無人機遙感技術在小型河道流域治理中的應用

水環(huán)境治理和生態(tài)保護已經(jīng)成為全球關注的熱點，而無人機遙感技術的進步為小型河道治理提供了新的解決途徑。小型河道的治理常面臨地形復雜、污染源多樣、監(jiān)測需求高等問題，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段因受限于數(shù)據(jù)不全和反應滯后等不足，無法有效解決這些問題。而無人機技術憑借其靈活性和高效性，能夠彌補這些不足。該技術可以快速捕捉廣泛的流域數(shù)據(jù)，通過搭載多光譜、高光譜相機和激光雷達（LiDAR）等傳感器，精準監(jiān)測水質(zhì)、岸線和泥沙淤積的變化情況，從而提升治理效率。例如，數(shù)據(jù)表明，2023年我國工業(yè)廢水和生活污水總量分別占廢水排放的39%和61%，而傳統(tǒng)治理手段難以應對如此復雜的污染來源。此外，河道泥沙淤積影響了30%的小型河流的通航和泄洪能力，進一步加劇了環(huán)境問題。無人機通過高頻次的動態(tài)監(jiān)測，不僅能夠快速捕捉污染源，還能生成精確的三維模型，為治理提供實時的數(shù)據(jù)支持。文章結合實際案例，探討了無人機遙感技術在水質(zhì)監(jiān)測、岸線侵蝕監(jiān)控、泥沙淤積檢測等方面的應用優(yōu)勢，分析了當前技術應用中的挑戰(zhàn)，并展望了該技術在未來河道治理中的廣泛前景。

小型河道流域治理中面臨的實際問題

復雜污染源導致水質(zhì)監(jiān)測難度加大。在小型河道流域中，水質(zhì)污染問題尤為突出，尤其是在農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)交界的地區(qū)，水質(zhì)污染來源復雜，監(jiān)測和治理難度加大。污染源主要包括農(nóng)業(yè)廢水、工業(yè)廢水、生活污水等多種形式，這些污染源在水體中匯集后，對水質(zhì)造成了嚴重的影響。以安徽省合肥市的店埠河為例，這條河流穿越了農(nóng)業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)，河道周圍農(nóng)業(yè)廢水和工業(yè)廢水的長期排放，導致河道水質(zhì)惡化，水中富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴重，藻類迅速繁殖，生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞。店埠河的治理過程也揭示了傳統(tǒng)監(jiān)測方式的局限性，固定監(jiān)測點只能監(jiān)控局部區(qū)域，無法及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)變化的整體趨勢，且監(jiān)測頻率低，無法快速響應突發(fā)污染事件。此外，水質(zhì)污染的空間分布不均也使得治理難度增加。小型河道通常地形曲折，河段之間的水流交換頻繁，污染物的擴散與沉積具有極大的不確定性。例如，在湖南省的雙牌河中，污染物的空間分布極為復雜，不同河段的污染源頭各異，且受地形影響，污染物在河道中的分布呈現(xiàn)出動態(tài)變化的特點，傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測手段很難全面掌握這一變化，為治理工作帶來了挑戰(zhàn)。

岸線侵蝕導致水土流失，生態(tài)系統(tǒng)受損嚴重。小型河道的岸線通常較為脆弱，容易受到水流沖刷、自然侵蝕以及人類活動的破壞。長期的岸線侵蝕不僅導致水土流失，還會破壞河道周圍的生態(tài)環(huán)境。特別是在一些生態(tài)脆弱的地區(qū)，岸線的穩(wěn)定性對當?shù)氐纳锒鄻有跃哂兄匾绊憽Ｒ栽颇鲜∮裣械男缕胶訛槔摵恿鲀砂兜闹脖挥捎谌藶榭撤ズ娃r(nóng)業(yè)開發(fā)嚴重減少，導致岸線變得非常不穩(wěn)定，每年汛期都會出現(xiàn)大面積的岸線塌陷，河道的水土流失問題非常嚴重。這種情況不僅使河道的水質(zhì)進一步惡化，還導致了河道通航能力下降，極大地影響了當?shù)鼐用竦纳詈娃r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。岸線侵蝕的問題不僅存在于自然條件較差的地區(qū)，在一些人類活動頻繁的河段，岸線的破壞程度更加明顯。比如，在江蘇省南京市的護城河段，由于近年來大量的房地產(chǎn)開發(fā)，河道兩岸的植被遭到嚴重破壞，導致岸線穩(wěn)定性下降，每逢汛期，河水會沖刷岸線，引發(fā)多次岸線塌陷事件，威脅到周邊的建筑物和居民安全。傳統(tǒng)的岸線監(jiān)測手段無法對這些問題進行實時跟蹤，往往只能在災害發(fā)生后進行修復，這大大增加了治理成本和治理難度。

泥沙淤積影響河道通暢，排洪能力大幅下降。泥沙淤積問題是小型河道流域治理中另一個突出問題。泥沙的沉積不僅會使河道變窄，降低河道的通航能力，還會影響河道的泄洪能力，增加洪澇災害的風險。在四川省綿陽市的涪江河段，泥沙淤積現(xiàn)象十分嚴重，河床抬升導致河道水流不暢，每年汛期都面臨極大的泄洪壓力。當?shù)卣坏貌欢ㄆ诮M織大規(guī)模的清淤工作，以確保河道的暢通性。然而，傳統(tǒng)的清淤工作依賴人工測量河床淤積情況，這種方式不僅耗時費力，而且測量數(shù)據(jù)的精準度不高，無法為清淤工作提供有效的決策支持。泥沙淤積還對河道的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠的影響。河床的抬升會改變水流的速度和方向，影響魚類和其他水生生物的棲息環(huán)境。以湖北省漢川市的汈汊河為例，長期的泥沙淤積導致河床抬升，水流速度減緩，魚類的洄游通道被阻塞，漁業(yè)資源嚴重受損。傳統(tǒng)的治理方式往往是通過定期清淤來緩解問題，但在清淤過程中，往往會對河道的生態(tài)系統(tǒng)造成進一步的破壞，形成惡性循環(huán)。

無人機遙感技術在小型河道流域治理中的應用的必要性

無人機遙感技術在小型河道流域治理中的必要性顯而易見，尤其是在面對復雜的水質(zhì)問題和生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化時。據(jù)2022年我國生態(tài)環(huán)境部的報告，全國地表水環(huán)境總體改善，但仍有0.7%的水體為劣Ⅴ類，嚴重污染的河道占比不容忽視。全國80%以上的河流為中小型河流，這些河流受農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活廢水的影響，水質(zhì)污染復雜且動態(tài)，傳統(tǒng)監(jiān)測手段難以有效覆蓋和及時反應。

數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)廢水是我國小型河道污染的主要污染源之一，2019年，全國排放的農(nóng)業(yè)廢水達9.3億噸。與此同時，城鎮(zhèn)生活污水的無序排放進一步加劇了河流的污染問題。2023年，全國工業(yè)廢水排放量約占總廢水排放量的39%，而生活污水排放量則占61%。監(jiān)測這種復合型的污染源需要高效、動態(tài)的監(jiān)測手段，而無人機遙感技術憑借其廣泛覆蓋和快速數(shù)據(jù)采集能力，能夠有效應對這些挑戰(zhàn)。

無人機技術不僅能捕捉水質(zhì)變化，還能通過高分辨率成像監(jiān)控河道的岸線變化和泥沙淤積情況。例如，河道淤積導致通航和泄洪能力下降，是近年來頻發(fā)的生態(tài)問題。2022年，約有30%的中小型河流因泥沙淤積泄洪功能受到影響，這在雨季期間尤為突出。無人機激光雷達技術可實時監(jiān)測河床的變化，生成精確的三維模型，為河道清淤工作提供數(shù)據(jù)支持，以避免進一步的環(huán)境惡化。

以下是我國小型河道治理中一些關鍵數(shù)據(jù)的概述：

表1 小型河道治理中關鍵數(shù)據(jù)

指標 數(shù)據(jù)

全國中小河流占總河流比例 80%以上

全國2022年劣V類河流水質(zhì)占比 0.70%

農(nóng)業(yè)廢水（2019年） 9.3億噸

河道泥沙淤積影響河道比例 30%

綜上所述，針對復雜污染源、生態(tài)動態(tài)變化和難以到達的監(jiān)測區(qū)域，無人機遙感技術提供了全面、精確的監(jiān)測手段，能夠顯著提高河道治理的效率，減少環(huán)境風險。

無人機遙感技術在小型河道流域治理中的應用研究

無人機水質(zhì)監(jiān)測技術可以精準獲取污染分布數(shù)據(jù)。在小型河道流域的水質(zhì)監(jiān)測中，可以借助無人機遙感技術，能夠通過搭載多光譜或高光譜相機，快速、精準地采集水體表面光譜數(shù)據(jù)，分析水中污染物的濃度和分布情況。這種技術突破了傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測的局限性，能夠覆蓋大范圍的水域，并對水質(zhì)變化情況進行實時監(jiān)測。例如，在安徽省合肥市的南淝河流域治理項目中，環(huán)保部門利用無人機搭載的多光譜傳感器對河道的水質(zhì)進行監(jiān)控，通過分析不同波段的光譜數(shù)據(jù)，迅速發(fā)現(xiàn)了污染物的濃度異常情況，確定了污染源的位置，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)制定了科學的治理方案。該技術不僅提高了監(jiān)測的時效性，還大幅降低了監(jiān)測成本。

無人機水質(zhì)監(jiān)測技術的另一個優(yōu)勢在于其靈活性和高效性。在一些地形復雜的河段，傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測方式往往難以奏效，而無人機可以靈活地飛行于河道的上空，深入到難以抵達的區(qū)域，采集水質(zhì)數(shù)據(jù)。例如，在云南省大理市的洱海治理過程中，洱海周邊的水質(zhì)問題一直困擾著當?shù)卣瑐鹘y(tǒng)的監(jiān)測手段又難以全面覆蓋洱海的復雜水域。而無人機技術的引入，使得整個水域的水質(zhì)監(jiān)控變得更加高效，監(jiān)測人員可以通過無人機采集光譜數(shù)據(jù)，進而分析水質(zhì)的動態(tài)變化，從而制定針對性的治理措施。

無人機動態(tài)岸線監(jiān)控技術可以快速發(fā)現(xiàn)侵蝕隱患。岸線侵蝕是小型河道治理中的一大難題，傳統(tǒng)的岸線監(jiān)測方式依賴于人工巡查和固定測量點，往往無法及時發(fā)現(xiàn)岸線的變化。借助無人機遙感技術，通過高頻次的航拍，能夠?qū)φ麄€河道的岸線進行動態(tài)監(jiān)控，實時捕捉岸線的細微變化，并通過三維建模技術生成岸線侵蝕圖，為治理決策提供科學依據(jù)。例如，在廣西桂林市的漓江流域治理中，漓江的岸線經(jīng)常受到洪水的沖刷和侵蝕，導致岸線穩(wěn)定性下降。當?shù)卣脽o人機技術對岸線進行監(jiān)控，通過定期航拍，捕捉到了多個存在隱患的侵蝕點，并迅速采取了加固措施，避免了岸線進一步塌陷的風險。

無人機在岸線監(jiān)控中的另一大優(yōu)勢在于其能夠?qū)崟r反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應急治理提供技術支持。例如，江蘇省常州市的滆湖流域每年汛期都會面臨嚴重的岸線侵蝕問題，傳統(tǒng)的岸線巡查方式需要耗費大量的人力和時間，且無法對全流域的岸線進行有效監(jiān)控。當?shù)丨h(huán)保部門在引入無人機遙感技術后，通過無人機高頻次的航拍監(jiān)控，能夠在岸線侵蝕初期就發(fā)現(xiàn)問題，并及時采取措施，極大提高了治理的效率和精準性。

無人機激光雷達技術可以精準評估泥沙淤積程度。泥沙淤積是河道治理中的頑疾，傳統(tǒng)的淤積監(jiān)測依賴人工測量，耗時長、精度低，且難以全面覆蓋河道。借助無人機遙感技術，通過搭載激光雷達（LiDAR）設備，能夠?qū)哟策M行精確的三維掃描，生成高精度的河床淤積模型，為清淤決策提供數(shù)據(jù)支持。例如，在重慶市的嘉陵江河段，泥沙淤積嚴重影響了河道的通航能力，傳統(tǒng)的清淤工作難以準確評估淤積的具體位置和深度。而通過無人機激光雷達技術，環(huán)保部門能夠精確評估河床的淤積情況，制定出更加科學的清淤計劃，顯著提高了清淤的效率。

無人機激光雷達技術不僅可以評估泥沙淤積的現(xiàn)狀，還能夠通過定期掃描監(jiān)控河床的動態(tài)變化。例如，在廣東省珠江三角洲地區(qū)，河道的泥沙淤積問題常年存在，泥沙的沉積和沖刷呈現(xiàn)出動態(tài)變化的特點。通過無人機激光雷達技術，當?shù)厮块T可以對河道進行定期掃描，監(jiān)控泥沙的沉積情況，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整清淤策略，確保河道的暢通性和泄洪能力。

無人機遙感技術為小型河道流域的水質(zhì)監(jiān)控、岸線管理、泥沙淤積監(jiān)測提供了全面而有效的技術支持。克服了傳統(tǒng)治理方式的局限，特別是在復雜地形、動態(tài)變化的生態(tài)系統(tǒng)中顯示出極大優(yōu)勢。結合實際案例可知，無人機技術有效提高了治理效率，并減少了環(huán)境風險。然而，無人機技術在應用過程中依然面臨諸如數(shù)據(jù)處理、續(xù)航限制等挑戰(zhàn)。推進未來的技術優(yōu)化和數(shù)據(jù)分析能力提升將進一步促進該技術在河道治理中的廣泛應用。

（作者單位：靖邊縣無定河流域治理服務中心）