冀中南“7.19”特大暴雨影響遙感監(jiān)測分析*

趙春雷 吳國明 王云秀 趙超

（河北省遙感中心，石家莊 050021）

冀中南“7.19”特大暴雨影響遙感監(jiān)測分析*

趙春雷2吳國明1王云秀1趙超1

（河北省遙感中心，石家莊 050021）

應用高分衛(wèi)星和環(huán)境減災衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對2016年“7.19”暴雨前后河北省中南部主要水庫水域面積的變化情況和暴雨后過水區(qū)域面積進行了監(jiān)測。分析結(jié)果認為：暴雨過后，水域面積增加明顯的有黃壁莊水庫、崗南水庫和岳城水庫，均增加120%以上；在邯鄲市西部洪水沿途下泄路徑和匯集區(qū)域明顯，過水面積約254.6km2；石家莊境內(nèi)的崗南水庫、黃壁莊水庫泄洪后，沿途過水面積約95.2km2；石家莊市內(nèi)的南平旺水庫、白草坪水庫泄洪后，流經(jīng)區(qū)域過水面積約782km2；邢臺市內(nèi)的朱莊水庫、臨城水庫泄洪后，流經(jīng)距離長，區(qū)域大，過水面積約782km2。根據(jù)暴雨災后情況，對過水區(qū)域的分布情況進行了遙感監(jiān)測分析，為相關(guān)部門提供參考。

衛(wèi)星遙感 7.19暴雨 水體監(jiān)測 過水區(qū) 展寬

一、前言

遙感技術(shù)在洪澇監(jiān)測、火災監(jiān)測、水體監(jiān)測等方面得到了廣泛應用。隨著衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多元化、空間和時間分辨率的提高，對遙感技術(shù)的應用研究更為精確和廣泛[1-6]。謝秋霞等[7]選用HIS變換法、小波變換法和GS變換法突出洪水專題信息，從影像融合的空間信息融入度和光譜信息保真度對融合結(jié)果進行了精度評價。劉明月等[8]利用中國環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星和Landsat8衛(wèi)星影像對2013年7月份一次暴雨過后的松花江和嫩江交匯段水淹面積進行實時監(jiān)測，為災后評估提供了客觀依據(jù)。

2016年7月18～21日，受暖濕氣流和冷空氣的共同影響，河北省出現(xiàn)今年以來最強的降水天氣過程，此次降水過程雨量大、覆蓋范圍廣、降水強度強。降水大值區(qū)主要集中沿太行山呈南北向帶狀分布，暴雨高值帶分布在地面高程200-500m的太行山東側(cè)迎風坡，石家莊、邢臺、邯鄲三市過程平均降水量為175mm，暴雨中心磁縣陶泉鄉(xiāng)達到783.7mm。此次過程是河北省自1963年以來最強的一次降水天氣過程，給人民生活和生命財產(chǎn)造成重大損失。

本文利用2016年7月19日暴雨前后的多源衛(wèi)星遙感影像，通過對水庫面積、過水區(qū)域分布情況等信息提取，結(jié)合實際情況進行分析，更多地提出進行可客觀分析，為河北省中南部區(qū)域內(nèi)水庫、河道及滯洪區(qū)管理等提供決策依據(jù)。

二、研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)

本次研究區(qū)域主要為河北省的石家莊市、邢臺市、邯鄲市、衡水市所轄行政區(qū)域，西北角經(jīng)緯度為113.45度，緯度38.83度，東南角經(jīng)度116.58度，緯度為36.05度。此區(qū)域內(nèi)西部為太行山區(qū)，地勢較高，最高處海拔約2211米，分布有多個水庫，東部為平原地帶，地勢平坦。

2.2 數(shù)據(jù)來源

文中涉及氣象數(shù)據(jù)來源于河北省氣象信息中心，基礎地理數(shù)據(jù)來源于河北省基礎地理信息中心，遙感數(shù)據(jù)來源于中國資源衛(wèi)星應用中心，包括高分一號衛(wèi)星（2016年6月18日、6月22日、6月27日、7月29日）、高分四號衛(wèi)星數(shù)據(jù)（2016年7月23日）、環(huán)境減災衛(wèi)星數(shù)據(jù)（2016年7月26日）。

三、影像分析

洪水遙感監(jiān)測主要是對洪水信息的提取和加工。為有效監(jiān)測此次洪水發(fā)生后的實際情況，通過中國資源衛(wèi)星應用中心網(wǎng)站對2016年7月19日（以下簡稱“7?19”）前后的衛(wèi)星影像進行查詢并訂購下載。最后獲取了高分一號衛(wèi)星多光譜相機(WFV)數(shù)據(jù)數(shù)景（2016年6月18日1景，6月22日2景，6月27日1景，7月29日2景），7月23日高分四號衛(wèi)星50米多光譜數(shù)據(jù)3景，7月26日環(huán)境減災衛(wèi)星CCD相機數(shù)據(jù)1景。遙感數(shù)據(jù)都經(jīng)過自帶模型校正后再使用河北省基礎地理數(shù)據(jù)的河流面層數(shù)據(jù)進行幾何精校正，使得誤差控制在1個像元之內(nèi)。

3.1 提取方法及過程

衛(wèi)星數(shù)據(jù)在erdas軟件下打開，選擇不同的波段組合，使得水體的流經(jīng)區(qū)域能有效分辨。嘗試監(jiān)督分類方法進行過水區(qū)提取后，效果不理想，分析原因主要是過水后的地面信息復雜化，洪水夾雜著泥沙流經(jīng)了河道、農(nóng)田、村莊、公路，致使地面光譜信息混雜。最后選擇目視解譯的方法，具體操作方法為：打開洪水前后的兩幅影像，參考該區(qū)域內(nèi)的河北省土地利用信息，在ARCMAP平臺下，按照水的流向勾劃洪水的過水區(qū)域，依次方法分別得到了區(qū)域內(nèi)主要過水區(qū)的分布情況。圖1分別為2016年6月22日和7月29日的高分一號多光譜相機（WFV）衛(wèi)星影像，采用3,4,2通道合成，水體顯示為深藍色，以此為依據(jù)勾劃過水區(qū)域。

3.2 過水區(qū)域信息提取

利用上述提到的水域邊界提取方法，以7月29日的衛(wèi)星影像為準，并利用ArcGIS面積統(tǒng)計功能，提取得到各流域的過水區(qū)域(見圖2)并統(tǒng)計得到過水面積。

在邯鄲市西部洪水經(jīng)車谷水庫、四里巖水庫沿北洺河、南洺河下泄，流經(jīng)武安市后流入永年縣和雞澤縣時，河道展寬明顯并在此形成較大水面，過水面積約254.6km2。

石家莊市內(nèi)的南平旺水庫、白草坪水庫泄洪后，流經(jīng)了贊皇縣、元氏縣、高邑縣、趙縣、寧晉縣、新和縣；邢臺市內(nèi)的朱莊水庫、臨城水庫泄洪后，流經(jīng)邢臺市、邢臺縣、臨城縣、沙河縣、南和縣、任縣、隆堯縣后在寧晉縣、新和縣于上面的洪水匯合，流經(jīng)距離長，區(qū)域大，過水面積約782 km2；

石家莊市境內(nèi)的崗南水庫、黃壁莊水庫泄洪后，洪水沿河道流經(jīng)了平山縣、鹿泉區(qū)、正定縣、藁城市、無極縣、深澤縣、安平縣，過水面積約95.2km2。

3.3 水庫水體面積信息提取

對區(qū)域內(nèi)的主要水庫，分別選取6月22日和7月29日兩日的影像，如圖3為邯鄲市岳城水庫6月18日和7月29日高分一號衛(wèi)星的4,3,2通道合成影像（a,b）以及分類后得到的水體區(qū)域(c,d)。應用ERDAS軟件采用監(jiān)督分類的方法得到區(qū)域內(nèi)各主要水庫 “7?19”前后的面積及變化情況，見表1。可以看出，水域面積增加明顯的有黃壁莊水庫、崗南水庫和岳城水庫，均增加120%以上。

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四、結(jié)論與建議

“7?19”暴雨過后，水域面積增加明顯的有黃壁莊水庫、崗南水庫和岳城水庫，均增加120%以上；在邯鄲市西部洪水沿途下泄路徑和匯集區(qū)域明顯，過水面積約254.6km2；石家莊境內(nèi)的崗南水庫、黃壁莊水庫泄洪后，沿途過水面積約95.2km2；石家莊市內(nèi)的南平旺水庫、白草坪水庫泄洪后，流經(jīng)區(qū)域過水面積約782km2；邢臺市內(nèi)的朱莊水庫、臨城水庫泄洪后，流經(jīng)距離長，區(qū)域大，過水面積約782km2。

綜合分析官方發(fā)布暴雨災后情況，根據(jù)泄洪流經(jīng)路徑、匯集區(qū)域以及過水區(qū)域的分布情況等，提出如下建議，給相關(guān)部門提供參考。

（1）多條河道從干涸變?yōu)榱魉畮煨钏黠@。滹沱河、冶河、大沙河、甘陶河、道西川、宋家莊川、漿水川、路羅川、七里河、沙河、洺河、漳河等河道在此次降水前大部干涸，降水后河流都出現(xiàn)了流水。河北省西部太行山大小水庫蓄水明顯增加，基本都達到了滿庫容。

（2）河道及泄洪區(qū)應保持自身功能，特別是一些河道的景觀建設更應引起注意，河道及泄洪區(qū)更不能有人為建筑等妨礙行洪。如在邢臺市的七里河東段尤為明顯（見圖4），不合理的河道設計應及時修復，避免重蹈覆轍。

（3）分析遙感影像及過水區(qū)域分布可以認為：“7?19”特大暴雨相當于對河北省中南部的水庫、河道、滯洪區(qū)進行了一次特殊的試驗，水庫蓄水能力、河道、滯洪區(qū)的行洪能力都得到了考驗。以此為依據(jù)相關(guān)部門可進行針對性治理和改善，特別是在積水嚴重的三個區(qū)域（寧晉和新河區(qū)域；永年和雞澤區(qū)域；任縣和南和區(qū)域）應加強治理。

（4）基于遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)陸水庫、河流及洪澇的大范圍、動態(tài)面積監(jiān)測，是進行大型水域研究和管理的有效手段。為提高洪澇災害監(jiān)測服務的精準性、時效性，還需要加強洪水淹沒模型研究。伴隨著國內(nèi)國內(nèi)高分數(shù)據(jù)的空間和時間分辨率的提高，以及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的多源化，遙感技術(shù)對洪水的監(jiān)測將發(fā)揮更大的作用。

[1]徐涵秋,唐菲.2013.新一代Landsat系列衛(wèi)星Landsat 8遙感影像新增特征及其生態(tài)環(huán)境意義.生態(tài)學報.33(11):249-257.

[2]宮鵬,張晗,張海英等.2011.用中國環(huán)境減災衛(wèi)星1號數(shù)據(jù)評估日本仙臺9.0級大地震引發(fā)海嘯淹沒區(qū).遙感學報.15(4):863-868.

[3]李衛(wèi)國.2013.作物旱澇災情遙感監(jiān)測進展與思考.江蘇農(nóng)業(yè)學報.29(6):1503-1504．

[4]孟憲民,崔保山,鄧偉等.1999.松嫩流域特大洪災的醒示濕地功能的再認識.自然資源學報.14(1):14-21.

[5]張宏群,范偉,荀尚培,等.2010.基于MODIS和GIS的洪水識別及淹沒區(qū)土地利用信息的提取.災害學.25(4):22－26.

[6]朱玉霞等.2014.基于HJ-1衛(wèi)星的丹江口庫區(qū)水質(zhì)遙感監(jiān)測研究.環(huán)境科技.27(5)58.

[7]劉明月,賈明明,王宗明等.2015.2013年松花江與嫩江交匯段洪水遙感監(jiān)測.濕地科學.13(4)：456-465.

[8]謝秋霞,張佳暉,陸坤等.2017.基于典型遙感影像融合方法的洪水信息精確提取研究與應用.災害學.32(1):183－186,204．

201 6-201 7年度河北省遙感技術(shù)應用優(yōu)秀論文獎

一等獎獲獎名單

1、基于HJ—1A超光譜影像的土壤速效磷含量遙感反演研究

王 磊 河南理工大學

許 寧 河北農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站

顧曉鶴 北華航天工業(yè)學院

2、Landsat-8和HJ-1B熱紅外數(shù)據(jù)海面溫度監(jiān)測效果研究

石海崗 核工業(yè)航測遙感中心

3、應用資源三號衛(wèi)星監(jiān)測博斯騰湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化

揭文輝 核工業(yè)航測遙感中心

4、基于圖表示的魯棒高效的高光譜圖像波段選擇方法

孫 康 中國電子科技集團公司第五十四研究所

耿修瑞 中國科學院電子學研究所

計璐艷 清華大學地球科學中心

5、航天對地觀測運行機制與快速響應系統(tǒng)研究

陳金勇 中國電子科技集團公司第五十四研究所

6、一種遙感影像區(qū)域覆蓋最優(yōu)數(shù)據(jù)集篩選模型的研究

李 峰 中國電子科技集團公司第五十四研究所

7、基于深度學習（FCN網(wǎng)絡）的艦船目標輪廊分割與檢測算法

楚博策 中國電子科技集團公司航天信息應用技術(shù)重點實驗室

8、一種非線性高光譜圖像異常目標檢測方法

王 敏 中國電子科技集團公司航天信息應用技術(shù)重點實驗室

9、星空地“REUP”一體化礦山環(huán)境監(jiān)測遙感系統(tǒng)建設初探

邢英梅 河北水文工程地質(zhì)勘察院

10、河北海域葉綠素a濃度遙感反演業(yè)務化算法

楊 斌 河北省遙感中心

二等獎獲獎名單

1、航測遙感技術(shù)應用及展望

王 勇 河北省地球物理勘查院

2、基于改進型TVD1的京津冀長時間序列旱情時空變化分析

劉海新 山東科技大學

張安兵 河北工程大學

3、遙感技術(shù)在林業(yè)中的應用

張 巖 河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計院

4、干旱半干旱高寒山區(qū)蝕變礦物遙感信息提取效果與找礦預測

孫永彬 核工業(yè)航測遙感中心

5、基于SIFT的遙感圖像海上目標顯著性檢測

王 港 中國電子科技集團公司航天信息應用技術(shù)重點實驗室

6、遙感衛(wèi)星在軌測試任務管控方法

劉曉麗 中國電子科技集團第五十四研究所

7、高分辨遙感圖像艦船特征降維算法

楚博策 中國電子科技集團第五十四研究所

8、基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的遙感影像目標檢測及其特征提取研究

王 港 中國電子科技集團公司航天信息應用技術(shù)重點實驗室

9、區(qū)域土地生態(tài)因子遙感監(jiān)測與分析—以京津冀城市群和北方

農(nóng)牧交錯區(qū)為例

王 琳 河北省國土資源利用規(guī)劃院

10、基于多特征的高分遙感圖像分割算法研究

金永濤 北華航天工業(yè)學院

11、衛(wèi)星影像在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應用

王志賢 河北省地礦局第三地質(zhì)大隊

12、基于多尺度紋理特征的SAR影像變化檢測

聞彩煥 河北省地質(zhì)測繪院

13、冀中南“7.19”特大暴雨影響遙感監(jiān)測分析

趙春雷 河北省氣象與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測重點實驗室