在运水利工程人类活动风险遥感监测与评价方法

摘 要：以国产高分辨率遥感影像为基础，开展在运水利工程管理和保护范围内及下游行洪通道人类活动遥感监测，在此基础上，辨析人类活动与工程防洪安全的交互影响关系，提出在运水利工程人类活动风险评价方法和模型，并以河口村水库为例开展应用示范。监测结果表明：河口村水库管理和保护范围内人类活动较少，下游沁河管理和保护范围内人类活动较多；工程竣工验收后，水库管理和保护范围内人类活动减少，下游沁河管理和保护范围内人类活动增加；汛期前后，水库管理和保护范围内人类活动没有明显变化，但下游沁河管理和保护范围内人类活动受强降雨影响，占用面积发生变化。经计算，水库管理和保护范围内平均人类活动干扰指数为１７．６，沁河管理和保护范围内平均人类活动干扰指数为６７．２２；工程竣工验收后，水库管理和保护范围内干扰指数明显减小，沁河管理和保护范围内人类活动干扰指数微幅增大；汛期前后，河口村水库管理和保护范围内人类活动干扰指数保持不变，沁河管理和保护范围内人类活动干扰指数有一定起伏。应用示范表明遥感技术能够有效地监测在运水利工程人类活动风险源情况，能够定量评估人类活动风险源对水利工程防洪的影响。

关键词：水利工程；人类活动；遥感；监测与评价

中图分类号：ＴＶ６９７．１；ＴＰ７９ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０８．０１２

引用格式：康芮，王晓梅，张博羽，等．在运水利工程人类活动风险遥感监测与评价方法［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（８）：６５－７０．

０ 引言

我国洪涝灾害频发，水利工程在防洪减灾方面发挥了重要作用。２０２１ 年汛期大中型水库投入拦洪运用共４ ３４７ 座次，拦蓄调洪、错峰排涝，最大程度减少了灾害损失［１］ 。因此，加强水利工程风险管控，保证工程安全正常运行具有重要意义。

目前，水利工程运行期风险管控主要采用人工巡查和地面仪器监测构（建）筑物稳定性、金属结构和设备设施运行状态、作业活动和运行管理规范性、自然灾害情况［２－３］ 。除此之外，工程周边未经许可的人类活动也会影响水利工程正常运行，如：在水利工程管理范围内新建、改建、扩建建筑物，在下游河道内倾倒垃圾、渣土，会影响河道过水断面的面积和粗糙度，从而影响河道的过流能力，导致水利工程防洪能力改变。遥感技术具有覆盖范围广、获取信息快、时空分辨率高等特点，可以快速、准确地监测水利工程及下游行洪通道人类活动。吴时强等［４］ 、翁浩轩［５］ 、陈珺等［６］ 、杨惠雯［７］ 、王晓燕［８］ 、梁瑞阳［９］ 、金子嵩［１０］ 通过建立物理模型或水动力模型，分别分析了跨河桥梁、建筑物、码头、河道采砂、植被、围网养殖、拦河闸对河道行洪的影响；Ｌóｐｅｚ 等［１１］ 对矩形渠道中的刚性和柔性圆棒进行淹没实验，结果表明水流阻力随植被密度增大而增大；Ｌｅｅ 等［１２］ 采用隐式积分的方法模拟了渔网养殖对行洪能力的影响。

本文围绕水利工程风险管控需求，利用国产高分辨率遥感影像，构建在运水利工程人类活动风险遥感监测与评价体系，以河口村水库为例进行示范应用，对该方法的可靠性进行验证。

１ 数据与方法

通过遥感影像提取水利工程及下游行洪通道人类活动数据，判断人类活动是否符合《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国水库大坝安全管理条例》《中华人民共和国河道管理条例》的相关规定，利用人类活动干扰指数模型分析评估人类活动造成的防洪风险。

１．１ 研究区概况

河口村水库位于黄河一级支流沁河最后一段峡谷出口处，是控制沁河洪水、径流的关键工程，也是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。水库工程规模为大（２）型，于２００８ 年６ 月１２ 日开工建设，２０１７ 年１０月通过河南省水利厅组织的竣工验收。水库坝址以下，沁河淹没区涉及河南省济源市五龙口镇、梨林镇与焦作市沁阳市、温县、武陟县、博爱县。

２０２１ 年７—１０ 月，受西太平洋副热带高压和冷空气等天气系统的共同影响，河口村水库大坝以上流域出现了特大暴雨，为保障水库自身及上下游防洪安全，水库进行了长时间持续高水位大泄量运用［１３］ 。

本文研究区为河口村水库和工程下游沁河（金滩桥至丹河汇入沁河处）管理范围、保护范围，总面积为５ ５５７．７９ ｈｍ２。其中：水库管理范围７２３．０４ ｈｍ２，保护范围１５９．１８ ｈｍ２；沁河管理范围４ １９６．４１ ｈｍ２，保护范围４７９．１６ ｈｍ２。

１．２ 遥感数据

本研究所用遥感数据包括２０１５ 年４ 月以及２０２１年５ 月至２０２２ 年５ 月共１４ 期遥感影像。数据源以高分一号、高分六号２ ｍ 全色／８ ｍ 多光谱影像为主，高分二号、高分七号０．８ ｍ 全色／３．２ ｍ 多光谱影像为补充。高分一号卫星于２０１３ 年成功发射，是中国高分辨率对地观测系统国家科技重大专项的首发卫星，可获取２ ｍ 分辨率全色影像和８ ｍ／１６ ｍ 分辨率多光谱影像（蓝、绿、红、近红外４ 个波段）；高分二号卫星于２０１４ 年成功发射，是我国自主研制的首颗空间分辨率高于１ ｍ 的民用光学遥感卫星，可获取０．８ ｍ 全色影像和３．２ ｍ 多光谱影像（蓝、绿、红、近红外４ 个波段）；高分六号卫星于２０１８ 年成功发射，是一颗低轨光学遥感卫星，也是中国首颗精准农业观测的高分卫星，可获取２ ｍ 全色影像、８ ｍ 多光谱影像（蓝、绿、红、近红外４个波段）和１６ ｍ 多光谱影像（蓝、绿、红、近红外、红边、深蓝等８ 个波段）；高分七号卫星于２０１９ 年成功发射，是我国首颗民用亚米级光学传输型立体测绘卫星，可获取０．８ ｍ 全色影像和３．２ ｍ 多光谱影像（蓝、绿、红、近红外４ 个波段）［１４］ 。影像经过大气校正、正射校正、几何配准、影像融合、影像裁剪等处理。

１．３ 研究方法

１．３．１ 人类活动遥感监测

１）监测范围。选取水利工程及下游行洪通道开展在运水利工程人类活动风险遥感监测与评价。为便于分析不同区域人类活动对防洪的影响，将其划分为管理范围和保护范围。水利工程管理范围为设计洪水位线或土地征用线以内区域；有堤防河道管理范围为两岸堤防之间的水域、沙洲、滩地、行洪区和堤防及护堤地；无堤防河道管理范围为历史最高洪水位或者设计洪水位范围内的水域、沙洲、滩地和行洪区。保护范围为管理范围向外延伸一定距离的区域。管理范围和保护范围以水利工程及河道划界成果为准。

２）分类标准。《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国水库大坝安全管理条例》《中华人民共和国河道管理条例》《水利水电工程（水库、水闸）运行危险源辨识与风险评价导则》等明确规定了水利工程及下游行洪通道内禁止或有一定限制条件的人类活动，包括修建建筑物与构筑物、倾倒垃圾与渣土、种植林木和高秆作物、围湖造地、修建跨河工程、采砂、取土、挖筑鱼塘等。