西遼河流域水體遙感監測示范應用

文 | 邢洋 李思慧 李偉 張嘉文 李巍巍 常國榮

通遼市氣象局/高分衛星內蒙古通遼分中心

一、前言

西遼河流域位于遼河上游，西拉木倫河是西遼河的源頭。西遼河從科左中旗巴彥塔拉鎮附近流出通遼，最終匯入遼河。西遼河流域內涉及的行政區涵蓋10 個盟市，27 個旗縣區。然而，近年來由于水資源過度開發，西遼河流域水資源供需矛盾突出，曾造成西遼河干流全年斷流，引起水利部等多方高度關注。

為推動解決西遼河流域水資源過度開發問題，2019 年以來，內蒙古自治區水利廳，通遼市、赤峰市水利部門等配合水利部完成了《內蒙古西遼河流域“量水而行”以水定需方案》，提出了“通過節水、減少配水面積、調整種植結構、控制用水總量、增加外調水補給、增加再生水利用等措施，提高區域水資源承載能力”的治理對策。

衛星遙感技術無疑是開展大范圍水體信息動態監測的有效途徑，利用包括高分衛星數據在內的多源衛星遙感數據，對西遼河流域重要水體進行系列監測，依據歸一化水體指數法，對孟家段水庫開展自1984 年至2021 年的年代際變化監測，自2020年開始對包括孟家段水庫在內的多個重要水體進行全年逐月密切監測，同時利用水務部門的水情信息、氣象條件及其生態環境等要素進行綜合分析，獲取水體時空分布特征，直觀反映水體動態變化情況。監測結論及數據多次被通遼市政府所采納，為通遼市政府、水務、生態環境、自然資源等相關決策部門提供了科學、及時、有力的決策依據，對水資源監測評估、防洪抗旱減災、生態環境建設等工作均具有重要意義。

二、應用效果

1.孟家段水庫年代際變化分析

綜合考慮分辨率、時間跨度、受云影響等因素，采用高分一號衛星、美國陸地衛星（Landsat）、哨兵二號衛星（Sentinel-2）進行監測，空間分辨率分別為16m、15m、10m，數據均可在中國資源衛星應用中心、歐洲航天局（ESA）、美國地質調查局（USGS）官網免費下載獲取，下載后的衛星數據經預處理后，選擇歸一化水體指數法（NDWI）對水體進行監測分析。經過數據檢索選取1984 年、1999 年、2009 年、2014 年Landsat 衛星數據、2017年哨兵二號數據、2018 年高分一號數據、2019 年、2020 年、2021 年哨兵二號數據5—9 月孟家段水庫衛星遙感資料，對水庫水體面積進行動態監測分析，孟家段水庫上庫水體面積呈現先減后增趨勢，下庫水體面積受綜合因素影響，自20 世紀80 年代至今呈現不規則的增減態勢（圖1）。2019 年、2020 年遙感監測顯示，水體面積萎縮明顯，大部分面積被水生植物取代。

圖1 1984—2021 孟家段水庫遙感監測

2.通遼市境內主要水庫汛期加密對比監測分析

為響應通遼市政府需求，為汛期防汛抗旱提供數據支撐，故對紅旗水庫、孟家段水庫、莫力廟水庫、他拉干水庫等重要水體在汛期時段開展對比加密監測。自2020 年開始，每年3—10 月以每月一次的頻率對上述重要水體進行對比監測，主要包括水體面積的同比、環比、氣象條件分析等，逢汛期時段，除每月一次的對比監測外，強降水天氣前后、水利樞紐引水后均開展加密監測。2022 年汛期監測數據顯示通遼市主要水庫水體面積同比均有不同程度的增長（見表1），圖2 為水庫對比遙感監測圖。

表1 通遼市主要水庫水體面積對比表km2

圖2 水庫對比監測圖

三、應用效益

水資源是生命存在與發展的前提，孟家段水庫等水利工程是通遼地區重要的水資源，其所產生的防洪、蓄水、灌溉等效用對國民經濟及農業生產有著極為重要的作用，運用遙感手段密切監測水體動態變化，契合水利部所提出的“量水而行”的方針。高分衛星內蒙古通遼分中心基于此示范應用以高分應用專報形式呈報通遼市委市政府，為有關部門掌握水資源發展現狀及其合理開發、利用提供直觀、科學的數據支撐。編撰完成的水體衛星遙感監測業務技術手冊，對通遼市各部門開展衛星遙感水體監測具有指導作用，規定了歸一化水體計算及提取流程，規范了全市水體遙感監測評估業務。水資源作為生態環境保護的重要一環，其對表征區域生態環境質量有著重要意義，對水體的連續動態監測作為生態環境變化監測的一個方面，可以協助通遼市生態環境局入河排污口、黑臭水體“三級排查”等工作，為生態環境治理提供直觀的第一手資料，充分體現生態環境質量發展規律，為生態環境建設、保護提供科學決策。此外，對孟家段水庫等水體的連續監測間接助力了孟家段國家濕地公園等風景旅游區的建設，為景區發展注入動力，為提升景區環境發揮重要作用，產生可觀的經濟效益，讓“水生態”催生“水效益”。