西辽河流域水体遥感监测示范应用

文 | 邢洋 李思慧 李伟 张嘉文 李巍巍 常国荣

通辽市气象局/高分卫星内蒙古通辽分中心

一、前言

西辽河流域位于辽河上游，西拉木伦河是西辽河的源头。西辽河从科左中旗巴彦塔拉镇附近流出通辽，最终汇入辽河。西辽河流域内涉及的行政区涵盖10 个盟市，27 个旗县区。然而，近年来由于水资源过度开发，西辽河流域水资源供需矛盾突出，曾造成西辽河干流全年断流，引起水利部等多方高度关注。

为推动解决西辽河流域水资源过度开发问题，2019 年以来，内蒙古自治区水利厅，通辽市、赤峰市水利部门等配合水利部完成了《内蒙古西辽河流域“量水而行”以水定需方案》，提出了“通过节水、减少配水面积、调整种植结构、控制用水总量、增加外调水补给、增加再生水利用等措施，提高区域水资源承载能力”的治理对策。

卫星遥感技术无疑是开展大范围水体信息动态监测的有效途径，利用包括高分卫星数据在内的多源卫星遥感数据，对西辽河流域重要水体进行系列监测，依据归一化水体指数法，对孟家段水库开展自1984 年至2021 年的年代际变化监测，自2020年开始对包括孟家段水库在内的多个重要水体进行全年逐月密切监测，同时利用水务部门的水情信息、气象条件及其生态环境等要素进行综合分析，获取水体时空分布特征，直观反映水体动态变化情况。监测结论及数据多次被通辽市政府所采纳，为通辽市政府、水务、生态环境、自然资源等相关决策部门提供了科学、及时、有力的决策依据，对水资源监测评估、防洪抗旱减灾、生态环境建设等工作均具有重要意义。

二、应用效果

1.孟家段水库年代际变化分析

综合考虑分辨率、时间跨度、受云影响等因素，采用高分一号卫星、美国陆地卫星（Landsat）、哨兵二号卫星（Sentinel-2）进行监测，空间分辨率分别为16m、15m、10m，数据均可在中国资源卫星应用中心、欧洲航天局（ESA）、美国地质调查局（USGS）官网免费下载获取，下载后的卫星数据经预处理后，选择归一化水体指数法（NDWI）对水体进行监测分析。经过数据检索选取1984 年、1999 年、2009 年、2014 年Landsat 卫星数据、2017年哨兵二号数据、2018 年高分一号数据、2019 年、2020 年、2021 年哨兵二号数据5—9 月孟家段水库卫星遥感资料，对水库水体面积进行动态监测分析，孟家段水库上库水体面积呈现先减后增趋势，下库水体面积受综合因素影响，自20 世纪80 年代至今呈现不规则的增减态势（图1）。2019 年、2020 年遥感监测显示，水体面积萎缩明显，大部分面积被水生植物取代。

图1 1984—2021 孟家段水库遥感监测

2.通辽市境内主要水库汛期加密对比监测分析

为响应通辽市政府需求，为汛期防汛抗旱提供数据支撑，故对红旗水库、孟家段水库、莫力庙水库、他拉干水库等重要水体在汛期时段开展对比加密监测。自2020 年开始，每年3—10 月以每月一次的频率对上述重要水体进行对比监测，主要包括水体面积的同比、环比、气象条件分析等，逢汛期时段，除每月一次的对比监测外，强降水天气前后、水利枢纽引水后均开展加密监测。2022 年汛期监测数据显示通辽市主要水库水体面积同比均有不同程度的增长（见表1），图2 为水库对比遥感监测图。

表1 通辽市主要水库水体面积对比表km2

图2 水库对比监测图

三、应用效益

水资源是生命存在与发展的前提，孟家段水库等水利工程是通辽地区重要的水资源，其所产生的防洪、蓄水、灌溉等效用对国民经济及农业生产有着极为重要的作用，运用遥感手段密切监测水体动态变化，契合水利部所提出的“量水而行”的方针。高分卫星内蒙古通辽分中心基于此示范应用以高分应用专报形式呈报通辽市委市政府，为有关部门掌握水资源发展现状及其合理开发、利用提供直观、科学的数据支撑。编撰完成的水体卫星遥感监测业务技术手册，对通辽市各部门开展卫星遥感水体监测具有指导作用，规定了归一化水体计算及提取流程，规范了全市水体遥感监测评估业务。水资源作为生态环境保护的重要一环，其对表征区域生态环境质量有着重要意义，对水体的连续动态监测作为生态环境变化监测的一个方面，可以协助通辽市生态环境局入河排污口、黑臭水体“三级排查”等工作，为生态环境治理提供直观的第一手资料，充分体现生态环境质量发展规律，为生态环境建设、保护提供科学决策。此外，对孟家段水库等水体的连续监测间接助力了孟家段国家湿地公园等风景旅游区的建设，为景区发展注入动力，为提升景区环境发挥重要作用，产生可观的经济效益，让“水生态”催生“水效益”。