大沽河流域水文要素监测体系建设与实践成果介绍

2023-09-17 理论教育版权反馈

【摘要】：研究河道变迁需要提取河道的特征信息，能否提取出能合理、有效地反映河道变化的特征因素对河道变迁的研究意义重大。同期的更多类似研究采用了遥感及地理信息系统技术。杨娟、王心源等利用不同时相的TM、MSS、SPOT-5及中巴资源卫星影像，用MNDWI指数法及谱间关系法提取了长江安徽段1978—2009年间河道特征信息，并分析研究其演变特点。

河道变迁是指河流在自然条件下，受两岸的土质植被影响，或受人工建筑物的影响所发生的变化，是水流与河床相互作用的结果。在任何一个河段，或任何一个局部地区内，水流受坡降、河床宽窄、河岩地质条件、植被等因素影响都具有不同的流速，具有冲刷河床和挟沙能力，从而使河道发生变化。河道变迁就其形式而言可分为两类：一类是纵向变形，指河道沿流程纵深方向发生的变形，即河床纵剖面的冲淤变化，主要表现为河床下切；另一类是横向变形，也称平面变形，即河床沿着与水流垂直的水平方向发生变形，曲折系数变化从宏观上反映河道的总体横向变形，而洲滩演变则从细节上体现了河道的横向变形情况。这两种演变错综复杂地交织在一起，有时同时发生，有时单独发生，有时左岸冲刷、右岸淤积，还有时右岸冲刷，在左岸形成淤积。

研究河道变迁需要提取河道的特征信息，能否提取出能合理、有效地反映河道变化的特征因素对河道变迁的研究意义重大。部分研究基于实地野外资料来研究河道变化，例如樊自立等（2006）通过对新疆塔里木河的实地考察、历史资料、地形图等数据的分析研究，得到塔里木河自有史料记载以来的河道的主要变迁过程。赵伟敏、李健等（2013）主要从河流阶地方面研究黄河盐锅峡段的河道演化，依照阶地次序推断区域内河流演化的基本阶段和步骤，再辅以研究新生代以来的地层状况，进行了阶地卵石特征的分析来加以证实，论述了区域内黄河河道演化的条件，演化的方向及基本的演化过程。同期的更多类似研究采用了遥感及地理信息系统技术。应用遥感和地理信息系统技术提取河道的特征数据以开展河道及水系演变研究，在国内已经有了很多相关案例，这些案例包括：刘少华（2000）论述了利用3S技术对河道信息的提取方法；黄家柱（1999）应用遥感、地理信息系统和计算机制图技术，建立了近50年来长江河道演变图谱；齐跃明（2003）利用遥感技术对长江安徽段河道历史时期的演变及近50年来的演变进行了分析；钟凯文（2005）利用近30年来的遥感图像和相关地形图，结合GPS技术，对北江下游河岸变迁、洲滩和河道演变进行了研究，并探讨了河道变化和成因。钟凯文、刘万侠等（2006）利用多时相卫星遥感数据和1∶5万地形图分析研究北江下游的河道演变情况，提取的河道特征数据有平均水面宽、过水面积、滩洲面积、曲折系数等，从河道横向变化和纵向变化两个方面研究河道演变。郑明福、张力等（2007）利用多时相、多源遥感卫星影像和航空影像研究汉江中下游（潜江段）河道变迁情况，通过提取河道水体与滩地（边滩或心洲）的界线、河道主泓位置等河道因子来研究河道变迁情况。胡强（2008）利用卫星遥感影像及其他多源数据研究清口地区的河道演变情况，提取了各河段河道的长度、平均宽度、河道面积等因素来反映河道变迁情况。李长安、杨则东等（2008）利用1954—2001年的航卫片遥感信息，对长江皖江段的岸线特征及变化进行了调查和分析，提取分析了河道左、右岸线的长度、曲折度及位置的变化。崔卫国、穆桂金等（2008）利用航空和卫星遥感影像、地形图及相关历史文献资料分析研究了新疆玛纳斯河下游冲积平原河道的演变过程，主要从色调、图案、形状、位置、河道空间展布规律以及与其他地貌景观之间的关系出发，综合分析河道变迁的图形、图像特征和水系特征，得到河道演化的相关信息。边志华（2011）利用多时相和多源卫星遥感影像研究丹江口大坝下游河道变迁情况，提取了河床水面/滩洲面积之比（WS/TI）、主河槽弯度（RR）或主泓线长度、河道摆动幅度等指标，同时结合地面调查，来监测跟踪大坝加高工程前后下游的河道变迁情况。张岳（2013）利用GIS技术，对新安江电站下游河道高程数据进行分析，得到河道变化的趋势，以利于实时监测河道变化。

随着遥感技术的不断发展、卫星传感器覆盖率和精度的不断提高以及图像处理技术、地理信息系统技术的不断改进，探索河道及水系演变研究方法的改进成为热点。方法也向多种数据源、更高效的自动提取或自动提取与目视解译相结合发展。例如利用目视解译、多源数据融合来提取河道信息的案例包括：边志华（2011）利用SPOT 影像和不同时相的TM 影响融合，根据河道在遥感影像上的光谱响应特征，用目视解译的方法提取河道信息；钟凯文、刘万侠（2006）等利用北江下游河段的1975—2011 年的TM 和MSS 影像数据，在ArcInfo软件中目视解译生成河道矢量文件，进一步提出河道特征因子；郑明福、张力等（2007）利用多时相、多源遥感卫星影像和航空影像研究汉江中下游（潜江段）河道变迁情况，根据遥感影像各波段对各种地物的光谱特性，根据河道的光谱特征、空间特征和时间特征建立河道的影像判读标志，进行河道特征提取。

基于多源遥感数据、尝试结合自动提取和人工解译相结合的案例包括：胡强（2008）基于TM、MSS、SPOT 及航空卫星影像，利用谱间分析法、水体指数法和人机交互矢量化方法，根据河道在不同影像上的光谱响应特点提取河道信息。干嘉元、王荣华等（2007）利用航空遥感图像研究进行河道自动提取的方法，通过分析在遥感图像中河道的光谱特征和形态特征，提出从X 和Y两个方向分别提取遥感图像中河道形态特征的方法，并证明该方法在周围线性地物较少的情况下效果良好。杨娟、王心源等（2011）利用不同时相的TM、MSS、SPOT-5及中巴资源卫星影像，用MNDWI指数法及谱间关系法提取了长江安徽段1978—2009年间河道特征信息，并分析研究其演变特点。林强、陈一梅等（2008）利用厦门湾地区陆地卫星Landsat-7 ETM+影像，通过阈值法、谱间关系法和MNDWI指数法提取水体信息，并提出从提取精度定量评价上看，MNDWI指数法最高，阈值法次之，谱间关系法最差。赵福强、杨国范等（2014）利用环境减灾小卫星30m 的遥感影像，选取研究区内2012年3—10月间10个时相的遥感影像，利用二维经验模态分解（EMD）对研究区的NDVI时间序列进行分解与重组，通过分别使用极大似然法分类器、EMD-极大似然法分类器、神经网络分类器、EMD-神经网络分类器对研究区域分类提取浅水河道，表明经过二维EMD 分解后的提取效果明显优于对应的传统分类器。国外相关的研究较少，主要集中在人类建设对于河道的影响及河道提取的方法方面，例如Archana Sarkar等（2012）利用1990—2008年间不同时相的遥感数据，基于GIS提取分析了印度布拉马普特拉河的河道变迁情况。Amy E.Draut等（2011）利用多时相的航摄影像及相关数据，分析研究了修建大坝对华盛顿艾尔瓦河河道变迁的影响。近两年基于新型遥感数据源和遥感平台的新方法的案例包括：Claude Flener等（2013）提出利用移动Lidar和无人航空摄影测量方法获取DTM 用于提取河道和河漫滩； pagenumber_ebook=29,pagenumber_book=22 nci Güneralp 等（2014）提出基于被动遥感高空间分辨率数据利用面向对象的方法结合植被和水体指数提取河道、水体特征。

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