生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星中心水環(huán)境遙感部: 衛(wèi)星遙感：巡天遙看一千河

鄭挺穎

當(dāng)前全國(guó)各地都在推進(jìn)碧水保衛(wèi)戰(zhàn)，這也是污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)中三大保衛(wèi)戰(zhàn)之一（另兩個(gè)為藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)和凈土保衛(wèi)戰(zhàn)）。那么，如何監(jiān)測(cè)水環(huán)境的變化？除了到水域現(xiàn)場(chǎng)取樣監(jiān)測(cè)外，對(duì)更宏觀的水環(huán)境變化則需要借助衛(wèi)星遙感技術(shù)來(lái)“從天上看水”。《環(huán)境與生活》雜志記者日前來(lái)到生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心水環(huán)境遙感部，直觀了解衛(wèi)星“從天上看水”是怎樣進(jìn)行的。

“坐地日行八萬(wàn)里，巡天遙看一千河。”這是毛澤東主席1958年7月得知江西省余江縣消滅了血吸蟲(chóng)病后，創(chuàng)作的七律《送瘟神·其一》中的詩(shī)句。毛主席詩(shī)歌原意是，“人們住在地球上，因地球自轉(zhuǎn)，于不知不覺(jué)中，已看完了萬(wàn)千星河。”

不過(guò)，化用這句“巡天遙看一千河”來(lái)描述衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心的水環(huán)境遙感部（以下簡(jiǎn)稱“水室”）的工作，卻是再合適不過(guò)，因?yàn)樗抑饕袚?dān)遙感技術(shù)在水環(huán)境領(lǐng)域的研發(fā)及應(yīng)用。

6月6日，《環(huán)境與生活》雜志記者來(lái)到衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心（以下簡(jiǎn)稱“衛(wèi)星中心”）的水室，看看他們是怎么遙看一千河的。

監(jiān)測(cè)水體的自然岸線率非常重要

衛(wèi)星中心高級(jí)工程師殷守敬博士向《環(huán)境與生活》記者介紹，衛(wèi)星中心在2009年正式成立時(shí)就組建了水室，當(dāng)時(shí)才三五個(gè)人。水室目前已經(jīng)發(fā)展到有20人。

水室通過(guò)衛(wèi)星遙感來(lái)監(jiān)測(cè)地表的水環(huán)境變化。殷守敬博士說(shuō)：“2011年起，中央財(cái)政增設(shè)湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)資金，對(duì)水質(zhì)良好的湖泊優(yōu)先進(jìn)行保護(hù)，到2017年，全國(guó)有81個(gè)湖泊獲得國(guó)家專項(xiàng)資金支持。2013年起，我們一直在監(jiān)測(cè)湖泊內(nèi)及其周邊的違法、違規(guī)開(kāi)發(fā)與生態(tài)修復(fù)等行為，主要包括湖泊的岸線變化和整個(gè)流域上的植被覆蓋變化情況。這兩個(gè)指標(biāo)是作為財(cái)政資金投資績(jī)效的生態(tài)效益考核指標(biāo)，中國(guó)環(huán)科院在牽頭做這個(gè)事，我們用遙感給他們提供兩個(gè)指標(biāo)，一個(gè)是自然岸線率，許多湖泊的自然岸線率每年都在變化，看有沒(méi)有做提升和改善;另一個(gè)是流域的植被覆蓋率，看植被有沒(méi)有繼續(xù)破壞，有沒(méi)有通過(guò)復(fù)墾去增加一些湖邊植被覆蓋或者整個(gè)流域上的植被覆蓋。這個(gè)工作我們已經(jīng)開(kāi)展好幾年了。”

殷守敬博士此處提到的復(fù)墾是指對(duì)被破壞或退化的土地進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。說(shuō)完湖泊，記者又問(wèn)起長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的自然岸線率情況如何。殷博士答道：“我們用衛(wèi)星遙感做了一個(gè)摸底，2017年整個(gè)長(zhǎng)江干流的自然岸線率大約是60%，與之相反的就是開(kāi)發(fā)率，也就是人工對(duì)岸線的改造。總體來(lái)看，越到中下游開(kāi)發(fā)率越高，下游個(gè)別省份開(kāi)發(fā)率高達(dá)55%。整個(gè)長(zhǎng)江中下游都是有防洪堤的，防洪堤作為長(zhǎng)江水體的外緣線也是不得已而為之，到上游就不存在這種情況了。”

在天上也能遙感黑臭水體

至于黑臭水體，如何通過(guò)高居“九天之外”的衛(wèi)星看出來(lái)？

殷守敬博士解釋：“衛(wèi)星在天上，黑臭水體的‘臭’看不出更聞不到，但‘黑’能看得出來(lái)。我們?cè)谧R(shí)別的時(shí)候，不僅依靠水體的光譜信息。水體是否斷流和堆放垃圾等，也是我們監(jiān)測(cè)黑臭水體的判斷條件。我們?cè)谝恍┏鞘凶鲞^(guò)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星遙感對(duì)黑臭水體有60%的識(shí)別精度。按照國(guó)家規(guī)定，2018年底，直轄市、省會(huì)城市等重點(diǎn)城市的建成區(qū)黑臭水體消除率要達(dá)到90%，到2020年其他地級(jí)城市建成區(qū)黑臭水體消除比例也要超過(guò)90%。我們用遙感發(fā)現(xiàn)很多城市的黑臭水體現(xiàn)象確有明顯好轉(zhuǎn)。至于農(nóng)村地區(qū)的黑臭水體，我們正在做試點(diǎn)。”

能發(fā)現(xiàn)水質(zhì)局部改善的“貓膩”

衛(wèi)星遙感對(duì)我國(guó)河流斷面監(jiān)測(cè)有哪些幫助？

水室的王晨博士介紹，現(xiàn)在地表水國(guó)考斷面在監(jiān)測(cè)上統(tǒng)一實(shí)施采測(cè)分離，由第三方機(jī)構(gòu)開(kāi)展水質(zhì)采樣監(jiān)測(cè)，但在實(shí)際工作中，也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法采樣的情況越來(lái)越多，比如自然因素?cái)嗔鳌⑹┕嗔鳌⒒诘取．?dāng)這些情況發(fā)生時(shí)，地面監(jiān)測(cè)就沒(méi)法進(jìn)行了。“今年2月，全國(guó)有100多個(gè)斷面由于各種因素?zé)o法開(kāi)展監(jiān)測(cè)，我們用衛(wèi)星遙感來(lái)核查發(fā)現(xiàn)，確實(shí)存在斷流、冰雪覆蓋、冰封和化冰期等情況。”

王晨博士介紹，衛(wèi)星遙感還能發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，比如有些斷面的經(jīng)緯度坐標(biāo)不準(zhǔn)確，不在被監(jiān)測(cè)河流、湖泊區(qū)域內(nèi)。“這時(shí)，我們就需要通知相關(guān)部門(mén)去核查糾正。為了核實(shí)問(wèn)題原因，我們需要對(duì)著現(xiàn)場(chǎng)照片和衛(wèi)星影像，每個(gè)斷面去查清情況。”

衛(wèi)星除了對(duì)無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的地表水?dāng)嗝孢M(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)外，還能發(fā)現(xiàn)一些“貓膩”，比如說(shuō)個(gè)別地方在河流斷面上游幾公里處進(jìn)行曝氣、生態(tài)浮島等局部河段整治工程，通過(guò)這種“耍小聰明”的手段來(lái)“精準(zhǔn)”改善水質(zhì)。“如果只做這種局部水質(zhì)改善的話，我們監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)就不能代表整條河流，明年可能對(duì)這種水質(zhì)局部改善的情況重點(diǎn)進(jìn)行排查。”

京津冀地區(qū)河流干涸情況明顯好轉(zhuǎn)

王晨博士介紹，由于工農(nóng)業(yè)發(fā)展，華北地區(qū)尤其是京津冀一帶的河流干涸的情況非常嚴(yán)重，但具體某條河流干涸到什么程度就很難摸清。“2015年，環(huán)保部（現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部）向我們提任務(wù)，把京津冀地區(qū)的河流干涸情況摸一下，我們當(dāng)時(shí)通過(guò)衛(wèi)星遙感發(fā)現(xiàn)這地區(qū)有25%左右的河段都是干涸的，總長(zhǎng)2萬(wàn)多公里的330條河流，存在干涸情況高達(dá)2/3。”

王晨博士隨后介紹，由于南水北調(diào)等生態(tài)補(bǔ)水工程的完成應(yīng)用，京津冀地區(qū)河流干涸的情況有明顯好轉(zhuǎn)，2018年滹沱河、永定河等河流就大段地恢復(fù)水流。“今年我們打算再做一次京津冀地區(qū)河流干涸情況的核查，估計(jì)還會(huì)有所改善。”

針對(duì)網(wǎng)友普遍關(guān)心的白洋淀，王晨博士說(shuō)：“雄安新區(qū)的一個(gè)重要的問(wèn)題就是水的問(wèn)題，我們對(duì)白洋淀上游大小河流做了遙感監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)很多河道都是干涸的，2017、2018兩年枯水期和豐水期一共做了4期，然后發(fā)現(xiàn)每期干涸河道的長(zhǎng)度比例都接近40%。白洋淀現(xiàn)在是國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，可以通過(guò)生態(tài)補(bǔ)水工程保障水量。但是如果想把整個(gè)流域的所有河流都復(fù)原、澄清，難度就比較大了。這個(gè)確實(shí)是歷史原因，華北平原的地下水超采情況太嚴(yán)重了。要想河流恢復(fù)生機(jī)，就得先把地下水保障好，但這需要久久為功。”

衛(wèi)星遙感參與水華預(yù)警

水室一直都對(duì)太湖、巢湖、滇池等湖泊進(jìn)行監(jiān)測(cè)。那近期的水華情況怎樣？殷守敬博士詳細(xì)解釋：“對(duì)于太湖等重點(diǎn)湖泊，我們對(duì)近十年來(lái)每天的水華情況都做了監(jiān)測(cè)提取，并對(duì)其發(fā)生規(guī)律進(jìn)行跟蹤分析。水華影響因素比較復(fù)雜，與湖泊流域污染物入湖、湖泊內(nèi)源污染、和氣象條件等都有關(guān)系。從污染源角度，對(duì)很多湖泊來(lái)說(shuō)，點(diǎn)源污染已不是主要問(wèn)題，更多的是流域面源污染。從水華發(fā)生條件來(lái)講，與降雨、氣溫、風(fēng)力等氣象條件也有很大關(guān)系，尤其是下雨時(shí)形成地表徑流，農(nóng)田與生活污水里面的氮磷等隨徑流進(jìn)入湖泊，隨著氣溫上升，水華快速生長(zhǎng)的條件就滿足了。其實(shí)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，水華還不能算污染，是湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化引起的生態(tài)異常現(xiàn)象。針對(duì)水華事件的成因、規(guī)律、影響及其管控，還需要持續(xù)跟蹤關(guān)注。”

殷守敬博士說(shuō)：“現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境部每年4到10月會(huì)對(duì)重點(diǎn)湖泊開(kāi)展水華應(yīng)急監(jiān)測(cè)，并醞釀建立水華預(yù)警機(jī)制，水華達(dá)到一定程度后會(huì)向地方發(fā)布信息，采取一些必要措施。這個(gè)預(yù)警機(jī)制里邊遙感充當(dāng)哨兵的角色，通過(guò)衛(wèi)星遙感觀測(cè)到水華達(dá)到一定面積比例后，我們把這個(gè)信息告知監(jiān)測(cè)部門(mén)，結(jié)合地面觀測(cè)的補(bǔ)充數(shù)據(jù)，再把水華的預(yù)警信息發(fā)出去。”

服務(wù)地方政府的環(huán)保工作

針對(duì)水室今后的工作重點(diǎn)，殷守敬博士說(shuō)：“目前水室人員少，重點(diǎn)業(yè)務(wù)要再往深度擴(kuò)展，但主要跟著（生態(tài)環(huán)境）部里的任務(wù)走，同時(shí)要給地方政府做好服務(wù)，與一些省市以及地市的生態(tài)環(huán)境部門(mén)都要加強(qiáng)合作。我們的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和結(jié)果可以為地方的生態(tài)環(huán)境治理和污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)提供支撐，也給地方的環(huán)境督查做執(zhí)法支撐。”