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1、曲靖市主要水源地水域面积时空变化及其响应机制研究摘 要 通过量化分析，揭示曲靖的湖泊或水库资源的分布状况及变化特征，找出曲靖的湖泊或水库变化的根本原因，为曲靖水资源的保护及利用提供理论依据。选取了1988、1996、2003、2009、2017共五年TM/OLI遥感影像，选取了NDWI法和MNDWI法，对曲靖市主要水源地水域面积信息进行了提取。19882017年间，主要水源地水域面积呈现出波动上升的趋势，主要水源地水域面积年变化趋势表现为“上升-下降-上升-下降”的“M”型波动增加。年降水量的变化、地下水的补给、气温、除险加固工程、生态投资的增加等综合影响了曲靖市主要水源地水域面积的变化。关键
2、词：水体提取；曲靖市；时空变化Temporal and Spatial Changes of Water Area and Its Response Mechanism of Main Water Source Areas in Qujing CityAbstractThrough quantitative analysis, this paper reveals the distribution and change characteristics of the lake or reservoir resources in Qujing, and finds out the fundamen
3、tal reasons for the change of the lake or reservoir in Qujing, which provides theoretical basis for the protection and utilization of the water resources in Qujing. TM/OLI remote sensing images of 1988, 1996, 2003, 2009 and 2017 were selected. NDWI and MNDWI methods were selected to extract water ar
4、ea information of main water sources in Qujing City. From 1988 to 2017, the water area of the main water sources showed an upward trend of fluctuation, and the annual variation trend of the water area of the main water sources showed an increase of M type fluctuation of rising-falling-rising-falling
5、. The changes of annual precipitation, groundwater recharge, air temperature, reinforcement projects, and the increase of ecological investment have a comprehensive impact on the changes of water area of the main water sources in Qujing City.Key words: water body extraction；Qujing City；spatialII目录1引
6、言11.1研究区概况11.2研究背景及意义11.3研究方法12文献综述22.1国外研究现状22.2国内研究现状23数据来源与处理33.1数据获取33.2技术路线33.3遥感影像水域信息提取43.3.1水体信息提取方法43.3.2水体信息提取44结果与分析64.1曲靖市主要水源地29年水域面积时空变化分析64.1.1曲靖市主要水源地29年水域面积时间变化分析64.1.2曲靖市主要水源地29年水域面积空间变化分析74.2曲靖市主要水源地29年水域面积变化驱动力分析84.2.1自然因素84.2.2人为因素95结论10参考文献11致谢121引言1.1研究区概况曲靖市位于云南省东部，地处珠江源头，属长江
7、、珠江两大水系分水岭地带，为云南、广西、贵州三省交界处，自古以来为内地入滇之重要窗口，该区域介于10303E 10450E、2419N 2703N之间。区域内山岭河谷相间分布，地质构造复杂，地层发育较为齐全，碳酸盐面积广布。气候类型主要为亚热带高原季风气候，“夏无酷暑、冬无严寒”，年平均气温为14.5左右，年平均降水量为1000mm左右。1.2研究背景及意义水资源问题是当前普遍制约我国城市可持续发展的“瓶颈”问题之一。随着城市化进程的加快，城市工业化、现代化水平的提高，城市数量的增加和规模的不断扩大，城市水资源的供需矛盾已十分突出，并由此产生许多新的问题。曲靖市未来建设将围绕以麒沾马一体化为核
8、心，构建“一核多点”的城市空间结构。对曲靖市主要水源地水域面积时空变化及其响应机制进行研究，可以使我们对曲靖市水资源有更清晰的认识，为政府进行曲靖市城市建设提供相应的依据。对曲靖市主要水源地水域面积时空变化及其响应机制进行研究，可揭示曲靖市的湖泊或水库资源的分布状况及变化特征，为曲靖市水资源的保护及利用提供理论依据。因此，对曲靖市主要水源地水域面积时空变化进行研究，有利于缓解曲靖市“资源型”缺水问题。水资源的可持续发展发展作为实现可持续发展的重要一环，对其进行研究有着极强的现实意义。1.3研究方法1） 基于曲靖市主要水源地的卫星影像资料，运用ENVI和ArcGIS分别提取水体信息和统计水域面积
9、，并分析主要水源地水域面积变化的趋势，详细说明各个时间段的变化情况。2） 基于曲靖市主要水源地的水域面积统计数据，将主要水源地分为若干个区域，对区域水域面积变化进行横向对比，划分出变化最大区域和最小区域，并对区域水域面积变化做出详细说明。3）根据自然因素和人为因素两大方面，分析影响曲靖市主要水源地水域面积变化的驱动力因素。2文献综述2.1国外研究现状人们对水域面积变化已有很长的研究历史，可将遥感技术的诞生作为时间节点分为传统阶段和新技术阶段。在传统阶段，受技术条件的影响，关于水域面积变化的研究成果极少。新技术阶段，遥感技术诞生，将人类对地球表层的理解推 进到一个新的阶段，同时也给大范围的、全面
10、深入的 水域调查带来便利。与传统的调查方法相比，遥感技术具有覆盖面广、宏观性强、快速、多时相、丰富的综合信息等特点，它能及时快速地识别水体，监测水体动态变化，已成为水体研究的重要手段之一1。1960年美国发射TIROS-1和NOAA-1太阳同步气象卫星，标志着人类从空间长期观测地球进入了新的纪元。随着遥感技术的改进，遥感应用的深入，遥感专题信息的提取方法也在不断地改进，经历了目视解译、自动分类、光谱特性的信息提取及光谱与空间特征的专题信息提取等多个阶段2。随着信息提取方法的改进，对水域面积变化的研究也愈来愈深入，人们逐渐开始思考水域面积变化的响应机制。2.2国内研究现状关于水域变化的研究，水域
11、面积变化是其研究的重点。目前,关于水域面积变化的研究主要集中于水域面积变化监测、水域面积变化及影响因素分析以及水域面积提取方法研究。吴川,张玉龙,许秀贞,张全发做了基于Landset TM/ETM和HJ-1A/B影像的丹江口水库水域变化监测研究3. 王军,温兴平,张丽娟,周杨做了基于遥感技术的滇池水域面积变化监测研究4。徐德增做了基于高分辨率遥感影像的大伙房水库水域面积变化监测5。常利,裴亮做了丹江口水库面积季节变化遥感监测6。以上应用遥感技术，对我国重要水域进行了水域面积变化监测研究。刘新,何隆华,周驰做了长江中下游近30年来湖泊的水域面积变化研究7。马振刚,李黎黎,张利雅做了1978年20
12、13年官厅水库水域面积变化及相关因素分析8。马建威,黄诗峰,许宗男做了基于遥感的19732015年武汉市湖泊水域面积动态监测与分析研究9。以上对我国重要水域面积变化做出研究，并对影响水域面积变化因素进行探讨，从空间尺度、时间尺度以及不同的要素对水域面积变化及影响因素做出了研究。徐燕做了基于RS/GIS技术的水域面积提取分析10。李文波,于春颖,张秋文,曹波做了基于归一化水体指数的水域面积估算研究11。周杨,温兴平,张丽娟,王军做了基于遥感技术的洱海水域面积提取方法研究12。以上对水域面积提取方法进行研究，提出了基于归一化水体指数的水域面积估算等多种方法。近些年来，人们也逐渐开始关心重要变化的响
13、应机制研究13。3数据来源与处理3.1数据获取本文选用Landsat TM/OLI遥感影像（以下简称TM/OLI影像；地理空间数据云网站免费下载）作为研究数据。对比研究区域各年遥感影像效果和分析主要水源地分布后，选取了1988、1996、2003、2009、2017共五年的遥感影像用于分析曲靖市主要水源地水域面积时空变化。利用云南省统计年鉴中与曲靖市相关的生产总值、总人口、年平均降水量等数据分析水域面积变化的影响因素。3.2技术路线研究所用的技术路线如图1所示。首先利用ENVI对获取的所有原始遥感影像进行预处理，TM/OLI影像预处理包括辐射定标、快速大气校正、图像融合（TM影像不做图像融合处
14、理）；其次根据遥感影像的不同选用适当的水体提取方法进行水体信息提取；最后利用ArcGIS统计各水源地水域面积。图1影像处理分析技术路线图Fig.1 Image processing analysis technology roadmap3.3遥感影像水域信息提取3.3.1水体信息提取方法目前常用的水体信息提取方法有归一化差异水体指数（NDWI）、改进的归一化水体指数（MNDWI）、单波段阈值法等。1）归一化差异水体指数（NDWI）法是由McFeeters在1996年提出的，该方法是基于近红外波段和绿波段的归一化比值指数，用于提取遥感影像中的水体信息，如用于提取背景中有较多建筑物的水体，其效果较
15、差。其公式如下：NDWI=Green-NIRGreen+NIR（1）式中，(Green)为绿波段反射率（TM:Band2，OLI：Band3），（NIR）为近红外波段反射率（TM:Band4，OLI:Band5）。2）改进的归一化差异水体指数（MNDWI）法对NDWI的缺陷进行了一定的修正，其公式为：MNDWI=Green-MIRGreen+MIR（2）式中，(Green)为绿波段反射率（TM:Band2，OLI：Band3），（MIR）为中红外波段反射率（TM:Band5，OLI:Band6）。3）单波段阈值法主要是利用背景陆地和水体的界线在中红外波段处相反的特性，确定阈值后进行水体信息的提取。3.3.2水体信息提取在本文中，研究区域受建筑物干扰较小，通过比较分析后，确定TM影像进行水体信息提取时选用归一化差异水体指数（NDWI）法，OLI影像选用改进的归一化差异水体指数（MNDWI）法。曲靖市主要水源地水域面积变化情况如图2和表1所示。跃进水库花山水库毛家村水库黄草坪水库上西山水库独木水库西河水库潇湘水库偏桥水库图2曲靖市主要水源地水域面积变化图Fig.2 Water Area C
