融雪型洪水在阿勒泰地区的卫星遥感监测

选择融雪型洪水多发的新疆阿勒泰地区阿勒泰市为监测区，开展融雪型洪水监测应用研究。阿勒泰地区位于新疆最北部，阿尔泰山南麓、准噶尔盆地北缘，介于85°31′73″E—91°01′15″E、45°00′00″N—49°10′45″N之间，东与蒙古接壤，南与昌吉回族自治州、乌鲁木齐市相连，西南与塔城地区相接，西北与哈萨克斯坦交界，北与俄罗斯相邻。阿勒泰地处欧亚大陆中心腹地，属于中温带大陆性气候区，冬季漫长而寒冷，夏季短促、气温平和，无霜期平均为151d，最冷月为1月，平均气温-16℃，最热月7月，平均气温21℃，年平均降水量为200mm左右，山区可达400～600mm。阿勒泰地区有额尔齐斯河、乌伦古河、吉木乃山溪三大水系（图6-2）。阿勒泰地区春季和夏季融雪型洪水多发。

2016年6月9—12日，新疆阿勒泰地区部分地区气温快速回升，导致积雪快速融化，额尔齐斯河哈巴河县段、布尔津县段和阿勒泰市段出现典型的升温性融雪型洪水灾害，造成部分房屋受损、农田被淹、基础设施损毁。利用2016年4月16日与6月14日环境减灾卫星数据对额尔齐斯河哈巴河县段、布尔津县段和阿勒泰市段监测显示，新疆第二大河额尔齐斯河阿勒泰市切尔克齐乡至哈巴河县库勒拜乡河段的水体明显增宽，并有明显的漫堤过水痕迹，部分河段发生了严重的洪涝灾害。2016年4月16日，该河段水体面积为113km2；2016年6月14日，该河段水体面积为798km2（图6-3）。

图6-2　阿勒泰地理位置示意图

图6-3　阿勒泰地区2016年4月16日与6月14日水体范围对比图

（一）监测区概况

以洪涝范围面积较大的阿勒泰市萨尔胡松乡附近地区为研究区开展卫星遥感应用研究。阿勒泰市位于自治区北部，东、南与福海县接壤，西与布尔津县、吉木乃县毗邻，北与蒙古交界。人口密度为21人/km2。阿勒泰市地处阿尔泰山南麓，准格尔盆地东缘，地势北高南低，东北部山地海拔2000～4000m，中部低山丘陵1000～2000m，南部河谷平原470m以上。额尔齐斯河横穿境南，支流有阿拉哈克河、克兰河等。交通有216、217国道经过境内交汇，230、318、319省道过境。

（二）洪涝范围动态监测

融雪型洪水范围监测是洪水范围评估和实物量损毁评估的基础。中低空间分辨率数据因其幅宽大、数据获取能力强等特点在融雪型洪水范围监测领域发挥着重要的作用。选择2016年5月22日—2016年7月21日覆盖研究区的灾前和灾后的12景环境减灾卫星开展洪水范围监测，选择的数据为环境减灾卫星CCD2级产品，云量少（图6-4）。该产品分波段以压缩包的形式存储，首先对数据进行解压缩和波段合成，并利用几何精校正过的TM影像开展几何精校正，然后利用区域生长法开展洪水范围提取，计算的洪水面积如表6-1所示。

2015年6月25日，研究区西北部、西南部有零星洪水分布，无大面积连片的洪水分布［图6-4（a）］；2016年4月16日，研究区中北部有大量的洪水，部分地区洪水连片分布，发生了融雪型洪水灾害［图6-4（b）］；2016年5月22日，洪水开始向研究区南部、东部蔓延，洪水面积为136km2，融雪型洪水范围明显增大［图6-4（c）］；2016年6月1日，随着温度的升高，洪水开始向研究区西南部扩展，呈现集中连片的特点，洪水面积为158km2，融雪型洪水范围进一步增大，增加了22km2［图6-4（d）］；2016年6月3日，温度降低，积雪融化减少，融雪型洪水范围减少至135km2［图6-4（e）］；2016年6月5日，由于降雨的影响，积雪融化加速，融雪型洪水迅速向研究区中南部蔓延，增长至249km2，是2016年6月3日洪水范围的1.84倍［图6-4（f）］；自2016年6月8日起，融雪型洪水持续泛滥［图6-4（g）］，在2016年6月14日达到了最大值［图6-4（h）］，洪水范围为406km2，2016年6月16日和6月21日，融雪型洪水持续泛滥，洪水范围一直较大［图6-4（i）和图6-4（j）］；2016年7月12日洪水范围明显减少，洪水分布开始不连续［图6-4（k）］；2016年7月21日洪水范围大幅减少，呈现零星分布［图6-4（l）］。

之后，分别制作了洪水面积动态变化图（图6-5）和气温动态变化图（图6-6），结果表明，温度变化与洪水面积变化趋势基本一致，说明气温是产生融雪型洪水的主要制导因素，降雨对融雪型洪水的发展也具有一定的作用。

（三）洪水灾害实物量损毁估算

因研究区内无灾后有效覆盖的高分二号数据，因此本书采用洪涝范围叠加灾前房屋和道路数量的方法开展房屋、道路等实物量损毁估算。本书在分析房屋和道路类型、光谱响应、影像特征和空间分布特征的基础上，结合第六次人口普查信息，开展洪涝区内受灾道路长度、受灾房屋面积、受灾户数、受灾间数、受灾人口等估算。具体流程如图6-7所示。

图6-4　萨尔胡松乡附近融雪型洪水动态监测图

表6-1　2016年汛期萨尔胡松乡附近融雪型洪水面积表

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图6-5　2016年汛期萨尔胡松乡附近融雪型洪水面积动态变化图

图6-6　2016年汛期萨尔胡松乡附近气温动态变化图

图6-7　洪水灾害实物量损毁估算技术流程图

选择2016年6月14日（最大洪涝面积日）的灾害范围和距离灾害发生时间最近的4景2016年5月7日的高分二号卫星数据开展灾前房屋和道路数量估算。选择的高分二号卫星数据为1级产品，首先对数据进行解压缩、几何初校正和融合，然后利用几何精校正过的资源三号数据开展几何精校正，最后利用内部平均法（IARR）开展相对反射率反演。

借助国家减灾中心开发的软件系统，采用区域生长法和标绘法估算的洪涝区内道路长度为102km，房屋总面积为185 240m2。据第六次人口普查数据，阿勒泰市自然户为5742户，农房间数为15 359间，面积为448 406m2（10%抽样），据此计算如下：

R1=448 406m2÷5742户≈78m2/户

R2=448 406m2÷15 359间≈29m2/间

阿勒泰市平均每户房屋面积为78m2，每间平均29.2m2。

B1=A/R1=185 240m2÷（78m2/户）≈2375户

B2=A/R1=185 240m2÷（29m2/间）≈6388间

根据统计数据计算每栋房屋里的人数，进而估算人口数量。据第六次人口普查数据，阿勒泰市总人口为190 064人，总户数为65 158，据此计算得到：

R1=190 064人÷65 158户≈3人/户

洪涝区内的受灾人口为：

P=B1×R1=2375户×3人/户=7125人