滦河流域水系水体要素提取及其发展变化趋势分析

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年08月12日

  滦河道域水系水体要素提取及其成长变化趋向阐发_天文/地舆_天然科学_专业材料。滦河道域水系水体要素提取及其成长变化趋向阐发 丁志雄 白音包力皋 摘要:为清晰地反映和揭示近几十年来我国北方持续干旱过程影响下的滦河道域水系 水体要素成长的变化, 为滦河道域的水资本庇护和水情况管理等

  滦河道域水系水体要素提取及其成长变化趋向阐发 丁志雄 白音包力皋 摘要:为清晰地反映和揭示近几十年来我国北方持续干旱过程影响下的滦河道域水系 水体要素成长的变化, 为滦河道域的水资本庇护和水情况管理等供给无力的证据, 操纵近30 多年来的长系列、 多时相的遥感数据提取滦河道域响应分歧时间的水体要素形态, 并操纵地 理空间阐发手艺阐发其成长变化趋向。 成果显示, 滦河道域的地形地貌确定了流域水系要素 的发育纪律; 滦河道域上游区近30年来的遥感影像揭示了泡子、 淖尔等湖泊水域面积朝减小 的趋向成长,并有部门泡子、淖尔等已处于干涸消亡形态;滦河下流河流及河滩近20年来的 遥感影像对比阐发表白,滦河下流河流已近乎断流,河滩地具有被开垦开辟的现象。因而, 长系列多时相的遥感手艺和地舆空间阐发手艺可以或许很好地揭示和反映流域水体要素的成长 变化趋向,对于流域的水办理具有很是主要的参考价值。 环节词:长系列多时相遥感;空间阐发手艺;滦河道域;水系水体要素 中图分类号:P332;TP79 文献标识码:A Features extraction and change trends analysis of stream and water in Luan River basin DING Zhi-xiong1,BAIYING Bao-ligao2 Abstract : Because of a continuing drought and rapidly development of the industry and agriculture in the Luan River Basin (LRB) in the recent decades, some serious problems of water resources and water environment have come up in this area. In order to reveal the changes of the stream and water features in this basin clearly and provide a strong evidence for the water resources protection and water environment treatment , multi-temporal and long series remote sensing data are used to extract the stream and water features of LRB and a geospatial-analyzing technique is used to study the change trends. The results are: (1) the topography of the LRB determines the development rules of the drainage network features; (2)the last three decades of remote sensing images reflect the decreasing trend of the lake’s water area in the upper part of LRB,and some lakes are disappearing; (3) through comparing and analyzing the remote sensing images of the past two decades,it is found that the lower reaches of the Luan River are almost close to the status of drying up ,and part of its flood plain have been cultivated or occupied. The multi-temporal and long series remote sensing images and geospatial-analyzing technique can be used to reveal the changes of the water features in a basin , and can be used to provide an important reference for the water management in a basin. Key words:Multi-temporal and long series remote sensing;geospatial-analyzing technique;Luan River basin;stream and water feature 1 研究布景 自20世纪70年代以来,我国北方地域出格是华北地域不断处于持久的干旱过程[1] , 降水量偏少,导致河湖水库水量削减以至干涸。再加上近几十年来经济社会的快速成长,工 农业、 糊口等取用水量增加较快, 大大都位于河流上的蓄水工程—水库也是尽可能拦蓄更多 的水量以满足工农业、糊口出产的用水,导致河流下泄水量不足,河流干涸、淤积严峻,而 工农业、糊口出产发生的废水、污水排入干涸的河流中,无河道水量的冲涮和稀释,河流遭 受污染的情况问题也非常凸起[2] 。如位于海河道域的白洋淀,近年来水域面积大为削减, 而且水体污染严峻;永定河道域、滦河道域等中下流河流常年干涸,河床沙化、淤积严峻, 河流成为了次要纳污滞污的处所,河流污染问题很是严峻。北方这些河道、湖泊等的一系列 问题曾经惹起相关部分的高度注重, 曾经或者正在开展相关的系列研究, 以摸索寻求处理这 些问题的方式和路子。 本文以滦河道域为例,操纵遥感等地舆空间消息手艺,精确提取滦河道域内的水系流 域等水文要素,操纵多年汗青存档遥感影像材料,提取阐发滦河道域上游多个泡子、淖尔等 湖泊水体的比来30年来的情况, 揭示和反映流域水体要素的成长变化趋向, 并阐发滦河下流 河流的变化。为滦河道域的防洪、治污等河流分析管理工作供给成心义的参考消息。 2 研究区域概况 2.1 流域概况 滦河是华北地域第二大零丁入海的河道,发源于河北省丰宁满族自治县西北的巴彦古 尔图山北麓,流入内蒙古自治区(称闪电河) ,在多伦县附近,有上都河注入称大滦河,经 两度盘曲,转回河北省,在郭家屯附近汇小滦河后称滦河。中游穿行于燕山山地,在承德地 区先后汇兴洲河、伊逊河、武烈河、鹦鹉河(热河) 、柳河、瀑河等主流,在喜峰口穿过长 城。下流汇青龙河,最初在乐亭县、昌黎县间分成几道细流,颠末宽约50km 的三角洲注入 渤海湾[3] 。滦河全长885km,干流呈东南向,横穿燕山和冀东平原,流域面积5.44万 km2。 流域范畴见图1所示。 流域多年平均降水量540mm,年径流总量47.9亿 m3,相当于海河道域年径流量的1/5。 流域水量分布不均,以燕山顶风坡最多,年径流深可达250mm;南部平原区降至75mm;北部 则降至10mm 以下[3] 。流量的季候变化也大,因夏日多暴雨,6—9月径流量可占年径流量 3/4,最大月8月份可占全年径流量的1/4 至1/3。冬季河道封冻期较长;春季冰雪融化构成 春汛。滦县水文站年均含沙量4.73kg/m3,年输沙量约2 210万 t,次要来自主流武烈河、伊 逊河[4] 。滦河及其主流上已建成庙宫、潘家口、大黑汀和桃林口等4座大型水库,总库容 量约43亿 m3,通过这些水库拦蓄洪水,发电灌溉,为流域内及天津、秦皇岛等主要城市的 工农业、糊口出产成长供给供水包管[5] 。 2.2 流域面对的问题 (1)河流断流,泥沙淤积。因为上游引水过度,滦河下流近10年来经常断流,得到了 水流的冲刷,泥沙敏捷淤积,河床曾经敏捷抬升,一旦呈现较大洪水,必定障碍泄洪,形成 庞大风险。 (2)河道污染。滦河在唐山市境内全长207km,是滦河污染较为严峻的河段。该河段 流经迁西、迁安、滦县、滦南和乐亭5县(市) ,途中有清河、长河、青龙河等8条较大河道 汇入, 在滦县的岩山渠首分支, 向东经乐亭县间接入海的老滦河, 一般滦河的下流指老滦河; 向南流经滦南县进入灌区的为新滦河。因该河段水质污染,导致沿岸23个村4 000余眼浅层 水井有异味,各项化学物质严峻超标[6] 。 阐发滦河污染严峻缘由,次要有三条:一是自上游扶植潘家口、大黑汀两洪流库以来, 下流滦县站年径流量从4.41亿 m3降到1.50亿 m3,枯水期流量更小;再加上滦河主流青龙河 桃林口水库的建成,每年又削减水量0.39亿 m3,如许滦河全年除汛期和插秧季候能采取上 游水库补水外,其它时间内根基没有几多水流冲刷河流,河道得到了自净能力,现实上在枯 水季候曾经成为一条排污河。二是大量工业废水排入滦河是形成滦河污染严峻的次要缘由, 特别是造纸行业每年排放3.407亿 t 造纸废水, 占工业废水排放总量的56.7%, 排放化学耗氧 量67 200t,占化学耗氧量排放总量的94.7%;还有选矿行业,沿岸近百座小洗选矿厂废水排 放量占总排放量的28.7%。三是迁安、迁西、滦县的城镇糊口污水间接排入滦河,年排放量1 亿 t 摆布,也是形成滦河污染的次要缘由之一[6] 。 3 基于 DEM 的流域水系提取及坡度坡向阐发 3.1 流域水系提取 滦河道域下流水系河网发财,主流沟渠犬牙交错,零丁操纵地形数据提取河网水系会 发生误提的成果, 因而, 本文考虑操纵近年高分辩率的遥感影像数据识别滦河道域下流平原 区的次要河渠分布,在此根本上,再操纵地形(DEM)数据主动提取识别整个滦河道域水系 的水文要素。 在高分辩率遥感影像上能够比力直观地识别较大的河渠,用于滦河道域河渠提取的高 分辩率遥感影像是2010年 Image Earth 的影像数据,分辩率为2.5m,河渠在该影像上表示为 暗蓝色,共识别提取了新陡河、陡河、沙河、双龙河、青龙河、新滦河、青河、大青河、饮 马河和洋河等10多条河道。 为了包管平原区河道水系主动提取的准确性,将在高分辩遥感影像上提取精确的河渠 消息用 Agree 法烧制(DEM Reconditioning)到 DEM 上,然后从“填洼”处置起头,不断到 流域水系提取,获得整个流域的水系收集和子流域分布,如图2所示。 通过地形主动提取的滦河道域面积为 55 306km2 ,与凡是文献上看到的流域面积 54 400km2有所收支。 但因为这是通过地形由计较机主动判别流域的分水岭, 该当说所提取的流 域面积更为客观和精确。主动提取的滦河河长为920km,与已有文献的滦河河长885km 也有 不同,本文因为主动提取的河长是客观地从流域分水岭到河道入海口提取的最长水流路径, 因而更能反映线 坡度坡向阐发 坡度(Slope)是指程度面与局部地表之间夹角,暗示了地概况在该点的倾斜程度。由 DEM 计较的每个像元坡度是从该像元到与其相邻的像元标的目的上的最大变化率来计较坡度。 用 高程跟着像元与其相邻的8个像元之间距离的变化而发生的最大变化率来识别该像元的最陡 坡降。 坡向(Aspect)是指坡面法线在程度面上的正北标的目的的夹角,暗示高度变化率最大值 的标的目的, 与坡度是逐个对应的关系。 坡向影响着地面光热资本等分派, 决定地表径流的流向, 是影响地舆景观的主要因子之一。 坡向为拟合平面的法线在程度面上投影的方位角, 取值范 围为0~360°, 按22.5°的方位角间隔由正北顺时针划分, 共分为8个方位, 别离为北、 东北、 东、东南、南、西南、西、西北。平地的栅格在输出的坡向主题中被赋值为-1。 提取计较的滦河道域的坡度分布如图3所示。由图3可见,滦河道域坡度在15度以上的 区域次要位于滦河道域的中部。 在流域的上部高原沙漠戈壁区和下部平原区大部门坡度均小 于5度。提取计较的滦河道域的坡向分布如图4所示。由图4可见,滦河道域坡向以东、东南、 南、西南、西向坡为主、纯北向坡较少,此中在流域下部的沿海区还有部门无坡度坡向的水 平区域。 4 滦河道域上游泡子、淖尔等湖泊水体近30年来的成长变化趋向阐发 4.1 滦河道域上游区泡子、淖尔等湖泊的数量及其分布 按照2000年遥感解译材料滦河道域上游区较大泡子、淖尔等湖泊的数量约有17个,主 要分布在滦河上游的一些主流上(见图5) ,此中闪电河的上游次要分布有库伦淖尔、水泉淖 尔和公鸡淖尔等;慧温郭勒河的上游次要分布有伊和浩来图淖日、巴嘎浩力求诺尔、果日邦 沼特我苏、扎嘎苏台淖日、洪图诺尔、巴嘎淖日、巴彦诺日、哈根诺尔和达古图淖日等;土 力根河的上游次要分布有扣根泡子、黄花泡子、大泡子、双泡子和六号泡子等。 4.2 泡子、淖尔等湖泊水体近30 年来的变化趋向 操纵近30年来的汗青存档遥感数据阐发滦河上游区泡子、淖尔等湖泊水体近30年来的 成长变化趋向, 共收集了从1975—2012年共12个年次的遥感影像数据, 遥感数据的时间大都 选择在5—9月份成像时间较好的时间段, 水体植被等地物反映较着, 具有季候上对比的分歧 性。具体遥感数据的时间及影像类型如表1所示。 通过对遥感影像的几何精改正,图像水体的加强及滤波,通过计较机主动解译辅以人 工校正,提取获得滦河上游泡子、淖尔等湖泊水体的水面面积。统计阐发获得滦河上游区泡 子、 淖尔等湖泊水体12个年次总水面面积变化过程, 并与离这些湖泊比来的位于多伦县的水 文站点近30年来年降水量的变化过程进行对比阐发(见图6) 。由图6可见,滦河上游区泡子、 淖尔等的湖泊总面积从1975—2000年总体趋向处于一个迟缓增加的过程,但从2000年当前, 滦河上游区泡子、淖尔等的湖泊总面积处于削减的成长变化趋向,到2012 年,湖泊总面积 从2000 年的32.22km2 曾经削减为21.41km2, 湖泊总面积削减十多平方公里。 总体变化趋向 与近十几年来的降水量削减分歧,但因为泡子、淖尔等湖泊水域受工农业、糊口出产等取水 的影响,在局部又与降水的变化有不同。 4.3 水域面积发生显著变化的泡子、淖尔 从近30年来12个年次的遥感影像上游区泡子、淖尔等湖泊水体提取成果看,水面面积 发生典型变化的次要有闪电河上游的公鸡淖尔;土力根河上游的黄花泡子等。 从1975—2012年对闪电河上游的公鸡淖尔的遥感影像水体提取成果看(见图7) ,公鸡 淖尔的水域面积从20世纪80年代初的近4km2不断呈下降趋向,到2007年当前水域范畴消逝, 即公鸡淖尔2007年当前根基干涸。 从1975—2012年对土力根河上游的黄花泡子的遥感影像水体提取成果看(见图8) ,黄 花泡子从1975—2004年不断呈快速下降趋向,从1975年的0.17km2到2004年当前水域面积已 变为零,即该泡子已干涸消逝。 5 滦河下流河流及河滩变化阐发 为了阐发滦河下流河流及河滩近20年来的变化环境,选择1990年和2010年两个期间的 遥感影像进行对比阐发, 范畴为滦河的滦县以下到滦河的入海口, 两个期间的遥感图像如图 9、图10所示。 从两图对比可见,全体上滦河下流河流变化不大,但河流中的水量1990年比2010年要 大。1990年影像反映滦河下流滦县以下河流并未断流、仍有水量下泄,但到2010年影像滦河 下流河流几乎已干涸、河流淤积严峻、河流几乎完全变为河滩地。 从两图中1-1、2-2、3-3三个断面位置的遥感影像对比看,2010年滦河下流河流滩地比 1990年已变窄,部门河流滩地已成为农田或为植被笼盖、滦河上游来水变小、导致下流河流 几乎断流,河滩地侵犯较严峻。从1-1断面看,1990年河流宽度约为600m,此中有水面的河 宽约380m,2010年时河流宽度约为250m, 已无河流水面, 全变为河滩地; 从2-2断面看,1990 年河流宽度约为2 450m,此中有水面的河宽约400m,2010年时河流宽度约为1 100m,此中河 道水面宽度约90m, 比拟于1990年, 在该断面有近1 300m 宽的河滩地已开垦为庄稼地或林地; 在3-3断面,1990年河流宽度约为1 700m,此中有水面的河宽约410m,2010年时河流宽度约 为810m,此中河流水面宽度约200m,比拟于1990年,在该断面有近900m 宽的河滩地已开垦 为庄稼地或林地。因而,从这3个断面临比阐发看,因为滦河下流河流近乎断流,河滩地存 在被开垦和开辟的现象。 6 结语 本文从遥感和地舆空间阐发的角度提取阐发了滦河道域的水系水体等要素,从一个方 面反映了滦河道域近几十年来这些要素的成长变化。 滦河道域的地形地貌确定了流域水系要 素的发育纪律, 因而基于 DEM 提取的流域水系是客观和精确的; 滦河道域上游区近30年来的 遥感影像揭示了泡子、 淖尔等湖泊水体要素的成长变化趋向, 与近几十年来响应地域的降水 量对比看,其具有必然的相关性,但不完全受降水要素的影响。滦河道域上游区泡子、淖尔 等湖泊水体的总体变化趋向是水域面积朝减小的趋向成长, 而且有部门泡子、 淖尔等已处于 干涸消亡形态。 从滦河下流河流及河滩近20年来的遥感影像对比看, 滦河下流河流水量急剧 削减、近乎干涸,河流淤积、沙化严峻,而且大量河滩地已开垦为庄稼地或林地等,满足河 流健康的水生态情况等曾经得不到包管, 势必惹起河流排污不力、 泄洪不畅等相关方面的问 题,给滦河下流河流两岸居民的糊口、出产等形成严峻的风险。 当前滦河道域所面对的问题是我国北方地域大部门河道所处的现状,河流断流、河床 沙化、淤积严峻,更有开垦、侵犯河滩地,河流成了排污、滞污的场合,所有这些问题不只 仅与天气前提相关、 更是与人类勾当及其经济社会的快速成长慎密相连。 为了经济的成长而 牺牲河道的生态情况健康是得不偿失的, 对于人类赖以保存的地球, 河道犹如其身上输送血 液的血管,一旦这些血管、淤积、堵塞或无水可流,势必导致很是严峻的后果。因而加速北 方河道的分析管理、规范无序的开垦、恰当限制过度的开辟、留意开源节省,包管河道健康 的生态情况用水,才是经济社会可持续成长的根基包管。 参考文献: [ 1 ] 罗健, 郝振纯. 我国北方干旱的时空分布特征阐发 [J] . 河海大学学报, 2001, 9(4) :61-66 . 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