基于Landset TM/ETM 和HJ 1A/B影像的丹江口水库水域变化监测研究

位于湖北和河南两省交界的丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,水库的水域变化监测与评估,对保障水库调水能力具有重要意义。收集了2002~2011年47幅Landsat TM/ETM和HJ 1A/B卫星遥感影像,采用基于阈值分割的归一化水体指数法（NDWI）提取了过去10 a的水库水域动态信息。结果表明：水库各月份平均水域面积从12月至次年3月,呈现下降趋势,而从3月到12月,呈现波动上升的趋势,最小水域面积出现在3月份,最大水域面积出现在12月份;由于受上游明显季节性降雨及水库运行管理的影响,丹江口水库丰水期（7月~次年1月）水域面积较枯水期（2月~6月）波动更为明显。而四季之中,春夏季节水库水域面积相对稳定,秋冬季节水域面积波动较大。针对枯水季节水库水量少的情况,管理部门应该加强监测力度,合理调蓄,保证水库的供水能力。从过去10 a整体来看,水库水域面积基本维持在300 km2以上,通过分析水库水域面积波动较小、影像积累最多的5月份遥感影像,发现水库水域面积呈现增长趋势,并且在枯水期、丰水期和过去10 a整体上都呈现了不同程度的增长趋势;此外,水库蓄水新增的水域面积主要集中在水库东、北部地区,应加强对这部分地区的生态恢复和环境监测     

基于遥感影像的丹江口水库水域面积动态变化与原因研究

丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,水库水域面积的动态变化研究,对保障调水有重要意义。针对丹江口水库水域面积变化较快、短期波动明显,对南水北调中线工程稳定调水有较大影响的问题,采用2000年3月~2015年10月逐月遥感影像,基于归一化差异水体指数(NDWI)提取水体,研究了丹江口水库水域面积的动态变化。结果表明:丹江口水库近16 a来月际平均水域面积均超过400 km2,2~7月份为枯水期,8月份~翌年1月份为丰水期。按季节来看,夏季至秋季水库水域面积呈增大趋势,冬季至次年春季水库水域面积呈减小趋势,同时水库水域在秋季波动最为剧烈,冬季较为平缓。自2014年12月~2015年10月,受大坝加高蓄水影响,水库水域面积均维持在550 km2以上。水库的水位涨落形成的消落区主要集中在丹江水库北部、东部和汉江水库的西部。     

长江中游荆南三口河系径流演变特征及趋势预测

以荆南三口五站1951~2015年实测径流数据,利用Mark-Kendall趋势突变检验法、累计距平、Morlet复小波等方法分析三口河系径流演变特征;选用ARIMA模型和时间序列模型预测荆南三口河系径流演变趋势。结果表明:(1)荆南三口径流年际变化较大,径流年内分配不均匀,5~10月为丰水期,11月~次年4月为枯水期,呈现出明显季节差异;(2)三口径流总体上呈下降趋势,其中以1959~1980年径流下降趋势最为明显,其趋势幅度p的绝对值达到了698.313,2003~2015年径流下降趋势较为缓慢,无明显趋势,但其p的绝对值仍达到了166.524;(3)运用Mark-Kendall突变检验及累计距平法共同检验,三口径流突变年份为1970年、1985年;(4)1951~2015年间三口径流变化过程主要存在48~58 a、20~28 a、10~18 a 3个尺度的周期变化,以55 a、24 a、14 a为周期中心,其小波方差显示三口径流序列第一、第二、第三主周期分别为55 a、24 a、14 a;(5)三口径流在2016~2030年呈现出先减小后增大的趋势,即2016~2018年为波动增减期,2019~2026年前后为枯水期,2026~2030年为丰水期。     

东洞庭湖水面面积变化监测及其与水位的关系

开展东洞庭湖水面面积长时间变化监测研究对于湖区洪涝旱灾监测、灾害评估等具有重要意义。采用2000~2017年的经过辐射一致性校正的Landsat Collection 1遥感数据集，在ENVI遥感数据处理平台下采用4种常见的水体提取方法（单波段阈值、多波段谱间关系、水体指数、支持向量机）开展了水面面积遥感提取方法比较及东洞庭湖区长时间序列水面面积提取，以此数据为基础开展了东洞庭湖区近18年来湖区水面面积年内和年际变化研究，并探讨了水面面积与城陵矶水文站水位之间的相关关系。结果显示：Landsat Collection 1遥感数据集具有较高的空间和时间分辨率，可以满足东洞庭区长时间序列水面面积提取，且水面面积提取精度较好；采用支持向量机方法提取的湖区多年水面面积平均值为569.9 km2，丰水期水面范围波动较大，而枯水期变化较小；湖区水面面积变化与城陵矶水位变化存在紧密相关关系，不管线性模型还是多项式模型均能准确地描述两者变化关系，受湖区地形分布特征影响，水面面积与水位之间的关系在丰水期较紧密，而枯水期两者之间的相关关系明显降低。     

丹江口水库不同水文期真光层深度特征及影响因素分析

丹江口水库是南水北调中线工程的引用水源地。于2011~2012年对水库不同水文期的水下光合有效辐照度及引起光衰减的3种主要物质(无机颗粒悬浮物、藻类叶绿素a、溶解性有机碳)进行调查，分析了真光层深度的时空动态及影响因素。结果表明，丹江口水库真光层深度的变化范围为：1036~15350 m；丰水期、平水期和枯水期的均值分别为：6084 m、5353 m、7647 m。丹江库区、汉江库区沿库尾至坝前均有上升的趋势。在丹江库区的敞水区真光层深度较大，水质较好。逐步回归分析表明，丹江口水库水体真光层深度主要受到无机颗粒悬浮物及浮游植物影响，但在不同水期、不同库区影响因素表现不同：在丰水期、平水期，无机颗粒物与浮游植物对真光层深度的深浅起主导作用；枯水期真光层深度波动不大，其主要影响因素为藻类叶绿素a与溶解性有机碳     

汉江中下游消落区及水域面积时空变化分析

基于1987～2017年Landsat时序数据,提取汉江中下游河流消落区及水域面积和淹没频率逐年变化信息,分析消落区及水域时空变化过程及阶段性特征。结果表明:汉江消落区呈上游宽下游窄的特征分布,消落区面积最为集中的区域位于中游的宜城-钟山口段,相对较少的区域位于下游的仙桃-汉川段。在过去30年间,汉江中下游消落区平均面积在76到256 km~2之间波动,水域面积在183～550 km~2之间变化,水域及消落区面积均呈波动特征并存在较大时空差异。汉江中下游总体淹没频率在1987～2001年间呈减小特征,2002～2017年存在增加趋势。汉江中下游大型水利枢纽工程库区的水域面积、淹没频率在水库建成后大幅度增加,消落区面积波动幅度减小;而非水库地区的水域及消落区面积无明显增减趋势。     

基于MODIS数据的洞庭湖水体面积与多站点水位相关关系研究

针对洞庭湖区，以30 m分辨率的环境减灾卫星CCD影像为参考，对比分析了归一化差异植被指数（NDVI）和比值植被指数（RVI）应用于MODIS遥感影像水体面积提取的优缺点。研究发现，选取NDVI并且赋予各月份各自适应的阈值进行水体面积提取，有效避免了采取单一阈值造成的枯水期水体误提以及丰水期水体漏提问题。将提取湖区面积与相应日期水位数据组成水位 面积组，建立湖区面积 水位相关关系。考虑到建立湖区面积与单一水文站点水位间相关关系存在一定空间不合理性，选取逐步多元回归法建立2003~2006年湖区面积与多站点水位间相关关系。结果表明：在高水位和低水位处，洞庭湖面积 水位关系年际间变化不太明显，但在中等水位处（如24~29 m），湖区面积 水位关系有比较明显的变化，同一水位处湖区面积有逐年减小的趋势。     

武汉市湖泊水域利用转变及其碳排放影响

考虑到湖泊水域面积与土地面积的相互变迁进程,以及土地利用变化已成为仅次于化石能源燃烧的第二大温室气体排放源的客观现实,首次尝试分析特定区域湖泊水域的变化以及间接产生的碳源碳汇影响。根据2005、2010和2015年遥感影像获取武汉市湖泊水域利用转变的数据,采用国际通用的土地碳排放测算模型,评估武汉市湖泊水域转变为4类用地产生的碳排放量及碳强度变化情况。研究显示:(1)2005～2015年武汉市湖泊水域面积整体减少超10 km~2,且2010年后呈现加速萎缩趋势, 2010～2015年的减少值约为2005～2010年减少值的2.04倍;(2)虽然部分耕地、林地和草地转化为湖泊导致湖泊水域的增加,但湖泊大面积转变为建设用地导致水域面积的显著较少;(3)从碳排放总量来看,变动面积区域内呈碳源区,后5年碳源值是前5年的1.45倍;前后5年湖泊水域变化的碳排放强度分别为0.03和0.04 t/km~2,碳排放强度明显增加。针对武汉市湖泊水域利用的现实状况,提出把"山水林田湖草"放到统一的管理机制中进行考虑、规范土地资源利用、限制建设用地过度扩张等措施。     

人工园林大面积种植区土地利用/覆被变化对生态系统服务价值影响

近10a来由于经济利益的驱动,橡胶、茶园、咖啡和桉树等人工园林在云南省西南部西盟县大规模种植,使土地利用结构和布局发生了较大变化,影响了种植区的生态系统服务价值。以西盟县为研究对象,基于2000年、2005年和2010年的遥感影像解译的土地利用/覆被数据,参照"中国生态系统单位面积生态服务价值当量",修订了西盟县生态系统单位面积服务价值,结合敏感度分析,探讨了土地利用/覆被变化及其对生态系统服务价值的影响。结果表明:(1)2000~2010年西盟县的耕地、园地、水域和乡镇用地面积增加,林地和草地面积减少,西南部的土地利用/覆盖类型相互转化主要表现在林地和耕地转化为园地,而东北部表现在林地转化为耕地;(2)从时间上看,生态系统服务价值呈减少趋势,10 a间净减少106.29×106元,林地的生态系统服务价值始终最高;(3)研究期内,只有食物生产服务有价值量的增加,其余生态系统服务的价值量均为不同程度的减少;(4)从空间上看,西盟县生态系统服务价值东北部和东南部高,西部、中部和东部低。力所乡生态系统服务价值有小幅度增加,其余乡镇均呈减少趋势。西盟县以经济利益为目的的发展模式给生态系统服务和可持续发展带来巨大压力,在一定程度上使区域整体生态效应下降。因此,西盟县的发展应该在保证生态系统稳定的前提下,适当发展园地,同时优化土地利用结构,在生态效益和经济利益之间,找到双赢的平衡点。     

大坝下游河段的河流生态径流调控研究

了分析大坝工程对河流径流情势的影响,以三峡大坝下游河段的宜昌站为例,计算了三峡坝下河段的生态水文季节、生态需水和其它径流情势特征参数。计算结果表明,长江宜昌江段枯水期为1~3月份、副汛期为4~6月份和10~12月份,而洪水期为7~9月份;枯水期、副汛期和洪水期的最小生态需量占同期来水总量分别为24%~27%、30%~50%和30%~45%;适宜的生态需水在枯水期、主汛期分别占同时期来水总量为30%~42%、50%~70%;四大家鱼和中华鲟产卵、繁殖期内的适宜生态流量范围分别为 6 540~12 700 m3/s 和 16 300~9 130 m3/s,大约占同时期来水总量的50%~70%;涨水次数平均值分别为5.3和3.4,落水次数平均值分别为50和5.1等,这为三峡水库在四大家鱼和中华鲟产卵、繁殖期内的调度提供了保护的依据。〖     

近35a长江中游大型通江湖泊季节性水情变化规律研究

长江中游自然通江的洞庭湖和鄱阳湖,在长期的季风气候以及江湖交互作用下形成了相对稳定的涨-丰-退-枯季节性水位波动模式。近几十年来,受水利工程及气候变化的双重影响,两湖季节性水情均发生了显著改变。揭示和对比两湖季节性水位波动近年来的变化趋势及强度并分析其形成的可能原因,对于指导两湖地区的湖泊管理与实践,理解长江中游江湖关系演变现状具有重要意义。基于此,以2003年为断点(即1980~2002年与2003~2014年两时段),首先通过湖区多站点水文要素的单因素方差分析揭示两湖各自的季节性水情变化特征;然后通过两湖季节性水情变化状况的对比,分析长江中游大型通江湖泊水情变化的规律及其形成原因。得出的主要结论如下:(1)2003年后,涨水期和枯水期的两湖水情均呈偏枯趋势,且水位降幅均在由上游到中游的过程中扩大,由中游到下游的过程中减小,甚至涨水和枯水期的洞庭湖下游湖区还出现了水位的小幅抬升。(2)2003年后,丰水期和退水期的洞庭湖偏枯趋势呈现不同的空间分异,丰水期的洞庭湖水位下降程度在上、中游湖区更为剧烈,而退水期的水位下降程度在中、下游湖区更为剧烈。与此同时段的鄱阳湖偏枯趋势在丰水期和退水期均在由上游至下游的过程中增加。(3)2003年后的洞庭湖水位降幅在各个季节各个湖区均显著小于位于其下游的鄱阳湖。江湖关系对两湖及其不同湖区的作用方式和强度的差异是造成两湖季节性水情演变差异的主要原因。     

基于遥感的上海市湿地资源与生态服务价值研究

基于遥感开展城市湿地资源与生态服务价值研究是当前生态环境研究的热点问题之一。利用1987年、2000年和2007年的Landsat遥感影像,利用遥感和地理空间分析方法,结合野外调查及研究区相关资料,监测了1987~2007年上海市湿地资源的变动情况,并借助生态系统服务价值理论,估算研究区1987~2007年湿地资源的生态服务价值变化。结果表明:(1)1987~2007年间上海市湿地资源呈现不断退化的趋势,特别是2000年后退化趋势明显,主要表现在稻田、河流、库塘、滩涂等湿地面积的显著减少;(2)1987~2007年上海市湿地生态服务总价值呈下降趋势,其中河流、库塘、稻田的生态服务价值减少,滩涂、湖泊的生态服务价值增加。上海湿地资源与生态服务价值的变化主要是城市化快速发展导致的。以上研究结果,可为政府城市发展中对湿地资源的保护、开发和利用提供依据。     

基于环境一号卫星高光谱数据的太湖富营养化遥感评价模型

采用环境一号卫星高光谱数据直接监测太湖富营养化状态的方法较多光谱影像监测有着更高的精度优势，对内陆水环境监测具有一定的意义。利用2009年4月地面实测高光谱数据模拟环境一号卫星星上数据，结合确定的太湖富营养化状态遥感评价的水质因子，构建富营养化状态评价模型，并采用实测数据和环境一号卫星高光谱影像数据对模型的精度和适用性进行验证。研究结果表明：（1）选用叶绿素a作为富营养化遥感监测的水质因子监测太湖富营养化状态与综合营养指数法相比，平均相对误差为597%；（2）采用模拟的环境一号卫星高光谱影像数据结合三波段模型与采用地面实测数据评价结果之间的相关系数r=0855，平均相对误差为919%；（3）结合环境一号卫星高光谱影像对2010年5月2日太湖进行富营养化监测评价，结果显示太湖水体整体成中营养状态，存在1129%的监测水域出现轻度富营养化状态     

基于地面监测数据的2013~2015年长三角地区PM2.5时空特征

近年来,长三角地区灰霾天气持续增多,空气细颗粒物污染问题日益突出。基于2013年1月至2015年5月长三角地区及周边缓冲区内共214个空气质量监测站点PM_2.5逐时监测数据,运用普通克里金插值方法,从年、季、月尺度上分析了PM_2.5的空间分布格局和时间动态变化。结果表明:(1)2 a来,长三角地区PM_2.5浓度空间分布明显呈现整体北部高南部低,局部地区略有突出的分布特征;长三角地区PM_2.5浓度年均值为57.08μg/m³;其中,江苏省PM_2.5的年均值为三省市最高,为65.84μg/m³;其次为上海市,年均值为53.87μg/m³;浙江省PM_2.5的年均值较小,为51.53μg/m³。(2)从季节尺度分析,长三角地区PM_2.5浓度变化表现出冬春季高,夏秋季低的变化趋势;这与区域内冬季风向来源、降水稀少、气象扩散条件差有着密切的关系; (3)长三角地区月浓度变化大致呈U形分布; 12月份PM_2.5浓度最高; 3月份以后, PM_2.5浓度开始呈逐步下降趋势;在5~9月份,区域PM_2.5处于"U"字的谷底,其中6月份夏收时期秸秆焚烧、气象等因素导致PM_2.5浓度有略微升高;进入10月份后迅速攀升,且11、12月份呈现持续升高态势。     

2000-2010年西安市土地利用/土地覆被变化及其建成区扩张研究

本文以Landsat TM遥感影像、HJ-1卫星CCD影像解译数据为基础,利用3S技术,得到西安市2000、2005及2010年土地利用/土地覆被数据。从空间分布变化、结构变化、类型转换及景观破碎度等角度,定量分析2000-2010年西安市土地利用/土地覆被变化及建成区扩展状况。结果表明:10年间,西安市耕地面积显著减少,转化为城市建设用地及林地;2010年西安市建成区面积较2000年增长了54.11%,空间分布上由城市中心向周边县区迅速扩张,导致周边连续分布的植被及未利用地趋势景观破碎化加剧。     

升金湖湿地时空演变对越冬鹤类种群动态的影响

升金湖湿地是我国主要的鹤类越冬栖息地之一。研究升金湖湿地时空变化对越冬鹤类种群动态的影响在湿地生态环境改善、鹤类种群恢复等方面具有重要参考价值。对1986～2015年升金湖湿地白头鹤（Grus monacha）、白鹤（Grus leucogeranus）、灰鹤（Grus grus）及白枕鹤（Grus vipio）种群数量的变化趋势分别进行了曲线拟合；结合升金湖湿地1986~2015年间8期遥感影像分析了研究区土地利用/覆盖的时空变化；并探讨了湿地时空变化与越冬鹤类种群数量变化之间的相关性。结果表明：1986~2015年间，研究区的景观格局发生了较大变化，草地、水田、滩涂及其他用地的面积总体呈增加态势，而林地、旱地、水域及芦苇沼泽地面积总体呈减少的态势；4种鹤类的数量总体呈下降趋势，曲线拟合中白鹤和白枕鹤种群数量变化的趋势方程拟合度较高；芦苇沼泽地及水域面积变化与越冬鹤类种群数量呈显著的正相关关系，而草地、滩涂及水田的面积与鹤类种群数量呈较强的负相关关系；其他景观面积变化间接对鹤类种群数量产生影响。 关键词： 时空变化；鹤类；遥感影像；土地利用/覆盖；升金湖     

三峡库区172m蓄水位实现后干流水体溶解态重金属含量变化特征

从2008年至2010年连续两年,对三峡库区涪陵至巴东段水体溶解态重金属含量进行监测,分析三峡水库自2008年首次以172m高水位试验性蓄水以来水体溶解态重金属含量变化特征及其影响因素。结果表明:水体溶解态重金属含量在丰水期低水位时含量较高,而在平水期和枯水期高水位蓄水时,水体重金属含量较低,丰水期时水体溶解态重金属含量虽然相对较高,但仍然达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅰ类水域标准。重金属在水体与沉积物和消落带土壤中含量并无明显相关性,沉积物和消落带土壤重金属对水体溶解态重金属含量分布影响较小。库区水环境因素在丰水期和平水期、枯水期呈现出明显差异特征,特别是汛后水体悬浮物SS含量远低于丰水期。三峡水库水环境因素的变化对重金属的分配有着重要作用,丰水期过后三峡库区水体pH值和DO升高,水温和Eh降低,SS含量显著下降,水环境因素、气象条件、水位调度等因素的变化致使水体溶解态重金属含量降低。     

基于MODIS-EVI数据的长江三角洲地区植被变化的特征

基于2001~2010年MODIS EVI植被指数产品数据，结合国家标准气象站逐月气温、降雨及日照时数资料，对长江三角洲地区植被的时空变化特征进行分析。结果表明：（1）空间分布上，该区域西南部以林地为主，而东北部以农田为主，近10 a植被变化面积占总面积的32%，以农田的转出和城镇的转入为主；（2）区域年最大EVI整体呈减少趋势（-0028/10 a），不同季节下，夏冬季均呈减少趋势（以2月和8月份最为显著），春秋季则呈增加趋势（以5月和10月份最为显著）；（3）不同植被类型下，城镇和农田EVI呈不同程度减少趋势，以城镇EVI下降速度(-0076/10 a）最为显著（R2=077），而林地变化较弱；(4)研究区湿润气候环境下，农田和林地年最大EVI与日照时数和气温多呈正相关性，与降雨多呈负相关性，其中以林地EVI与2~4月份日照时数的正相关性较为显著，城镇EVI与气象因子的关系相对较弱，更多的是受城镇化等人类活动的影响     

向家坝水库典型出库流量对宜宾江段溢油扩散规律影响研究

为应对金沙江向家坝水库下游可能发生的船舶溢油等突发水污染事件,以向家坝水库下游宜宾江段为研究区域,基于实测地形和水文等数据建立起宜宾江段二维溢油扩散模型,模拟向家坝水库典型出库流量下,坝下1 km处船舶发生20 t溢油事故后油膜的漂移路径和扩散面积。结果表明：(1)通航期向家坝水库出库流量由小到大的过程中,溢油抵达不同水域和通过不同位置的用时明显缩短,抵达普安水厂的用时在1.58～3.05 h之间,通过普安水厂的用时在0.28～0.78 h之间,抵达宜宾水文站的用时在3.45～8.62 h之间,通过宜宾水文站的用时在0.33～1.62 h之间;(2)随着向家坝出库流量的增大,溢油的扩散面积呈递减趋势,平均厚度呈递增趋势,抵达普安水厂的溢油扩散面积在0.141～0.224 km²之间,平均厚度在0.351～0.491 mm之间,抵达宜宾水文站的溢油扩散面积在0.229～0.423 km²之间,平均厚度在0.205～0.328 mm之间;(3)枯水期水域面积较小,溢油在向下游漂移扩散过程中易黏附在弯曲河道两岸的浅滩和湿地,当向家坝出库流量为1 6...     

基于RS/GIS的四湖地区湖泊水域百年变迁研究

四湖地区是长江中游江汉平原的重要湖泊分布区,在历史时期湖泊分布广阔,是著名的云梦泽的主体。由于江湖关系演变和人类活动的影响,湖泊面积变化迅速,尤以20世纪为甚。在野外调查和历史文献分析的基础上,利用不同时期的水利图、地形图、遥感影像图作为基本信息源,在GIS技术支持下,提取湖泊面积信息,对四湖地区近百年湖泊水域变化进行了研究。结果显示,从20世纪20年代开始湖泊面积和个数呈先增加后减少的趋势,50年代处于鼎盛时期,50年代初期到70年代初期迅速减少,70年代至2000年减幅明显减缓。这种动态变化是自然因素和人类活动综合作用的结果,人类活动的作用更为突出。针对湖泊水域日益减少的现状,应加强对湖泊资源的保护力度,并在此基础上进行合理开发和利用。