基于多源遥感数据的德阳市水体提取及时空动态变化研究

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水资源对人类的重要性不言而喻,运用遥感技术对地球表层水资源进行动态监测是当前对水环境变化进行研究的关键技术方法。与世界各国水资源拥有量相比较,我国在总量上名列前茅,可是从人均拥有量来看却被其他国家遥遥领先。从改革开放到今天,科技更新迭代,经济实现飞跃,与此同时也给我国的生态环境造成了巨大的压力,国家目前大力发展生态文明建设,其中水生态问题就是必须攻克的难题之一。德阳市是四川省经济发展的重点城市之一,对成渝双城经济圈的发展至关重要,市内水系为沱江和涪江水系,均为长江上游重要支流,水资源对该地区经济发展起着关键性的作用。因此本文以Landsat-5 TM、Landsat-8 OLI和GF-6影像为数据基础,选取面向对象分类法提取德阳市地表水体,并在此基础上分析德阳市地表水体的空间分布特征以及在时间序列上的动态变化特征,以此为德阳市的地表水资源规划布局提供一定的参考价值。结果如下所述:(1)基于多源遥感影像,利用ESP最优尺度评价法,建立最优分割尺度和阈值,创建水体提取规则。基于Landsat影像提取出2000年、2010年和2020年2月份与8月份的地表水体,分析水体面积的年内变化和年间变化特征,基于GF-6影像提取出2020年8月份的水体,用于分析德阳市地表水体空间分布,最终得出Landsat-5 TM、Landsat-8OLI和GF-6影像的水体提取精度分别为80.50%、82.70%和88.04%。(2)在山区由于地形和山体阴影的影响,且河流较细小,Landsat影像中水体的提取效果不佳,为此在面向对象法的基础上增加了DEM生成河网的方法进行辅助,利用河网形成缓冲区来替代山地区域的水体,最终使得Landsat影像中的细小河流能够较准确的提取出。(3)对不同尺度下的水体特征和提取结果进行对比分析,发现水体在Landsat影像中边界模糊但颜色均匀,在GF-6影像中边界清晰但颜色不均。提取出的结果是Landsat影像中大型水体边界稍微偏大,GF-6影像提取效果很好,因为水体内部颜色不均通过光谱差异分割得到解决。这点表明了高分辨率影像与中分辨率影像中水体提取的差异所在。(4)从空间分布来看,德阳市水体分布不均。大型河流主要分布在中西部区域;而坑塘水体则大量分布在东南地区。各区县中水体面积最大的地区是中江县,面积最小的是什邡市。从垂直方向来看,水体面积随着海拔增高而不断减少,大部分水体分布在海拔800m以内;水体面积随着坡度的增加先增加后减少,水体在前3级坡度范围内的占比为95.25%,其中又以二级坡度区间内的水体分布最多,以河流和坑塘为主,水库则主要分布在一级坡度范围内。(5)水体的年内变化特征表现为:2000年,丰水期较枯水期水体面积增加1334.25hm~2,水库坑塘占比有所下降,河流占比上升;2010年,丰水期较枯水期水体面积增加1037.03hm~2,水库坑塘占比有所上升,河流占比下降;2020年,丰水期较枯水期水体面积增加1410.62hm~2,水库坑塘占比上升,河流占比有所下降。(6)水体的年间变化特征表现为:2000-2020年,水体面积呈现出先略微减少后显著增加的趋势,丰水期水体面积的涨幅为857.75hm~2,枯水期涨幅为781.38hm~2,中江县、罗江区和绵竹市的水体面积呈上升趋势,中江县涨幅最大,广汉市、旌阳区和什邡市水体面积呈下降趋势,广汉市下降最多。按照水体类型来看,河流水体的面积减少,而水库坑塘面积出现了增加。2000-2010年,枯水期的降幅为201.78hm~2,丰水期的降幅为499hm~2。2010-2020年,枯水期的涨幅为983.16hm~2,丰水期的涨幅为1356.75hm~2。(7)为研究水体面积变化的影响因素,选取年均降雨量、年均温、农业生产总值、渔业生产总值、人口、工企业个数和GDP共7个因子对德阳市水体面积变化展开相关性分析。发现水体面积变化受降雨量影响最大,呈显著的正相关关系,偏相关性系数为0.791,水体面积与人口呈现出一定的负相关关系,得出偏相关性系数为-0.562。近20年来,德阳市降雨量、气温、农业生产总值和GDP对水体面积的增加有促进作用,而人口在一定程度上对水体面积的增加有着抑制作用。(8)通过本文研究为德阳市水资源利用提出建议:加强水资源的保护和节约利用;继续推进河湖生态功能区的保护、建立河湖生态保护带、恢复湿地面积;积极探索推行河长制度以实现水生态环境优化保护;科学实行工农业用水,发展更合理的引水灌溉方式和工业生产工艺。
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