王 镕，赵红莉，曹 引，崔 倩，罗志东

（1.中国水利水电科学研究院，100038，北京；2.大连理工大学，116081，大连；3.水利部数字孪生流域重点实验室，100038，北京；4.水利部信息中心，100053，北京；5.水利部综合事业局水土保持监测中心，100053，北京）

2021年12月，水利部印发《关于复苏河湖生态环境的指导意见》（以下简称《指导意见》）、水利部办公厅印发《“十四五”时期复苏河湖生态环境实施方案》（以下简称《实施方案》），明确了复苏河湖生态环境的主要目标和各项任务措施。河湖生态监测是各项任务落实和目标达成的基础，而我国现有河湖生态相关监测能力与支撑河湖生态复苏要求存在差距，因此提出构建“空天地”一体化立体监测体系支撑河湖生态复苏的设想。

一、河湖复苏的任务与监测需求

1.河湖生态复苏的工作任务

2025年复苏河湖生态环境的具体目标：

①断流河流、萎缩干涸湖泊修复方面：河湖生态用水得到一定退还；在正常来水条件下，重点河流力争实现全线过流；萎缩干涸的重点湖泊水面得到一定恢复。

②河湖生态流量保障方面：南方重点河流生态流量得到有效保障，重点湖泊生态水位得到有效维持；北方重点河流生态流量保障程度明显提升。

③河湖水域岸线空间管控方面：规划与管理制度建立健全；河湖管理范围全面划定；存量“四乱”（乱占、乱采、乱堆、乱建）问题不断减少；河道采砂秩序稳定向好。

④地下水超采综合治理方面：正常来水条件下力争年压减地下水55.5亿m3，全国地下水取用总量控制在960亿m3以内；京津冀等地区约2/3地下水超采区实现采补平衡，超采区城镇力争全部实现采补平衡。

⑤水土流失综合治理方面：人为水土流失得到控制，全国新增水土流失治理面积31万km2；全国水土保持率提高到73%以上。

2.河湖生态复苏的监测需求

①断流河流、萎缩干涸湖泊修复任务需求：重点河流全线流量与河口、尾闾水面面积，重点湖泊水面面积，补水河湖的水量、水质和水生态变化情况等数据；

②河湖生态流量保障任务需求：重点河流断面生态流量或水位、重点湖泊水位、重点河湖水质、水生态监测数据，拦河水利水电工程下泄流量监测数据等；

③河湖水域岸线空间管控任务需求：河湖水域岸线管控范围内的“四乱”情况、河道采砂情况监测数据；

④地下水超采综合治理任务需求：区域地下水水位、用水户地下水取用水量动态监测数据，区域地下水降水入渗、人工补给等补给量年度监测统计数据等；

⑤水土流失综合治理任务需求：生产建设项目水土保持方案落实情况，全国水土流失年度监测数据，新增重点治理区域治理效果监测数据等。

按照监测对象与内容，对上述监测需求进行分类汇总（见表1）。河湖生态复苏的监测体系需要涵盖重点河流湖泊的水位、水量、水面面积、水质、水生态，跨河水利水电工程的下泄流量，河湖水域管控空间的“四乱”与采砂行为，地下水超采区的地下水水位、开采量和回补量，生产建设项目区的水土保持行为，水土流失区域的土壤侵蚀与治理效果等特征。各类对象特征变化速度不同，对监测频次的需求也有所不同。

表1 河湖生态复苏监测需求

二、我国河湖监测体系现状与差距

1.河湖监测体系现状

河湖复苏需要监测的对象及内容与水文、水资源、地下水、河湖监管、水土保持等领域的监测存在交叉，可以充分利用这些领域已有监测基础开展工作。

（1）水文监测

我国目前拥有各类水文站点12万多处，基本建成水文监测站网体系，包括水文站7 000多处、水位站1.6万多处、雨量站5万多处，在线测量系统约2 000处，已覆盖全国170多条主要江河和5 000多条有防洪任务的中小河流。有地表水水质测站约1万处，能够开展重要湖泊、水库等水域藻类监测及浮游生物、底栖生物、鱼类、水生植物等监测。

（2）水资源监测

经过2012—2020年两期国家水资源监控能力项目建设，我国基本建成取用水、水功能区和大江大河省界断面三大监控体系，目前共有约3.5万个取用水在线监测点，监测取用水量约占全国总用水量的50%；实现了对4 000多个水功能区的水质常规监测，基本实现供水人口20万以上的地表水饮用水水源地水质在线监测全覆盖；对300多个大江大河省界水量断面实现水量在线监测；同时利用水文监测体系的共享数据，实现对166个已定生态流量目标的河流断面进行动态数据采集与分析评价。

（3）地下水监测

在已有地下水监测工作基础上，经过2015—2020年国家地下水监测工程建设，水利部与自然资源部共建成由约2万个地下水监测站点组成的地下水监测网，覆盖全国主要平原区和16个主要水文地质单元，平均站网密度5.7站/1 000 km2，实现了对我国主要平原、盆地和岩溶含水层地下水水位、水质的有效监测，区域性地下水专业监测能力和水平大幅提高。

（4）全国河湖遥感监测

为支撑2018年河湖“清四乱”专项行动，水利部建立了“全国河湖遥感平台”，集成“全国水利一张图”的基础数据服务，利用高分辨率遥感影像（优于1m分辨率影像约占90.2%），开展河湖水域空间变化检测和9类典型地物AI识别，每年开展1次，覆盖全国流域面积1 000 km2以上的2 221条河流和水面面积1km2以上的2 865个湖泊，按需对重点区间加强监测。

（5）水土保持监测

2018年开始进行全国水土保持动态监测和生产建设活动水土保持卫星遥感监管；2019年地方水行政主管部门利用无人机等加密开展省级遥感监管；2020年水利部完成全国国土面积水土保持监测年度全覆盖；2021年起，每年开展2~3次生产建设项目遥感监管工作，实现从“被动查”到“主动管”的转变。

2.与河湖生态复苏监测需求的差距

总结我国河湖监测体系现状，对比河湖生态复苏工作目标与监测需求，可发现还存在以下差距：

（1）监测内容不全面

现有监测体系侧重于关键、典型位置的站点监测，如河流断面水位或流量、地下水水位、用水户取用水量等，对于以区域或面为监测对象的监测内容，如河湖水体面积、区域地下水蓄变量等，受早期技术手段限制，在监测体系中缺少考虑，工作中往往以推算为主，缺少实测真值，误差难以控制。

（2）大范围监测频次较低

随着遥感技术的发展和水利行业应用的不断深入，高分辨率卫星遥感已在河湖监管、水土保持领域开展了业务化应用，但基本只能做到1年1次全国覆盖的监测频率，与河湖生态复苏监测工作期望的频次存在显著差异。

（3）重点区域监测站点布设不足

现有业务监测体系的构建多从各自业务需求出发，如水文站网中对水位、流量站的设置总体是从防洪和报汛的角度考虑，虽在一定程度上可兼顾生态流量监测，但有些站点在位置上不是生态关键断面，一些生态问题突出的区域站点数量不够。

（4）多种监测手段协同不够

现有利用地面、无人机、卫星遥感等多种手段开展的水文、水资源、河湖“四乱”、水土保持的监测，各有优势和侧重，大多相互独立、协同不够，在各自领域都存在短板，但又未能形成优势联合。

三、立体监测体系构建设想

1.指导思想与原则

河湖复苏的立体监测体系是在统筹考虑河湖生态复苏各项任务的监测需求下，利用“空天地”立体协同的监测手段，获得河湖水体与水域空间、涉水工程设施、区域地下水与水土保持等各类河湖生态环境保护与治理对象更完备的状态与变化信息，支撑河湖生态复苏目标实现。

参照《实施方案》要求，河湖生态复苏立体监测体系构建应遵循的指导思想是：从生态总体性和流域系统性出发，按照山水林田湖草沙系统治理要求，统筹考虑水资源与水域岸线空间、地表水和地下水、江河流域水和沙的监测需求，重点面向断流河道与萎缩干涸湖泊修复、河湖生态保护治理、地下水超采综合治理、水土流失综合治理等问题，支撑河湖生态环境复苏，保障水生态系统质量和稳定性提升。

总体构建原则如下：

一是需求统筹，共性集成。遵循系统治理的思想，统筹河湖生态复苏各项任务中对监测对象和监测内容、频次等的需求，对共性对象、内容等需求进行整合，在监测体系建设上做到一处建设、多处使用。

二是立体多源，优势互补。地面站点、卫星遥感、无人机遥感等不同监测手段具有各自的优缺点，立体监测体系构建需要整合各监测手段，做到点面互补、时序互补、范围互补、稳定性互补，通过立体多源协同提高监测体系整体的时间、空间、要素覆盖能力及精度与稳定性等。

三是立足已有，优化布局。从河湖生态环境保护和恢复的需求出发，评估已有水文、水资源、河湖遥感、地下水和水土保持监测体系的支持能力，在充分利用已有基础前提下，进行新增监测规划与总体布局优化。

2.总体框架

河湖复苏的立体监测体系总体框架（图1）包括立体监测数据源和多源协同能力建设两大部分，支撑断流河流和萎缩干涸湖泊修复、河湖生态流量保障、水域空间管控、地下水超采治理、水土流失治理5方面河湖生态复苏任务。

图1 河湖生态复苏立体监测体系构建框架

①在立体监测数据源方面：包括地面监测站点监测、无人机遥感、卫星遥感数据源建设，利用多平台多手段采集流域、工程项目、河湖生态环境的断面、区域、多时空分辨率数据，实现对河湖生态复苏重点关注对象、要素的全覆盖。

②在多源协同能力方面：包括地面站点—无人机、卫星—无人机、地面站点—卫星不同监测手段获取数据源的组合协同；地表水—地下水、河湖水体—河湖水域空间等不同监测对象联动与多要素监测协同，流域水—沙、地下水补给—开采—蓄变多过程监测协同等。

3.建设内容与途径

（1）立体监测数据源建设

主要内容包括地面站网与卫星、无人机组网建设。地面站网依托现有水文、水资源、地下水、河湖与水土保持监测体系，根据流域、河湖生态环境监测需求进行数据整合集成，对河湖生态复苏重点关注区域，进行地面站网补充完善，同步进行地面站网整体布局的迭代优化；卫星组网的遴选，考虑卫星作为河湖生态全域、全天候、全要素覆盖保障的数据来源，选取具有光学、微波、重力场、测绘与测高传感器的卫星，统一建设数据收集与处理平台，集成现有河湖、水土保持遥感监测系统对水域空间、水土流失等识别算法，开发集成水文、水资源、地下水、水质、河湖水面等遥感算法模块，建成基于各类卫星的河湖生态复苏动态信息获取能力；无人机监测网建设，针对重点区域突发事件或地面监测设备难以布设区域的定期巡检，水域空间与水面监管、水体保持监管等监测需求，可基于现有条件，临近区域设备组网共享。

（2）立体监测多源协同能力建设

主要内容包括多监测手段协同与多过程多要素协同能力建设。“天空地”多监测手段协同，需要对不同来源数据的精度与一致性进行分析验证，在重点关注区域或典型代表性区域开展一定数量的立体多源同步观测，验证多源协同观测与数据融合算法的有效性，集成开发数据融合服务平台；多要素多过程监测协同，需要根据水循环多要素之间的联动转换关系、多过程之间驱动联动关系，建立监测数据之间的转换推演关系，以此为基础进行多源数据的相互验证和融合，并进行算法的平台集成；依托多源数据融合服务平台，向河湖生态复苏的不同工作任务提供不同数据组合的信息服务，支撑河湖生态复苏动态监管与评价、总体复苏目标的实现等。

四、总结与展望

我国水文、水资源、地下水、河湖监管、水土保持等领域的监测体系建设已取得显著成效，可为河湖生态复苏监测提供较强支撑，但与需求相比，仍存在监测内容不全面、大范围监测频次较低、重点区域监测站点布设不足、多种监测手段协同不够等问题。彻底解决河湖生态复苏工作的数据支撑问题，需要从生态整体性和流域系统性出发，构建流域和河湖生态立体监测体系。

河湖复苏的立体监测体系构建，还可以放到整个水利行业立体监测体系构建的更大背景下去思考，通过全行业跨业务的需求统筹与资源整合，实现更大范围、更高效的数据资源建设优化，为各业务能力提升提供更强保障。 ■