CBERS-02B 图像在广西水库监测中的应用

CBERS-02B图像在广西水库监测中的应用

李茂堂黄伟锋张建立

（水利部遥感中心，北京 100044，中科院遥感所，北京 100101）

摘要：研究了CBERS-02B星在广西水库监测中的应用。首先说明了广西北部湾地区水库的现状及监测的意义，探讨了利用CBERS-02B星进行监测的内容与方法，并在北部湾合浦县选择两个有代表性的水库，结合地面水文水质调查数据、GPS实测数据和CBERS-02B星所得到的遥感数据进行试验，旨在研究CBERS-02B星遥感数据在水资源环境遥感关键技术中的应用技术与方法。说明了CBERS-02B星接替目前在轨的CBERS-02，拓展了资源卫星的应用领域。因此，CBERS-02B的应用潜力将会更大。

关键词： CBERS-02B星水库监测

CBERS星遥感数据的应用范围很广，已经在土地资源调查、林业、水利、环境监测、荒漠化、地质灾害预测预报与灾害评估、地矿、测绘等领域中得到了应用。CBERS系列星已经并将为开展我国水资源环境遥感提供大量的基础数据。

1 CBERS-02B星在水库中的应用与监测

CBERS-02B星接替目前在轨的CBERS-02，其传感器有高分辨率相机（HR）、CCD相机和宽视场成像仪（WFI）。与CBERS-02相比，去掉了多光谱扫描仪IRMSS，增加轻型高分辨率相机HR，提高了定位精度，满足高分辨率相机观测要求。此外除了提供20米和258米分辨率多光谱数据外，还可提供2.36米高分辨率的全色数据，可较好的满足大比例尺资源调查、测绘、城市规划与管理、精细农业等方面的应用要求，同时可实现中、高分辨率数据的互补与结合，拓展了资源卫星的应用领域。因此，CBERS-02B的应用潜力将会更大。

本项目以CBERS-02B星的遥感数据为数据源，以广西大中型水库为研究对象，研究CBERS-02B星在水环境监测和水资源应用中的关键技术。具体做法是，在北部湾合浦县选择两个有代表性的水库进行试验，结合地面水文水质调查数据和GPS实测数据，利用已有的水库地形图数据、地面水情和水质监测点数据以及实测的水库地形图数据、地面水情和水质监测点数据，结合由CBERS-02B星所得到的遥感数据进行试验。对北部湾地区大中型水

*项目：“环境一号卫星数据应用研究项目”中“区域水库合理化应用及水质监测多星综合应用评价模型与方法、运行子系统”项目（编号：2006A01A0400）

责任作者：李茂堂联系电话：138********

库水资源环境进行遥感调查。调查内容有水库容量、影响水库水质的主要参数、富营养化参数等。

本项目旨在研究CBERS-02B星遥感数据在水资源环境遥感关键技术中的应用技术与方法，同时也为水利管理和环保部门提供技术资料，为北部湾经济区水资源合理调配和水环境规划治理提供参考依据。

2 项目背景

广西壮族自治区是我国水资源丰富的省份，据不完全统计，在广西境内河流众多中，流域面积在50平方公里以上的河流有937条，流域面积在1000平方公里以上的河流69条。流域面积在50平方公里以下的小河溪涧，不可胜数。在广西南部流入北部湾的河流就有123条。

这些众多的河流在带给广西丰富的水资源的同时，也带来了频繁的洪水灾害。2006年进入5月份以来，广西先后遭受了6次较大的洪涝灾害，也直接影响了北部湾的生态环境与建设。广西水库数量众多，分布面广，安全隐患甚多。据2005年汛末水库工程安全检查情况统计，全广西自治区水利系统注册的水库工程共有4439座，安全存在问题的水库就有1411座。

北部湾地区有水库数千座。由于附近工矿企业排泄污水废水、城市生活污水以及大量投肥养殖，水质遭受了不同程度的污染，个别水库污染十分严重，已经到了非治理不可的地步，引起了政府的高度重视。水库、湖泊污染造成严重后果的已有先例，今年夏季太湖水质由于富营养化严重，发生大面积水华，蓝藻爆发，致使无锡市自来水公司长时间停止供水，引起市民的恐慌，同时也造成了严重的经济后果。这一事件引起的中央领导的高度重视。广西水利信息网（水利厅网站）的资料表明，近年来，北部湾河流的断面水质主要为Ⅱ——Ⅳ类，多数在Ⅲ类，个别断面为Ⅴ类和劣Ⅴ类，Ⅰ类已经很少。主要水系水质在Ⅲ类以下。沿海三市供水水源地水质比其他地区稍差，多为Ⅲ类以下。水库水质多为Ⅲ类，但个别水库为Ⅴ类或劣Ⅴ类。总体上，由于径流将地面的污染物冲入河流和水库，丰水期的水质下降。从近几年的资料来分析，全区水质成下降趋势。

广西是旱涝灾害并发的典型地区，多年来广西一直受水旱灾害的困扰，据2006年11月16日新华网记者调查，广西自8月份以来遭遇50年一遇的极旱，千余座水库干涸，100多个县、700多万人畜饮水困难。记者在旱区实地采访时，当地干部把“十年九旱”、“连续受旱”等“帽子”戴到了广西头上。

北部湾（广西）经济区属于水资源短缺地区，尤其是北部湾地区沿海三市（钦州、北海、防城港）的供水存量与今后发展需求量存在着巨大“落差”。2005年，沿海三市市区和工业开发区现有水厂供水能力为56.7万方／天，而据预测，2010年三市市区和工业开发区工业生产、生活需水规模将达198.4万方／天，2020年将达到360万方／天。自治区水利系统有关专家因此表示，此区域内现有的供水设施和当地可开发利用的水资源量已远远不能满足形势发展的需求。

北部湾水环境环境污染主要来自源于入海河水，凡处在河口的海域环境污染要比海湾严重。有的工厂还直接向河水排放工业污水，有的城市直接向河流排放生活污水。有我国最后一片“净海”美誉的北部湾，早在2001年广西壮族自治区的环境状况公报表明，与2000年相比，北部湾近岸海域海水环境污染就有所加重。特别是近几年由于广西和北部湾地区的救济发展使北部湾地区的水环境污染更加严重。

随着经济的快速发展，水资源短缺矛盾日益尖锐。沿海三市的供水存量与今后发展需求量存在着巨大“落差”。受气候和地形地貌的影响，形成了北部湾地区水库众多且分布广泛的特点。星罗棋布的水库使水资源存储和合理调配成为可能。但是，随着经济的高速发展，环境保护问题愈显突出。水资源是人们赖以生存的物质基础，是经济建设发展的基础，只有保护好水资源，才能使地区经济和社会可持续发展。如果牺牲环境谋求发展是自断生路的短视行为。怎样在经济快速发展的同时，保护好这块碧水蓝天成为一个具有挑战性的问题。

北部湾的水资源、水环境和水灾害直接影响着北部湾的生态环境、经济发展与建设，也涉及到我国和北部湾地区邻国之间的利益。如果能够利用减灾星所获取的遥感数据和水利部现有的“航空遥感实时传输系统”所获取的航空遥感数据、国家防汛抗旱总指挥部和水利部门所获取的地面监测点数据，以及中国科学院和北京大学的遥感数据处理能力，开展“北部湾水资源-水环境-水灾害遥感监测系统”示范点的建设，这对于北部湾地区的经济发展和建设是非常必要和具有实际应用价值的。

3 国内外研究现状

我国在“七五”之前就开展了将卫星遥感、机载遥感和地面遥感用于江河湖泊以及水库的研究，在“八五”、“九五”和“十五”期间投入了大量资金用于对地观测和信息获取与处理的研究。现在国家气象局和国家海洋局也正在利用遥感卫星建立各自领域的信息获取与处理系统。国家环境保护总局和民政部国家减灾中心也正在建立环境与灾害监测预报小卫星星座，其总体建设目标是通过建立由多颗遥感小卫星组成的星座系统，提高我国环境和灾害

综合监测能力，实现大范围、全天候、全天时、动态的环境和灾害监测。中国地震局也提出了建立用于地震灾害监测的地震电磁卫星系统。在“八五”、“九五”和“十五”期间，由水利部遥感中心牵头建立的“航空遥感实时传输系统”，包括部队共投资一个多亿，可将获取的雷达图像实时传输到用户及指挥部门，在灾害监测和军事应用中发挥了重要作用，得到了国家多项奖励。但我国在水利信息的快速获取、处理及共享方面还没有建立适合水利部门应用的遥感卫星共享系统，水利部门的有关单位依靠从国外和其它部门购买数据进行各自的研究，这不但费钱、费时、费力，造成了人力、财力的极大浪费，也不能做到近实时处理和较高精度的监测，因此开展适合水利行业需要的水利信息的快速获取、处理及共享势在必行。

CBERS星遥感数据的应用范围很广，已经在土地资源调查、林业、水利、环境监测、荒漠化、地质灾害预测预报与灾害评估、地矿、测绘等领域中得到了应用。2004年，雷坤等建立了太湖水体的叶绿素-a和总氮反演模型，水体叶绿素与CBERS-1 CCD数据的相关系数为0.8313，水中总氮与其的相关系数为0.9237，应用效果较好，为CBERS资料监测水质提供了示范。2005年，唐军武等利用CBERS-02 卫星CCD 相机资料进行了定量化反演水体成分的研究，获得了水体悬浮泥沙叶绿素浓度分布，悬浮泥沙的反演结果比较满意, 但因为遥感器的波段较宽和信噪比较低，造成叶绿素的结果不够理想。水利部遥感中心曾利用CBERS数据对西藏波密县易贡地区的大滑坡进行了遥感监测，效果较好，为减灾救灾提供了科学依据。

4 CBERS-02B星对于水库监测的意义

本项目拟用CBERS-02B遥感数据对北部湾地区多个重要水库水资源环境进行遥感监测，起到CBERS-02B星数据应用和北部湾水库遥感监测的示范作用，取得经验后，在北部湾地区进行大面积推广。

利用水库进行水资源的开发和利用是各国水利建设的主要内容，不少国家利用水库进行汛期的水量调节，旱期的农田灌溉和缺水地区的水资源补给，并且花费大量的人力、物力开展水库的合理化利用、水库对环境、水库对气候条件变化、水库对洪灾和旱灾的抑制效果、水库对地区经济的发展的研究，并把水库的自动化监测放在十分重要的位置。各国普遍认为，利用水库对于防洪减灾、使洪水变害为利、最大效益地为社会服务具有十分重要的现实意义。

5 基于CBERS-02B星的研究内容

5.1 基于点-面结合的水资源调节与影响评价方法研究

选择与北部湾关系密切的水库作为示范点，将遥感监测和库区的地面监测点相结合，研究水库的洪水储蓄能力、农田灌溉能力、北部湾地区整体用水结构及其关系以及相互之间的影响，为水资源的科学配置与合理调度、水旱灾害的灾前预报、灾害演变趋势预测与灾后应急处理、水资源调度对工农业、生态和景观影响的评价、水利工程设施基本建设等提供依据。

5.2 洪涝灾害实时遥感监测与评估

利用天-空-地一体化监测技术，即遥感卫星技术、航空遥感技术和地面监测点、地面报讯点、气象预报等技术，选择与北部湾关系密切的河流作为示范点，对洪涝灾害进行实时监测和评估，为减灾救灾决策提供服务，为提高灾害评估的快速性和准确性提供依据。

5.3 干旱灾害实时遥感监测与预警技术

综合利用遥感卫星、地面监测点、地理信息系统等技术，对广西典型地区的旱情进行分析和研究，建立起广西地区的旱情遥感监测系统，利用遥感影像每10天生成一张全区的旱情分布图，实现对全省大面积旱情进行快速、动态监测，为抗旱决策提供服务。

5.4 北部湾河流水污染实时遥感监测与预警技术

选择与北部湾关系密切的河流入海口地段作为示范点，解决快速、准确获取北部湾河流入海口处的水文水质信息和实时进行水污染监测和预警的有关关键技术问题，尤其是解决实现突发污染事件的现场实时追踪检测和应急反应的有关关键技术问题，为北部湾地区的河流水污染防治，以及水环境管理提供技术支持，提升应对重大突发性水污染事件的能力。

6 未来的推广应用

本项目是CBERS-02B星遥感数据应用的实例，是解决该星在水环境遥感中应用关键技术的方案之一，对推动CBERS系列的应用起到很好的示范作用。同时，本项目的成果具有很高的实用价值，可为当地水利部门和环境保护部门提供基础资料，为水资源的合理调配与规划治理提供参考依据。项目实施后，其经验可推广至北部湾全区甚至整个广西地区，为政府决策提供科学依据。

本项目将紧密结合用户的需求，利用现有技术成果，以CBERS-02B星遥感数据和其他

遥感卫星数据为基础，结合地面监测数据和航空遥感数据，以北部湾为示范点，开展北部湾水资源调节与影响评价方法研究、洪涝灾害实时遥感监测与预警技术研究和河流水污染实时遥感监测与预警技术研究，形成一个能够实际运行的系统，并逐步将研究成果向全广西和其他地区推广。

本研究工作得到了航天遥感论证中心的项目支持以及中国资源卫星应用中心数据支持，特此致谢。

参考文献

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