無人機遙感技術在小型河道流域治理中的應用

水環境治理和生態保護已經成為全球關注的熱點，而無人機遙感技術的進步為小型河道治理提供了新的解決途徑。小型河道的治理常面臨地形復雜、污染源多樣、監測需求高等問題，傳統的監測手段因受限于數據不全和反應滯后等不足，無法有效解決這些問題。而無人機技術憑借其靈活性和高效性，能夠彌補這些不足。該技術可以快速捕捉廣泛的流域數據，通過搭載多光譜、高光譜相機和激光雷達（LiDAR）等傳感器，精準監測水質、岸線和泥沙淤積的變化情況，從而提升治理效率。例如，數據表明，2023年我國工業廢水和生活污水總量分別占廢水排放的39%和61%，而傳統治理手段難以應對如此復雜的污染來源。此外，河道泥沙淤積影響了30%的小型河流的通航和泄洪能力，進一步加劇了環境問題。無人機通過高頻次的動態監測，不僅能夠快速捕捉污染源，還能生成精確的三維模型，為治理提供實時的數據支持。文章結合實際案例，探討了無人機遙感技術在水質監測、岸線侵蝕監控、泥沙淤積檢測等方面的應用優勢，分析了當前技術應用中的挑戰，并展望了該技術在未來河道治理中的廣泛前景。

小型河道流域治理中面臨的實際問題

復雜污染源導致水質監測難度加大。在小型河道流域中，水質污染問題尤為突出，尤其是在農業區、工業區、居民區交界的地區，水質污染來源復雜，監測和治理難度加大。污染源主要包括農業廢水、工業廢水、生活污水等多種形式，這些污染源在水體中匯集后，對水質造成了嚴重的影響。以安徽省合肥市的店埠河為例，這條河流穿越了農業區和工業區，河道周圍農業廢水和工業廢水的長期排放，導致河道水質惡化，水中富營養化現象嚴重，藻類迅速繁殖，生態系統遭到嚴重破壞。店埠河的治理過程也揭示了傳統監測方式的局限性，固定監測點只能監控局部區域，無法及時發現水質變化的整體趨勢，且監測頻率低，無法快速響應突發污染事件。此外，水質污染的空間分布不均也使得治理難度增加。小型河道通常地形曲折，河段之間的水流交換頻繁，污染物的擴散與沉積具有極大的不確定性。例如，在湖南省的雙牌河中，污染物的空間分布極為復雜，不同河段的污染源頭各異，且受地形影響，污染物在河道中的分布呈現出動態變化的特點，傳統的水質監測手段很難全面掌握這一變化，為治理工作帶來了挑戰。

岸線侵蝕導致水土流失，生態系統受損嚴重。小型河道的岸線通常較為脆弱，容易受到水流沖刷、自然侵蝕以及人類活動的破壞。長期的岸線侵蝕不僅導致水土流失，還會破壞河道周圍的生態環境。特別是在一些生態脆弱的地區，岸線的穩定性對當地的生物多樣性具有重要影響。以云南省玉溪市的新平河為例，該河流兩岸的植被由于人為砍伐和農業開發嚴重減少，導致岸線變得非常不穩定，每年汛期都會出現大面積的岸線塌陷，河道的水土流失問題非常嚴重。這種情況不僅使河道的水質進一步惡化，還導致了河道通航能力下降，極大地影響了當地居民的生活和農業生產。岸線侵蝕的問題不僅存在于自然條件較差的地區，在一些人類活動頻繁的河段，岸線的破壞程度更加明顯。比如，在江蘇省南京市的護城河段，由于近年來大量的房地產開發，河道兩岸的植被遭到嚴重破壞，導致岸線穩定性下降，每逢汛期，河水會沖刷岸線，引發多次岸線塌陷事件，威脅到周邊的建筑物和居民安全。傳統的岸線監測手段無法對這些問題進行實時跟蹤，往往只能在災害發生后進行修復，這大大增加了治理成本和治理難度。

泥沙淤積影響河道通暢，排洪能力大幅下降。泥沙淤積問題是小型河道流域治理中另一個突出問題。泥沙的沉積不僅會使河道變窄，降低河道的通航能力，還會影響河道的泄洪能力，增加洪澇災害的風險。在四川省綿陽市的涪江河段，泥沙淤積現象十分嚴重，河床抬升導致河道水流不暢，每年汛期都面臨極大的泄洪壓力。當地政府不得不定期組織大規模的清淤工作，以確保河道的暢通性。然而，傳統的清淤工作依賴人工測量河床淤積情況，這種方式不僅耗時費力，而且測量數據的精準度不高，無法為清淤工作提供有效的決策支持。泥沙淤積還對河道的生態系統產生了深遠的影響。河床的抬升會改變水流的速度和方向，影響魚類和其他水生生物的棲息環境。以湖北省漢川市的汈汊河為例，長期的泥沙淤積導致河床抬升，水流速度減緩，魚類的洄游通道被阻塞，漁業資源嚴重受損。傳統的治理方式往往是通過定期清淤來緩解問題，但在清淤過程中，往往會對河道的生態系統造成進一步的破壞，形成惡性循環。

無人機遙感技術在小型河道流域治理中的應用的必要性

無人機遙感技術在小型河道流域治理中的必要性顯而易見，尤其是在面對復雜的水質問題和生態系統動態變化時。據2022年我國生態環境部的報告，全國地表水環境總體改善，但仍有0.7%的水體為劣Ⅴ類，嚴重污染的河道占比不容忽視。全國80%以上的河流為中小型河流，這些河流受農業、工業、生活廢水的影響，水質污染復雜且動態，傳統監測手段難以有效覆蓋和及時反應。

數據顯示，農業廢水是我國小型河道污染的主要污染源之一，2019年，全國排放的農業廢水達9.3億噸。與此同時，城鎮生活污水的無序排放進一步加劇了河流的污染問題。2023年，全國工業廢水排放量約占總廢水排放量的39%，而生活污水排放量則占61%。監測這種復合型的污染源需要高效、動態的監測手段，而無人機遙感技術憑借其廣泛覆蓋和快速數據采集能力，能夠有效應對這些挑戰。

無人機技術不僅能捕捉水質變化，還能通過高分辨率成像監控河道的岸線變化和泥沙淤積情況。例如，河道淤積導致通航和泄洪能力下降，是近年來頻發的生態問題。2022年，約有30%的中小型河流因泥沙淤積泄洪功能受到影響，這在雨季期間尤為突出。無人機激光雷達技術可實時監測河床的變化，生成精確的三維模型，為河道清淤工作提供數據支持，以避免進一步的環境惡化。

以下是我國小型河道治理中一些關鍵數據的概述：

表1 小型河道治理中關鍵數據

指標 數據

全國中小河流占總河流比例 80%以上

全國2022年劣V類河流水質占比 0.70%

農業廢水（2019年） 9.3億噸

河道泥沙淤積影響河道比例 30%

綜上所述，針對復雜污染源、生態動態變化和難以到達的監測區域，無人機遙感技術提供了全面、精確的監測手段，能夠顯著提高河道治理的效率，減少環境風險。

無人機遙感技術在小型河道流域治理中的應用研究

無人機水質監測技術可以精準獲取污染分布數據。在小型河道流域的水質監測中，可以借助無人機遙感技術，能夠通過搭載多光譜或高光譜相機，快速、精準地采集水體表面光譜數據，分析水中污染物的濃度和分布情況。這種技術突破了傳統水質監測的局限性，能夠覆蓋大范圍的水域，并對水質變化情況進行實時監測。例如，在安徽省合肥市的南淝河流域治理項目中，環保部門利用無人機搭載的多光譜傳感器對河道的水質進行監控，通過分析不同波段的光譜數據，迅速發現了污染物的濃度異常情況，確定了污染源的位置，并根據監測數據制定了科學的治理方案。該技術不僅提高了監測的時效性，還大幅降低了監測成本。

無人機水質監測技術的另一個優勢在于其靈活性和高效性。在一些地形復雜的河段，傳統的水質監測方式往往難以奏效，而無人機可以靈活地飛行于河道的上空，深入到難以抵達的區域，采集水質數據。例如，在云南省大理市的洱海治理過程中，洱海周邊的水質問題一直困擾著當地政府，傳統的監測手段又難以全面覆蓋洱海的復雜水域。而無人機技術的引入，使得整個水域的水質監控變得更加高效，監測人員可以通過無人機采集光譜數據，進而分析水質的動態變化，從而制定針對性的治理措施。

無人機動態岸線監控技術可以快速發現侵蝕隱患。岸線侵蝕是小型河道治理中的一大難題，傳統的岸線監測方式依賴于人工巡查和固定測量點，往往無法及時發現岸線的變化。借助無人機遙感技術，通過高頻次的航拍，能夠對整個河道的岸線進行動態監控，實時捕捉岸線的細微變化，并通過三維建模技術生成岸線侵蝕圖，為治理決策提供科學依據。例如，在廣西桂林市的漓江流域治理中，漓江的岸線經常受到洪水的沖刷和侵蝕，導致岸線穩定性下降。當地政府利用無人機技術對岸線進行監控，通過定期航拍，捕捉到了多個存在隱患的侵蝕點，并迅速采取了加固措施，避免了岸線進一步塌陷的風險。

無人機在岸線監控中的另一大優勢在于其能夠實時反饋監測數據，為應急治理提供技術支持。例如，江蘇省常州市的滆湖流域每年汛期都會面臨嚴重的岸線侵蝕問題，傳統的岸線巡查方式需要耗費大量的人力和時間，且無法對全流域的岸線進行有效監控。當地環保部門在引入無人機遙感技術后，通過無人機高頻次的航拍監控，能夠在岸線侵蝕初期就發現問題，并及時采取措施，極大提高了治理的效率和精準性。

無人機激光雷達技術可以精準評估泥沙淤積程度。泥沙淤積是河道治理中的頑疾，傳統的淤積監測依賴人工測量，耗時長、精度低，且難以全面覆蓋河道。借助無人機遙感技術，通過搭載激光雷達（LiDAR）設備，能夠對河床進行精確的三維掃描，生成高精度的河床淤積模型，為清淤決策提供數據支持。例如，在重慶市的嘉陵江河段，泥沙淤積嚴重影響了河道的通航能力，傳統的清淤工作難以準確評估淤積的具體位置和深度。而通過無人機激光雷達技術，環保部門能夠精確評估河床的淤積情況，制定出更加科學的清淤計劃，顯著提高了清淤的效率。

無人機激光雷達技術不僅可以評估泥沙淤積的現狀，還能夠通過定期掃描監控河床的動態變化。例如，在廣東省珠江三角洲地區，河道的泥沙淤積問題常年存在，泥沙的沉積和沖刷呈現出動態變化的特點。通過無人機激光雷達技術，當地水利部門可以對河道進行定期掃描，監控泥沙的沉積情況，并根據監測數據及時調整清淤策略，確保河道的暢通性和泄洪能力。

無人機遙感技術為小型河道流域的水質監控、岸線管理、泥沙淤積監測提供了全面而有效的技術支持。克服了傳統治理方式的局限，特別是在復雜地形、動態變化的生態系統中顯示出極大優勢。結合實際案例可知，無人機技術有效提高了治理效率，并減少了環境風險。然而，無人機技術在應用過程中依然面臨諸如數據處理、續航限制等挑戰。推進未來的技術優化和數據分析能力提升將進一步促進該技術在河道治理中的廣泛應用。

（作者單位：靖邊縣無定河流域治理服務中心）