、空气温度、湿度、太阳辐射、雨量土壤环境质量

基本项目

重点项目其他项目

H、阳离子交换量镉、铬、汞、砷、铅、铜、锌、镍

土壤水分值、土壤温度值、土壤EC值,地下水位值,EC值

水环境质量

地表水监测

地下水监测

必测项目

选测项目水温、p

H、透明度、溶解氧、电导率、痒还原电位、浊度、化学需氧量、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、粪大肠菌群、硫化物、挥发酚、石油类、铅、铬(六价)、镉、汞、砷、硒、氟化物。锌、铜、总氮

H、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物、砷、汞、铬(六价)、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、高锰酸盐指数、硫酸盐、氟化物、大肠杆菌群色、嗅和味、浑浊度、氯化物、硫酸盐、碳酸氢盐、石油类、细菌总数、硒、铍、钡、镍、六六六、滴滴涕、总α放射性、总β放射性、铅、铜、锌、

阴离子表面活性剂3.2 监测技术

通用的环境监测分析仪器主要有气相色谱仪、离子色谱仪、原子吸收分光光度计和快速流动式自动化学分析仪等。这些通用监测分析仪器中有些不但能够检测气体和液体中无机污染物和金属离子,而且能检测有机污染成分,有些甚至直接检测固体

污染物中的污染成分[

19]

。现代的环境监测技术主要包括3S技术和无线传感网络技术。基于3S技术展开的生态环境质量监测研究主要是在地理信息系统和遥感技术支持下所获取能够反映生态环境质量现状、环境容量、环境恢复能力等方面的指数,进而建立相应的模型对生

态环境质量监测结果进行评价[

20]

,它能够有效克服传统生态环境监测技术与方法的范围小、现势性差、

信息不足等缺点[

21]

。无线传感器网络是由各种能够采集农田监测要素的传感器节点通过网络协议而

形成的一个或者多个无线网络[

22]

,保证了生态环境质量监测工作的动态性、连续性和有效性,尤其在监测有难度的偏远地区发挥着十分显著的效果。

4 景观维护和可持续土地整治监测

土地整治项目必然引起景观格局的变化[

23]

,结合RS和GIS对斑块水平指标和景观水平指标进行评价。其中斑块水平包括形状指数和斑块分维数;斑块类型指标包括斑块总面积、景观百分比、最大斑块指数和平均斑块面积;景观水平指标包括形状指数、斑块分维数、Simpson多样性指数、Simp

son均匀度指数、

优势度指数和平均形状指数[24]

。通过增加有效耕地面积、增强抵御自然灾害的能力和改善环境等方面,将可持续发展的理念贯穿整个项目,做到规划编制科学、项目设计合理、工程施工高效、权

·

55·第6期

韩 莉,等:土地综合整治质量监测研究

属确认公正,从而达到在环境、资源代价最小的情况下取得经济最大收益的一种土地利用的合理状

态[

25-26

]。5 结语

现阶段我国已有大量项目进入运行阶段,预期目标和效益是否实现等尚不明确,亟需加强土地整治的监测工作。随着我国新型城镇化建设的不断深入,土地整治项目内涵已经从增加耕地面积向提高耕地质量、注重生态响应和可持续发展方式转变。未来对土地整治质量监测的实施力度和重视程度也将不断被提升到新的高度。土地整治工程质量、土壤质量和生态环境质量三者的监测作为土地整治的现阶段重点工作和常规工作,对土地整治项目的成败起到至关重要的作用,而景观维护和土地整治可持续的监测是我国土地整治监测的必然趋势,是对前三者的补充和提升。目前,3S技术在土地整治质量监测领域已经取得了十分显著的成果,同时,将探地雷达和无线传感网络等技术与常规仪器等传统手段相结合将对我国土地整治质量监测起到巨大的推动作用,土地整治质量监测的进一步发展对实现我国新型城镇化建设目标具有重要意义。参考文献:

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:·

65·国土资源科技管理

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457-4

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农业工程学报,2012,28(7

):1-7.Research on Quality Monitoring 

of Land ReclamationBased on New 

UrbanizationHAN Li,WANG Dong-

yan(College of Earth Sciences,Jilin University,Chang

chun 130061,China)Abstract:This study attempts to research the content,evaluation index and quality monitoring technology of land reclamation inorder to provide a reference for the continuous development of quality monitoring of land remediation in China.The content ofthe monitoring involves the quality of the projects,the quality of soil and ecological environment,and the landscape andsustainability of land reclamation.The monitoring technology mainly includes conventional measuring instruments,laboratoryanalysis method,3S,GPR and wireless sensor networks.It is concluded that the quality monitoring of land reclamation inChina should be developed in the direction of“attaching equal to the quantity and quality of land and managing ecology”,andthe combination of traditional and new technology will constantly promote the quality monitoring of land reclamation.Key 

words:land reclamation;quality monitoring;monitoring technology;evaluation index·

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