生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星中心水環(huán)境遙感部: 衛(wèi)星遙感：巡天遙看一千河

鄭挺穎

當前全國各地都在推進碧水保衛(wèi)戰(zhàn)，這也是污染防治攻堅戰(zhàn)中三大保衛(wèi)戰(zhàn)之一（另兩個為藍天保衛(wèi)戰(zhàn)和凈土保衛(wèi)戰(zhàn)）。那么，如何監(jiān)測水環(huán)境的變化？除了到水域現(xiàn)場取樣監(jiān)測外，對更宏觀的水環(huán)境變化則需要借助衛(wèi)星遙感技術(shù)來“從天上看水”。《環(huán)境與生活》雜志記者日前來到生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心水環(huán)境遙感部，直觀了解衛(wèi)星“從天上看水”是怎樣進行的。

“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河。”這是毛澤東主席1958年7月得知江西省余江縣消滅了血吸蟲病后，創(chuàng)作的七律《送瘟神·其一》中的詩句。毛主席詩歌原意是，“人們住在地球上，因地球自轉(zhuǎn)，于不知不覺中，已看完了萬千星河。”

不過，化用這句“巡天遙看一千河”來描述衛(wèi)星環(huán)境應用中心的水環(huán)境遙感部（以下簡稱“水室”）的工作，卻是再合適不過，因為水室主要承擔遙感技術(shù)在水環(huán)境領(lǐng)域的研發(fā)及應用。

6月6日，《環(huán)境與生活》雜志記者來到衛(wèi)星環(huán)境應用中心（以下簡稱“衛(wèi)星中心”）的水室，看看他們是怎么遙看一千河的。

監(jiān)測水體的自然岸線率非常重要

衛(wèi)星中心高級工程師殷守敬博士向《環(huán)境與生活》記者介紹，衛(wèi)星中心在2009年正式成立時就組建了水室，當時才三五個人。水室目前已經(jīng)發(fā)展到有20人。

水室通過衛(wèi)星遙感來監(jiān)測地表的水環(huán)境變化。殷守敬博士說：“2011年起，中央財政增設湖泊生態(tài)環(huán)境保護專項資金，對水質(zhì)良好的湖泊優(yōu)先進行保護，到2017年，全國有81個湖泊獲得國家專項資金支持。2013年起，我們一直在監(jiān)測湖泊內(nèi)及其周邊的違法、違規(guī)開發(fā)與生態(tài)修復等行為，主要包括湖泊的岸線變化和整個流域上的植被覆蓋變化情況。這兩個指標是作為財政資金投資績效的生態(tài)效益考核指標，中國環(huán)科院在牽頭做這個事，我們用遙感給他們提供兩個指標，一個是自然岸線率，許多湖泊的自然岸線率每年都在變化，看有沒有做提升和改善;另一個是流域的植被覆蓋率，看植被有沒有繼續(xù)破壞，有沒有通過復墾去增加一些湖邊植被覆蓋或者整個流域上的植被覆蓋。這個工作我們已經(jīng)開展好幾年了。”

殷守敬博士此處提到的復墾是指對被破壞或退化的土地進行生態(tài)系統(tǒng)恢復。說完湖泊，記者又問起長江經(jīng)濟帶的自然岸線率情況如何。殷博士答道：“我們用衛(wèi)星遙感做了一個摸底，2017年整個長江干流的自然岸線率大約是60%，與之相反的就是開發(fā)率，也就是人工對岸線的改造。總體來看，越到中下游開發(fā)率越高，下游個別省份開發(fā)率高達55%。整個長江中下游都是有防洪堤的，防洪堤作為長江水體的外緣線也是不得已而為之，到上游就不存在這種情況了。”

在天上也能遙感黑臭水體

至于黑臭水體，如何通過高居“九天之外”的衛(wèi)星看出來？

殷守敬博士解釋：“衛(wèi)星在天上，黑臭水體的‘臭’看不出更聞不到，但‘黑’能看得出來。我們在識別的時候，不僅依靠水體的光譜信息。水體是否斷流和堆放垃圾等，也是我們監(jiān)測黑臭水體的判斷條件。我們在一些城市做過的實驗發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星遙感對黑臭水體有60%的識別精度。按照國家規(guī)定，2018年底，直轄市、省會城市等重點城市的建成區(qū)黑臭水體消除率要達到90%，到2020年其他地級城市建成區(qū)黑臭水體消除比例也要超過90%。我們用遙感發(fā)現(xiàn)很多城市的黑臭水體現(xiàn)象確有明顯好轉(zhuǎn)。至于農(nóng)村地區(qū)的黑臭水體，我們正在做試點。”

能發(fā)現(xiàn)水質(zhì)局部改善的“貓膩”

衛(wèi)星遙感對我國河流斷面監(jiān)測有哪些幫助？

水室的王晨博士介紹，現(xiàn)在地表水國考斷面在監(jiān)測上統(tǒng)一實施采測分離，由第三方機構(gòu)開展水質(zhì)采樣監(jiān)測，但在實際工作中，也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場無法采樣的情況越來越多，比如自然因素斷流、施工斷流、化冰期等。當這些情況發(fā)生時，地面監(jiān)測就沒法進行了。“今年2月，全國有100多個斷面由于各種因素無法開展監(jiān)測，我們用衛(wèi)星遙感來核查發(fā)現(xiàn)，確實存在斷流、冰雪覆蓋、冰封和化冰期等情況。”

王晨博士介紹，衛(wèi)星遙感還能發(fā)現(xiàn)一些問題，比如有些斷面的經(jīng)緯度坐標不準確，不在被監(jiān)測河流、湖泊區(qū)域內(nèi)。“這時，我們就需要通知相關(guān)部門去核查糾正。為了核實問題原因，我們需要對著現(xiàn)場照片和衛(wèi)星影像，每個斷面去查清情況。”

衛(wèi)星除了對無法現(xiàn)場監(jiān)測的地表水斷面進行遙感監(jiān)測外，還能發(fā)現(xiàn)一些“貓膩”，比如說個別地方在河流斷面上游幾公里處進行曝氣、生態(tài)浮島等局部河段整治工程，通過這種“耍小聰明”的手段來“精準”改善水質(zhì)。“如果只做這種局部水質(zhì)改善的話，我們監(jiān)測的數(shù)據(jù)就不能代表整條河流，明年可能對這種水質(zhì)局部改善的情況重點進行排查。”

京津冀地區(qū)河流干涸情況明顯好轉(zhuǎn)

王晨博士介紹，由于工農(nóng)業(yè)發(fā)展，華北地區(qū)尤其是京津冀一帶的河流干涸的情況非常嚴重，但具體某條河流干涸到什么程度就很難摸清。“2015年，環(huán)保部（現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部）向我們提任務，把京津冀地區(qū)的河流干涸情況摸一下，我們當時通過衛(wèi)星遙感發(fā)現(xiàn)這地區(qū)有25%左右的河段都是干涸的，總長2萬多公里的330條河流，存在干涸情況高達2/3。”

王晨博士隨后介紹，由于南水北調(diào)等生態(tài)補水工程的完成應用，京津冀地區(qū)河流干涸的情況有明顯好轉(zhuǎn)，2018年滹沱河、永定河等河流就大段地恢復水流。“今年我們打算再做一次京津冀地區(qū)河流干涸情況的核查，估計還會有所改善。”

針對網(wǎng)友普遍關(guān)心的白洋淀，王晨博士說：“雄安新區(qū)的一個重要的問題就是水的問題，我們對白洋淀上游大小河流做了遙感監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)很多河道都是干涸的，2017、2018兩年枯水期和豐水期一共做了4期，然后發(fā)現(xiàn)每期干涸河道的長度比例都接近40%。白洋淀現(xiàn)在是國家重點保護區(qū)域，可以通過生態(tài)補水工程保障水量。但是如果想把整個流域的所有河流都復原、澄清，難度就比較大了。這個確實是歷史原因，華北平原的地下水超采情況太嚴重了。要想河流恢復生機，就得先把地下水保障好，但這需要久久為功。”

衛(wèi)星遙感參與水華預警

水室一直都對太湖、巢湖、滇池等湖泊進行監(jiān)測。那近期的水華情況怎樣？殷守敬博士詳細解釋：“對于太湖等重點湖泊，我們對近十年來每天的水華情況都做了監(jiān)測提取，并對其發(fā)生規(guī)律進行跟蹤分析。水華影響因素比較復雜，與湖泊流域污染物入湖、湖泊內(nèi)源污染、和氣象條件等都有關(guān)系。從污染源角度，對很多湖泊來說，點源污染已不是主要問題，更多的是流域面源污染。從水華發(fā)生條件來講，與降雨、氣溫、風力等氣象條件也有很大關(guān)系，尤其是下雨時形成地表徑流，農(nóng)田與生活污水里面的氮磷等隨徑流進入湖泊，隨著氣溫上升，水華快速生長的條件就滿足了。其實，嚴格來說，水華還不能算污染，是湖泊水體富營養(yǎng)化引起的生態(tài)異常現(xiàn)象。針對水華事件的成因、規(guī)律、影響及其管控，還需要持續(xù)跟蹤關(guān)注。”

殷守敬博士說：“現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境部每年4到10月會對重點湖泊開展水華應急監(jiān)測，并醞釀建立水華預警機制，水華達到一定程度后會向地方發(fā)布信息，采取一些必要措施。這個預警機制里邊遙感充當哨兵的角色，通過衛(wèi)星遙感觀測到水華達到一定面積比例后，我們把這個信息告知監(jiān)測部門，結(jié)合地面觀測的補充數(shù)據(jù)，再把水華的預警信息發(fā)出去。”

服務地方政府的環(huán)保工作

針對水室今后的工作重點，殷守敬博士說：“目前水室人員少，重點業(yè)務要再往深度擴展，但主要跟著（生態(tài)環(huán)境）部里的任務走，同時要給地方政府做好服務，與一些省市以及地市的生態(tài)環(huán)境部門都要加強合作。我們的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和結(jié)果可以為地方的生態(tài)環(huán)境治理和污染防治攻堅戰(zhàn)提供支撐，也給地方的環(huán)境督查做執(zhí)法支撐。”