海河“23·7”流域性特大洪水启用蓄滞洪区洪水淹没全过程卫星遥感监测分析

宋文龙 马建威 孙亚勇 李小涛 黄诗峰 刘宏洁 桂荣洁

（1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.水利部遥感技术应用中心，水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心（水旱灾害防御中心），北京 100038）

0 引 言

受2305 号台风“杜苏芮”北上与冷空气共同影响，2023 年7月28日至8月1日，海河全流域出现强降雨过程，累计面降雨量155.3 mm。受其影响，海河流域有22 条河流发生超警戒以上洪水，8 条河流发生有实测资料以来的最大洪水，大清河、永定河发生特大洪水，子牙河发生大洪水，海河流域发生了流域性特大洪水，这次特大洪水是1963年以来海河流域最大的场次洪水。

为有效应对海河“23·7”流域性特大洪水，海河流域先后启用了8 个蓄滞洪区分洪蓄洪滞洪，充分发挥流域防洪工程体系防洪减灾的综合作用，最大限度减少洪水影响和损失[1]。至9月26日东淀蓄滞洪区内滞蓄洪水基本排出，已无连片积水区域，蓄滞洪区启用过程基本结束。

水利部遥感技术应用中心、水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心（水旱灾害防御中心）快速响应，调度应用国内外多时相光学和雷达遥感数据，开展了海河流域性特大洪水启用蓄滞洪区洪涝淹没全过程遥感监测分析[2-5]。通过获取8 个蓄滞洪区“启用—淹没—最大淹没—退水—全部退水”不同过程下的淹没水体范围和面积，为动态掌握蓄滞洪区淹没情况、全面了解蓄滞洪区内洪水演进过程及开展洪涝演进模拟分析与水工程调度提供了真实可靠的科学数据支撑。

1 监测区域

监测区域主要涉及海河流域8 个启用的蓄滞洪区，包括大清河系小清河分洪区、兰沟洼、东淀蓄滞洪区，永定河系永定河泛区，子牙河系大陆泽、宁晋泊蓄滞洪区、献县泛区，漳卫河系共渠西蓄滞洪区（图1）。

图1 海河流域8个启用蓄滞洪区空间分布图

（1）小清河分洪区位于大清河水系北支中游，用于分泄滞蓄永定河超标准洪水和当地河流洪涝，也是永定河防洪体系的重要组成部分，小清河分洪区涉及北京房山区、丰台区与河北涿州市等，于7月31日12时启用。

（2）兰沟洼蓄滞洪区地处大清河系北支中游，北部为小营横堤，南界南拒马河左堤、东界白沟河右堤、西接自然高地，是大清河防洪体系的重要组成部分，兰沟洼蓄滞洪区包括行洪区和滞洪区两部分，于7 月31 日23 时30 分启用。

（3）东淀蓄滞洪区位于大清河系下游，涉及河北霸州市、文安县和天津静海区、西青区，为大清河系南北支洪水和清南、清北沥水的汇流地，洪沥水滞蓄后经独流减河和海河干流入海。东淀蓄滞洪区北靠中亭河，南界大清河右堤、开卡新堤、千里堤、子牙河右堤，东至西河闸枢纽，是一个南北窄东西长的行滞洪区，地势西高东低，于8 月1 日2 时启用。

（4）永定河泛区位于永定河中下游，担负着永定河缓洪滞洪的任务，地跨河北廊坊市广阳区、安次区、永清县，北京大兴区和天津武清区、北辰区。永定河泛区上起河北固安县梁各庄，下至天津北辰区屈家店枢纽，地形自西北向东南倾斜，于8月2日6时启用。

（5）大陆泽、宁晋泊蓄滞洪区位于河北邢台市中部地区，属太行山山前冲积扇地带，其主要作用是缓滞滏阳河上游洪水，使之与滹沱河洪水错峰而由滏阳新河流入子牙新河安全下泄，防止河堤漫决，减少下游洪灾损失，从而达到保护天津市和下游地区的目的，于7 月30 日20 时启用。

（6）献县泛区位于子牙河流域的滹沱河下游，主要承纳并宣泄滹沱河及滹沱河—滏阳河区间的洪沥水。献县泛区上游由岗南、黄壁庄两座大型水库控制，下游由献县枢纽控制，洪水主要通过子牙新河入海，于8 月1 日11 时启用。

（7）共渠西蓄滞洪区位于漳卫河系卫河共产主义渠，均在河南鹤壁市浚县境内，启用后将确保下游地区防洪安全，于8月1日15时启用。

2 遥感数据源

本次洪水监测分析共调度应用了25 颗国内外光学和雷达卫星，具体如下。

（1）国产光学卫星：高分一号（GF-1）、高分一号B 星（GF-1B）、高分一号C 星（GF-1C）、高分一号D 星（GF-1D）、高分二号（GF-2）、高分四号（GF-4）、高分六号（GF-6）、中巴地球资源卫星04 星（CB-04）、中巴地球资源卫星04A 星（CB04A）、环境减灾二号A 星（HJ-2A）、环境减灾二号B 星（HJ-2B）、资源一号02D 星（ZY1E）、资源一号02E 星（ZY-1F）、资 源 三 号03 星（ZY3-03）14 颗 光 学卫星[6-7]。

（2）国产雷达卫星：高分三号（GF-3）、高分三号B 星（GF-3B）、高分三号B星（GF-3C）、环境减灾二号E星（HJ-2E）、陆探一号A 星（LT-1A）、陆探一号B 星（LT-1B）、巢湖一号、涪城一号8颗合成孔径雷达卫星。

（3）国外光学卫星：哨兵2A、哨兵2B共2颗光学卫星。

（4）国外雷达卫星：哨兵1A合成孔径雷达卫星[8]。

3 工作机制与监测方法

3.1 工作机制

快速成立应急专班，调配卫星资源、海量遥感数据存储处理系统算力，保障人员队伍等，依托自主研发的水利应急遥感监测系统平台，制定了卫星调配计划、光学和雷达数据收集处理、蓄滞洪区淹没水体提取、监测分析报告编制、成果审核与上报等工作流程。监测上报成果包括了淹没范围、淹没面积、险工险段、决口漫堤、分洪口门、安全区状态等灾情信息。

3.2 监测方法

受蓄滞洪区下垫面类型复杂，多源雷达和光学数据光谱特性不一致、云覆盖，高秆作物下淹没范围难以直接提取等因素影响，蓄滞洪区淹没范围遥感精准提取十分困难。基于面向对象分割的水体提取算法可以对影像进行多尺度分割，充分考虑地物的光谱、形状等特征，将整个图像分成众多的“同质均一”的斑块，可以有效避免传统基于水体指数提取出现的“椒盐现象”，提取的结果更加具有完整性，且对细小水体的提取更加有效[9]。本次监测工作采用自主研发的面向对象分割和人工目视判读相结合的淹没水体提取方法，对研究区内的淹没水体进行快速、高精度提取，并进一步考虑前后期变化、地面调查和有人机∕无人机航飞结果，对结果进行目视校核和修正[10]。

4 监测结果

（1）大清河系小清河分洪区。小清河分洪区共开展了22 期监测，从2023 年7 月30 日起，至2023 年8 月22 日结束,主要采用的数据包括GF-3、GF-3C、GF-1、HJ-2A等。小清河分洪区在7 月31 日12 时开始分洪，8 月2 日淹没范围最大，随后开始退水，至8月22日已基本完成退水，淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图见图2。

图2 小清河分洪区淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图

（2）大清河系兰沟洼蓄滞洪区。兰沟洼蓄滞洪区共开展了23期监测，从2023年7月30日起，至2023年8月22日结束,主要采用的数据包括GF-3、GF-3C、巢湖一号、GF-1、HJ-2E 等。兰沟洼蓄滞洪区在7 月31 日23 时30 分开始分洪，8 月5 日淹没范围最大，随后开始退水，至8 月22 日已基本完成退水，淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图见图3。

图3 兰沟洼蓄滞洪区淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图

（3）大清河系东淀蓄滞洪区。东淀蓄滞洪区共开展了54 期监测，从2023 年7 月24 日起，至2023 年9 月23 日结束,主要采用的数据包括GF-3、GF-3B、GF-3C、巢湖一号、GF-1、GF-1D、HJ-2E、HJ-2A 等。东淀蓄滞洪区在8 月1 日2 时开始分洪，8 月11 日淹没范围最大，8 月14 日开始缓慢退水，后开始使用抽水泵排水，至9 月23 日淹没范围已大幅减少,9月26日，滞蓄洪水基本排出，已无连片积水区域，淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图见图4。

图4 东淀蓄滞洪区淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图

（4）永定河系永定河泛区。永定河泛区共开展了25 期监测，从2023 年8 月1 日起，至2023 年8 月23 日结束,主要采用的数据包括GF-3、GF-3B、CB-04A、HJ-2E、ZY-1F等。永定河泛区在8月2日6时开始分洪，8月6日淹没范围最大，随后开始退水，至8月23日已基本完成退水，淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图见图5。

图5 永定河泛区淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图

（5）子牙河系大陆泽蓄滞洪区。大陆泽蓄滞洪区共开展了15期监测，从2023年7月31日起，至2023年8月22日结束,主要采用的数据包括GF-3B、GF-3C、哨兵2A、LT-1B、ZY-1E 等。大陆泽蓄滞洪区在7 月30 日20 时开始分洪，8 月6 日淹没范围最大，随后开始退水，至8 月22 日已基本完成退水，淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图见图6。

图6 大陆泽蓄滞洪区淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图

（6）子牙河系宁晋泊蓄滞洪区。宁晋泊蓄滞洪区共开展了16期监测，从2023年7月31日起，至2023年8月22日结束,主要采用的数据包括GF-3B、GF-3C、哨兵2A、HJ-2B、ZY-1F 等。宁晋泊蓄滞洪区在7 月30 日20 时开始分洪，8 月6 日淹没范围最大，随后开始退水，至8 月22 日已基本完成退水，淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图见图7。

图7 宁晋泊蓄滞洪区淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图

（7）子牙河系献县泛区。献县泛区共开展了22期监测，从2023年8月1日起，至2023年8月22日结束,主要采用的数据包括GF-3、GF-3C、哨兵1A、HJ-2B、ZY-1F 等。献县泛区在8 月1 日11 时开始分洪，8 月8 日淹没范围最大，随后开始退水，至8 月22 日已基本完成退水，淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图见图8。

图8 献县泛区淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图

（8）漳卫河系共渠西蓄滞洪区。共渠西蓄滞洪区共开展了12 期监测，从2023 年8 月1 日起，至2023 年8 月16 日结束,主要采用的数据包括GF-3、GF-3C、哨兵1A、HJ-2B、ZY-1F 等。共渠西蓄滞洪区在8 月1 日15 时开始分洪，8 月6日淹没范围最大，随后开始退水，至8月17日已基本完成退水，淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图见图9。

图9 共渠西蓄滞洪区淹没过程重要节点及累计淹没范围遥感监测示意图

5 结 语

水利部遥感技术应用中心充分调配应用25 颗国内外光学和雷达等多源卫星遥感资源，实现了海河流域启用蓄滞洪区洪水淹没过程高频次、高精度的全过程遥感监测分析，可实现每日1～2 次最高3 次的覆盖监测能力，自主研发的水利应急遥感监测系统平台大大提高了多源卫星数据下载与数据处理分析效率，基本满足蓄滞洪区洪涝演进监测分析业务需求。同时结合现场调查和有人机∕无人机航拍，为卫星遥感解译提供解译标志，提高了解译精度。天空地一体化协同监测体系为成功完成海河“23·7”流域性特大洪水启用蓄滞洪区洪水演进全过程遥感监测分析及模型模拟分析提供了有力支撑。