北京市河流干涸斷流遙感監測分析

王 晨 姚延娟 高彥華 曹 飛

(環境保護部衛星環境應用中心，北京 100094)

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北京市河流干涸斷流遙感監測分析

王 晨 姚延娟 高彥華 曹 飛

(環境保護部衛星環境應用中心，北京 100094)

針對我國北方水資源短缺導致大量河流干涸斷流的現狀以及河湖水系連通性在水生態環境健康中的重要地位，利用高分辨率遙感影像以北京市為試點對河流干涸斷流現狀進行了遙感信息提取和空間分析，獲取了北京市2015年豐水期河流干涸斷流分布情況。監測結果表明：北京市河流干涸斷流情況嚴重，納入監測的46條河流中15條存在干涸現象，干涸河道長度為227.23公里，占河道總長度的12.98%；3條河流超過50%的河段干涸，永定河干涸河道長達72.24公里；干涸河道主要分布于房山區、大興區和平谷區，房山區和大興區干涸河道長度均超過50公里，平谷區干涸比達44.24%；干涸河段上游及沿線均有大量水庫閘壩等水利工程，導致河道中水量逐級衰減乃至斷流。同時，針對河流干涸斷流情況嚴重的現狀提出對策建議，為我國水環境保護提供參考。

北京市；河流干涸；遙感監測

引言

隨著社會經濟快速發展，農田灌溉、城鎮和工業用水等大量消耗水資源，使河流補給消耗失衡，導致我國北方大量河段出現干涸斷流的情況，造成地下水位下降、水資源危機加劇、土地荒漠化鹽堿化、濕地退化、生物多樣性銳減、氣候異常、風沙加劇等諸多危害，嚴重破壞了流域水生態環境[1，2]。近年來，我國航天遙感技術飛速發展，隨著高分一號、高分二號、資源三號等國產高分辨率遙感衛星的發射與應用[3]，使得利用遙感技術快速高效地獲取大區域、高精度的河流干涸斷流情況成為可能。

本文以北京市為試點，利用高分辨率遙感影像對北京市全境的河流干涸斷流分布進行了遙感解譯和統計分析，獲取了河流干涸總體情況和各行政區干涸情況，分析了導致河流干涸的原因并提出了對策建議，為流域水環境、水生態的保護和修復提供技術支撐。

1 數據獲取與處理

納入此次遙感監測的河流包括國家基礎地理信息系統數據庫中所列集水面積大于1000平方公里、主干河道長度大于500公里的1-5級河流以及部分擴充的6級河流，基本覆蓋北京市主要河流。綜合考慮覆蓋情況和云量情況，選取2015年7-9月高分一號、高分二號和資源三號衛星影像92景，實現了對北京市16區的全覆蓋。結合遙感影像中地物的結構及紋理特征，通過遙感解譯提取了北京市干涸河段和通水河段的空間分布，利用ArcGIS空間分析功能對干涸河段信息進行了統計分析。

2 北京市豐水期河流干涸現狀

2.1 北京市河流干涸總體情況分析

此次遙感監測的河流共計46條，總長度為1750.75公里。其中15條河流存在干涸現象，干涸河道總長度為227.23公里，河流干涸比1為12.98%，具體見圖1。北京市納入考核的斷面共計22個，全部位于通水河段，未見干涸情況發生。

納入監測的河流中，永定河干涸河道最長，達72.24公里；大石河次之，為49.04公里；錯河、潮白河、潮河、海子南干渠干涸長度均超過15公里，分別為20.58公里、19.84公里、19.64公里、18.55公里。具體見圖2。

納入監測的河流中，海子南干渠干涸比最高，達86.87%；錯河次之，為71.10%；大石河、箭桿河、永定河干涸比均超過40%，分別為54.95%、47.69%、44.64%；潮河、潮白河干涸比超過20%，分別為29.01%和22.59%。具體見圖3。

2.2 北京市各行政區河流干涸情況分析

北京市各行政區河流干涸程度不同。房山區、大興區干涸河道長度均超過50公里，分別為56.78公里和55.75公里；平谷區和密云區干涸河道長度均超過20公里，分別為37.94公里和27.51公里；順義區、門頭溝區、懷柔區干涸河道長度超過10公里，分別為19.10公里、12.56公里和11.77公里。具體見圖4。

圖1 北京市干涸河道分布圖

房山區干涸河道主要存在于大石河和拒馬河，長度分別為49.04公里和7.74公里；大興區干涸河道主要存在于永定河，長度為54.55公里；平谷區干涸河道主要分布于錯河和海子南干渠，長度分別為19.39公里和18.55公里；密云區干涸河道主要存在于潮河，長度為19.64公里；順義區干涸河道主要分布于潮白河和箭桿河，長度分別為11.66公里和7.44公里；門頭溝區干涸河道主要存在于永定河，長度為12.56公里；懷柔區干涸河道主要分布于潮白河和懷九河，長度為5.33公里和5.21公里。

北京市各區縣河流干涸比不同。平谷區干涸比最高，達44.24%；大興區和房山區干涸比均超過25%，分別為30.07%和28.96%；順義區、豐臺區、門頭溝區、密云區干涸比均超過10%，分別為16.22%、14.36%、13.84%、11.54%。具體見圖5。

3 研究結論

針對我國北方河道干涸斷流嚴重的情況，利用多源高分辨率衛星遙感數據以北京地區為試點對河流干涸情況進行了遙感監測，得出：

北京市河流干涸斷流情況嚴重。納入監測的46條河流中15條存在干涸現象，干涸河道長度為227.23 公里，占河道總長度的12.98%。3條河流超過50%的河段干涸，永定河干涸河道長達72.24公里。干涸河道主要分布于房山區、大興區和平谷區，房山區和大興區干涸河道長度均超過50公里，平谷區干涸比達44.24%。

高分辨率遙感影像顯示，干涸斷流河段上游及沿線均有大量水庫閘壩等水利工程，導致河道中水量逐級衰減乃至斷流。河流沿線地區水庫層層攔截、用水量過大、用水結構不合理等原因是造成北京市河流干涸斷流的主要原因之一。北京市及上游地區的社會經濟發展嚴重地擠占了河流生態用水。

4 對策建議

針對北京市河流干涸斷流情況嚴重的現狀，為維護良好的流域水生態環境及合理開發利用水資源，建議建立河流干涸斷流周期性巡查機制，加強遙感技術及業務能力建設，提高應用遙感技術對河流干涸斷流監督管理的能力，此外還應完善北京市及上游地區的流域水資源綜合管理，從根本上改善社會經濟發展擠占河流生態用水的現狀。

4.1 建立河流干涸斷流周期性巡查機制

由于河流干涸斷流的分布是區域性的，單純依靠地表斷面監測難以全面覆蓋所有河道獲取斷流長度及具體分布等信息，因此難以滿足管理工作需要，有必要利用高分辨率衛星遙感、無人機航拍等技術對重點流域內的河流干涸斷流情況進行全面、周期性監測，并建立動態信息庫，使環保部門可以更直觀性、針對性的對河流干涸斷流情況進行監管。

圖2 北京市河流干涸長度

圖3 北京市河流干涸比

4.2 提高應用遙感技術對河流干涸斷流監督管理的業務化能力

加強對基于國產高分辨率衛星影像的河流自動化提取、細小河流遙感識別等技術的研究，提高干涸河流解譯精度，形成業務化能力。加強基于遙感影像提取的河流干涸斷流結果的綜合應用，掌握河流干涸斷流基底情況及變化情況，彌補地方上報的不足，充分發揮衛星遙感影像在江河湖庫水量調度管理和維持河湖生態用水需求中的作用，對水資源水環境的保護提供監督管理依據。

4.3 完善北京市及上游地區的流域水資源綜合管理

針對干涸河段上游及沿線存在大量水庫閘壩導致河道中水量逐級衰減乃至斷流的現象，建議完善北京市及上游地區的流域水資源綜合管理，調整產業結構，開源節流，整治河道，改善社會經濟發展擠占河流生態用水的現狀，促進河流水生態環境的健康發展。

5 研究小結

近年來我國航天遙感技術飛速發展，隨著高分一號、高分二號、資源三號等國產高分辨率遙感衛星的發射與應用，使得利用遙感技術快速高效地獲取大區域、高精度的河流干涸斷流情況成為可能。針對我國北方水資源短缺導致大量河流干涸斷流的現狀以及河湖水系連通性在水生態環境健康中的重要地位，本研究利用高分辨率遙感影像，以北京市為試點對河流干涸斷流現狀進行了遙感信息提取和空間分析，獲取了北京市2015年豐水期河流干涸斷流分布情況。監測結果表明：北京市河流干涸斷流情況嚴重，納入監測的46條河流中15條存在干涸現象，干涸河道長度為227.23 公里，占河道總長度的12.98%；3條河流超過50%的河段干涸，永定河干涸河道長達72.24公里；干涸河道主要分布于房山區、大興區和平谷區，房山區和大興區干涸河道長度均超過50公里，平谷區干涸比達44.24%；干涸河段上游及沿線均有大量水庫閘壩等水利工程，導致河道中水量逐級衰減乃至斷流。

圖4 各區縣河流干涸長度

針對北京市河流干涸斷流情況嚴重的現狀，為維護良好的流域水生態環境及合理開發利用水資源，本研究建議建立河流干涸斷流周期性巡查機制，加強遙感技術及業務能力建設，提高應用遙感技術對河流干涸斷流監督管理的能力，同時完善北京市及上游地區的流域水資源綜合管理，從根本上改善社會經濟發展擠占河流生態用水的現狀。

圖5 各區縣河流干涸比

[1]石維，侯思琰，崔文彥，劉德文，林超.基于河流生態類型劃分的海河流域平原河流生態需水量計算 [J].農業環境科學學報，2010，29(10)：1892-1899.

[2]任憲韶，戶作亮，曹寅白，等.海河流域水資源評價 [M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[3]東方星.我國高分衛星與應用簡析 [J].衛星應用，2015(3)：44-48.

Remote Sensing Monitoring and Analysis of River Drying up in Beijing

WANG Chen YAO Yanjuan GAO Yanhua CAO Fei

(Satellite Environment Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing，100094)

The shortage of water resources in the north of China has led to the drying up of a large number of rivers，and it seriously damages the connectivity of river system，which plays an important role in water environment.This paper investigates the spatial distribution of dry river beds in Beijing in the wet season of 2015 based on remote sensing and GIS analysis using high resolution satellite images.The monitoring results show that the rivers in Beijing are facing serious problem of drying up.In total，15 of the 46 rivers that include in the monitoring are dry.The total length of dry river beds reaches up to 227.23km，accounting for 12.98% of the total length of the river.In addition，in 3 rivers over half of the length is dry.Especially，the dry river beds of Yongding River reach up to 72.24km.The dry river beds are mainly distributed in Fangshan，Daxing and Pinggu Districts.The total length of dry river beds in Fangshan and Daxing Districts are both over 50km，and 44.24% of the rivers in Pinggu district dry up.A large amount of reservoirs and dams are discovered along the rivers and the upstream of the rivers，resulting in gradual attenuation of water quantity and even drying up.At the end，countermeasures and suggestions are put forward to face the situation of severe river drying up，so as to provide reference for the water environment protection in China.

Beijing；river drying up；remote sensing monitoring

項目資助：國家自然科學基金(41501116，41271349)；留學人員科技活動擇優資助項目(人社廳[2015]192)

王晨，博士，工程師，主要從事流域生態環境遙感方面研究

高彥華，博士，高級工程師，主要從事生態環境遙感監測方面研究

X82

A

1673-288X(2016)06-0170-04

引用文獻格式：王 晨 等.北京市河流干涸斷流遙感監測分析[J].環境與可持續發展，2016，41(6)：170-173.