【摘 要】
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长江中下游城陵矶至大通河段的河岸带区域,因其生态、环境、人文等方面的功能,越来越受到重视,而长江的河势不稳则会破坏河岸带生态环境的稳定。同时长江中下游作为黄金水道,具有很好的航运条件,而其中的城陵矶至大通河段更是处于黄金水道的黄金段位置。无论是长江黄金水道的建设问题,还是保护生态环境方面,河势稳定都是重中之重。长江中下游城陵矶至大通河段受到自然和人为因素的影响,河道内水沙情况不稳定,滩洲变化频繁,
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长江中下游城陵矶至大通河段的河岸带区域,因其生态、环境、人文等方面的功能,越来越受到重视,而长江的河势不稳则会破坏河岸带生态环境的稳定。同时长江中下游作为黄金水道,具有很好的航运条件,而其中的城陵矶至大通河段更是处于黄金水道的黄金段位置。无论是长江黄金水道的建设问题,还是保护生态环境方面,河势稳定都是重中之重。长江中下游城陵矶至大通河段受到自然和人为因素的影响,河道内水沙情况不稳定,滩洲变化频繁,河岸崩塌严重,对防洪安全造成威胁,影响沿岸国民经济设施的运作,研究河道演变规律和演变内在机理,不仅有利于航道整治,还可以为岸线资源利用,防洪安全以及河道治理等方面提供参考和理论依据。河道监测的常规方法无论是在动态还是宏观研究方面,都难以进行分析,而遥感（Remote Sensing,RS）和地理信息系统（Geographic Information System,GIS）等空间信息技术可以提供实时、准确、大范围的遥感卫星影像,可以进行高科技监测和信息处理,弥补了常规方法的不足。本文主要以1989-2019年共21景Landsat遥感影像为主要数据源,利用遥感信息提取法,对研究区内水体、河岸线和江心洲进行提取和解译,采用GIS叠加分析及数字海岸线分析系统研究了河道的形态演变特征,并辅以水文数据、气象数据,利用Mann-Kendall趋势检验和K-Means聚类研究河道演变的机理以及驱动力。本次研究主要开展工作如下:（1）本文利用改进的归一化差异水体指数（MNDWI）对河道岸线及江心洲进行提取。MNDWI能够发现水体的微小特征且能够将易于混淆的阴影和水体区分开来,从而解决了提取水体时阴影去除的难题。将提取结果与目视解译结果对比发现虽然存在一些错分和漏分,但整体提取效果比较好,与影像套合程度高。（2）为了定量分析河道演变的特征,本文利用GIS叠加分析方法及数字海岸线系统提取了1989-2019年岸线摆动率、河道侧向侵蚀/加积面积、江心洲面积变化率参数,同时根据水文年鉴统计得到河道滩槽量参数。计算结果表明1989-2019年间左岸岸线平均摆动速率为9.3m/y,右岸岸线平均摆动速率为7.1m/y,河道岸线整体处于平衡状态;河道侧向总侵蚀面积为202.11km~2,总加积面积为191.94km~2,河岸横向冲淤变化不明显;大部分江心洲在近年来一直受到冲刷,面积减少;河道滩槽冲淤在2003年之前表现为淤积,淤积量约5.53亿m~3,2003之后变现为冲刷,冲刷量约12.78亿m~3,河道纵向演变由原来淤积状态变为冲刷状态。（3）本文利用K-Means聚类、像元二分法、水文数据统计分析了三峡大坝、河道采砂、边界条件、河岸两侧植被覆盖度以及流域暴雨洪水方面对河道演变产生的影响。统计宜昌、汉口、大通水文站的泥沙年中数粒径数据和大通站采砂数据,发现三峡大坝蓄水以及采砂使得河道内江心洲和河床受到冲刷。基于1989年、2009年以及2019年的遥感影像,利用像元二分法提取了河道两侧5km范围内的植被覆盖度数据,中高覆盖度、高覆盖度植被覆盖面积所占比例增加,增强了河岸稳固性。此外利用K-Means聚类对降水进行聚类分析,九江河段为洪灾敏感区,平均降水量达1631mm,该区域河道演变频繁。河岸两侧存在天然节点,并且实施了一系列护岸工程,大大加强了河岸的稳定性和抗冲性,限制了河道横向变形的范围与幅度。（4）本文利用Mann-Kendall趋势检验及突变检测分析2000-2018年河道内径流量和输沙量数据变化趋势,并利用累积量斜率变化率分析法对其变化原因进行分析。Mann-Kendall趋势检验及突变检测结果表明,汉口、大通水文站的年均径流量Z值分别为-0.1622、0.2920,未通过0.1的显著性检验,说明变化趋势不明显;汉口、大通水文站的年均输沙量Z值分别为-3.4066、-3.0173,通过0.1的显著性检验,说明下降趋势明显。累积量斜率变化率分析法的结果表明,降水因素对径流量的变化影响较大,贡献率为101.7%,人为活动因素对输沙量的变化影响较大,贡献率为86.99%,根据河道水沙变化趋势以及变化原因对河道演变进行了预测。
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