浏阳河河长制实施情况遥感监测

唐根

（湖南省第二测绘院，湖南 长沙 410100）

0 引言

浏阳河位于湖南省东北部，作为湖南母亲河湘江的一级支流，以其逶迤秀美闻名于世。但自上世纪八十年代起，工业污染与过度开发让浏阳河原貌不存。2019年，浏阳河作为湖南省唯一代表，成功入选全国17个示范河湖建设名单。乱占、乱采、乱堆、乱建，是困扰全国各地河湖管理的一大痼疾[1]。针对河湖“四乱”问题，如果单纯依靠人工传统巡河方式，不仅工作量巨大、耗费时间长，而且很难准确发现和监督区域内各项违法违规活动[2]。为更好的推动浏阳河美丽河湖建设，按照“实现水清、岸绿、河畅的浏阳河”的理念，湖南省自然资源厅坚持以河长制管理工作为导向，利用多源、多期遥感影像和基础地理信息资料，充分发挥地理信息的创新作用，自2018年连续三年组织开展浏阳河河长制卫星遥感监测工作。卫星遥感监测在河湖长制中的应用，使河湖管理增加了一种获取信息的现代化手段。卫星遥感影像能实时的获取地理区域的准确信息，为河湖管理提供关键的信息，节约实地巡查的成本，提高工作效率。

1 研究区概况

浏阳河又名浏渭河，位于湖南省东部，浏阳河干流向西而流，流经浏阳市、长沙县全境，进入长沙城区，注入湘江，全长234.8公里。流域面积4,665平方公里。浏阳河是湘江的一级支流河，发源于罗霄山脉大围山北麓，浏阳河支流主要是大溪、小溪，分别发源于大围山北麓及南坡。两溪在浏阳城东面10公里处汇合，始称浏阳河。2019年11月11日，浏阳河入选水利部首批建设示范河湖名单。2020年11月浏阳河全国示范河湖建设顺利通过国家验收。

2 监测分析方法

2.1 “四乱”问题监测

水域岸线疑似“四乱”问题监测主要使用全省2020年最新影像统筹数据成果。根据湖南省卫星应用技术中心，每季度实现2米分辨率卫星影像全省覆盖，年度实现1米分辨率卫星影像全省全覆盖。根据影像的判读标志，如色调（颜色）、形状、位置、大小、阴影、布局、纹理及其他间接标志等，建立不同类型疑似“四乱”问题的解译样本。结合2020年上半年影像统筹成果和2019年基础性地理国情监测成果，提取监测区域内的变化信息，作为疑似“四乱”问题提取的辅助数据。为确保监测成果的准确性，同时兼顾监测成果的快速提供应用，针对各项监测提取信息开展全野外核查工作。

2.2 浑浊水体

浑浊水体主要利用哨兵2号光学影像进行提取，首先利用归一化水体指数NDWI将水体从其他地物中提取出来，计算公式如下：

然后在提取出的水体中识别出浑浊水体。选择光学影像红、绿两个波段组合的遥感反射率差、和的比值识别浑浊水体，即归一化浑浊指数NDBWI。计算公式如下：

2.3 植被覆盖度

本监测采用2016-2020年夏季5期MODIS数据，MODIS数据包含植被指数（NDVI）波段，通过像元二分模型计算浏阳河岸线10公里范围区域内2016-2020年植被覆盖度，分析区域内生态环境变化总体变化情况。基于NDVI的像元二分模型计算公式如下：

其中，Pv是植被覆盖度，NDVI为归一化植被指数，NDVIsoil为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，NDVIveg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。取经验值NDVIveg=0.70和NDVIsoil=0.05，即当某个像元的NDVI大于0.70时，Pv取值为1；当NDVI小于0.05，Pv取值为0[4]。

2.4 汛期水面应急监测

本项监测采用哨兵1号雷达影像和第三次国土调查数据作为主要数据源，哨兵1号雷达影像具有重访周期短、传播速度快、不受云雾干扰等特点。通过对影像进行预处理，采用阈值法自动化提取水体范围，开展汛期前、中、后浏阳河水体范围变化监测。Sentinel-1双极化数据SDWI水体提取指数公式：

式中VV和VH是哨兵1号雷达影像波段，8是所选择的最初阈值，SDWI大于0时为水体，小于0时为非水体[5]。

3 监测结果与分析

3.1 “四乱”问题监测

2020年第一季度新发现多处砂石码头、水面建（构）筑物、钓鱼平台、河道围垦。图1所示是一处位于浏阳市枨冲镇平息村的砂石码头，与浏阳河直线距离201米左右，现场有大量砂堆，采砂机器，运输设备，传送带连接矿场和河边运砂船。图2是一处位于长沙县黄兴镇沿江山村潭头湾的养殖网箱，实地核查发现水面有形状规则的网箱，岸边有小渔船，岸上有塑料桶，疑似为正在养殖的网箱。图3是一处位于浏阳市高坪镇沿甸村南车湾的河道围垦，围垦长度为285.8米，面积为15815.03平方米，现场核查时，正在进行围垦。

图1 砂石码头示意图

图2 养殖网箱示意图

图3 河道围垦示意图

对于遥感监测发现的问题，建立了问题反馈机制，按季度向长沙市河长办通报监测问题。将监测发现的问题线索及时向相关责任单位推送，相关责任单位针对清单问题逐一核查整治，做到了第一时间发现、第一时间反馈、第一时间处理，真正将河湖卫星遥感监测成果应用到河长制湖长制工作中去。

3.2 浑浊水体

浑浊水体利用2020年7月23日的哨兵2号光学影像（重复覆盖周期五天）进行光谱分析。监测发现浑浊水体共24处，其中有11处为入河口位置附近，疑似为浏阳河两侧的河流和沟渠中的浑浊水体直接流入浏阳河水域内，导致附近水域水质条件变差；有2处浑浊水体附近有大片耕地，实地核查时耕地存在大量大棚种植，疑似为大棚种植过程中产生的污水排入浏阳河河道。浑浊水体如图4所示。

图4 浑浊水体示意图

3.3 植被覆盖度

2016-2020年夏季浏阳河岸线10公里范围内植被覆盖度变化趋势呈现“逐年小幅波动，整体微弱上升”，监测范围内植被覆盖度均值从2016年7月11日的0.6883上升至2020年8月12日的0.6905，监测范围内各县（区）植被覆盖度均值见表1。此外，监测范围内植被覆盖空间分布不均匀，局部区域差异较大，长沙市城区和浏阳城区的植被覆盖度呈逐年上升趋势；东部和中部的大围山镇、达浒镇、高坪镇、葛家镇、官渡镇等乡镇植被覆盖度相对较高。2016-2020年夏季浏阳河岸线10公里范围内植被覆盖度情况见图5。

表1 浏阳河岸线10公里范围植被覆盖度均值统计表

图5 2016-2020年夏季浏阳河岸线10公里范围区域内植被覆盖度

4 汛期水面应急监测

监测采用的哨兵1号雷达遥感影像时间为2020年5月26日、2020年7月25日、2020年8月6日，分别为流域汛期前、中、后各时点，各时点水面提取范围如图6所示。

图6 浏阳河汛期前、中、后水面提取示意图

水面面积统计见表2。

表2 浏阳河水面面积及变化统计结果表

将5月份水面范围和7月份水面范围进行空间叠加减法分析，提取水面变化区域，由于河流岸线会随着时间的推移产生细微变化，故淹没区域面积不等于两个月份水面面积差值。2020年7月份汛期浏阳河沿岸洪水淹没面积为3.80km2，其中下游沿岸淹没面积最大，为2.00km2，中游沿岸淹没面积为0.97km2，上游沿岸淹没面积为0.82 km2，淹没区域如图7所示。

图7 浏阳河汛期淹没区域示意图

将提取的2020年5-7月水面变化区与第三次国土调查数据进行叠加分析，计算出水面淹没三调地类面积共1567645.06m2，从县（区）来看，浏阳市淹没三调地类面积最大，为692724.47m2，其次为雨花区，淹没三调地类面积为342120.35m2；从地类来看，水利设施用地受淹面积最多，为748875.80m2，其次为林地，受淹面积为498637.66m2。浏阳河汛期淹没三调地类信息详见表3。

表3 浏阳河汛期淹没三调地类统计表（单位：m2）

续表3

5 结语

基于多源、多时相、高分辨率遥感影像，结合地理国情监测、第三次国土调查等成果，围绕浏阳河的砂石码头、建（构）筑物、养殖网箱、钓鱼平台、河道围垦、浑浊水体、植被生态环境和汛期水面进行监测，监测结果表明浏阳河“四乱”问题基本得到解决，浏阳河整体水质较好，但是部分区域水体浑浊，浏阳河两岸植被生态环境逐年好转，汛期水面应急监测为洪涝灾害防治及时提供了数据支撑。卫星遥感监测高效支撑了浏阳河的“清四乱”专项行动和水资源管护，降低日常巡查监管的压力，使巡查监管更具针对性，同时也为长沙市河长办和生态环境部门进行专项行动提供数据支持，为长沙市河长办有关工作推进及督查考核提供客观依据，为浏阳河开展示范河湖建设提供参考。