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卫星遥感:巡天遥看一千河

发布时间:2019-07-02 14:53:07   来源:    浏览次数:306

◎本刊记者  郑挺颖

当前全国各地都在推进碧水保卫战,这也是污染防治攻坚战中三大保卫战之一(另两个为蓝天保卫战和净土保卫战)。那么,如何监测水环境的变化?除了到水域现场取样监测外,对更宏观的水环境变化则需要借助卫星遥感技术来“从天上看水”。《环境与生活》杂志记者日前来到生态环境部卫星环境应用中心水环境遥感部,直观了解卫星“从天上看水”是怎样进行的。

“坐地日行八万里,巡天遥看一千河。”这是毛泽东主席1958年7月得知江西省余江县消灭了血吸虫病后,创作的七律《送瘟神·其一》中的诗句。毛主席诗歌原意是,“人们住在地球上,因地球自转,于不知不觉中,已看完了万千星河。”

不过,化用这句“巡天遥看一千河”来描述卫星环境应用中心的水环境遥感部(以下简称“水室”)的工作,却是再合适不过,因为水室主要承担遥感技术在水环境领域的研发及应用。

6月6日,《环境与生活》杂志记者来到卫星环境应用中心(以下简称“卫星中心”)的水室,看看他们是怎么遥看一千河的。

监测水体的自然岸线率非常重要

卫星中心高级工程师殷守敬博士向《环境与生活》记者介绍,卫星中心在2009年正式成立时就组建了水室,当时才三五个人。水室目前已经发展到有20人。

水室通过卫星遥感来监测地表的水环境变化。殷守敬博士说:“2011年起,中央财政增设湖泊生态环境保护专项资金,对水质良好的湖泊优先进行保护,到2017年,全国有81个湖泊获得国家专项资金支持。2013年起,我们一直在监测湖泊内及其周边的违法、违规开发与生态修复等行为,主要包括湖泊的岸线变化和整个流域上的植被覆盖变化情况。这两个指标是作为财政资金投资绩效的生态效益考核指标,中国环科院在牵头做这个事,我们用遥感给他们提供两个指标,一个是自然岸线率,许多湖泊的自然岸线率每年都在变化,看有没有做提升和改善;另一个是流域的植被覆盖率,看植被有没有继续破坏,有没有通过复垦去增加一些湖边植被覆盖或者整个流域上的植被覆盖。这个工作我们已经开展好几年了。”

殷守敬博士此处提到的复垦是指对被破坏或退化的土地进行生态系统恢复。说完湖泊,记者又问起长江经济带的自然岸线率情况如何。殷博士答道:“我们用卫星遥感做了一个摸底,2017年整个长江干流的自然岸线率大约是60%,与之相反的就是开发率,也就是人工对岸线的改造。总体来看,越到中下游开发率越高,下游个别省份开发率高达55%。整个长江中下游都是有防洪堤的,防洪堤作为长江水体的外缘线也是不得已而为之,到上游就不存在这种情况了。”

生态环境部卫星环境应用中心水环境遥感部高级工程师殷守敬博士接受《环境与生活》杂志专访

在天上也能遥感黑臭水体

至于黑臭水体,如何通过高居“九天之外”的卫星看出来?

殷守敬博士解释:“卫星在天上,黑臭水体的‘臭’看不出更闻不到,但‘黑’能看得出来。我们在识别的时候,不仅依靠水体的光谱信息。水体是否断流和堆放垃圾等,也是我们监测黑臭水体的判断条件。我们在一些城市做过的实验发现,卫星遥感对黑臭水体有60%的识别精度。按照国家规定,2018年底,直辖市、省会城市等重点城市的建成区黑臭水体消除率要达到90%,到2020年其他地级城市建成区黑臭水体消除比例也要超过90%。我们用遥感发现很多城市的黑臭水体现象确有明显好转。至于农村地区的黑臭水体,我们正在做试点。”

能发现水质局部改善的“猫腻”

生态环境部卫星环境应用中心水环境遥感部王晨博士接受采访

卫星遥感对我国河流断面监测有哪些帮助?

水室的王晨博士介绍,现在地表水国考断面在监测上统一实施采测分离,由第三方机构开展水质采样监测,但在实际工作中,也发现现场无法采样的情况越来越多,比如自然因素断流、施工断流、化冰期等。当这些情况发生时,地面监测就没法进行了。“今年2月,全国有100多个断面由于各种因素无法开展监测,我们用卫星遥感来核查发现,确实存在断流、冰雪覆盖、冰封和化冰期等情况。”

重庆市部分河流干涸断流的卫星遥感影像

王晨博士介绍,卫星遥感还能发现一些问题,比如有些断面的经纬度坐标不准确,不在被监测河流、湖泊区域内。“这时,我们就需要通知相关部门去核查纠正。为了核实问题原因,我们需要对着现场照片和卫星影像,每个断面去查清情况。”

王晨博士在东北地区做黑臭水体星地同步实验

卫星除了对无法现场监测的地表水断面进行遥感监测外,还能发现一些“猫腻”,比如说个别地方在河流断面上游几公里处进行曝气、生态浮岛等局部河段整治工程,通过这种“耍小聪明”的手段来“精准”改善水质。“如果只做这种局部水质改善的话,我们监测的数据就不能代表整条河流,明年可能对这种水质局部改善的情况重点进行排查。”

京津冀地区河流干涸情况明显好转

王晨博士介绍,由于工农业发展,华北地区尤其是京津冀一带的河流干涸的情况非常严重,但具体某条河流干涸到什么程度就很难摸清。“2015年,环保部(现生态环境部)向我们提任务,把京津冀地区的河流干涸情况摸一下,我们当时通过卫星遥感发现这地区有25%左右的河段都是干涸的,总长2万多公里的330条河流,存在干涸情况高达2/3。”

工作人员在京津冀地区开展河流干涸断流遥感解译结果地面验证

王晨博士随后介绍,由于南水北调等生态补水工程的完成应用,京津冀地区河流干涸的情况有明显好转,2018年滹沱河、永定河等河流就大段地恢复水流。“今年我们打算再做一次京津冀地区河流干涸情况的核查,估计还会有所改善。”

针对网友普遍关心的白洋淀,王晨博士说:“雄安新区的一个重要的问题就是水的问题,我们对白洋淀上游大小河流做了遥感监测,发现很多河道都是干涸的,2017、2018两年枯水期和丰水期一共做了4期,然后发现每期干涸河道的长度比例都接近40%。白洋淀现在是国家重点保护区域,可以通过生态补水工程保障水量。但是如果想把整个流域的所有河流都复原、澄清,难度就比较大了。这个确实是历史原因,华北平原的地下水超采情况太严重了。要想河流恢复生机,就得先把地下水保障好,但这需要久久为功。”

工作人员在统筹强化督查现场核实饮用水源地取水口定位信息

卫星遥感参与水华预警

水室一直都对太湖、巢湖、滇池等湖泊进行监测。那近期的水华情况怎样?殷守敬博士详细解释:“对于太湖等重点湖泊,我们对近十年来每天的水华情况都做了监测提取,并对其发生规律进行跟踪分析。水华影响因素比较复杂,与湖泊流域污染物入湖、湖泊内源污染、和气象条件等都有关系。从污染源角度,对很多湖泊来说,点源污染已不是主要问题,更多的是流域面源污染。从水华发生条件来讲,与降雨、气温、风力等气象条件也有很大关系,尤其是下雨时形成地表径流,农田与生活污水里面的氮磷等随径流进入湖泊,随着气温上升,水华快速生长的条件就满足了。其实,严格来说,水华还不能算污染,是湖泊水体富营养化引起的生态异常现象。针对水华事件的成因、规律、影响及其管控,还需要持续跟踪关注。”



工作人员在黑龙江水源地保护区内核实农业面源污染问题

殷守敬博士说:“现在生态环境部每年4到10月会对重点湖泊开展水华应急监测,并酝酿建立水华预警机制,水华达到一定程度后会向地方发布信息,采取一些必要措施。这个预警机制里边遥感充当哨兵的角色,通过卫星遥感观测到水华达到一定面积比例后,我们把这个信息告知监测部门,结合地面观测的补充数据,再把水华的预警信息发出去。”

服务地方政府的环保工作

针对水室今后的工作重点,殷守敬博士说:“目前水室人员少,重点业务要再往深度扩展,但主要跟着(生态环境)部里的任务走,同时要给地方政府做好服务,与一些省市以及地市的生态环境部门都要加强合作。我们的卫星遥感数据和结果可以为地方的生态环境治理和污染防治攻坚战提供支撑,也给地方的环境督查做执法支撑。” 

(郑小莹对本文亦有贡献)

【环境百科】

自然岸线

自然岸线指天然的水体岸线,基本维持自然形成的状态,没有过多的人为改造。目前,因为一些人为的岸线美化和固化,对自然岸线的生态系统造成影响,不利于生物多样性的发展和保护,还会破坏生态环境。

水华

水华指淡水中藻类大量繁殖的一种自然生态现象,是水体富营养化的一种特征。由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的污水进入水体后,蓝藻、绿藻、硅藻等大量繁殖后使水体呈现蓝绿色的一种现象,这被称为水华。

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本栏目责编/季江云

网编/王猛