DB15T 3931-2025草原蓄水工程生態(tài)效應(yīng)遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)程

草原蓄水工程生態(tài)效應(yīng)遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)程2025-02-28發(fā)布2025-03-28實施內(nèi)蒙古自治區(qū)市場監(jiān)督管理局發(fā)布I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由內(nèi)蒙古自治區(qū)水利廳提出。本文件由內(nèi)蒙古自治區(qū)水利標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAM/TC21)歸口。本文件起草單位：水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所、內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院、內(nèi)蒙古自治區(qū)水利事業(yè)發(fā)展中心、達(dá)拉特旗水利局、準(zhǔn)格爾旗水利局。本文件主要起草人：王軍、徐冰、鄭和祥、鄔佳賓、鹿海員、柴志福、付衛(wèi)平、李寧、張煒、崔崴、呂致源、劉娜、陳曉俊、李云峰、范庭、徐凌云、陳育超、苗向陽、苗俊麗、李天佑、趙澤峰、郭英。1草原蓄水工程生態(tài)效應(yīng)遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)程本文件規(guī)定了草原蓄水工程生態(tài)效應(yīng)遙感監(jiān)測的數(shù)據(jù)選取與預(yù)處理、遙感監(jiān)測要素與具體指標(biāo)、監(jiān)測方法、成果檢驗與管理等內(nèi)容。本文件適用于草原上總庫容不低于1.0萬m3的塘壩和水庫、過閘流量不低于20.0m3/s的攔河水閘等蓄水工程的生態(tài)效應(yīng)監(jiān)測。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB3838地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB19377天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標(biāo)GB/T20481氣象干旱等級GB/T21010土地利用現(xiàn)狀分類GB/T30115衛(wèi)星遙感影像植被指數(shù)產(chǎn)品規(guī)范GB/T39468—2020陸地定量遙感產(chǎn)品真實性檢驗通用方法GB/T40033地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品真實性檢驗HJ192生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范HJ1098水華遙感與地面監(jiān)測評價技術(shù)規(guī)范(試行)QX/T127氣象衛(wèi)星定量產(chǎn)品質(zhì)量評價指標(biāo)和評估報告要求QX/T188衛(wèi)星遙感植被監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則3術(shù)語和定義GB19377、HJ192界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。分布在草原上包括但不限于塘壩、水庫或攔河水閘在內(nèi)的集水工程。生態(tài)效應(yīng)ecologicaleffects蓄水工程建設(shè)運行對河流生態(tài)系統(tǒng)及周邊環(huán)境結(jié)構(gòu)和功能的各種影響。遙感監(jiān)測要素remotesensingmonitoringelements2利用遙感技術(shù)監(jiān)測河流生態(tài)系統(tǒng)及周邊環(huán)境水、土、氣、生等要素的時空動態(tài)信息。評價區(qū)域內(nèi)水的豐富程度，利用評價區(qū)域內(nèi)單位面積河流總長度、水域面積和水資源量表示。草地土壤底層或地下水鹽分隨毛管水上升到地表，土壤表層鹽(堿)含量增加致耐鹽(堿)力弱優(yōu)良牧草減少、鹽生植物比例增加、牧草生物產(chǎn)量降低、鹽(堿)斑面積擴(kuò)大的草地退化過程。[來源：GB19377—2003,3.3,有修改]草地覆蓋變化率grasslandcoverchangerate某一覆蓋度草地在一定時期內(nèi)轉(zhuǎn)化為其它覆蓋度草地的面積占原有面積的比例。4數(shù)據(jù)選取與預(yù)處理4.1一般規(guī)定4.1.1監(jiān)測區(qū)域應(yīng)以草原蓄水工程主體所在位置為地理中心，統(tǒng)籌兼顧工程所在流域的上、下游確定。其中，上游界點和下游界點宜選工程所在干流至上游、下游最近一個較大支流的入口交匯處，監(jiān)測區(qū)域的邊界由所在流域分水線確定。4.1.2根據(jù)遙感監(jiān)測要素的具體指標(biāo)，選擇至少包含藍(lán)光波段(0.45μm~0.52μm)、綠光波段(0.52μm~0.60μm)、紅光波段(0.63μm~0.69μm)、近紅外波段(0.77μm~0.90μm)、短波紅外波段(1.55μm~1.75μm)、熱紅外波段(10.40μm~12.50μm)、中紅外波段(2.08μm~2.35μm)的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，如陸地衛(wèi)星、哨兵衛(wèi)星、高分系列衛(wèi)星等遙感影像。4.1.3遙感影像空間分辨率取決于監(jiān)測要求，像元空間分辨率≤30m、單景影像平均云量≤10%。4.1.4遙感影像數(shù)據(jù)統(tǒng)一特定的格式存儲，如GeoTIFF、ENVI、HDF等。4.1.5水陸掩膜、云掩膜、水草掩膜及觀測幾何條件等輔助數(shù)據(jù)坐標(biāo)系及投影應(yīng)與遙感影像數(shù)據(jù)保持一致。坐標(biāo)系宜采用2000國家大地坐標(biāo)系(CGCS2000),高程基準(zhǔn)宜采用1985國家高程基準(zhǔn)。4.2數(shù)據(jù)預(yù)處理4.2.1幾何校正基于地面控制點，利用影像上的像元坐標(biāo)及其參考地理坐標(biāo)，開展影像幾何精校正和圖像配準(zhǔn)，精度控制在1個像元內(nèi)。4.2.2影像融合獲取的遙感數(shù)據(jù)影像分辨率不一致時，利用圖像處理技術(shù)，應(yīng)將低空間分辨率的多光譜影像與高空間分辨率的單波段影像重采樣，生成多光譜影像遙感要有高空間分辨率的特征。34.2.3鑲嵌與裁剪依據(jù)監(jiān)測區(qū)域邊界，對所獲取的遙感影像進(jìn)行圖像鑲嵌與裁剪。4.2.4輻射定標(biāo)根據(jù)遙感監(jiān)測要素與具體指標(biāo)要求，需要通過地面反射率參與計算時，根據(jù)遙感器的定標(biāo)公式及各波段定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行。5遙感監(jiān)測要素與具體指標(biāo)5.1一般規(guī)定5.1.1遙感監(jiān)測要素應(yīng)根據(jù)蓄水工程所在河流生態(tài)系統(tǒng)及周邊環(huán)境，選擇具體的監(jiān)測指標(biāo)，并符合GB3838、GB/T30115、HJ1098、QX/T188等規(guī)定要求。5.1.2遙感監(jiān)測時間跨度要考慮監(jiān)測指標(biāo)在蓄水工程建設(shè)前、后的變化，宜選擇蓄水工程運行時作為時間節(jié)點，應(yīng)對工程開工前10年、運行后10~15年的生態(tài)效應(yīng)要素開展長時間序列監(jiān)測，有監(jiān)測條件的可延續(xù)到現(xiàn)狀年。頻率一般為1次/年，受季節(jié)影響變化比較大的指標(biāo)，可根據(jù)實際調(diào)整為冬春(2~3月為宜)、夏秋(7~8月為宜)各1次/年。5.1.3遙感監(jiān)測對影像分辨率的要求，在符合GB/T30115、HJ1098、QX/T188等要求基礎(chǔ)上，按照具體監(jiān)測要求，選擇數(shù)據(jù)源或進(jìn)行影像融合。5.2遙感監(jiān)測要素遙感監(jiān)測要素按照“水”“土”“氣”“生”四類要素統(tǒng)計，根據(jù)監(jiān)測要素要求，并考慮遙感監(jiān)測的可操作性，確定遙感監(jiān)測要素與具體指標(biāo)(見表1)。表1監(jiān)測要素和具體指標(biāo)“水”水域面積水域水質(zhì)及營養(yǎng)狀態(tài)(葉綠素a、總磷、總氮、高錳酸鹽、透明度)“土”草地面積草地鹽漬化(鹽堿地面積、表層土壤鹽漬化)坡度坡向“氣”降水“生”草地生產(chǎn)力46監(jiān)測方法6.1.1一般規(guī)定6.1.2水域面積按照GB/T21010規(guī)定的含義進(jìn)行判讀與解譯。水網(wǎng)密度指數(shù)按照HJ192的規(guī)定執(zhí)行，具體如公式(1)所示：Aiak——水域面積的歸一化系數(shù)，參考值為591.79;Slak——水域面積(湖泊、水庫、河渠),單位為平方千米(km2);…Q——監(jiān)測區(qū)域水資源量，單位為萬立方米(萬m3);Q——監(jiān)測區(qū)域多年平均水資源量，單位為萬立方米(萬m3)。6.1.4.1水域水質(zhì)評價按照GB3838的規(guī)定執(zhí)行，監(jiān)測具體指標(biāo)包括葉綠素a、總磷、總氮、高錳酸鹽、透明度，遙感監(jiān)測影像數(shù)據(jù)至少包含藍(lán)光波段、綠光波段6.1.4.2草原蓄水工程監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)狀況由葉綠素a表示，葉綠素a濃度由藍(lán)光波段、綠光波段、6.1.4.3總磷、總氮、高錳酸鹽利用與葉綠素a濃度的線性關(guān)系，通過在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)實測葉綠素a、總磷、總氮、高錳酸鹽的遙感監(jiān)測如公式(3)至公式(5)所示：5 (4)CODMn=e×Chla+f (5)式中：TP——總磷濃度，單位為毫克每升(mg/L);Chla——葉綠素a濃度，單位為毫克每立方米(mg/m3),選擇藍(lán)光波段、綠光波段、紅光波段、近紅外波段等波段比值法反演計算；TN——總氮濃度，單位為毫克每升(mg/L);CODm——高錳酸鹽濃度，單位為毫克每升(mg/L);a~f——常數(shù)項。通過監(jiān)測水域內(nèi)實測的總磷、總氮、高錳酸鹽與葉綠素a濃度，擬合關(guān)系式的相關(guān)系數(shù)符合表2精度要求，確定總磷、總氮、高錳酸鹽與葉綠素a濃度Chla的a~f。透明度的遙感監(jiān)測如公式(6)至公式(7): (6) (7)式中：SD——透明度，單位為米(m);SS——懸浮物濃度，單位為毫克每升(mg/L);DNg、DN——綠光波段、紅光波段的灰度值；g~j——常數(shù)項。通過監(jiān)測區(qū)域內(nèi)像元水域?qū)崪y的懸浮物濃度、透明度與綠光波段和紅光波段比值，確定g～j。6.1.4.4水域營養(yǎng)狀態(tài)水域營養(yǎng)狀態(tài)采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，如公式(8)至公式(13)所示：式中：TLI綜——水域綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；W;——第種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重，詳見表2;TLI(j)——第種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，j=1,…,5。6表2中國湖泊(水庫)部分參數(shù)與Chla的相關(guān)關(guān)系j1234511注：r;、r}為第種參數(shù)(Chla、TP、TN、CODm、SD)與Chla的相關(guān)系數(shù)、平方值。6.2.1草地、濕地、耕地及其它土地利用類型按照GB/T21010規(guī)定的含義進(jìn)行判讀與解譯，經(jīng)實地復(fù)核后，草地、濕地、耕地及其它土地利用類型的面積解譯精度不低于85%。6.2.2草地鹽漬化重點監(jiān)測鹽堿地面積、表層土壤鹽漬化兩項指標(biāo)。鹽堿地面積按照GB/T21010規(guī)定的含義進(jìn)行判讀與解譯，變化程度按照GB19377中鹽堿斑變化程度執(zhí)行。表層土壤鹽漬化遙感監(jiān)測宜采用多元回歸法等線性模型、隨機(jī)森林、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非線性模型獲取，變化程度按照GB19377中土壤含鹽量變化程度執(zhí)行。6.3.1降水、濕度、溫度數(shù)據(jù)通過國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心和當(dāng)?shù)貧庀笳精@取。當(dāng)數(shù)據(jù)精度不符合要求時，應(yīng)在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)架設(shè)新增氣象臺站，進(jìn)行精度提升?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)符合QX/T127的要求。6.3.2區(qū)域尺度地表蒸散發(fā)相對真值獲取方法按照GB/T40033的規(guī)定執(zhí)行，主要步驟包括：a)選取檢驗區(qū)域內(nèi)多個地面觀測站的地表蒸散發(fā)數(shù)據(jù)和輔助信息(地表蒸散發(fā)影響因子數(shù)據(jù)，例如：輻射、空氣溫度、空氣濕度和風(fēng)速等氣象因子，植被指數(shù)、葉面積指數(shù)等植被因子，以及土壤水分等土壤因子);b)在地面觀測站按照GB/T39468—2020中4.4.2b)規(guī)定的尺度轉(zhuǎn)換方法構(gòu)建尺度轉(zhuǎn)換模型，通過檢驗與分析優(yōu)選合適的模型；c)在檢驗區(qū)域應(yīng)用優(yōu)選的模型，獲取區(qū)域尺度地表蒸散發(fā)的相對真值。6.3.3氣象干旱指數(shù)獲取方法按照GB/T20481的規(guī)定執(zhí)行。6.4.1植被覆蓋度通過歸一化植被指數(shù)(NDVI)表示，取值范圍為[-1.0,1.0]。計算如公式(14)所NDVI——歸一化植被指數(shù)，無量綱；Pnir——近紅外波段反射率，無量綱；pr——紅光波段反射率，無量綱。6.4.2草地生產(chǎn)力用地上生物量表示，通過遙感模型反演獲得該信息，輔以地面樣方測定驗證。遙感模型反演可用植被指數(shù)法進(jìn)行計算。計算如公式(15)所示：B——生物量；7a、β、y——回歸系數(shù)。6.4.3草地覆蓋變化率通過計算監(jiān)測區(qū)域內(nèi)高、中、低覆蓋度草地面積，利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，計算某一種草地類型轉(zhuǎn)化為其它草地類型的面積占原