衛(wèi)星遙感技術(shù)在邊境地區(qū)河流管理中的應(yīng)用

張欣ZHANG Xin；孫高虎SUN Gao-hu

（①水利部國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作交流中心，北京 100038；②河海大學(xué)商學(xué)院，南京 210098）

0 引言

我國邊境地區(qū)的河流多為跨界河流，或稱國際河流，是指位于或者跨越我國國界線的河流或湖泊。全球跨界河流水資源占世界可用淡水資源60%，影響全球148個(gè)國家和90%以上人口的可持續(xù)發(fā)展[1]。我國是這些國家中跨界河流問題最為復(fù)雜的國家之一，因?yàn)槲覈缃绾恿鞅姸啵饕恿?0多條，涉及13個(gè)接壤國和3個(gè)鄰近國，中國多居上游。境內(nèi)跨界河流流域面積約占全國國土總面積的1/5，界河長度約占陸地邊界的1/3，年均出境和流入邊界河流的水量7280億m3，占全國水資源總量的1/4，約為入境水量的34倍[2]。

我國跨界河流多處老少邊窮地區(qū)甚至無人區(qū)，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境都十分良好。但由于監(jiān)測手段有限，甚至人力不能及，國際河流管理工作處于缺少資料、被動(dòng)的局面。雅魯藏布江夏季時(shí)常發(fā)生山體滑坡、堰塞湖事件，給西藏米林、墨脫當(dāng)?shù)厝罕妿砩拓?cái)產(chǎn)威脅，也給下游印度帶來一定的擔(dān)憂；新疆阿克蘇地區(qū)昆馬力克河上游麥茲巴赫冰川湖（位于吉爾吉斯斯坦境內(nèi)）每年7月左右出現(xiàn)潰決，是當(dāng)?shù)乇Ｕ戏篮榘踩闹卮筇魬?zhàn)。

按照流域統(tǒng)一管理的系統(tǒng)理念，我國國際河流流域宜盡快掌握全流域的自然條件、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境等信息。在當(dāng)前提升國家水安全保障能力、構(gòu)建國家水網(wǎng)的關(guān)鍵時(shí)刻，推動(dòng)衛(wèi)星遙感技術(shù)在我國跨界河流境內(nèi)外開展監(jiān)測極其必要，正當(dāng)其時(shí)，能有效彌補(bǔ)中國邊境地區(qū)流域觀測數(shù)據(jù)的短缺，對于促進(jìn)國際河流流域的研究和管理具有重要意義。

1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在資源環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

地球觀測衛(wèi)星，泛指用于對地球資源與環(huán)境進(jìn)行遙感的各種人造地球衛(wèi)星和航天器。對地觀測衛(wèi)星主要包括氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、軌道航天站以及其他特殊用途的衛(wèi)星。跨界河流流域?qū)儆陉懙匦l(wèi)星的監(jiān)測范圍。陸地遙感衛(wèi)星始于1999年，到目前為止，已發(fā)射近100顆民用陸地觀測衛(wèi)星，形成了包括資源、高分、環(huán)境/實(shí)踐和小衛(wèi)星在內(nèi)的4個(gè)對地遙感觀測衛(wèi)星系列，探測地球表面的各種資源、環(huán)境、災(zāi)害和人類活動(dòng)信息及變化情況。4個(gè)衛(wèi)星系列中在軌運(yùn)行的陸地遙感衛(wèi)星具體發(fā)展情況見表1[3]。近年來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的快速發(fā)展，積累了海量的對地觀測遙感數(shù)據(jù)。在水利領(lǐng)域，這些數(shù)據(jù)多應(yīng)用于水資源監(jiān)測、冰湖冰川監(jiān)測、自然湖泊監(jiān)測、水域岸線動(dòng)態(tài)監(jiān)測、救災(zāi)應(yīng)急監(jiān)測等，為掌握地表水資源量、應(yīng)急救災(zāi)等工作提供了重要基礎(chǔ)信息支撐，相關(guān)案例見表2。

表1 在軌運(yùn)行的中國陸地遙感衛(wèi)星主要參數(shù)一覽表

表2 水利領(lǐng)域遙感監(jiān)測典型案例表

此外，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的計(jì)算速度和水平也顯著提高，可進(jìn)一步應(yīng)用于水利領(lǐng)域。GEE（Google Earth Engine）是一種領(lǐng)先的遙感云計(jì)算平臺，它改變了傳統(tǒng)遙感數(shù)據(jù)處理和分析模式。GEE存儲著近40多年來大部分公開的遙感影像數(shù)據(jù)，比如Landsat系列產(chǎn)品、MODIS系列產(chǎn)品、Sentinel系列產(chǎn)品等，還包括諸如地形、氣候天氣、土地覆蓋、人口統(tǒng)計(jì)和其他環(huán)境數(shù)據(jù)。可以為用戶提供全球尺度的遙感云計(jì)算服務(wù)，實(shí)現(xiàn)地理空間分析。還有一些其他的遙 感 云 計(jì) 算 平 臺，例 如AWS、MA、Data Cube、NEX、Planetary Computer以及我國的EarthDataMiner和PIE Engine等等[4]。

2 在跨界河流運(yùn)用衛(wèi)星遙感技術(shù)的典型案例——美國湄公河大壩監(jiān)測項(xiàng)目

“湄公河大壩監(jiān)測”（MekongDam Monitor）項(xiàng)目正式啟動(dòng)于2020年12月15日，由美國智庫史汀生中心的東南亞項(xiàng)目組及美國水資源研究和咨詢公司“地球之眼”聯(lián)合發(fā)起，并獲得美國-湄公河伙伴關(guān)系、奇諾-奇內(nèi)加基金會和個(gè)人捐助資助。這是美國利用衛(wèi)星遙感手段攻擊我國與湄公河國家間國際河流合作的典型案例。

該項(xiàng)目稱運(yùn)用遙感、衛(wèi)星影像和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，為瀾滄江—湄公河流域提供近乎實(shí)時(shí)的報(bào)道和數(shù)據(jù)下載服務(wù)，并將“可視化”的數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)布在特定網(wǎng)站②。這些結(jié)果包括：①每周更新瀾滄江干流上所有13座已完工大壩和水庫以及發(fā)電能力大于200MW的13座支流大壩的高分辨率衛(wèi)星圖像；②每周水庫水位讀數(shù)和大壩運(yùn)行曲線；③每周對中國瀾滄江11座大壩梯級進(jìn)行可視化分析；④四個(gè)下游重要影響區(qū)的高分辨率圖像和水文分析；⑤自然水流模型數(shù)據(jù)與湄公河委員會在泰國清盛和老撾萬象站的測量儀結(jié)果對比的可視化；⑥全流域地表濕度、溫度、積雪和降水變化地圖和數(shù)據(jù)；⑦全流域規(guī)劃、在建和完工的所有大壩和水庫的描述性數(shù)據(jù)。以科學(xué)視角觀察和研究跨界河流流域是推動(dòng)全流域合作和共同發(fā)展的正確選擇，但是美國的湄公河大壩監(jiān)測項(xiàng)目卻發(fā)揮了更為復(fù)雜的作用。由于全球都認(rèn)為衛(wèi)星遙感技術(shù)是可信可靠的，因此，美國在發(fā)布結(jié)果的時(shí)候沒有充分考慮信息的準(zhǔn)確性，甚至涉嫌故意發(fā)布錯(cuò)誤的結(jié)果結(jié)論，在未獲知上游我國水電調(diào)度信息的情況下不斷以“危機(jī)預(yù)警”的口吻以向下游國家釋放信息，掀起多輪“中國大壩威脅論”的輿論高潮，引起了域內(nèi)外國家對中國的擔(dān)憂不滿，美國企圖離間瀾湄水資源合作、在亞太事務(wù)中謀求更多利益的目的昭然若揭。

為此，我國清華研究團(tuán)隊(duì)同樣運(yùn)用了更為清晰準(zhǔn)確的衛(wèi)星遙感影像，對該網(wǎng)站上的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行了駁斥，并做了科學(xué)解釋。由此可見，衛(wèi)星遙感技術(shù)在應(yīng)對境內(nèi)外國家的不實(shí)言論、為我國國際合作發(fā)聲方面具有很重要的意義。

3 衛(wèi)星遙感技術(shù)在邊境河流上的應(yīng)用前景

我國已經(jīng)進(jìn)入新發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級加速，智慧化已成為行業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，以信息化驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代化已成為各行業(yè)的必經(jīng)之路，水利是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)性行業(yè)，必須充分利用新一代信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)水利現(xiàn)代化。

3.1 加強(qiáng)對國際河流境外地區(qū)的監(jiān)測

針對薩雷扎斯河、阿克塞依河、克魯倫河、結(jié)雅河、布列亞河等我處于下游的跨界河流流域重點(diǎn)關(guān)注區(qū)，發(fā)現(xiàn)異常，為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警防范提供有效信息，為跨界河流管理提供信息支持。針對我處于上游的國際河流境外地區(qū)，也應(yīng)利用衛(wèi)星遙感手段輔助做好全流域的水資源評價(jià)，根據(jù)全流域水資源綜合情況協(xié)商開展各自區(qū)域的水資源開發(fā)利用，維護(hù)本國用水權(quán)益。

3.2 加強(qiáng)對國際河流境內(nèi)地區(qū)的監(jiān)測

中印、中尼（泊爾）、中哈、中俄等邊境地區(qū)時(shí)常有山體滑坡、堰塞湖、洪水等災(zāi)害發(fā)生，考慮不同季節(jié)，針對國際河流流域地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)等風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)，利用高分衛(wèi)星等開展定期監(jiān)測，可以及時(shí)識別變化，發(fā)現(xiàn)異常，為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警防范提供有效信息，也可幫助下游國家共同應(yīng)對自然災(zāi)害，促進(jìn)周邊命運(yùn)共同體建設(shè)。

3.3 加強(qiáng)衛(wèi)星遙感技術(shù)與地面監(jiān)測工作的協(xié)調(diào)配合

河湖長制設(shè)立和實(shí)施以來，已經(jīng)在省、市、縣、鄉(xiāng)四級設(shè)立了河湖長30多萬名，村級河湖長90多萬名，包括巡河員、護(hù)河員。通過衛(wèi)星遙感技術(shù)和地面監(jiān)測結(jié)合，發(fā)揮天地一體化的協(xié)同效果，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息支撐，實(shí)現(xiàn)國際河流管理的精準(zhǔn)決策。

未來，智慧水利作為水利高質(zhì)量發(fā)展的顯著標(biāo)志將不斷被推進(jìn)。利用資源三號、天繪一號、高分一號、高分二號、北京二號、高景一號等多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合特征解譯及人工智能技術(shù)進(jìn)行典型要素識別提取，形成國際河流自然、開發(fā)等要素的空間分布及發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測數(shù)據(jù)，將為國際河流開發(fā)利用和管理提供自主、權(quán)威、統(tǒng)一、高效的全球化地理信息綜合服務(wù)，對國際河流全流域管理發(fā)揮關(guān)鍵作用。

注釋：

①《2020年自然資源部衛(wèi)星應(yīng)用報(bào)告》發(fā)布http://news.mnr.gov.cn/dt/ch/202108/t20210826_2678320.html。

②MekongDam Monitor·Stimson Center網(wǎng)址：https://www.stimson.org/project/mekong-dam-monitor/。