論水庫運用前后河道時空變化范文

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摘要:黃河小浪底水利工程投入運用后對黃河下游河道的影響程度如何是黃河治理者非常關心的問題基于多期LandsatTM/ETM等衛星影像數據解譯提取了1985、1990、1995、2000、2005、2010、2015年等小浪底水庫運用前后7個年份的黃河下游河道水域數據通過空間疊置分析、列表對比揭示黃河下游河道的時空變化特征結果顯示小浪底水庫運用前黃河下游河道寬水域變化大1985—2000年的15年間面積變化546.979km2小浪底水庫運用后黃河下游河道變窄水域變化小2000—2015年的15年間面積變化46.759km2說明小浪底水庫投入使用后有效控制了黃河下游的流量和流沙對穩定黃河下游河道起到了作用

關鍵詞:小浪底水庫;遙感;黃河河道;監督分類;疊置分析

黃河是世界上含沙量最大的河流水少沙多造成了黃河下游泥沙淤積使黃河成為世界著名的地上懸河歷史上黃河河道曾經歷了多次改道有“三年兩決口百年一改道”之說[1]孟津到高村段河寬水散沖淤幅度大主流擺動頻繁為典型的游蕩性河段[2]為了治理和開發黃河上世紀末我國開工建設了黃河小浪底水利樞紐工程并于2001年底竣工投入使用至今已有16年了小浪底水庫運用對黃河下游的河道影響程度如何一直是黃河治理者關心的問題劉燕[3]采用資料分析類比與物理模型試驗方法定性分析了小浪底水庫清水沖刷階段下游游蕩性河道的演變趨勢端木禮明[4]利用黃河河床邊界條件變化及水沙變化資料探索了小浪底水庫運用后下游河勢變化預測了鐵謝至高村段的河勢變化趨勢黃河河道較長、邊界變化復雜采用傳統的資料分析方法獲取河道信息存在工作量大、成本高、效率低的弊端[5￣9]目前衛星遙感技術發展很快其具有覆蓋范圍大、時間短、成本低等特點在研究黃河河道變化方面的優勢明顯本文選取小浪底水庫建成前后30a(1985—2015年)為研究時間段基于衛星影像提取黃河下游河道的水域信息定量分析小浪底水庫投入運行前后黃河下游河道的時空變化為黃河河道治理和決策提供技術支撐

1研究方法和遙感數據

1.1研究方法這里以黃河小浪底水庫庫區段(111°46′41″35°05′20″)~(112°31′37″34°53′30″)及其下游黃河河道(112°31′37″34°53′30″)~(119°19′53″37°47′31″)為研究區段獲取小浪底水庫工程建成前后7個年份(間隔5a)黃河下游區域的中高分衛星影像數據基于影像提取黃河河道水域范圍利用ArcGIS軟件得到黃河河道的矢量圖對提取的黃河河道區域進行面積統計得到不同年份河道面積把不同年份黃河下游的河道圖層疊加得出黃河下游河道的空間變化分析小浪底工程建成前后30a間黃河下游河道的變化信息探討小浪底水利樞紐投入運用后對黃河下游河道變化的影響

1.2遙感數據黃河小浪底水庫及其下游區域的LandsatTM/ETM影像數據時間分別為1985、1990、1995、2000、2005、2010和2015年(均間隔5a)月份為12月(黃河河道區域僅有12月的Landsat數據可以找全)坐標投影為GCS＿WGS＿1984空間分辨率為15m/像素影像進行幾何校正和拼接處理

2數據處理

2.1河道提取因黃河水含沙量大在遙感影像中黃河水體與周邊裸地、建筑物等要素區分度低提取難度較大[10￣16]主要利用監督分類的方法通過選取訓練樣本建立判別函數對影像進行分類分別采用極大似然法、最小距離法、馬氏距離法對實驗區Landsat影像數據做黃河水體提取實驗結合目視解譯的結果進行對比分析得出如下結論:對于馬氏距離法來說細小水體基本提取出來但誤將周邊河灘裸地等非水體區域分為水體對于最小 距離法來說細小水體提取不充分且部分黃河干流水體被誤分為其他類型河道邊界不完整極大地影響了分類結果的準確度對于極大似然法來說細小水體基本提取出來只有極少部分河灘與水體混淆不清相對較好基于以上分析利用極大似然分類法初步提取出黃河河道經聚類、去小斑塊、膨脹腐蝕處理得到基本河道邊界再結合目視解譯的方法對分類不準確的部分進行適當修改最終提取出1985—2015年7個年份的黃河河道水體結果如圖1所示

2.2面積統計將提取出的黃河河道影像轉換為矢量文件加載到ArcMap軟件中選擇ArcToolbox中的投影工具投影選擇WGS1984UTMZone50Nꎮ以小浪底大壩為界分別統計影像中大壩以上的小浪底水庫區域及大壩下游部分的水體面積選擇相應區域的對應要素導出數據屬性表計算出總面積

3數據分析

3.1河道疊置分析把基于遙感影像提取的7個年份黃河河道圖進行圖層疊置對比(見圖1)ꎮ可以看出7a的黃河河道位置變化明顯小浪底水庫建成前的1985、1990和1995年黃河河道較寬河道變遷幅度大水庫運用后的2005、2010和2015年黃河河道變窄變遷幅度小

3.2河道面積變化分析由基于影像提取的黃河河道面積數據可得小浪底庫區及大壩下游面積變化情況如圖2和圖3所示小浪底主體工程于1994￣09開工2001￣12￣31全部竣工圖2的面積變化曲線與實際情況吻合1985和1990年庫區面積大約是20km21995—2001年面積逐漸增加2001—2005年水庫開始蓄水由圖3看出1985—2000年黃河小浪底大壩下游的面積逐年減少2000—2015年下游面積趨于穩定可以得出小浪底水庫投入使用后通過調控流量穩定了黃河下游的水量通過相鄰年份的面積值相減得到對應的黃河河道面積變化情況如圖4和圖5所示可以看出黃河下游水域面積在小浪底建成前1985—2000年的15年累計減少546.979km2建成后2000—2015年的15年累計增加46.759km2小浪底庫區在2000—2005年面積增加最快原因是這一時期水庫工程竣工開始蓄水盡管2010—2015年小浪底庫區面積有明顯增加但大壩下游水域面積相對穩定顯示水庫調控起了作用

4結論

根據黃河小浪底水庫建成前后7個年份的LandsatTM/ETM影像數據對比分析了針對黃河水體的不同監督分類方法最終采用極大似然與目視解譯相結合的方法提取了小浪底庫區及黃河下游河道圖和水域面積通過不同年份的河道圖層疊置分析和水域面積變化分析得出如下結論:小浪底水庫運用前黃河下游河道較寬水域變化幅度大1985—2000年面積減少546.979km2小浪底水庫運用后黃河下游河道變窄水域變化幅度較小2000—2015年面積增加46.759km2說明小浪底水庫建成投入使用后通過調控黃河下游的水量和流沙穩定了下游河道對黃河下游的開發與綜合治理有重要意義

參考文獻:

[1]李廣燕.古代“黃河改道”文獻考述[D].南京:南京師范大學2009:6.

[2]陸中臣陳劭鋒陳浩.黃河下游游蕩段河道平面形態與河勢變化趨勢預測[J].地理學報200055(6):729￣736.

[3]劉燕.小浪底水庫運用后下游游蕩性河道演變趨勢研究[D].西安:西安理工大學2004:1￣8.

[4]端木禮明.小浪底水庫運用后黃河下游游蕩性河段河勢變化分析研究[D].西安:西安理工大學2002:1￣9.

[5]夏富強.黃河下游懸河決溢風險評價[D].烏魯木齊:新疆大學2006:4.

[6]李云駒王志飛馬浩錄等.基于RS與GIS的黃河下游河勢演變分析[J].人民黃河200931(4):2326.

[7]武洪濤張震宇常宗廣.小浪底工程對黃河下游濕地生態環境影響預測[J].國土與自然資源研究2001(3):53￣55.

[8]周振民.黃河小浪底工程對下游濕地生態環境影響研究[J].水利學報2007(S1):511￣514.

[9]李中原黃棟.GIS支持下的小流域水土保持應用研究[J].測繪科學技術學報200724(S1):1￣3

[11]何海清杜敬陳婷等.結合水體指數與卷積神經網絡的遙感水體提取[J].遙感信息201732(5):82￣86.

[12]張強吳波.一種基于白帽變換的細小水體信息提取方法[J].福州大學學報(自然科學版)201846(1):75￣81.

[13]鄧書斌陳秋錦杜會建等.ENVI遙感圖像處理方法[M].2版.北京:高等教育出版社2014:132￣166.

[14]溫爽王橋李云梅等.基于高分影像的城市黑臭水體遙感識別:以南京為例[J].環境科學201839(1):57￣67.

[15]沈金祥楊遼陳曦等.面向對象的山區湖泊信息自動提取方法[J].國土資源遙感201294(3):84￣91.

[16]徐涵秋.利用改進的歸一化差異水體指數MNDWI提取水體信息的研究[J].遙感學報20059(5):590￣595.

作者：李愛民 夏光平 徐靜璇 閆超德 單位：鄭州大學 水利與環境學院