“2022.6”珠江流域洪涝灾害应急遥感监测

刘宏洁 宋文龙 杨 昆 李小涛 李 蓉 江 威 杨永民 陈修华

（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，北京 100038）

受大气环流、地形及台风等因素影响，珠江流域洪涝灾害频繁发生[1]。卫星遥感技术具有覆盖范围广、时效性强等特点，可对洪涝灾害区域进行快速且大范围的监测，反演水体范围等多种要素，进而实现对洪涝灾害的快速响应与影响评估[2-4]，为迅速掌握洪涝情况、及时制定防汛决策提供支持。

卫星遥感根据传感器接收的地表水体电磁波特性进行水体信息监测。不同类型的遥感数据源在水体信息监测中各有优势，目前较为常用的遥感水体提取方法为基于光学影像的水体指数法，其中归一化水体指数（Normalized Difference Water Index，NDWI）与改进的归一化水体指数（Modified Normalized Difference Water Index，MNDWI）的应用较多[5-6]。张丽文等[7]基于高分一号光学影像构建NDWI，结合土地利用类型对武汉市2016年洪涝灾害淹没范围进行了监测；
吴庆双等[8]基于哨兵二号多光谱遥感影像，构建了MNDWI 模型，使用人工目视解译进行水体信息提取；
Shao 等[9]基于风云四号卫星（FengYun-4A Satellite，FY-4A），搭载多通道扫描成像辐射计（Advanced Geostationary Radiation Imager，AGRI）通 过 多 时 相 快速合成得到晴空影像，采用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetable Index，NDVI）结合近红外波段信息，完成了南亚东北部流域的洪涝灾害监测。然而洪涝灾害发生时一般雨水偏多，光学影像无法穿透厚重云雾，难以及时有效的提取水体信息[10]。雷达遥感影像具有不受天气影响，具有全天时、全天候的数据获取能力，可穿云透雾，为灾区及时、有效的提供信息[11-12]。董臻[13]基于哨兵一号雷达卫星，使用深度学习模型实现了对鄱阳湖湖区2020 年洪涝灾害的监测；
郭鹏等[14]基于高分三号雷达卫星对郑州2021 年“7·21”暴雨洪涝灾害进行了淹没面积监测；
Zhang等[15]提出了一种利用多时相哨兵一号地面测距探测影像自动快速探测半干旱区洪水的方法，并对2015年巴基斯坦季节性洪水的淹没范围进行了监测。

2022 年5 月下旬至7 月上旬，珠江流域连续出现强降雨过程，累计面降雨量624 mm，较常年同期偏多约4成。其中，西江先后发生4次编号洪水、北江先后发生3次编号洪水、韩江发生1次编号洪水，珠江流域共发生两次流域性较大洪水，特别是北江2022 年第2 号洪水，形成时间与西江2022 年第4 号洪水接近，且为1915 年以来最大洪水，汛情急、来势猛，防汛形势严峻复杂[16-18]。

基于以上背景，应用欧空局哨兵一号、国产高分三号和海丝一号卫星雷达影像，结合高分一号、吉林一号卫星光学影像，开展2022 年珠江流域性洪涝灾害重点区域应急遥感监测，对潖江蓄滞洪区的动态变化及围的启用情况、洪涝灾害重点区域的动态变化情况进行监测与分析。

2.1 研究区域

珠江流域由西江、北江、东江及珠江三角洲诸河组成，跨越云南、贵州、广西、广东、湖南、江西6省（自治区）和香港、澳门特别行政区以及越南东北部，总面积45.37 万km2（我国境内面积44.21万km2），是我国七大流域之一。

珠江主干流西江发源于云南省的马雄山东麓，自西向东流经4省（自治区），全长2 075 km，集水面积35.31万km2；
北江发源于江西省石碣大茅坑，自北向南流经3省，干流全长468 km，集水面积4.67万km2；
东江发源于江西省的桠髻钵，由北向南流入广东，干流全长520 km，集水面积2.7万km2。西江、北江在广东省三水思贤滘，东江在广东省东莞市石龙镇分别汇入珠江三角洲，经崖门等八大口门注入南海。

2.2 研究方法

合成孔径雷达的后向散射强度与地物表面粗糙度密切相关，不同地物间表现为灰度值的变化[19]。由于水体表面光滑大多为镜面散射，对雷达的后向散射能力较弱，因此在雷达影像中表现为暗黑色[20]。基于阈值分割的雷达影像水体提取方法简单高效，可将水体与非水体划分为二值图像，主要有经验法、最大类间方差法、双峰法等[21]。

首先对雷达影像数据进行复数变化、地理配准等预处理，得到后向散射强度图，使用经验法通过人机交互识别确定阈值，可快速获取研究区域的水体淹没情况，满足洪涝应急监测需求。

2.3 研究数据

本次监测应用的雷达数据包括国产高分三号、海丝一号与欧空局哨兵一号卫星雷达影像数据。应用的光学影像包括国产高分一号、吉林一号卫星光学影像数据。

哨兵一号数据使用谷歌地球引擎（Goggle Earth Engine，GEE）进行实时下载处理，高分一号与高分三号数据由中国资源卫星应用中心实时推送。海丝一号对标国际先进雷达卫星指标，是国内首颗C 波段商业合成孔径雷达遥感卫星，于2020 年12 月22 日发射升空，具有二维高空间分辨率的优势，目前较少应用于洪涝灾害监测[22]。吉林一号于2015 年10 月7 日以一箭四星的方式发射入轨，是我国首次发射的商用高分辨率卫星，目前已构成我国最大的商业遥感卫星星座[23]，截至2022 年8 月，吉林一号在轨卫星已达70 颗。卫星传感器参数与影像信息分别如表1、表2所示。

表1 卫星传感器参数

表2 卫星影像信息

3.1 潖江蓄滞洪区围洪涝灾害应急遥感动态监测

（1）蓄滞洪区围启用情况。6 月22 日潖江蓄滞洪区启用分洪，但由于围的启用既包括人为开启，又包括自然漫堤，且由于洪涝灾害发生时情况危险复杂、形势变化较快等原因，潖江蓄滞洪区已启用的围数量不能在短时间内被准确掌握。

通过遥感手段可以对蓄滞洪区围的启用情况进行快速且准确的监测与判别。根据6月23日的雷达卫星数据监测结果显示，潖江蓄滞洪区共有6个围内部有淹没区域（图1（a））。其中5个围（独树围、大厂围、踵头围、下岳围、江咀围）内可见明显淹没区，确认启用。另外监测到良塘围内有部分淹没区域，但仅根据雷达影像结果无法判定良塘围是否启用，因此结合光学影像进行判别（图1（b）），可知围内淹没区域为内部蓄水，良塘围并未启用。

图1 潖江蓄滞洪区围启用监测结果

（2）蓄滞洪区洪涝灾害动态监测。潖江蓄滞洪区水体淹没遥感动态监测结果如图2 所示。经统计（表3），潖江蓄滞洪区6 月14 日水体面积已有一定幅度增加；
6 月22 日启用分洪，23 日遥感影像可见水体面积大幅增加，达39.51 km2；
6月26日，水体面积出现较大程度消退。

图2 潖江蓄滞洪区水体淹没面积动态监测

3.2 洪涝灾害应急遥感动态监测

对清远市英德市县（区）及周边乡（镇）进行洪涝灾害应急遥感动态监测（图3），影像范围内水体面积遥感监测统计结果如表3 所示，可知6 月14 日英德市县（区）已有小范围内涝，6 月23 日受淹最为严重，水体面积达143.16 km2，而6 月26 日洪水已消退，与6 月2 日水体面积无较大差别。

图3 英德市县（区）及周边乡（镇）洪涝淹没面积遥感动态监测

表3 潖江蓄滞洪区及英德市县（区）及周边乡（镇）水体面积遥感监测统计表km2

3.3 西江干流梧州段水体面积遥感动态监测

对西江干流梧州段水体进行洪涝灾害应急遥感动态监测（图4），桂江支流思良江区域洪涝淹没情况较为严重。6 月18 日，思良江水漫过防洪堤，倒灌进梧州市万秀区镇安村133.3 hm2的核心示范区，包括66.67 hm2农田完全被洪水覆盖，且洪水威胁南部梧州工业园区；
梧州市万秀区夏郢镇11 个村庄农田严重积水。6 月19 日，洪水未有消退趋势，6月20日，积水开始消退。

图4 西江干流梧州段水体面积遥感动态监测

本文利用哨兵一号、高分三号和海丝一号雷达影像，结合高分一号、吉林一号卫星光学影像，开展2022年珠江流域性洪涝灾害重点区域应急遥感监测，结论如下：

（1）潖江蓄滞洪区6月23日共启用5个围，分别是独树围、大厂围、踵头围、下岳围、江咀围。

（2）北江流域潖江蓄滞洪区与英德市县（区）及周边乡（镇）在6月14日均已有小范围内涝，在23日水体面积达最大，分别为39.51 km2与143.16 km2，26日水体基本消退。

（3）西江干流梧州段6月18日思良江水倒灌进梧州市万秀区，19日洪水未有消退趋势，20日积水开始消退。

监测结果表明，雷达遥感影像可以及时准确地获取水体面积信息，可有效弥补光学影像在暴雨天气时的数据空缺，发挥穿云透雾的巨大优势。然而在蓄滞洪区围的启用情况监测方面，虽然雷达影像可及时提取水体信息，但对内部淹没面积较少的围，其启用情况需结合光学影像进一步判别，而这较依赖于天气状况。针对各类数据时空分辨率与时效性优缺点，需加强多源遥感数据共享平台建设，进行光学、雷达、无人机等多源数据的协同使用，从而进一步提高洪涝灾害应急监测的时效性与准确性。

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