瀏陽河河長制實施情況遙感監測

唐根

（湖南省第二測繪院，湖南 長沙 410100）

0 引言

瀏陽河位于湖南省東北部，作為湖南母親河湘江的一級支流，以其逶迤秀美聞名于世。但自上世紀八十年代起，工業污染與過度開發讓瀏陽河原貌不存。2019年，瀏陽河作為湖南省唯一代表，成功入選全國17個示范河湖建設名單。亂占、亂采、亂堆、亂建，是困擾全國各地河湖管理的一大痼疾[1]。針對河湖“四亂”問題，如果單純依靠人工傳統巡河方式，不僅工作量巨大、耗費時間長，而且很難準確發現和監督區域內各項違法違規活動[2]。為更好的推動瀏陽河美麗河湖建設，按照“實現水清、岸綠、河暢的瀏陽河”的理念，湖南省自然資源廳堅持以河長制管理工作為導向，利用多源、多期遙感影像和基礎地理信息資料，充分發揮地理信息的創新作用，自2018年連續三年組織開展瀏陽河河長制衛星遙感監測工作。衛星遙感監測在河湖長制中的應用，使河湖管理增加了一種獲取信息的現代化手段。衛星遙感影像能實時的獲取地理區域的準確信息，為河湖管理提供關鍵的信息，節約實地巡查的成本，提高工作效率。

1 研究區概況

瀏陽河又名瀏渭河，位于湖南省東部，瀏陽河干流向西而流，流經瀏陽市、長沙縣全境，進入長沙城區，注入湘江，全長234.8公里。流域面積4,665平方公里。瀏陽河是湘江的一級支流河，發源于羅霄山脈大圍山北麓，瀏陽河支流主要是大溪、小溪，分別發源于大圍山北麓及南坡。兩溪在瀏陽城東面10公里處匯合，始稱瀏陽河。2019年11月11日，瀏陽河入選水利部首批建設示范河湖名單。2020年11月瀏陽河全國示范河湖建設順利通過國家驗收。

2 監測分析方法

2.1 “四亂”問題監測

水域岸線疑似“四亂”問題監測主要使用全省2020年最新影像統籌數據成果。根據湖南省衛星應用技術中心，每季度實現2米分辨率衛星影像全省覆蓋，年度實現1米分辨率衛星影像全省全覆蓋。根據影像的判讀標志，如色調（顏色）、形狀、位置、大小、陰影、布局、紋理及其他間接標志等，建立不同類型疑似“四亂”問題的解譯樣本。結合2020年上半年影像統籌成果和2019年基礎性地理國情監測成果，提取監測區域內的變化信息，作為疑似“四亂”問題提取的輔助數據。為確保監測成果的準確性，同時兼顧監測成果的快速提供應用，針對各項監測提取信息開展全野外核查工作。

2.2 渾濁水體

渾濁水體主要利用哨兵2號光學影像進行提取，首先利用歸一化水體指數NDWI將水體從其他地物中提取出來，計算公式如下：

然后在提取出的水體中識別出渾濁水體。選擇光學影像紅、綠兩個波段組合的遙感反射率差、和的比值識別渾濁水體，即歸一化渾濁指數NDBWI。計算公式如下：

2.3 植被覆蓋度

本監測采用2016-2020年夏季5期MODIS數據，MODIS數據包含植被指數（NDVI）波段，通過像元二分模型計算瀏陽河岸線10公里范圍區域內2016-2020年植被覆蓋度，分析區域內生態環境變化總體變化情況。基于NDVI的像元二分模型計算公式如下：

其中，Pv是植被覆蓋度，NDVI為歸一化植被指數，NDVIsoil為完全是裸土或無植被覆蓋區域的NDVI值，NDVIveg則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值。取經驗值NDVIveg=0.70和NDVIsoil=0.05，即當某個像元的NDVI大于0.70時，Pv取值為1；當NDVI小于0.05，Pv取值為0[4]。

2.4 汛期水面應急監測

本項監測采用哨兵1號雷達影像和第三次國土調查數據作為主要數據源，哨兵1號雷達影像具有重訪周期短、傳播速度快、不受云霧干擾等特點。通過對影像進行預處理，采用閾值法自動化提取水體范圍，開展汛期前、中、后瀏陽河水體范圍變化監測。Sentinel-1雙極化數據SDWI水體提取指數公式：

式中VV和VH是哨兵1號雷達影像波段，8是所選擇的最初閾值，SDWI大于0時為水體，小于0時為非水體[5]。

3 監測結果與分析

3.1 “四亂”問題監測

2020年第一季度新發現多處砂石碼頭、水面建（構）筑物、釣魚平臺、河道圍墾。圖1所示是一處位于瀏陽市棖沖鎮平息村的砂石碼頭，與瀏陽河直線距離201米左右，現場有大量砂堆，采砂機器，運輸設備，傳送帶連接礦場和河邊運砂船。圖2是一處位于長沙縣黃興鎮沿江山村潭頭灣的養殖網箱，實地核查發現水面有形狀規則的網箱，岸邊有小漁船，岸上有塑料桶，疑似為正在養殖的網箱。圖3是一處位于瀏陽市高坪鎮沿甸村南車灣的河道圍墾，圍墾長度為285.8米，面積為15815.03平方米，現場核查時，正在進行圍墾。

圖1 砂石碼頭示意圖

圖2 養殖網箱示意圖

圖3 河道圍墾示意圖

對于遙感監測發現的問題，建立了問題反饋機制，按季度向長沙市河長辦通報監測問題。將監測發現的問題線索及時向相關責任單位推送，相關責任單位針對清單問題逐一核查整治，做到了第一時間發現、第一時間反饋、第一時間處理，真正將河湖衛星遙感監測成果應用到河長制湖長制工作中去。

3.2 渾濁水體

渾濁水體利用2020年7月23日的哨兵2號光學影像（重復覆蓋周期五天）進行光譜分析。監測發現渾濁水體共24處，其中有11處為入河口位置附近，疑似為瀏陽河兩側的河流和溝渠中的渾濁水體直接流入瀏陽河水域內，導致附近水域水質條件變差；有2處渾濁水體附近有大片耕地，實地核查時耕地存在大量大棚種植，疑似為大棚種植過程中產生的污水排入瀏陽河河道。渾濁水體如圖4所示。

圖4 渾濁水體示意圖

3.3 植被覆蓋度

2016-2020年夏季瀏陽河岸線10公里范圍內植被覆蓋度變化趨勢呈現“逐年小幅波動，整體微弱上升”，監測范圍內植被覆蓋度均值從2016年7月11日的0.6883上升至2020年8月12日的0.6905，監測范圍內各縣（區）植被覆蓋度均值見表1。此外，監測范圍內植被覆蓋空間分布不均勻，局部區域差異較大，長沙市城區和瀏陽城區的植被覆蓋度呈逐年上升趨勢；東部和中部的大圍山鎮、達滸鎮、高坪鎮、葛家鎮、官渡鎮等鄉鎮植被覆蓋度相對較高。2016-2020年夏季瀏陽河岸線10公里范圍內植被覆蓋度情況見圖5。

表1 瀏陽河岸線10公里范圍植被覆蓋度均值統計表

圖5 2016-2020年夏季瀏陽河岸線10公里范圍區域內植被覆蓋度

4 汛期水面應急監測

監測采用的哨兵1號雷達遙感影像時間為2020年5月26日、2020年7月25日、2020年8月6日，分別為流域汛期前、中、后各時點，各時點水面提取范圍如圖6所示。

圖6 瀏陽河汛期前、中、后水面提取示意圖

水面面積統計見表2。

表2 瀏陽河水面面積及變化統計結果表

將5月份水面范圍和7月份水面范圍進行空間疊加減法分析，提取水面變化區域，由于河流岸線會隨著時間的推移產生細微變化，故淹沒區域面積不等于兩個月份水面面積差值。2020年7月份汛期瀏陽河沿岸洪水淹沒面積為3.80km2，其中下游沿岸淹沒面積最大，為2.00km2，中游沿岸淹沒面積為0.97km2，上游沿岸淹沒面積為0.82 km2，淹沒區域如圖7所示。

圖7 瀏陽河汛期淹沒區域示意圖

將提取的2020年5-7月水面變化區與第三次國土調查數據進行疊加分析，計算出水面淹沒三調地類面積共1567645.06m2，從縣（區）來看，瀏陽市淹沒三調地類面積最大，為692724.47m2，其次為雨花區，淹沒三調地類面積為342120.35m2；從地類來看，水利設施用地受淹面積最多，為748875.80m2，其次為林地，受淹面積為498637.66m2。瀏陽河汛期淹沒三調地類信息詳見表3。

表3 瀏陽河汛期淹沒三調地類統計表（單位：m2）

續表3

5 結語

基于多源、多時相、高分辨率遙感影像，結合地理國情監測、第三次國土調查等成果，圍繞瀏陽河的砂石碼頭、建（構）筑物、養殖網箱、釣魚平臺、河道圍墾、渾濁水體、植被生態環境和汛期水面進行監測，監測結果表明瀏陽河“四亂”問題基本得到解決，瀏陽河整體水質較好，但是部分區域水體渾濁，瀏陽河兩岸植被生態環境逐年好轉，汛期水面應急監測為洪澇災害防治及時提供了數據支撐。衛星遙感監測高效支撐了瀏陽河的“清四亂”專項行動和水資源管護，降低日常巡查監管的壓力，使巡查監管更具針對性，同時也為長沙市河長辦和生態環境部門進行專項行動提供數據支持，為長沙市河長辦有關工作推進及督查考核提供客觀依據，為瀏陽河開展示范河湖建設提供參考。