水深遥感模型及其在闽江口冲淤变化分析中的应用

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海岸河口地区越来越成为人口集中、经济发展的区域,人类对其的开发影响其环境条件,研究此类区域的资源和环境的可持续发展成为世界关注的问题之一。闽江是福建省第一大河流,全长577Km,流域面积60992Km~2,流域内山险起伏,地势西北高,东南低,为山区性少砂河流。闽江口既是整个闽江流域物资集散吞吐的重要地段,同时也是福建省会福州市的所在地,是通往国内外的重要港口,对福建经济起着十分重要的作用。所以研究闽江口岸线、水下浅滩以及河口三角洲等的沖淤变化,不仅对研究整个闽江流域的物质运移,闽江福州港航道的防护治理有着极为重要的意义,同时对福建的经济建设和发展也可起到很大的作用。 一直以来,由于闽江口的特殊地理位置以及对福建发展的重要影响,各部门对闽江口实施了一系列的研究。如放射性示踪法研究闽江口底沙运动;分析川石水道的水文泥沙特性以及内拦门沙的成因;对闽江口的浑浊带进行分区研究;福州南北港的冲淤变化分析;闽江口咸淡水混合运动;水下三角洲的形成和演变等等。但是对闽江口的岸线变化、浅滩分布的变化以及水下地形的演变的研究明显不足。为此本文利用遥感影像解译多时段岸线,进行变迁分析;并利用海图实测资料结合遥感影像灰度值进行统计相关分析,得到遥感测深的模型,然后进行整个研究区不同时间的反演、对比,分析水下地形的变化情况;同时对闽江口的浅滩位置和面积变化进行分析;最后分析闽江口冲淤变化的主要影响因素。本文的具体内容包括以下几个方面: 1、资料的预处理和增强。对遥感影像进行辐射校正和几何校正,将水陆区分,通过对研究区水域进行分段线性拉伸、低通滤波以及波段组合处理,使水下地形微结构得到明显增强;实测海图和地形图主要进行矢量化处理。通过投影变换等方法配准遥感影像和实测数据。 2、水深模型的建立和反演。根据水深遥感的理论基础和各种模型的适用条件,选择统计相关模式为本文的水深遥感模式。其建立的步骤为:在研究区选取五个典型断面,利用ERDAS软件分别提取遥感影像灰度值和海图实测水深值;并利用潮汐表中闽江口潮汐预报站的潮汐情况,将实测水深改正到影像摄取瞬时的水深值。然后将遥感影像各种单波段或多波段组合的数据与改正水深值进行统计相关分析,选择最优组合进行回归,得到水深模型。 在建立水深遥感模型时,对数据进行两次相关分析计算:先对整体情况下单波段和多波段组合增强前后灰度值与水深的相关系数进行分析,但系数都比较低;然后根据水域趋势分析的结果,将水深分成两个部分再进行相关分析,得到较高的相关系数。分别选择两个部分最优的波段组合,建立统计相关水深遥感模型,并对模型进行精度验证和误差修正。利用两期遥感图像的水深反演,得到两期遥感水深图。 3、闽江口冲淤变化分析。冲淤变化分析有三个部分:岸线变化、浅滩变化以及水下地形变化。岸线解译采用信息提取和目视解译相结合的方法,根据两期遥感解译岸线与一期地形图岸线叠加图分析了从1968年至2001年闽江口岸线的冲淤和蚀退情况;由分析结果可知,岸线变化明显的区域包括河流转向地段和人类围垦区。本文浅滩分析主要是针对平均海平面以上的淤泥质和沙质潮滩和河道浅滩.根据2001年海图和1 968年地形图的数字化图分析了浅滩位置和面积的变化情况;梅花水道和川石岛东海面是河道浅滩发育、扩展的主要区域。先将水深模型反演得到的两幅遥感水深图分别减去其时潮高,得到两个时段的同一海平面上的水深,然后相减,密度分割,得到水下地形变化分区图,然后分析闽江口河床的冲淤演变,此方法弥补传统实测方法只能在小面积内实现的缺陷:由相减的结果可知闽江口河床变化处于在一 Zm到Zm的范围内,淤积变化最大的区域为川石水道内拦门沙,冲刷变化最大区域为川石水底外沙附近浅滩。 4、闽江口冲淤变化主要影响因素分析。影响因素分析包括泥沙含量、浑浊带、泥沙运动、海洋动力影响以及人类活动影响。由于缺乏泥沙含量实测资料,本文采用冯辉和陈一梅利用实测资料与遥感资料结合得到的表层含沙量分布图对闽江口的泥沙分布进行分析,发现研究区泥沙含量总体水平降低,含量高的区域分布向口门移动。浑浊带的分析结合了根据陈一梅的悬浮泥沙遥感模式计算的结果和目视解译,将闽江口的遥感影像根据泥沙含量大小分成四个区域。根据以上的泥沙含量、混浊度分析,结合地形地貌和径流作用,将闽江口泥沙的运动分成输移、扩散冲淤、扩散沉积以及漂移四个区域,分别包括泥沙运移、沉积和漂移的各个阶段。海洋动力主要描述了潮流和余流对闽江口水流及其所含杂质的运移的影响;人类活动的影响主要是水口电站和河道采砂影响,水口电站拦截上游大部分悬浮泥沙;河道无序采砂破坏河流河床以及输沙平衡,因此对河道演变带来影响。关键词:闽江口,遥感,水深模型,冲淤变化,岸线,浅滩
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