冀中南“7.19”特大暴雨影響遙感監(jiān)測(cè)分析*

趙春雷 吳國(guó)明 王云秀 趙超

（河北省遙感中心，石家莊 050021）

冀中南“7.19”特大暴雨影響遙感監(jiān)測(cè)分析*

趙春雷2吳國(guó)明1王云秀1趙超1

（河北省遙感中心，石家莊 050021）

應(yīng)用高分衛(wèi)星和環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對(duì)2016年“7.19”暴雨前后河北省中南部主要水庫(kù)水域面積的變化情況和暴雨后過(guò)水區(qū)域面積進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。分析結(jié)果認(rèn)為：暴雨過(guò)后，水域面積增加明顯的有黃壁莊水庫(kù)、崗南水庫(kù)和岳城水庫(kù)，均增加120%以上；在邯鄲市西部洪水沿途下泄路徑和匯集區(qū)域明顯，過(guò)水面積約254.6km2；石家莊境內(nèi)的崗南水庫(kù)、黃壁莊水庫(kù)泄洪后，沿途過(guò)水面積約95.2km2；石家莊市內(nèi)的南平旺水庫(kù)、白草坪水庫(kù)泄洪后，流經(jīng)區(qū)域過(guò)水面積約782km2；邢臺(tái)市內(nèi)的朱莊水庫(kù)、臨城水庫(kù)泄洪后，流經(jīng)距離長(zhǎng)，區(qū)域大，過(guò)水面積約782km2。根據(jù)暴雨災(zāi)后情況，對(duì)過(guò)水區(qū)域的分布情況進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)分析，為相關(guān)部門提供參考。

衛(wèi)星遙感 7.19暴雨 水體監(jiān)測(cè) 過(guò)水區(qū) 展寬

一、前言

遙感技術(shù)在洪澇監(jiān)測(cè)、火災(zāi)監(jiān)測(cè)、水體監(jiān)測(cè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。隨著衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多元化、空間和時(shí)間分辨率的提高，對(duì)遙感技術(shù)的應(yīng)用研究更為精確和廣泛[1-6]。謝秋霞等[7]選用HIS變換法、小波變換法和GS變換法突出洪水專題信息，從影像融合的空間信息融入度和光譜信息保真度對(duì)融合結(jié)果進(jìn)行了精度評(píng)價(jià)。劉明月等[8]利用中國(guó)環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星和Landsat8衛(wèi)星影像對(duì)2013年7月份一次暴雨過(guò)后的松花江和嫩江交匯段水淹面積進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為災(zāi)后評(píng)估提供了客觀依據(jù)。

2016年7月18～21日，受暖濕氣流和冷空氣的共同影響，河北省出現(xiàn)今年以來(lái)最強(qiáng)的降水天氣過(guò)程，此次降水過(guò)程雨量大、覆蓋范圍廣、降水強(qiáng)度強(qiáng)。降水大值區(qū)主要集中沿太行山呈南北向帶狀分布，暴雨高值帶分布在地面高程200-500m的太行山東側(cè)迎風(fēng)坡，石家莊、邢臺(tái)、邯鄲三市過(guò)程平均降水量為175mm，暴雨中心磁縣陶泉鄉(xiāng)達(dá)到783.7mm。此次過(guò)程是河北省自1963年以來(lái)最強(qiáng)的一次降水天氣過(guò)程，給人民生活和生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。

本文利用2016年7月19日暴雨前后的多源衛(wèi)星遙感影像，通過(guò)對(duì)水庫(kù)面積、過(guò)水區(qū)域分布情況等信息提取，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，更多地提出進(jìn)行可客觀分析，為河北省中南部區(qū)域內(nèi)水庫(kù)、河道及滯洪區(qū)管理等提供決策依據(jù)。

二、研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究區(qū)

本次研究區(qū)域主要為河北省的石家莊市、邢臺(tái)市、邯鄲市、衡水市所轄行政區(qū)域，西北角經(jīng)緯度為113.45度，緯度38.83度，東南角經(jīng)度116.58度，緯度為36.05度。此區(qū)域內(nèi)西部為太行山區(qū)，地勢(shì)較高，最高處海拔約2211米，分布有多個(gè)水庫(kù)，東部為平原地帶，地勢(shì)平坦。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中涉及氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于河北省氣象信息中心，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來(lái)源于河北省基礎(chǔ)地理信息中心，遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心，包括高分一號(hào)衛(wèi)星（2016年6月18日、6月22日、6月27日、7月29日）、高分四號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)（2016年7月23日）、環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)（2016年7月26日）。

三、影像分析

洪水遙感監(jiān)測(cè)主要是對(duì)洪水信息的提取和加工。為有效監(jiān)測(cè)此次洪水發(fā)生后的實(shí)際情況，通過(guò)中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站對(duì)2016年7月19日（以下簡(jiǎn)稱“7?19”）前后的衛(wèi)星影像進(jìn)行查詢并訂購(gòu)下載。最后獲取了高分一號(hào)衛(wèi)星多光譜相機(jī)(WFV)數(shù)據(jù)數(shù)景（2016年6月18日1景，6月22日2景，6月27日1景，7月29日2景），7月23日高分四號(hào)衛(wèi)星50米多光譜數(shù)據(jù)3景，7月26日環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星CCD相機(jī)數(shù)據(jù)1景。遙感數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)自帶模型校正后再使用河北省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的河流面層數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正，使得誤差控制在1個(gè)像元之內(nèi)。

3.1 提取方法及過(guò)程

衛(wèi)星數(shù)據(jù)在erdas軟件下打開(kāi)，選擇不同的波段組合，使得水體的流經(jīng)區(qū)域能有效分辨。嘗試監(jiān)督分類方法進(jìn)行過(guò)水區(qū)提取后，效果不理想，分析原因主要是過(guò)水后的地面信息復(fù)雜化，洪水夾雜著泥沙流經(jīng)了河道、農(nóng)田、村莊、公路，致使地面光譜信息混雜。最后選擇目視解譯的方法，具體操作方法為：打開(kāi)洪水前后的兩幅影像，參考該區(qū)域內(nèi)的河北省土地利用信息，在ARCMAP平臺(tái)下，按照水的流向勾劃洪水的過(guò)水區(qū)域，依次方法分別得到了區(qū)域內(nèi)主要過(guò)水區(qū)的分布情況。圖1分別為2016年6月22日和7月29日的高分一號(hào)多光譜相機(jī)（WFV）衛(wèi)星影像，采用3,4,2通道合成，水體顯示為深藍(lán)色，以此為依據(jù)勾劃過(guò)水區(qū)域。

3.2 過(guò)水區(qū)域信息提取

利用上述提到的水域邊界提取方法，以7月29日的衛(wèi)星影像為準(zhǔn)，并利用ArcGIS面積統(tǒng)計(jì)功能，提取得到各流域的過(guò)水區(qū)域(見(jiàn)圖2)并統(tǒng)計(jì)得到過(guò)水面積。

在邯鄲市西部洪水經(jīng)車谷水庫(kù)、四里巖水庫(kù)沿北洺河、南洺河下泄，流經(jīng)武安市后流入永年縣和雞澤縣時(shí)，河道展寬明顯并在此形成較大水面，過(guò)水面積約254.6km2。

石家莊市內(nèi)的南平旺水庫(kù)、白草坪水庫(kù)泄洪后，流經(jīng)了贊皇縣、元氏縣、高邑縣、趙縣、寧晉縣、新和縣；邢臺(tái)市內(nèi)的朱莊水庫(kù)、臨城水庫(kù)泄洪后，流經(jīng)邢臺(tái)市、邢臺(tái)縣、臨城縣、沙河縣、南和縣、任縣、隆堯縣后在寧晉縣、新和縣于上面的洪水匯合，流經(jīng)距離長(zhǎng)，區(qū)域大，過(guò)水面積約782 km2；

石家莊市境內(nèi)的崗南水庫(kù)、黃壁莊水庫(kù)泄洪后，洪水沿河道流經(jīng)了平山縣、鹿泉區(qū)、正定縣、藁城市、無(wú)極縣、深澤縣、安平縣，過(guò)水面積約95.2km2。

3.3 水庫(kù)水體面積信息提取

對(duì)區(qū)域內(nèi)的主要水庫(kù)，分別選取6月22日和7月29日兩日的影像，如圖3為邯鄲市岳城水庫(kù)6月18日和7月29日高分一號(hào)衛(wèi)星的4,3,2通道合成影像（a,b）以及分類后得到的水體區(qū)域(c,d)。應(yīng)用ERDAS軟件采用監(jiān)督分類的方法得到區(qū)域內(nèi)各主要水庫(kù) “7?19”前后的面積及變化情況，見(jiàn)表1?？梢钥闯?，水域面積增加明顯的有黃壁莊水庫(kù)、崗南水庫(kù)和岳城水庫(kù)，均增加120%以上。

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四、結(jié)論與建議

“7?19”暴雨過(guò)后，水域面積增加明顯的有黃壁莊水庫(kù)、崗南水庫(kù)和岳城水庫(kù)，均增加120%以上；在邯鄲市西部洪水沿途下泄路徑和匯集區(qū)域明顯，過(guò)水面積約254.6km2；石家莊境內(nèi)的崗南水庫(kù)、黃壁莊水庫(kù)泄洪后，沿途過(guò)水面積約95.2km2；石家莊市內(nèi)的南平旺水庫(kù)、白草坪水庫(kù)泄洪后，流經(jīng)區(qū)域過(guò)水面積約782km2；邢臺(tái)市內(nèi)的朱莊水庫(kù)、臨城水庫(kù)泄洪后，流經(jīng)距離長(zhǎng)，區(qū)域大，過(guò)水面積約782km2。

綜合分析官方發(fā)布暴雨災(zāi)后情況，根據(jù)泄洪流經(jīng)路徑、匯集區(qū)域以及過(guò)水區(qū)域的分布情況等，提出如下建議，給相關(guān)部門提供參考。

（1）多條河道從干涸變?yōu)榱魉?，水?kù)蓄水明顯。滹沱河、冶河、大沙河、甘陶河、道西川、宋家莊川、漿水川、路羅川、七里河、沙河、洺河、漳河等河道在此次降水前大部干涸，降水后河流都出現(xiàn)了流水。河北省西部太行山大小水庫(kù)蓄水明顯增加，基本都達(dá)到了滿庫(kù)容。

（2）河道及泄洪區(qū)應(yīng)保持自身功能，特別是一些河道的景觀建設(shè)更應(yīng)引起注意，河道及泄洪區(qū)更不能有人為建筑等妨礙行洪。如在邢臺(tái)市的七里河?xùn)|段尤為明顯（見(jiàn)圖4），不合理的河道設(shè)計(jì)應(yīng)及時(shí)修復(fù)，避免重蹈覆轍。

（3）分析遙感影像及過(guò)水區(qū)域分布可以認(rèn)為：“7?19”特大暴雨相當(dāng)于對(duì)河北省中南部的水庫(kù)、河道、滯洪區(qū)進(jìn)行了一次特殊的試驗(yàn)，水庫(kù)蓄水能力、河道、滯洪區(qū)的行洪能力都得到了考驗(yàn)。以此為依據(jù)相關(guān)部門可進(jìn)行針對(duì)性治理和改善，特別是在積水嚴(yán)重的三個(gè)區(qū)域（寧晉和新河區(qū)域；永年和雞澤區(qū)域；任縣和南和區(qū)域）應(yīng)加強(qiáng)治理。

（4）基于遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)陸水庫(kù)、河流及洪澇的大范圍、動(dòng)態(tài)面積監(jiān)測(cè)，是進(jìn)行大型水域研究和管理的有效手段。為提高洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)服務(wù)的精準(zhǔn)性、時(shí)效性，還需要加強(qiáng)洪水淹沒(méi)模型研究。伴隨著國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)高分?jǐn)?shù)據(jù)的空間和時(shí)間分辨率的提高，以及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的多源化，遙感技術(shù)對(duì)洪水的監(jiān)測(cè)將發(fā)揮更大的作用。

[1]徐涵秋,唐菲.2013.新一代Landsat系列衛(wèi)星Landsat 8遙感影像新增特征及其生態(tài)環(huán)境意義.生態(tài)學(xué)報(bào).33(11):249-257.

[2]宮鵬,張晗,張海英等.2011.用中國(guó)環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星1號(hào)數(shù)據(jù)評(píng)估日本仙臺(tái)9.0級(jí)大地震引發(fā)海嘯淹沒(méi)區(qū).遙感學(xué)報(bào).15(4):863-868.

[3]李衛(wèi)國(guó).2013.作物旱澇災(zāi)情遙感監(jiān)測(cè)進(jìn)展與思考.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào).29(6):1503-1504．

[4]孟憲民,崔保山,鄧偉等.1999.松嫩流域特大洪災(zāi)的醒示濕地功能的再認(rèn)識(shí).自然資源學(xué)報(bào).14(1):14-21.

[5]張宏群,范偉,荀尚培,等.2010.基于MODIS和GIS的洪水識(shí)別及淹沒(méi)區(qū)土地利用信息的提取.災(zāi)害學(xué).25(4):22－26.

[6]朱玉霞等.2014.基于HJ-1衛(wèi)星的丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)研究.環(huán)境科技.27(5)58.

[7]劉明月,賈明明,王宗明等.2015.2013年松花江與嫩江交匯段洪水遙感監(jiān)測(cè).濕地科學(xué).13(4)：456-465.

[8]謝秋霞,張佳暉,陸坤等.2017.基于典型遙感影像融合方法的洪水信息精確提取研究與應(yīng)用.災(zāi)害學(xué).32(1):183－186,204．

201 6-201 7年度河北省遙感技術(shù)應(yīng)用優(yōu)秀論文獎(jiǎng)

一等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單

1、基于HJ—1A超光譜影像的土壤速效磷含量遙感反演研究

王 磊 河南理工大學(xué)

許 寧 河北農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站

顧曉鶴 北華航天工業(yè)學(xué)院

2、Landsat-8和HJ-1B熱紅外數(shù)據(jù)海面溫度監(jiān)測(cè)效果研究

石海崗 核工業(yè)航測(cè)遙感中心

3、應(yīng)用資源三號(hào)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)博斯騰湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化

揭文輝 核工業(yè)航測(cè)遙感中心

4、基于圖表示的魯棒高效的高光譜圖像波段選擇方法

孫 康 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所

耿修瑞 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所

計(jì)璐艷 清華大學(xué)地球科學(xué)中心

5、航天對(duì)地觀測(cè)運(yùn)行機(jī)制與快速響應(yīng)系統(tǒng)研究

陳金勇 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所

6、一種遙感影像區(qū)域覆蓋最優(yōu)數(shù)據(jù)集篩選模型的研究

李 峰 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所

7、基于深度學(xué)習(xí)（FCN網(wǎng)絡(luò)）的艦船目標(biāo)輪廊分割與檢測(cè)算法

楚博策 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司航天信息應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

8、一種非線性高光譜圖像異常目標(biāo)檢測(cè)方法

王 敏 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司航天信息應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

9、星空地“REUP”一體化礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)遙感系統(tǒng)建設(shè)初探

邢英梅 河北水文工程地質(zhì)勘察院

10、河北海域葉綠素a濃度遙感反演業(yè)務(wù)化算法

楊 斌 河北省遙感中心

二等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單

1、航測(cè)遙感技術(shù)應(yīng)用及展望

王 勇 河北省地球物理勘查院

2、基于改進(jìn)型TVD1的京津冀長(zhǎng)時(shí)間序列旱情時(shí)空變化分析

劉海新 山東科技大學(xué)

張安兵 河北工程大學(xué)

3、遙感技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用

張 巖 河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院

4、干旱半干旱高寒山區(qū)蝕變礦物遙感信息提取效果與找礦預(yù)測(cè)

孫永彬 核工業(yè)航測(cè)遙感中心

5、基于SIFT的遙感圖像海上目標(biāo)顯著性檢測(cè)

王 港 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司航天信息應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

6、遙感衛(wèi)星在軌測(cè)試任務(wù)管控方法

劉曉麗 中國(guó)電子科技集團(tuán)第五十四研究所

7、高分辨遙感圖像艦船特征降維算法

楚博策 中國(guó)電子科技集團(tuán)第五十四研究所

8、基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遙感影像目標(biāo)檢測(cè)及其特征提取研究

王 港 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司航天信息應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

9、區(qū)域土地生態(tài)因子遙感監(jiān)測(cè)與分析—以京津冀城市群和北方

農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)為例

王 琳 河北省國(guó)土資源利用規(guī)劃院

10、基于多特征的高分遙感圖像分割算法研究

金永濤 北華航天工業(yè)學(xué)院

11、衛(wèi)星影像在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用

王志賢 河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)

12、基于多尺度紋理特征的SAR影像變化檢測(cè)

聞彩煥 河北省地質(zhì)測(cè)繪院

13、冀中南“7.19”特大暴雨影響遙感監(jiān)測(cè)分析

趙春雷 河北省氣象與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室