2021年黄河秋汛洪水遥感监测应用

陈 亮，杨 ，申 源，张香娟，卢 欣

（水利部黄河水利委员会信息中心，450004，郑州）

2021年8月下旬至10月底，黄河流域遭遇罕见华西秋雨，黄河流域中下游地区发生历史罕见秋汛洪水。本次秋汛洪水防御过程中，水利部黄河水利委员会信息中心（简称“黄委信息中心”）利用卫星、无人机等天空地一体化监测技术，充分发挥其快速高效、大范围动态与局部精细并重、不受地面灾情影响等突出优势，动态跟踪监测秋汛洪水发生、发展、消退变化过程，获取了宝贵的空、天要素观测资料，为黄河秋汛洪水防御决策滚动会商提供重要技术手段。

一、洪水遥感监测技术体系

卫星遥感技术可以从天空远距离对地面进行观测，能周期性获取地表影像数据，具有快速高效、便捷客观、范围大、重复覆盖、不受地面影响等特点，在洪涝灾害监测中得到了广泛应用。无人机技术具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，已成为低空遥感重要数据采集手段。2021年黄河秋汛洪水防御过程中，利用卫星、无人机等天空地一体化技术，对黄河下游河势、重点水库水面、支流洪水、河口湿地等进行监测。洪水遥感监测过程主要包括遥感影像采集、影像处理、信息解译和监测成果分析与发布，技术路线如图1所示。

图1 秋汛洪水遥感监测技术路线

1.遥感影像采集

（1）卫星遥感影像采集

不同类型卫星遥感数据源在洪水监测中具有各自优势和特点，洪水监测卫星遥感数据源可分为光学卫星数据和雷达卫星数据两类。光学卫星遥感影像具有卫星资源丰富、影像波段多、图像地物信息量大等优势，但是易受云雨等恶劣天气影响，主要运用于洪水前、洪水后以及洪水期天气条件良好时的监测。雷达卫星遥感影像可以穿透云层，不受恶劣天气影响，具有全天时、全天候监测特点，但是卫星资源较少、采集成本较高、覆盖范围较小，主要运用于洪水期监测。洪水遥感监测中常常综合利用多种卫星数据资源进行跟踪监测。

秋汛洪水关键期，黄委信息中心与中国资源卫星应用中心等数据供应单位密切沟通，及时联系了解卫星过境情况。充分考虑不利天气因素，综合研判当前水情、工情和未来几天天气变化，统筹卫星遥感影像数据资源，每日根据卫星数据资源情况滚动制定数据采集计划，动态调整雷达卫星影像编程采集方案，最大程度保障洪水监测区域卫星遥感影像覆盖范围和频次。秋汛洪水期间，协调高分系列、资源系列、环境减灾系列、哨兵系列等10余种光学和雷达卫星遥感数据资源，共计采集遥感影像110余景。

（2）无人机影像采集

洪水期间，通过研判洪水发展态势，携带便携式无人机前往黄河下游防御重点河段开展现场调查，采集高精度遥感影像、倾斜摄影影像和视频等数据，为秋汛洪水局部精细化监测与分析提供了影像资料，协同卫星遥感影像全方位掌握洪水变化态势。

2.遥感影像处理

洪水遥感监测数据源具有多尺度、多传感器、多平台特点，采用遥感影像处理平台进行数据处理，主要包括光学卫星遥感影像处理、雷达卫星遥感影像处理和无人机遥感影像处理。光学卫星遥感影像处理主要包括正射校正、图像增强、波段合成、图像镶嵌及裁剪等数据预处理，生成光学卫星遥感正射影像；雷达卫星遥感影像处理主要包括多视处理、滤波、地理编码、几何精校正、图像增强、图像镶嵌及裁剪等数据预处理，生成雷达卫星遥感正射影像；无人机遥感影像处理主要包括像控测量、空三处理、生成DEM、正射校正、三维模型生产、图像镶嵌及裁剪等数据预处理，生成无人机正射影像和三维模型。

3.遥感影像信息解译

根据2021年黄河秋汛洪水防汛会商决策需要，开展了黄河下游河势、重点水库水面、支流洪水、河口湿地等监测。在遥感影像处理基础上分析洪水特点及其在光学和雷达卫星遥感影像上的表现特征，建立洪水遥感解译标志，统一作业标准。采用人机交互目视解译方式进行信息解译，内容有：①黄河下游水边线、主溜线、心滩、入海流路等信息；②汾河、渭河、北洛河、伊洛河、沁河等支流工程决口和洪水淹没水边线等信息；③小浪底水库、故县水库历史高水位水边线及回水区等信息；④黄河三角洲国家自然保护区补水区补水水面、自然植被等信息。

4.监测成果分析与发布

根据遥感监测成果，持续跟踪分析黄河下游河势、支流洪水、重点水库水面、河口湿地等发展变化态势，进行解译成果统计、专题图制作，编写洪水遥感监测报告，及时将监测成果在黄河一张图平台发布，高效支撑黄委水旱灾害防御决策会商。

二、监测成果应用分析

1.黄河下游河势监测应用分析

黄河下游自河南孟津白鹤镇至入海口河道长878 km，滩区面积为4 000余km2，住有百余万居民，河道横贯华北平原，绝大部分河段靠堤防约束。下游大量泥沙淤积，河道抬高，河势游荡易变，是著名的“地上悬河”，也是黄河洪水防御关注的重点。利用洪水前、关键期、退水期遥感影像，动态跟踪监测黄河下游河段水面展宽、河势变化和入海流路变化等。

对比多期遥感监测成果发现，本次秋汛过程下游工程对水流控制能力强，河势平稳、河道行洪能力提升。洪水期河道整体水面展宽，心滩消失或减小，河势整体变得顺直，工程靠水坝垛增加，局部畸形河弯消失。退水期河势稳定，工程靠水靠溜状况良好，部分畸形河弯消失，主槽下切束窄。

2021年汛前入海流路水流分三股入海，将拦门沙切割得较为零散，向东汊流为入海主流，向北汊流河道淤积明显、心滩发育，且有向西摆动趋势。2021年秋汛洪水退水期，由汛前的三股水流入海调整为流向北与东两汊，拦门沙也由零散变得规整，流向北股汊流发育为主流，且有向东摆动趋势；流向东汊流与汛前相比向南摆动。

2.支流洪水监测应用分析

受持续强降雨影响，黄河支流渭河、汾河、北洛河、伊洛河、沁河河道均遭遇历史较大洪水。通过对比洪水前和洪水期卫星遥感影像，监测各支流水面、工程偎水和工程变化情况，分析洪水淹没、工程决口等信息。

3.重点水库水面监测应用分析

2021年秋汛洪水期间，黄河重点水库实施精细化调度，充分运用小浪底、故县、陆浑、河口村等干支流水库拦洪削峰，小浪底、故县水库水位达到历史最高。为掌握水库历史高水位运行库区状况，编程采集2021年秋汛洪水影响区域重点水库雷达卫星遥感影像，监测重点水库库区水面面积、回水区变化等，关注滑坡、塌岸等地质灾害发生情况，为水库科学调度与安全运行提供宝贵资料。

4.河口湿地监测应用分析

2021年秋汛洪水期间，大洪水对黄河三角洲国家自然保护区东部保护区进行了补水。利用卫星遥感影像对比监测补水区洪水前后水面变化，分析年际植被变化情况，为评估补水生态效果和生态环境变化提供数据。

三、结论与展望

2021年黄河秋汛洪水遥感监测应用主要成效：①根据洪水遥感应急监测特点并充分考虑不利天气因素，综合研判水、雨、工情发展变化，多方协调遥感影像资源，及时、快速进行数据处理、信息解译、应用分析、成果发布，为全面取得秋汛洪水防御胜利提供强有力支撑。②通过持续动态跟踪监测，获取了本次长时间、大流量洪水过程遥感监测资料，全程记录了秋汛洪水发生、发展、消退时空变化过程，为黄河流域水旱灾害防御积累宝贵的空、天要素观测资料。

立足于防大汛、抗大灾，未来黄河洪水遥感监测应用应主要围绕以下方面开展：①加强与卫星遥感数据供应单位沟通，完善遥感数据应急采集机制，全面加强无人机洪水遥感监测应用和完善遥感数据资源，进一步

提升天空地一体化洪水遥感监测数据采集能力。②加快遥感影像处理等遥感作业基础环境能力建设提升，提高遥感影像数据处理、解译自动化、智能化水平，提高遥感监测成果时效性。③建设洪水遥感监测应用服务平台，强化遥感监测成果长时序、智能化分析预警应用，促进与防汛业务深入融合应用，提升遥感技术对防汛减灾“四预”的支撑能力。 ■