無人機(jī)遙感技術(shù)在小型河道流域治理中的應(yīng)用

水環(huán)境治理和生態(tài)保護(hù)已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，而無人機(jī)遙感技術(shù)的進(jìn)步為小型河道治理提供了新的解決途徑。小型河道的治理常面臨地形復(fù)雜、污染源多樣、監(jiān)測(cè)需求高等問題，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段因受限于數(shù)據(jù)不全和反應(yīng)滯后等不足，無法有效解決這些問題。而無人機(jī)技術(shù)憑借其靈活性和高效性，能夠彌補(bǔ)這些不足。該技術(shù)可以快速捕捉廣泛的流域數(shù)據(jù)，通過搭載多光譜、高光譜相機(jī)和激光雷達(dá)（LiDAR）等傳感器，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)水質(zhì)、岸線和泥沙淤積的變化情況，從而提升治理效率。例如，數(shù)據(jù)表明，2023年我國工業(yè)廢水和生活污水總量分別占廢水排放的39%和61%，而傳統(tǒng)治理手段難以應(yīng)對(duì)如此復(fù)雜的污染來源。此外，河道泥沙淤積影響了30%的小型河流的通航和泄洪能力，進(jìn)一步加劇了環(huán)境問題。無人機(jī)通過高頻次的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，不僅能夠快速捕捉污染源，還能生成精確的三維模型，為治理提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。文章結(jié)合實(shí)際案例，探討了無人機(jī)遙感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)、岸線侵蝕監(jiān)控、泥沙淤積檢測(cè)等方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，分析了當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，并展望了該技術(shù)在未來河道治理中的廣泛前景。

小型河道流域治理中面臨的實(shí)際問題

復(fù)雜污染源導(dǎo)致水質(zhì)監(jiān)測(cè)難度加大。在小型河道流域中，水質(zhì)污染問題尤為突出，尤其是在農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)交界的地區(qū)，水質(zhì)污染來源復(fù)雜，監(jiān)測(cè)和治理難度加大。污染源主要包括農(nóng)業(yè)廢水、工業(yè)廢水、生活污水等多種形式，這些污染源在水體中匯集后，對(duì)水質(zhì)造成了嚴(yán)重的影響。以安徽省合肥市的店埠河為例，這條河流穿越了農(nóng)業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)，河道周圍農(nóng)業(yè)廢水和工業(yè)廢水的長期排放，導(dǎo)致河道水質(zhì)惡化，水中富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，藻類迅速繁殖，生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。店埠河的治理過程也揭示了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式的局限性，固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)只能監(jiān)控局部區(qū)域，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)變化的整體趨勢(shì)，且監(jiān)測(cè)頻率低，無法快速響應(yīng)突發(fā)污染事件。此外，水質(zhì)污染的空間分布不均也使得治理難度增加。小型河道通常地形曲折，河段之間的水流交換頻繁，污染物的擴(kuò)散與沉積具有極大的不確定性。例如，在湖南省的雙牌河中，污染物的空間分布極為復(fù)雜，不同河段的污染源頭各異，且受地形影響，污染物在河道中的分布呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)手段很難全面掌握這一變化，為治理工作帶來了挑戰(zhàn)。

岸線侵蝕導(dǎo)致水土流失，生態(tài)系統(tǒng)受損嚴(yán)重。小型河道的岸線通常較為脆弱，容易受到水流沖刷、自然侵蝕以及人類活動(dòng)的破壞。長期的岸線侵蝕不僅導(dǎo)致水土流失，還會(huì)破壞河道周圍的生態(tài)環(huán)境。特別是在一些生態(tài)脆弱的地區(qū)，岸線的穩(wěn)定性對(duì)當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有跃哂兄匾绊?。以云南省玉溪市的新平河為例，該河流兩岸的植被由于人為砍伐和農(nóng)業(yè)開發(fā)嚴(yán)重減少，導(dǎo)致岸線變得非常不穩(wěn)定，每年汛期都會(huì)出現(xiàn)大面積的岸線塌陷，河道的水土流失問題非常嚴(yán)重。這種情況不僅使河道的水質(zhì)進(jìn)一步惡化，還導(dǎo)致了河道通航能力下降，極大地影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈娃r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。岸線侵蝕的問題不僅存在于自然條件較差的地區(qū)，在一些人類活動(dòng)頻繁的河段，岸線的破壞程度更加明顯。比如，在江蘇省南京市的護(hù)城河段，由于近年來大量的房地產(chǎn)開發(fā)，河道兩岸的植被遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致岸線穩(wěn)定性下降，每逢汛期，河水會(huì)沖刷岸線，引發(fā)多次岸線塌陷事件，威脅到周邊的建筑物和居民安全。傳統(tǒng)的岸線監(jiān)測(cè)手段無法對(duì)這些問題進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，往往只能在災(zāi)害發(fā)生后進(jìn)行修復(fù)，這大大增加了治理成本和治理難度。

泥沙淤積影響河道通暢，排洪能力大幅下降。泥沙淤積問題是小型河道流域治理中另一個(gè)突出問題。泥沙的沉積不僅會(huì)使河道變窄，降低河道的通航能力，還會(huì)影響河道的泄洪能力，增加洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。在四川省綿陽市的涪江河段，泥沙淤積現(xiàn)象十分嚴(yán)重，河床抬升導(dǎo)致河道水流不暢，每年汛期都面臨極大的泄洪壓力。當(dāng)?shù)卣坏貌欢ㄆ诮M織大規(guī)模的清淤工作，以確保河道的暢通性。然而，傳統(tǒng)的清淤工作依賴人工測(cè)量河床淤積情況，這種方式不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度不高，無法為清淤工作提供有效的決策支持。泥沙淤積還對(duì)河道的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。河床的抬升會(huì)改變水流的速度和方向，影響魚類和其他水生生物的棲息環(huán)境。以湖北省漢川市的汈汊河為例，長期的泥沙淤積導(dǎo)致河床抬升，水流速度減緩，魚類的洄游通道被阻塞，漁業(yè)資源嚴(yán)重受損。傳統(tǒng)的治理方式往往是通過定期清淤來緩解問題，但在清淤過程中，往往會(huì)對(duì)河道的生態(tài)系統(tǒng)造成進(jìn)一步的破壞，形成惡性循環(huán)。

無人機(jī)遙感技術(shù)在小型河道流域治理中的應(yīng)用的必要性

無人機(jī)遙感技術(shù)在小型河道流域治理中的必要性顯而易見，尤其是在面對(duì)復(fù)雜的水質(zhì)問題和生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化時(shí)。據(jù)2022年我國生態(tài)環(huán)境部的報(bào)告，全國地表水環(huán)境總體改善，但仍有0.7%的水體為劣Ⅴ類，嚴(yán)重污染的河道占比不容忽視。全國80%以上的河流為中小型河流，這些河流受農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活廢水的影響，水質(zhì)污染復(fù)雜且動(dòng)態(tài)，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段難以有效覆蓋和及時(shí)反應(yīng)。

數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)廢水是我國小型河道污染的主要污染源之一，2019年，全國排放的農(nóng)業(yè)廢水達(dá)9.3億噸。與此同時(shí)，城鎮(zhèn)生活污水的無序排放進(jìn)一步加劇了河流的污染問題。2023年，全國工業(yè)廢水排放量約占總廢水排放量的39%，而生活污水排放量則占61%。監(jiān)測(cè)這種復(fù)合型的污染源需要高效、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)手段，而無人機(jī)遙感技術(shù)憑借其廣泛覆蓋和快速數(shù)據(jù)采集能力，能夠有效應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

無人機(jī)技術(shù)不僅能捕捉水質(zhì)變化，還能通過高分辨率成像監(jiān)控河道的岸線變化和泥沙淤積情況。例如，河道淤積導(dǎo)致通航和泄洪能力下降，是近年來頻發(fā)的生態(tài)問題。2022年，約有30%的中小型河流因泥沙淤積泄洪功能受到影響，這在雨季期間尤為突出。無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河床的變化，生成精確的三維模型，為河道清淤工作提供數(shù)據(jù)支持，以避免進(jìn)一步的環(huán)境惡化。

以下是我國小型河道治理中一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的概述：

表1 小型河道治理中關(guān)鍵數(shù)據(jù)

指標(biāo) 數(shù)據(jù)

全國中小河流占總河流比例 80%以上

全國2022年劣V類河流水質(zhì)占比 0.70%

農(nóng)業(yè)廢水（2019年） 9.3億噸

河道泥沙淤積影響河道比例 30%

綜上所述，針對(duì)復(fù)雜污染源、生態(tài)動(dòng)態(tài)變化和難以到達(dá)的監(jiān)測(cè)區(qū)域，無人機(jī)遙感技術(shù)提供了全面、精確的監(jiān)測(cè)手段，能夠顯著提高河道治理的效率，減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

無人機(jī)遙感技術(shù)在小型河道流域治理中的應(yīng)用研究

無人機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以精準(zhǔn)獲取污染分布數(shù)據(jù)。在小型河道流域的水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，可以借助無人機(jī)遙感技術(shù)，能夠通過搭載多光譜或高光譜相機(jī)，快速、精準(zhǔn)地采集水體表面光譜數(shù)據(jù)，分析水中污染物的濃度和分布情況。這種技術(shù)突破了傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的局限性，能夠覆蓋大范圍的水域，并對(duì)水質(zhì)變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如，在安徽省合肥市的南淝河流域治理項(xiàng)目中，環(huán)保部門利用無人機(jī)搭載的多光譜傳感器對(duì)河道的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，通過分析不同波段的光譜數(shù)據(jù)，迅速發(fā)現(xiàn)了污染物的濃度異常情況，確定了污染源的位置，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)制定了科學(xué)的治理方案。該技術(shù)不僅提高了監(jiān)測(cè)的時(shí)效性，還大幅降低了監(jiān)測(cè)成本。

無人機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于其靈活性和高效性。在一些地形復(fù)雜的河段，傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方式往往難以奏效，而無人機(jī)可以靈活地飛行于河道的上空，深入到難以抵達(dá)的區(qū)域，采集水質(zhì)數(shù)據(jù)。例如，在云南省大理市的洱海治理過程中，洱海周邊的水質(zhì)問題一直困擾著當(dāng)?shù)卣?，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段又難以全面覆蓋洱海的復(fù)雜水域。而無人機(jī)技術(shù)的引入，使得整個(gè)水域的水質(zhì)監(jiān)控變得更加高效，監(jiān)測(cè)人員可以通過無人機(jī)采集光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化，從而制定針對(duì)性的治理措施。

無人機(jī)動(dòng)態(tài)岸線監(jiān)控技術(shù)可以快速發(fā)現(xiàn)侵蝕隱患。岸線侵蝕是小型河道治理中的一大難題，傳統(tǒng)的岸線監(jiān)測(cè)方式依賴于人工巡查和固定測(cè)量點(diǎn)，往往無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)岸線的變化。借助無人機(jī)遙感技術(shù)，通過高頻次的航拍，能夠?qū)φ麄€(gè)河道的岸線進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)時(shí)捕捉岸線的細(xì)微變化，并通過三維建模技術(shù)生成岸線侵蝕圖，為治理決策提供科學(xué)依據(jù)。例如，在廣西桂林市的漓江流域治理中，漓江的岸線經(jīng)常受到洪水的沖刷和侵蝕，導(dǎo)致岸線穩(wěn)定性下降。當(dāng)?shù)卣脽o人機(jī)技術(shù)對(duì)岸線進(jìn)行監(jiān)控，通過定期航拍，捕捉到了多個(gè)存在隱患的侵蝕點(diǎn)，并迅速采取了加固措施，避免了岸線進(jìn)一步塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。

無人機(jī)在岸線監(jiān)控中的另一大優(yōu)勢(shì)在于其能夠?qū)崟r(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為應(yīng)急治理提供技術(shù)支持。例如，江蘇省常州市的滆湖流域每年汛期都會(huì)面臨嚴(yán)重的岸線侵蝕問題，傳統(tǒng)的岸線巡查方式需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，且無法對(duì)全流域的岸線進(jìn)行有效監(jiān)控。當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門在引入無人機(jī)遙感技術(shù)后，通過無人機(jī)高頻次的航拍監(jiān)控，能夠在岸線侵蝕初期就發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)采取措施，極大提高了治理的效率和精準(zhǔn)性。

無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)可以精準(zhǔn)評(píng)估泥沙淤積程度。泥沙淤積是河道治理中的頑疾，傳統(tǒng)的淤積監(jiān)測(cè)依賴人工測(cè)量，耗時(shí)長、精度低，且難以全面覆蓋河道。借助無人機(jī)遙感技術(shù)，通過搭載激光雷達(dá)（LiDAR）設(shè)備，能夠?qū)哟策M(jìn)行精確的三維掃描，生成高精度的河床淤積模型，為清淤?zèng)Q策提供數(shù)據(jù)支持。例如，在重慶市的嘉陵江河段，泥沙淤積嚴(yán)重影響了河道的通航能力，傳統(tǒng)的清淤工作難以準(zhǔn)確評(píng)估淤積的具體位置和深度。而通過無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)，環(huán)保部門能夠精確評(píng)估河床的淤積情況，制定出更加科學(xué)的清淤計(jì)劃，顯著提高了清淤的效率。

無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)不僅可以評(píng)估泥沙淤積的現(xiàn)狀，還能夠通過定期掃描監(jiān)控河床的動(dòng)態(tài)變化。例如，在廣東省珠江三角洲地區(qū)，河道的泥沙淤積問題常年存在，泥沙的沉積和沖刷呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)。通過無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)，當(dāng)?shù)厮块T可以對(duì)河道進(jìn)行定期掃描，監(jiān)控泥沙的沉積情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整清淤策略，確保河道的暢通性和泄洪能力。

無人機(jī)遙感技術(shù)為小型河道流域的水質(zhì)監(jiān)控、岸線管理、泥沙淤積監(jiān)測(cè)提供了全面而有效的技術(shù)支持?？朔藗鹘y(tǒng)治理方式的局限，特別是在復(fù)雜地形、動(dòng)態(tài)變化的生態(tài)系統(tǒng)中顯示出極大優(yōu)勢(shì)。結(jié)合實(shí)際案例可知，無人機(jī)技術(shù)有效提高了治理效率，并減少了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。然而，無人機(jī)技術(shù)在應(yīng)用過程中依然面臨諸如數(shù)據(jù)處理、續(xù)航限制等挑戰(zhàn)。推進(jìn)未來的技術(shù)優(yōu)化和數(shù)據(jù)分析能力提升將進(jìn)一步促進(jìn)該技術(shù)在河道治理中的廣泛應(yīng)用。

（作者單位：靖邊縣無定河流域治理服務(wù)中心）