在運水利工程人類活動風險遙感監測與評價方法

摘 要：以國產高分辨率遙感影像為基礎，開展在運水利工程管理和保護范圍內及下游行洪通道人類活動遙感監測，在此基礎上，辨析人類活動與工程防洪安全的交互影響關系，提出在運水利工程人類活動風險評價方法和模型，并以河口村水庫為例開展應用示范。監測結果表明：河口村水庫管理和保護范圍內人類活動較少，下游沁河管理和保護范圍內人類活動較多；工程竣工驗收后，水庫管理和保護范圍內人類活動減少，下游沁河管理和保護范圍內人類活動增加；汛期前后，水庫管理和保護范圍內人類活動沒有明顯變化，但下游沁河管理和保護范圍內人類活動受強降雨影響，占用面積發生變化。經計算，水庫管理和保護范圍內平均人類活動干擾指數為１７．６，沁河管理和保護范圍內平均人類活動干擾指數為６７．２２；工程竣工驗收后，水庫管理和保護范圍內干擾指數明顯減小，沁河管理和保護范圍內人類活動干擾指數微幅增大；汛期前后，河口村水庫管理和保護范圍內人類活動干擾指數保持不變，沁河管理和保護范圍內人類活動干擾指數有一定起伏。應用示范表明遙感技術能夠有效地監測在運水利工程人類活動風險源情況，能夠定量評估人類活動風險源對水利工程防洪的影響。

關鍵詞：水利工程；人類活動；遙感；監測與評價

中圖分類號：ＴＶ６９７．１；ＴＰ７９ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０８．０１２

引用格式：康芮，王曉梅，張博羽，等．在運水利工程人類活動風險遙感監測與評價方法［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（８）：６５－７０．

０ 引言

我國洪澇災害頻發，水利工程在防洪減災方面發揮了重要作用。２０２１ 年汛期大中型水庫投入攔洪運用共４ ３４７ 座次，攔蓄調洪、錯峰排澇，最大程度減少了災害損失［１］ 。因此，加強水利工程風險管控，保證工程安全正常運行具有重要意義。

目前，水利工程運行期風險管控主要采用人工巡查和地面儀器監測構（建）筑物穩定性、金屬結構和設備設施運行狀態、作業活動和運行管理規范性、自然災害情況［２－３］ 。除此之外，工程周邊未經許可的人類活動也會影響水利工程正常運行，如：在水利工程管理范圍內新建、改建、擴建建筑物，在下游河道內傾倒垃圾、渣土，會影響河道過水斷面的面積和粗糙度，從而影響河道的過流能力，導致水利工程防洪能力改變。遙感技術具有覆蓋范圍廣、獲取信息快、時空分辨率高等特點，可以快速、準確地監測水利工程及下游行洪通道人類活動。吳時強等［４］ 、翁浩軒［５］ 、陳珺等［６］ 、楊惠雯［７］ 、王曉燕［８］ 、梁瑞陽［９］ 、金子嵩［１０］ 通過建立物理模型或水動力模型，分別分析了跨河橋梁、建筑物、碼頭、河道采砂、植被、圍網養殖、攔河閘對河道行洪的影響；Ｌóｐｅｚ 等［１１］ 對矩形渠道中的剛性和柔性圓棒進行淹沒實驗，結果表明水流阻力隨植被密度增大而增大；Ｌｅｅ 等［１２］ 采用隱式積分的方法模擬了漁網養殖對行洪能力的影響。

本文圍繞水利工程風險管控需求，利用國產高分辨率遙感影像，構建在運水利工程人類活動風險遙感監測與評價體系，以河口村水庫為例進行示范應用，對該方法的可靠性進行驗證。

１ 數據與方法

通過遙感影像提取水利工程及下游行洪通道人類活動數據，判斷人類活動是否符合《中華人民共和國防洪法》《中華人民共和國水庫大壩安全管理條例》《中華人民共和國河道管理條例》的相關規定，利用人類活動干擾指數模型分析評估人類活動造成的防洪風險。

１．１ 研究區概況

河口村水庫位于黃河一級支流沁河最后一段峽谷出口處，是控制沁河洪水、徑流的關鍵工程，也是黃河下游防洪工程體系的重要組成部分。水庫工程規模為大（２）型，于２００８ 年６ 月１２ 日開工建設，２０１７ 年１０月通過河南省水利廳組織的竣工驗收。水庫壩址以下，沁河淹沒區涉及河南省濟源市五龍口鎮、梨林鎮與焦作市沁陽市、溫縣、武陟縣、博愛縣。

２０２１ 年７—１０ 月，受西太平洋副熱帶高壓和冷空氣等天氣系統的共同影響，河口村水庫大壩以上流域出現了特大暴雨，為保障水庫自身及上下游防洪安全，水庫進行了長時間持續高水位大泄量運用［１３］ 。

本文研究區為河口村水庫和工程下游沁河（金灘橋至丹河匯入沁河處）管理范圍、保護范圍，總面積為５ ５５７．７９ ｈｍ２。其中：水庫管理范圍７２３．０４ ｈｍ２，保護范圍１５９．１８ ｈｍ２；沁河管理范圍４ １９６．４１ ｈｍ２，保護范圍４７９．１６ ｈｍ２。

１．２ 遙感數據

本研究所用遙感數據包括２０１５ 年４ 月以及２０２１年５ 月至２０２２ 年５ 月共１４ 期遙感影像。數據源以高分一號、高分六號２ ｍ 全色／８ ｍ 多光譜影像為主，高分二號、高分七號０．８ ｍ 全色／３．２ ｍ 多光譜影像為補充。高分一號衛星于２０１３ 年成功發射，是中國高分辨率對地觀測系統國家科技重大專項的首發衛星，可獲取２ ｍ 分辨率全色影像和８ ｍ／１６ ｍ 分辨率多光譜影像（藍、綠、紅、近紅外４ 個波段）；高分二號衛星于２０１４ 年成功發射，是我國自主研制的首顆空間分辨率高于１ ｍ 的民用光學遙感衛星，可獲取０．８ ｍ 全色影像和３．２ ｍ 多光譜影像（藍、綠、紅、近紅外４ 個波段）；高分六號衛星于２０１８ 年成功發射，是一顆低軌光學遙感衛星，也是中國首顆精準農業觀測的高分衛星，可獲取２ ｍ 全色影像、８ ｍ 多光譜影像（藍、綠、紅、近紅外４個波段）和１６ ｍ 多光譜影像（藍、綠、紅、近紅外、紅邊、深藍等８ 個波段）；高分七號衛星于２０１９ 年成功發射，是我國首顆民用亞米級光學傳輸型立體測繪衛星，可獲取０．８ ｍ 全色影像和３．２ ｍ 多光譜影像（藍、綠、紅、近紅外４ 個波段）［１４］ 。影像經過大氣校正、正射校正、幾何配準、影像融合、影像裁剪等處理。

１．３ 研究方法

１．３．１ 人類活動遙感監測

１）監測范圍。選取水利工程及下游行洪通道開展在運水利工程人類活動風險遙感監測與評價。為便于分析不同區域人類活動對防洪的影響，將其劃分為管理范圍和保護范圍。水利工程管理范圍為設計洪水位線或土地征用線以內區域；有堤防河道管理范圍為兩岸堤防之間的水域、沙洲、灘地、行洪區和堤防及護堤地；無堤防河道管理范圍為歷史最高洪水位或者設計洪水位范圍內的水域、沙洲、灘地和行洪區。保護范圍為管理范圍向外延伸一定距離的區域。管理范圍和保護范圍以水利工程及河道劃界成果為準。

２）分類標準。《中華人民共和國防洪法》《中華人民共和國水庫大壩安全管理條例》《中華人民共和國河道管理條例》《水利水電工程（水庫、水閘）運行危險源辨識與風險評價導則》等明確規定了水利工程及下游行洪通道內禁止或有一定限制條件的人類活動，包括修建建筑物與構筑物、傾倒垃圾與渣土、種植林木和高稈作物、圍湖造地、修建跨河工程、采砂、取土、挖筑魚塘等。