北京市河流干涸斷流遙感監(jiān)測分析

王 晨 姚延娟 高彥華 曹 飛

(環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京 100094)

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北京市河流干涸斷流遙感監(jiān)測分析

王 晨 姚延娟 高彥華 曹 飛

(環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京 100094)

針對我國北方水資源短缺導(dǎo)致大量河流干涸斷流的現(xiàn)狀以及河湖水系連通性在水生態(tài)環(huán)境健康中的重要地位，利用高分辨率遙感影像以北京市為試點對河流干涸斷流現(xiàn)狀進行了遙感信息提取和空間分析，獲取了北京市2015年豐水期河流干涸斷流分布情況。監(jiān)測結(jié)果表明：北京市河流干涸斷流情況嚴重，納入監(jiān)測的46條河流中15條存在干涸現(xiàn)象，干涸河道長度為227.23公里，占河道總長度的12.98%；3條河流超過50%的河段干涸，永定河干涸河道長達72.24公里；干涸河道主要分布于房山區(qū)、大興區(qū)和平谷區(qū)，房山區(qū)和大興區(qū)干涸河道長度均超過50公里，平谷區(qū)干涸比達44.24%；干涸河段上游及沿線均有大量水庫閘壩等水利工程，導(dǎo)致河道中水量逐級衰減乃至斷流。同時，針對河流干涸斷流情況嚴重的現(xiàn)狀提出對策建議，為我國水環(huán)境保護提供參考。

北京市；河流干涸；遙感監(jiān)測

引言

隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，農(nóng)田灌溉、城鎮(zhèn)和工業(yè)用水等大量消耗水資源，使河流補給消耗失衡，導(dǎo)致我國北方大量河段出現(xiàn)干涸斷流的情況，造成地下水位下降、水資源危機加劇、土地荒漠化鹽堿化、濕地退化、生物多樣性銳減、氣候異常、風(fēng)沙加劇等諸多危害，嚴重破壞了流域水生態(tài)環(huán)境[1，2]。近年來，我國航天遙感技術(shù)飛速發(fā)展，隨著高分一號、高分二號、資源三號等國產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星的發(fā)射與應(yīng)用[3]，使得利用遙感技術(shù)快速高效地獲取大區(qū)域、高精度的河流干涸斷流情況成為可能。

本文以北京市為試點，利用高分辨率遙感影像對北京市全境的河流干涸斷流分布進行了遙感解譯和統(tǒng)計分析，獲取了河流干涸總體情況和各行政區(qū)干涸情況，分析了導(dǎo)致河流干涸的原因并提出了對策建議，為流域水環(huán)境、水生態(tài)的保護和修復(fù)提供技術(shù)支撐。

1 數(shù)據(jù)獲取與處理

納入此次遙感監(jiān)測的河流包括國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中所列集水面積大于1000平方公里、主干河道長度大于500公里的1-5級河流以及部分擴充的6級河流，基本覆蓋北京市主要河流。綜合考慮覆蓋情況和云量情況，選取2015年7-9月高分一號、高分二號和資源三號衛(wèi)星影像92景，實現(xiàn)了對北京市16區(qū)的全覆蓋。結(jié)合遙感影像中地物的結(jié)構(gòu)及紋理特征，通過遙感解譯提取了北京市干涸河段和通水河段的空間分布，利用ArcGIS空間分析功能對干涸河段信息進行了統(tǒng)計分析。

2 北京市豐水期河流干涸現(xiàn)狀

2.1 北京市河流干涸總體情況分析

此次遙感監(jiān)測的河流共計46條，總長度為1750.75公里。其中15條河流存在干涸現(xiàn)象，干涸河道總長度為227.23公里，河流干涸比1為12.98%，具體見圖1。北京市納入考核的斷面共計22個，全部位于通水河段，未見干涸情況發(fā)生。

納入監(jiān)測的河流中，永定河干涸河道最長，達72.24公里；大石河次之，為49.04公里；錯河、潮白河、潮河、海子南干渠干涸長度均超過15公里，分別為20.58公里、19.84公里、19.64公里、18.55公里。具體見圖2。

納入監(jiān)測的河流中，海子南干渠干涸比最高，達86.87%；錯河次之，為71.10%；大石河、箭桿河、永定河干涸比均超過40%，分別為54.95%、47.69%、44.64%；潮河、潮白河干涸比超過20%，分別為29.01%和22.59%。具體見圖3。

2.2 北京市各行政區(qū)河流干涸情況分析

北京市各行政區(qū)河流干涸程度不同。房山區(qū)、大興區(qū)干涸河道長度均超過50公里，分別為56.78公里和55.75公里；平谷區(qū)和密云區(qū)干涸河道長度均超過20公里，分別為37.94公里和27.51公里；順義區(qū)、門頭溝區(qū)、懷柔區(qū)干涸河道長度超過10公里，分別為19.10公里、12.56公里和11.77公里。具體見圖4。

圖1 北京市干涸河道分布圖

房山區(qū)干涸河道主要存在于大石河和拒馬河，長度分別為49.04公里和7.74公里；大興區(qū)干涸河道主要存在于永定河，長度為54.55公里；平谷區(qū)干涸河道主要分布于錯河和海子南干渠，長度分別為19.39公里和18.55公里；密云區(qū)干涸河道主要存在于潮河，長度為19.64公里；順義區(qū)干涸河道主要分布于潮白河和箭桿河，長度分別為11.66公里和7.44公里；門頭溝區(qū)干涸河道主要存在于永定河，長度為12.56公里；懷柔區(qū)干涸河道主要分布于潮白河和懷九河，長度為5.33公里和5.21公里。

北京市各區(qū)縣河流干涸比不同。平谷區(qū)干涸比最高，達44.24%；大興區(qū)和房山區(qū)干涸比均超過25%，分別為30.07%和28.96%；順義區(qū)、豐臺區(qū)、門頭溝區(qū)、密云區(qū)干涸比均超過10%，分別為16.22%、14.36%、13.84%、11.54%。具體見圖5。

3 研究結(jié)論

針對我國北方河道干涸斷流嚴重的情況，利用多源高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以北京地區(qū)為試點對河流干涸情況進行了遙感監(jiān)測，得出：

北京市河流干涸斷流情況嚴重。納入監(jiān)測的46條河流中15條存在干涸現(xiàn)象，干涸河道長度為227.23 公里，占河道總長度的12.98%。3條河流超過50%的河段干涸，永定河干涸河道長達72.24公里。干涸河道主要分布于房山區(qū)、大興區(qū)和平谷區(qū)，房山區(qū)和大興區(qū)干涸河道長度均超過50公里，平谷區(qū)干涸比達44.24%。

高分辨率遙感影像顯示，干涸斷流河段上游及沿線均有大量水庫閘壩等水利工程，導(dǎo)致河道中水量逐級衰減乃至斷流。河流沿線地區(qū)水庫層層攔截、用水量過大、用水結(jié)構(gòu)不合理等原因是造成北京市河流干涸斷流的主要原因之一。北京市及上游地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展嚴重地擠占了河流生態(tài)用水。

4 對策建議

針對北京市河流干涸斷流情況嚴重的現(xiàn)狀，為維護良好的流域水生態(tài)環(huán)境及合理開發(fā)利用水資源，建議建立河流干涸斷流周期性巡查機制，加強遙感技術(shù)及業(yè)務(wù)能力建設(shè)，提高應(yīng)用遙感技術(shù)對河流干涸斷流監(jiān)督管理的能力，此外還應(yīng)完善北京市及上游地區(qū)的流域水資源綜合管理，從根本上改善社會經(jīng)濟發(fā)展擠占河流生態(tài)用水的現(xiàn)狀。

4.1 建立河流干涸斷流周期性巡查機制

由于河流干涸斷流的分布是區(qū)域性的，單純依靠地表斷面監(jiān)測難以全面覆蓋所有河道獲取斷流長度及具體分布等信息，因此難以滿足管理工作需要，有必要利用高分辨率衛(wèi)星遙感、無人機航拍等技術(shù)對重點流域內(nèi)的河流干涸斷流情況進行全面、周期性監(jiān)測，并建立動態(tài)信息庫，使環(huán)保部門可以更直觀性、針對性的對河流干涸斷流情況進行監(jiān)管。

圖2 北京市河流干涸長度

圖3 北京市河流干涸比

4.2 提高應(yīng)用遙感技術(shù)對河流干涸斷流監(jiān)督管理的業(yè)務(wù)化能力

加強對基于國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像的河流自動化提取、細小河流遙感識別等技術(shù)的研究，提高干涸河流解譯精度，形成業(yè)務(wù)化能力。加強基于遙感影像提取的河流干涸斷流結(jié)果的綜合應(yīng)用，掌握河流干涸斷流基底情況及變化情況，彌補地方上報的不足，充分發(fā)揮衛(wèi)星遙感影像在江河湖庫水量調(diào)度管理和維持河湖生態(tài)用水需求中的作用，對水資源水環(huán)境的保護提供監(jiān)督管理依據(jù)。

4.3 完善北京市及上游地區(qū)的流域水資源綜合管理

針對干涸河段上游及沿線存在大量水庫閘壩導(dǎo)致河道中水量逐級衰減乃至斷流的現(xiàn)象，建議完善北京市及上游地區(qū)的流域水資源綜合管理，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開源節(jié)流，整治河道，改善社會經(jīng)濟發(fā)展擠占河流生態(tài)用水的現(xiàn)狀，促進河流水生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。

5 研究小結(jié)

近年來我國航天遙感技術(shù)飛速發(fā)展，隨著高分一號、高分二號、資源三號等國產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星的發(fā)射與應(yīng)用，使得利用遙感技術(shù)快速高效地獲取大區(qū)域、高精度的河流干涸斷流情況成為可能。針對我國北方水資源短缺導(dǎo)致大量河流干涸斷流的現(xiàn)狀以及河湖水系連通性在水生態(tài)環(huán)境健康中的重要地位，本研究利用高分辨率遙感影像，以北京市為試點對河流干涸斷流現(xiàn)狀進行了遙感信息提取和空間分析，獲取了北京市2015年豐水期河流干涸斷流分布情況。監(jiān)測結(jié)果表明：北京市河流干涸斷流情況嚴重，納入監(jiān)測的46條河流中15條存在干涸現(xiàn)象，干涸河道長度為227.23 公里，占河道總長度的12.98%；3條河流超過50%的河段干涸，永定河干涸河道長達72.24公里；干涸河道主要分布于房山區(qū)、大興區(qū)和平谷區(qū)，房山區(qū)和大興區(qū)干涸河道長度均超過50公里，平谷區(qū)干涸比達44.24%；干涸河段上游及沿線均有大量水庫閘壩等水利工程，導(dǎo)致河道中水量逐級衰減乃至斷流。

圖4 各區(qū)縣河流干涸長度

針對北京市河流干涸斷流情況嚴重的現(xiàn)狀，為維護良好的流域水生態(tài)環(huán)境及合理開發(fā)利用水資源，本研究建議建立河流干涸斷流周期性巡查機制，加強遙感技術(shù)及業(yè)務(wù)能力建設(shè)，提高應(yīng)用遙感技術(shù)對河流干涸斷流監(jiān)督管理的能力，同時完善北京市及上游地區(qū)的流域水資源綜合管理，從根本上改善社會經(jīng)濟發(fā)展擠占河流生態(tài)用水的現(xiàn)狀。

圖5 各區(qū)縣河流干涸比

[1]石維，侯思琰，崔文彥，劉德文，林超.基于河流生態(tài)類型劃分的海河流域平原河流生態(tài)需水量計算 [J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，29(10)：1892-1899.

[2]任憲韶，戶作亮，曹寅白，等.海河流域水資源評價 [M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[3]東方星.我國高分衛(wèi)星與應(yīng)用簡析 [J].衛(wèi)星應(yīng)用，2015(3)：44-48.

Remote Sensing Monitoring and Analysis of River Drying up in Beijing

WANG Chen YAO Yanjuan GAO Yanhua CAO Fei

(Satellite Environment Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing，100094)

The shortage of water resources in the north of China has led to the drying up of a large number of rivers，and it seriously damages the connectivity of river system，which plays an important role in water environment.This paper investigates the spatial distribution of dry river beds in Beijing in the wet season of 2015 based on remote sensing and GIS analysis using high resolution satellite images.The monitoring results show that the rivers in Beijing are facing serious problem of drying up.In total，15 of the 46 rivers that include in the monitoring are dry.The total length of dry river beds reaches up to 227.23km，accounting for 12.98% of the total length of the river.In addition，in 3 rivers over half of the length is dry.Especially，the dry river beds of Yongding River reach up to 72.24km.The dry river beds are mainly distributed in Fangshan，Daxing and Pinggu Districts.The total length of dry river beds in Fangshan and Daxing Districts are both over 50km，and 44.24% of the rivers in Pinggu district dry up.A large amount of reservoirs and dams are discovered along the rivers and the upstream of the rivers，resulting in gradual attenuation of water quantity and even drying up.At the end，countermeasures and suggestions are put forward to face the situation of severe river drying up，so as to provide reference for the water environment protection in China.

Beijing；river drying up；remote sensing monitoring

項目資助：國家自然科學(xué)基金(41501116，41271349)；留學(xué)人員科技活動擇優(yōu)資助項目(人社廳[2015]192)

王晨，博士，工程師，主要從事流域生態(tài)環(huán)境遙感方面研究

高彥華，博士，高級工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測方面研究

X82

A

1673-288X(2016)06-0170-04

引用文獻格式：王 晨 等.北京市河流干涸斷流遙感監(jiān)測分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(6)：170-173.