基于遥感技术的塔里木河流域业务应用及展望

段远斌

（新疆塔里木河流域管理局信息中心，新疆 库尔勒 841000）

• 简讯 •

基于遥感技术的塔里木河流域业务应用及展望

段远斌

（新疆塔里木河流域管理局信息中心，新疆 库尔勒 841000）

通过遥感技术在塔里木河（以下简称塔河）流域水调水管业务中的具体应用，详细介绍系统构架和基于遥感技术在输水水头跟踪、河道跑漫水监测、湖面面积变化监测等实际工作中的应用情况，技术方法及发挥的效益，初步展示利用遥感技术开展塔河流域生态调度输水遥感监测的重要性和必要性，并对开展此项工作的长效机制提出展望。

塔里木河流域；遥感技术；监测；系统；影像图

0 项目背景

塔河流域是我国第一大内陆河流域，流域由塔里木盆地周围向心聚流的阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河、开都－孔雀河、迪那河、渭干－库车河、克里雅河和车尔臣河等九大水系的 144 条河流组成，总面积 102 万km2。从其源流叶尔羌河的源头算起，至塔里木河干流尾闾台特玛湖，全长2 437 km，塔河干流自源流汇合口肖夹克至尾闾台特马湖全长 1 321 km。目前与塔里木河干流有地表水联系的只有叶尔羌河、和田河、阿克苏河和孔雀河（通过博湖扬水站经库-塔干渠向塔里木河下游输水），形成“四源一干”的格局。

近年来，塔河流域的水资源开发利用和生态环境保护，引起了党和国家的高度重视。国家在实施西部大开发和建设山川秀美工程中，将塔河治理放在了十分重要的位置，塔河生态输水及流域综合管理是实现这一宏伟目标的重要保障[1]。在塔河生态输水过程中，却经常遇到输水水头演进情况不知、沿途跑漫水情况不明、生态闸放水受益情况不清等问题，作为塔河生态输水成效评价指标的台特玛湖水面变化情况尚无有效及时的监测措施。上述种种问题由于存在着监测范围大、环境条件恶劣等难以克服的困难，常规监测手段难以获得有效信息。

为了解决上述问题，塔里木河流域管局（以下简称塔管局）基于遥感技术手段，利用遥感影像数据，开展了下游输水水头、源干流跑漫水、生态闸放水范围、台特玛湖水面面积旬变化等监测，向塔河流域各部门实时提供各类监测成果，为输水期间实施决策及流域综合治理提供有力的信息支持，因此，利用卫星遥感开展塔河生态调度输水遥感监测是非常必要的。

1 建设目标

借鉴遥感技术在国内主要流域应用的经验[2]，结合塔里木河流域业务工作的实际情况，初步提出了调水、洪水和生态等的遥感监测及支撑系统开发作为塔里木河流域基于遥感技术的业务应用需求。通过改建塔河已建遥感影像库，开发了遥感应用支撑系统，初步实现遥感监测信息网络化服务，为流域综合管理提供信息支持。建设内容包括以下几个方面：

1）调水遥感监测。输水期水头及跑水监测、输水期生态闸放水范围监测、输水前河道野外查勘。

2）洪水遥感监测。洪水期的河道及溢水监测、河道野外查勘。

3）生态遥感监测。台特玛湖水面面积和中下游植被覆盖度年际变化等的监测。

4）支撑系统开发。原遥感影像库改建、塔河生态调水遥感监测业务信息系统。

2 总体布局

2.1 系统框架

系统从逻辑结构上设计为 3 层结构，即数据层、中间层和服务层。其中，数据层包括基础地理、水利专题等数据的存储与管理体系，中间层为中间件服务平台，服务层为地理信息应用服务体系。外加系统安全、技术标准与组织保障体系，构成系统 3 层结构、4 大体系，如图 1 所示。

图 1 系统框架图

2.1.1 地理数据存储与管理体系

地理数据存储与管理体系负责数字线划地图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）等地理空间数据的存储和管理，提供数据备份和服务等功能。

2.1.2 中间件服务平台

中间件服务平台是遥感和地理信息系统的核心技术层，通过中间件技术为应用系统提供工具化接口。

2.1.3 地理信息应用服务体系

地理信息应用服务体系是系统的应用界面层，是系统面向用户的窗口，包括基础地理信息查询、专题制图、业务应用等子系统。

2.1.4 系统安全、技术标准与组织保障体系

除了以上几个部分以外，系统由于其庞大性、复杂性，需要地理信息安全、地理信息标准与规范及系统建设与运行管理保障等体系的支持。

2.2 软件结构设计

根据 RS/GIS 软件自身的特点，设计方案将软件体系定为 3 层体系结构，便于系统的扩充和无缝升级，用户在进行系统提升时，无需考虑数据库端和客户端的改造，只需在应用服务器端追加功能模块即可实现整个系统的升级。

2.3 网络架构

系统建立在计算机网络环境下，采用 B/S，C/S 这 2 种模式。数据库在服务器端集中管理和维护，在各个管理和应用单位，通过局域网对系统进行访问。

2.4 功能划分

2.4.1 生态输水遥感监测

主要实现在生态输水期间水头、干流生态闸放水漫溢范围及跑水跟踪监测，及时提供干流大西海子至台特玛湖河道输水水头行进、生态闸放水漫溢范围及河道跑水口跑水范围解译信息与遥感影像图。从影像图即可看出输水水头各时间段行进距离、跑水口位置、跑水水面面积等信息。通过这些信息输水管理单位可以实时掌握输水情况，准确定位跑水口位置如图 2 所示。

图 2 塔里木河干流第 12 次下游生态输水水头卫星遥感监测图

通过该影像图，水管单位可以清晰地看到水头到达的位置及对应的时间，能够及时了解河道阻塞或漫溢的情况，为保障输水工作的顺利开展提供了直观、可靠的基础数据。

2.4.2 洪水遥感监测

主要实现汛期河道水头行进情况和河道跑水口（人工扒口、堵坝取水）跟踪监测，提供和田河、叶尔羌河、塔河干流河道洪水漫溢位置及范围解译信息与遥感影像图。通过系统可以了解河道跑水漫溢情况，定位跑水位置，了解漫溢面积。2010 年汛期，和田河汛期跑水口遥感跟踪监测如图 3 所示。2013 年汛期，叶尔羌河 48 团渡口至艾里克塔木段河道洪水漫溢严重，遥感跟踪监测情况如图 4 所示。

图 3 和田河汛期跑水口遥感跟踪监测

通过对同一区域不同时刻的多个影像的水体信息进行提取，并采用叠加、卷帘、平铺等方式对比分析，可以及时掌握汛期跑水口的起始时间、面积变化及灾害情况等，为水管、防洪部门提供了决策依据。

2.4.3 台特玛湖水面面积监测

主要实现台特玛湖水面面积动态监测，根据遥感数据源情况每旬提供台特玛湖水面面积解译信息与遥感影像图。台特玛湖是塔河干流的尾闾，在塔河综合治理开始前，台特玛湖几近干涸。塔河综合治理工作开展以后，塔管局组织的生态输水曾多次将水输送至台特玛湖，但由于水面分布不规则，水面面积变化迅速，难以有效掌握水域面积变化规律，通过不同日期影像数据的对比，可以了解不同时间湖面面积和水面变化情况，如图 5，6 所示。

通过趋势图可以看出，在 2012 年 6 月和 2013 年7 月，台特玛湖的面积处于较小值，与传统认为台特玛湖面积在汛期或夏季为最大值有较大的偏差。

以上技术手段是通过决策树模型地表水体的自动分类实现，该方法选取归一化植被指数（NDVI）、归一化建筑指数（NDBI）和修正归一化水体指数（MNDwI）作为遥感特征指数集，并根据这些指数构建了遥感特征指数曲线[3]。通过分析，发现地表水体在特征曲线中单调上升，植被在特征曲线中单调下降，而其它地物并无此特征。因此，根据这一规律，利用 ENVI 软件建立了自动化提取模型，并以 ArcGis Server 为平台进行专题数据信息的 Web 发布。通过与其他方法对比，表明所建立的模型在精度和自动化方面都明显优于其他方法，可用于海量数据地表水体的自动提取。

图 4 叶尔羌河汛期跑水口遥感跟踪监测

图 5 台特玛湖湖面动态遥感监测系统

3 结语

图 6 台特玛湖面积变化趋势图

基于遥感技术中决策树水体提取成功应用于塔里木河流域生态输水、洪水、台特玛湖面积等监测，实现了遥感数据获取当日输水信息准实时提取，为塔河生态输水信息准确获取提供了有效技术手段。监测成果在塔河水资源管理与流域综合治理中发挥了重要作用，直接为水量调度、防洪、工程规划提供信息，减少了野外人工作业、洪水灾害损失、跑水造成的水资源浪费，具有明显的经济效益；洪水期监测成果可以及时提供河道两侧洪水受灾情况，为防洪决策提供依据，减小因洪水灾害造成的人民生命财产损失，维护了社会稳定，产生了显著的社会效益；提供了台特玛湖水面面积变化等生态环境治理成效评价指标，为生态环境治理成效评估提供支撑，指导流域生态环境治理管理与决策。

通过该系统建设，已初步建立了塔里木河流域遥感应用实例，本着以需求为引领、应用为核心的原则，建立一套符合塔里木河流域日常业务应用需求的遥感应用系统，形成以经济、可靠、稳定的遥感影像数据来源为基础，以遥感专业和水业务知识复合型技术团队服务作为技术保障，以紧密结合塔河流域综合管理实际日常业务应用需求为出发点和落脚点，不断建立健全塔河流域遥感技术应用的长效机制。

[1] 托乎提 • 艾合买提，覃新闻，王新平，等. 塔里木河流域近期综合治理工程施工与管理[M]. 北京：中国水利水电出版社，2014: 13.

[2] 路京选. 水利遥感应用技术研究进展回顾与展望[J]. 中国水利水电科学研究院学报，2008, 6 (3): 224-230.

[3] 于德浩，龙凡，邓正栋，等. 基于遥感特征指数的地表水体—动提取技术研究[J]. 2009, 24 (2): 707-713.

Business Application and Prospect of Tarim River Basin based on Remote Sensing Technology

DUAN Yuanbin

(Information Center of Xinjiang Tarim River Basin Management Bureau, Korla 841000, China)

By application of remote sensing technology in diversion and management business in Tarim River Basin water, the article introduces detailedly the system architecture, application situation of tracking in water head based on remote sensing technology，monitoring the river running water and the change of diffuse Lake area，technology and benefit. It shows the necessity and importance of carrying out ecological operation of Tahe river water remote sensing monitoring using remote sensing technology. And it puts forward the outlook for long-term mechanism of carring out this work to hope.

Tarim River Basin; remote sensing; monitoring; system; image

TP7

A

1674-9405(2015)03-0010-05

2015-03-23

段远斌（1981－），男，四川邛崃人，大学本科，从事水利信息化建设及应用工作。