西遼河流域水體遙感監(jiān)測示范應(yīng)用

文 | 邢洋 李思慧 李偉 張嘉文 李巍巍 常國榮

通遼市氣象局/高分衛(wèi)星內(nèi)蒙古通遼分中心

一、前言

西遼河流域位于遼河上游，西拉木倫河是西遼河的源頭。西遼河從科左中旗巴彥塔拉鎮(zhèn)附近流出通遼，最終匯入遼河。西遼河流域內(nèi)涉及的行政區(qū)涵蓋10 個盟市，27 個旗縣區(qū)。然而，近年來由于水資源過度開發(fā)，西遼河流域水資源供需矛盾突出，曾造成西遼河干流全年斷流，引起水利部等多方高度關(guān)注。

為推動解決西遼河流域水資源過度開發(fā)問題，2019 年以來，內(nèi)蒙古自治區(qū)水利廳，通遼市、赤峰市水利部門等配合水利部完成了《內(nèi)蒙古西遼河流域“量水而行”以水定需方案》，提出了“通過節(jié)水、減少配水面積、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、控制用水總量、增加外調(diào)水補給、增加再生水利用等措施，提高區(qū)域水資源承載能力”的治理對策。

衛(wèi)星遙感技術(shù)無疑是開展大范圍水體信息動態(tài)監(jiān)測的有效途徑，利用包括高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)在內(nèi)的多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對西遼河流域重要水體進行系列監(jiān)測，依據(jù)歸一化水體指數(shù)法，對孟家段水庫開展自1984 年至2021 年的年代際變化監(jiān)測，自2020年開始對包括孟家段水庫在內(nèi)的多個重要水體進行全年逐月密切監(jiān)測，同時利用水務(wù)部門的水情信息、氣象條件及其生態(tài)環(huán)境等要素進行綜合分析，獲取水體時空分布特征，直觀反映水體動態(tài)變化情況。監(jiān)測結(jié)論及數(shù)據(jù)多次被通遼市政府所采納，為通遼市政府、水務(wù)、生態(tài)環(huán)境、自然資源等相關(guān)決策部門提供了科學、及時、有力的決策依據(jù)，對水資源監(jiān)測評估、防洪抗旱減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)等工作均具有重要意義。

二、應(yīng)用效果

1.孟家段水庫年代際變化分析

綜合考慮分辨率、時間跨度、受云影響等因素，采用高分一號衛(wèi)星、美國陸地衛(wèi)星（Landsat）、哨兵二號衛(wèi)星（Sentinel-2）進行監(jiān)測，空間分辨率分別為16m、15m、10m，數(shù)據(jù)均可在中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、歐洲航天局（ESA）、美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）官網(wǎng)免費下載獲取，下載后的衛(wèi)星數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理后，選擇歸一化水體指數(shù)法（NDWI）對水體進行監(jiān)測分析。經(jīng)過數(shù)據(jù)檢索選取1984 年、1999 年、2009 年、2014 年Landsat 衛(wèi)星數(shù)據(jù)、2017年哨兵二號數(shù)據(jù)、2018 年高分一號數(shù)據(jù)、2019 年、2020 年、2021 年哨兵二號數(shù)據(jù)5—9 月孟家段水庫衛(wèi)星遙感資料，對水庫水體面積進行動態(tài)監(jiān)測分析，孟家段水庫上庫水體面積呈現(xiàn)先減后增趨勢，下庫水體面積受綜合因素影響，自20 世紀80 年代至今呈現(xiàn)不規(guī)則的增減態(tài)勢（圖1）。2019 年、2020 年遙感監(jiān)測顯示，水體面積萎縮明顯，大部分面積被水生植物取代。

圖1 1984—2021 孟家段水庫遙感監(jiān)測

2.通遼市境內(nèi)主要水庫汛期加密對比監(jiān)測分析

為響應(yīng)通遼市政府需求，為汛期防汛抗旱提供數(shù)據(jù)支撐，故對紅旗水庫、孟家段水庫、莫力廟水庫、他拉干水庫等重要水體在汛期時段開展對比加密監(jiān)測。自2020 年開始，每年3—10 月以每月一次的頻率對上述重要水體進行對比監(jiān)測，主要包括水體面積的同比、環(huán)比、氣象條件分析等，逢汛期時段，除每月一次的對比監(jiān)測外，強降水天氣前后、水利樞紐引水后均開展加密監(jiān)測。2022 年汛期監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示通遼市主要水庫水體面積同比均有不同程度的增長（見表1），圖2 為水庫對比遙感監(jiān)測圖。

表1 通遼市主要水庫水體面積對比表km2

圖2 水庫對比監(jiān)測圖

三、應(yīng)用效益

水資源是生命存在與發(fā)展的前提，孟家段水庫等水利工程是通遼地區(qū)重要的水資源，其所產(chǎn)生的防洪、蓄水、灌溉等效用對國民經(jīng)濟及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著極為重要的作用，運用遙感手段密切監(jiān)測水體動態(tài)變化，契合水利部所提出的“量水而行”的方針。高分衛(wèi)星內(nèi)蒙古通遼分中心基于此示范應(yīng)用以高分應(yīng)用專報形式呈報通遼市委市政府，為有關(guān)部門掌握水資源發(fā)展現(xiàn)狀及其合理開發(fā)、利用提供直觀、科學的數(shù)據(jù)支撐。編撰完成的水體衛(wèi)星遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)技術(shù)手冊，對通遼市各部門開展衛(wèi)星遙感水體監(jiān)測具有指導(dǎo)作用，規(guī)定了歸一化水體計算及提取流程，規(guī)范了全市水體遙感監(jiān)測評估業(yè)務(wù)。水資源作為生態(tài)環(huán)境保護的重要一環(huán)，其對表征區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有著重要意義，對水體的連續(xù)動態(tài)監(jiān)測作為生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測的一個方面，可以協(xié)助通遼市生態(tài)環(huán)境局入河排污口、黑臭水體“三級排查”等工作，為生態(tài)環(huán)境治理提供直觀的第一手資料，充分體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展規(guī)律，為生態(tài)環(huán)境建設(shè)、保護提供科學決策。此外，對孟家段水庫等水體的連續(xù)監(jiān)測間接助力了孟家段國家濕地公園等風景旅游區(qū)的建設(shè)，為景區(qū)發(fā)展注入動力，為提升景區(qū)環(huán)境發(fā)揮重要作用，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，讓“水生態(tài)”催生“水效益”。