瀏陽河河長制實(shí)施情況遙感監(jiān)測

唐根

（湖南省第二測繪院，湖南 長沙 410100）

0 引言

瀏陽河位于湖南省東北部，作為湖南母親河湘江的一級(jí)支流，以其逶迤秀美聞名于世。但自上世紀(jì)八十年代起，工業(yè)污染與過度開發(fā)讓瀏陽河原貌不存。2019年，瀏陽河作為湖南省唯一代表，成功入選全國17個(gè)示范河湖建設(shè)名單。亂占、亂采、亂堆、亂建，是困擾全國各地河湖管理的一大痼疾[1]。針對(duì)河湖“四亂”問題，如果單純依靠人工傳統(tǒng)巡河方式，不僅工作量巨大、耗費(fèi)時(shí)間長，而且很難準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和監(jiān)督區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)違法違規(guī)活動(dòng)[2]。為更好的推動(dòng)瀏陽河美麗河湖建設(shè)，按照“實(shí)現(xiàn)水清、岸綠、河暢的瀏陽河”的理念，湖南省自然資源廳堅(jiān)持以河長制管理工作為導(dǎo)向，利用多源、多期遙感影像和基礎(chǔ)地理信息資料，充分發(fā)揮地理信息的創(chuàng)新作用，自2018年連續(xù)三年組織開展瀏陽河河長制衛(wèi)星遙感監(jiān)測工作。衛(wèi)星遙感監(jiān)測在河湖長制中的應(yīng)用，使河湖管理增加了一種獲取信息的現(xiàn)代化手段。衛(wèi)星遙感影像能實(shí)時(shí)的獲取地理區(qū)域的準(zhǔn)確信息，為河湖管理提供關(guān)鍵的信息，節(jié)約實(shí)地巡查的成本，提高工作效率。

1 研究區(qū)概況

瀏陽河又名瀏渭河，位于湖南省東部，瀏陽河干流向西而流，流經(jīng)瀏陽市、長沙縣全境，進(jìn)入長沙城區(qū)，注入湘江，全長234.8公里。流域面積4,665平方公里。瀏陽河是湘江的一級(jí)支流河，發(fā)源于羅霄山脈大圍山北麓，瀏陽河支流主要是大溪、小溪，分別發(fā)源于大圍山北麓及南坡。兩溪在瀏陽城東面10公里處匯合，始稱瀏陽河。2019年11月11日，瀏陽河入選水利部首批建設(shè)示范河湖名單。2020年11月瀏陽河全國示范河湖建設(shè)順利通過國家驗(yàn)收。

2 監(jiān)測分析方法

2.1 “四亂”問題監(jiān)測

水域岸線疑似“四亂”問題監(jiān)測主要使用全省2020年最新影像統(tǒng)籌數(shù)據(jù)成果。根據(jù)湖南省衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)中心，每季度實(shí)現(xiàn)2米分辨率衛(wèi)星影像全省覆蓋，年度實(shí)現(xiàn)1米分辨率衛(wèi)星影像全省全覆蓋。根據(jù)影像的判讀標(biāo)志，如色調(diào)（顏色）、形狀、位置、大小、陰影、布局、紋理及其他間接標(biāo)志等，建立不同類型疑似“四亂”問題的解譯樣本。結(jié)合2020年上半年影像統(tǒng)籌成果和2019年基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測成果，提取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的變化信息，作為疑似“四亂”問題提取的輔助數(shù)據(jù)。為確保監(jiān)測成果的準(zhǔn)確性，同時(shí)兼顧監(jiān)測成果的快速提供應(yīng)用，針對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測提取信息開展全野外核查工作。

2.2 渾濁水體

渾濁水體主要利用哨兵2號(hào)光學(xué)影像進(jìn)行提取，首先利用歸一化水體指數(shù)NDWI將水體從其他地物中提取出來，計(jì)算公式如下：

然后在提取出的水體中識(shí)別出渾濁水體。選擇光學(xué)影像紅、綠兩個(gè)波段組合的遙感反射率差、和的比值識(shí)別渾濁水體，即歸一化渾濁指數(shù)NDBWI。計(jì)算公式如下：

2.3 植被覆蓋度

本監(jiān)測采用2016-2020年夏季5期MODIS數(shù)據(jù)，MODIS數(shù)據(jù)包含植被指數(shù)（NDVI）波段，通過像元二分模型計(jì)算瀏陽河岸線10公里范圍區(qū)域內(nèi)2016-2020年植被覆蓋度，分析區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境變化總體變化情況。基于NDVI的像元二分模型計(jì)算公式如下：

其中，Pv是植被覆蓋度，NDVI為歸一化植被指數(shù)，NDVIsoil為完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIveg則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值。取經(jīng)驗(yàn)值NDVIveg=0.70和NDVIsoil=0.05，即當(dāng)某個(gè)像元的NDVI大于0.70時(shí)，Pv取值為1；當(dāng)NDVI小于0.05，Pv取值為0[4]。

2.4 汛期水面應(yīng)急監(jiān)測

本項(xiàng)監(jiān)測采用哨兵1號(hào)雷達(dá)影像和第三次國土調(diào)查數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)源，哨兵1號(hào)雷達(dá)影像具有重訪周期短、傳播速度快、不受云霧干擾等特點(diǎn)。通過對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理，采用閾值法自動(dòng)化提取水體范圍，開展汛期前、中、后瀏陽河水體范圍變化監(jiān)測。Sentinel-1雙極化數(shù)據(jù)SDWI水體提取指數(shù)公式：

式中VV和VH是哨兵1號(hào)雷達(dá)影像波段，8是所選擇的最初閾值，SDWI大于0時(shí)為水體，小于0時(shí)為非水體[5]。

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 “四亂”問題監(jiān)測

2020年第一季度新發(fā)現(xiàn)多處砂石碼頭、水面建（構(gòu)）筑物、釣魚平臺(tái)、河道圍墾。圖1所示是一處位于瀏陽市棖沖鎮(zhèn)平息村的砂石碼頭，與瀏陽河直線距離201米左右，現(xiàn)場有大量砂堆，采砂機(jī)器，運(yùn)輸設(shè)備，傳送帶連接礦場和河邊運(yùn)砂船。圖2是一處位于長沙縣黃興鎮(zhèn)沿江山村潭頭灣的養(yǎng)殖網(wǎng)箱，實(shí)地核查發(fā)現(xiàn)水面有形狀規(guī)則的網(wǎng)箱，岸邊有小漁船，岸上有塑料桶，疑似為正在養(yǎng)殖的網(wǎng)箱。圖3是一處位于瀏陽市高坪鎮(zhèn)沿甸村南車灣的河道圍墾，圍墾長度為285.8米，面積為15815.03平方米，現(xiàn)場核查時(shí)，正在進(jìn)行圍墾。

圖1 砂石碼頭示意圖

圖2 養(yǎng)殖網(wǎng)箱示意圖

圖3 河道圍墾示意圖

對(duì)于遙感監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的問題，建立了問題反饋機(jī)制，按季度向長沙市河長辦通報(bào)監(jiān)測問題。將監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的問題線索及時(shí)向相關(guān)責(zé)任單位推送，相關(guān)責(zé)任單位針對(duì)清單問題逐一核查整治，做到了第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)、第一時(shí)間反饋、第一時(shí)間處理，真正將河湖衛(wèi)星遙感監(jiān)測成果應(yīng)用到河長制湖長制工作中去。

3.2 渾濁水體

渾濁水體利用2020年7月23日的哨兵2號(hào)光學(xué)影像（重復(fù)覆蓋周期五天）進(jìn)行光譜分析。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)渾濁水體共24處，其中有11處為入河口位置附近，疑似為瀏陽河兩側(cè)的河流和溝渠中的渾濁水體直接流入瀏陽河水域內(nèi)，導(dǎo)致附近水域水質(zhì)條件變差；有2處渾濁水體附近有大片耕地，實(shí)地核查時(shí)耕地存在大量大棚種植，疑似為大棚種植過程中產(chǎn)生的污水排入瀏陽河河道。渾濁水體如圖4所示。

圖4 渾濁水體示意圖

3.3 植被覆蓋度

2016-2020年夏季瀏陽河岸線10公里范圍內(nèi)植被覆蓋度變化趨勢呈現(xiàn)“逐年小幅波動(dòng)，整體微弱上升”，監(jiān)測范圍內(nèi)植被覆蓋度均值從2016年7月11日的0.6883上升至2020年8月12日的0.6905，監(jiān)測范圍內(nèi)各縣（區(qū)）植被覆蓋度均值見表1。此外，監(jiān)測范圍內(nèi)植被覆蓋空間分布不均勻，局部區(qū)域差異較大，長沙市城區(qū)和瀏陽城區(qū)的植被覆蓋度呈逐年上升趨勢；東部和中部的大圍山鎮(zhèn)、達(dá)滸鎮(zhèn)、高坪鎮(zhèn)、葛家鎮(zhèn)、官渡鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)植被覆蓋度相對(duì)較高。2016-2020年夏季瀏陽河岸線10公里范圍內(nèi)植被覆蓋度情況見圖5。

表1 瀏陽河岸線10公里范圍植被覆蓋度均值統(tǒng)計(jì)表

圖5 2016-2020年夏季瀏陽河岸線10公里范圍區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度

4 汛期水面應(yīng)急監(jiān)測

監(jiān)測采用的哨兵1號(hào)雷達(dá)遙感影像時(shí)間為2020年5月26日、2020年7月25日、2020年8月6日，分別為流域汛期前、中、后各時(shí)點(diǎn)，各時(shí)點(diǎn)水面提取范圍如圖6所示。

圖6 瀏陽河汛期前、中、后水面提取示意圖

水面面積統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 瀏陽河水面面積及變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

將5月份水面范圍和7月份水面范圍進(jìn)行空間疊加減法分析，提取水面變化區(qū)域，由于河流岸線會(huì)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生細(xì)微變化，故淹沒區(qū)域面積不等于兩個(gè)月份水面面積差值。2020年7月份汛期瀏陽河沿岸洪水淹沒面積為3.80km2，其中下游沿岸淹沒面積最大，為2.00km2，中游沿岸淹沒面積為0.97km2，上游沿岸淹沒面積為0.82 km2，淹沒區(qū)域如圖7所示。

圖7 瀏陽河汛期淹沒區(qū)域示意圖

將提取的2020年5-7月水面變化區(qū)與第三次國土調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，計(jì)算出水面淹沒三調(diào)地類面積共1567645.06m2，從縣（區(qū)）來看，瀏陽市淹沒三調(diào)地類面積最大，為692724.47m2，其次為雨花區(qū)，淹沒三調(diào)地類面積為342120.35m2；從地類來看，水利設(shè)施用地受淹面積最多，為748875.80m2，其次為林地，受淹面積為498637.66m2。瀏陽河汛期淹沒三調(diào)地類信息詳見表3。

表3 瀏陽河汛期淹沒三調(diào)地類統(tǒng)計(jì)表（單位：m2）

續(xù)表3

5 結(jié)語

基于多源、多時(shí)相、高分辨率遙感影像，結(jié)合地理國情監(jiān)測、第三次國土調(diào)查等成果，圍繞瀏陽河的砂石碼頭、建（構(gòu)）筑物、養(yǎng)殖網(wǎng)箱、釣魚平臺(tái)、河道圍墾、渾濁水體、植被生態(tài)環(huán)境和汛期水面進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明瀏陽河“四亂”問題基本得到解決，瀏陽河整體水質(zhì)較好，但是部分區(qū)域水體渾濁，瀏陽河兩岸植被生態(tài)環(huán)境逐年好轉(zhuǎn)，汛期水面應(yīng)急監(jiān)測為洪澇災(zāi)害防治及時(shí)提供了數(shù)據(jù)支撐。衛(wèi)星遙感監(jiān)測高效支撐了瀏陽河的“清四亂”專項(xiàng)行動(dòng)和水資源管護(hù)，降低日常巡查監(jiān)管的壓力，使巡查監(jiān)管更具針對(duì)性，同時(shí)也為長沙市河長辦和生態(tài)環(huán)境部門進(jìn)行專項(xiàng)行動(dòng)提供數(shù)據(jù)支持，為長沙市河長辦有關(guān)工作推進(jìn)及督查考核提供客觀依據(jù)，為瀏陽河開展示范河湖建設(shè)提供參考。