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1、第4卷第2期1992年6月湖泊科学 JOUR N ALOFLAK ESCIENCESVol.4,No.2June,1992遥感技术在古丹阳湖演变研究中的应用戴锦芳赵锐(中国科学院南京地理与湖泊研究所.南京2功。08)提要运 用适合于湖泊演变研究的遥感图像处理方法.从遥感图像 的色调、结枪坟理入手,探讨了不同湖泊演变类型的遥感影像特征和差异性并结合多种历史图件与资料,阐述了古丹阳湖演变的规律,其结果对研究我国东部平原 地区湖泊的形成 及演变 规律有积极意义。关键词湖泊演变围湖垦殖遥感图像 处理一、区域概况与遥感信息简介古丹 阳湖地 处 苏皖交界处的水阳江、青弋江 下游河口三角洲地区,是古代长江
2、下游的一个较大湖泊,在其形成 初期,是长 江 之滨 一烟 波浩渺之巨浸,总 面积 约413k 0m“。长期以来,由于上游携带大量泥 沙入湖并 不断淤积,水阳江、青弋江入湖三角洲逐 渐形成并不断发展,原湖盆逐渐被淤浅,并分解成 多个大小不等的湖泊。石臼湖、丹阳湖、固城湖、南漪湖就是诸多湖泊中的 几个较大的湖泊。如今,虽然其大部分水域已由水变陆,但在该流域的遥感图像上,仍 然可以辨析出原有湖泊的历 史痕迹。运用 多时相遥感图像,结合历史资料,研究古丹阳湖的形成及演变,对于研究我国东 部平原地区的湖泊的形成 及演变规律有着积极的意义.遥感资料的选择是根据湖泊演变研究的 需要而 确 定的。为 了反映不
3、 同年代和不 同季节的水体变化、土壤湿度和 植被状 况,同时考虑卫星地 面接收站提供资料 的可 能性,选择197 7年4月2 1日、197 9年6月1 3日、1 980年7月7日和1985年4月24日的遥 感 图像作为基本资料。另外.选择1:50 0。基本比例尺地形 图、地 方 志中的古地图以及有关文字记载作为辅助资料。对选择的4个 不同 时期的多 时相遥感资料,针对湖泊演变研究 的 需要,进行了光学与计算机 图像处理。结果表明,MS S4、5、7波段组合并配以蓝、绿、红色 滤色片合成处理 的图像较适合于湖泊动态演变研究。这种 组合能较好地反 映湖泊的水陆界 限、河 流 水系的结构、湖滩地的发
4、育状 况、地下水 的深 浅、自然植被和 人工植被的生长 状况,以及湖泊围垦的现状。本文得到的窦鸿身副研究员的带助,特致谢意。宾鸿身、汪宪柜.固城湖的历史演变.地理 文集(7 ),1983。68栩伯科4卷图1古丹阳湖的范围Fig.1T her angeofPanla eo一D anYa昭L akeTM 图像不仅分 辨率高,而且波长范 围宽。在 湖泊演 变研究中,除了进行 类似于MSS4、5、7波段的传统的假彩色合成(TMZ、3、4)外,还进行TTM3、4、5波段的黄、品、青组合。这种组合接近于自然彩色,其中一个可见光波段用以表现研究区域的植被覆盖和植物叶绿素的吸收;一个近红外波段用来表现水体边缘
5、和生物量测定;一个中红外波段用于测定植物土壤的含水量,以区分古湖区。利用遥感磁带数据,在计算机图像处理系统上,可进行多种处理与变换,以得到解译湖区变化所需要的图像。如进行线性拉伸,可突出表现水系和好堤等线性要素;将TMZ、3、4、5不同波段的两个年份、不同季节的C C T磁带结合起来,进行主成份分析,从中挑选出几个能说明某些特征的主成份(例如F,、F:、F:、F)进行分类,能很方便地解译出湖泊围垦类型、湖区农作物、土壤湿度、城镇居 民点以及堤坝等人工建筑物,正确地划分出不同时期古丹阳湖的围垦情况。二、古丹阳湖演变的遥感图像分析遥感图像客观地记录了地面物体的几何形态与光谱特性。在图像处理和确定解
6、译标志的基础上,根据研究人员对区域情况的掌握程度,来确定物体的共性和 个性、相关性和差异性。在古丹阳湖演变 的遥感图像分析中,主要采用了直接解译法和动态对比分析法。1.运用直接解译法揭示古丹阳湖不同演变类型的影像差异直接解译法就是直接在假彩色合成图像上进行目视解译,即根据遥感图像的色彩、纹理、结构以及地物之间的相互关系,来揭示古丹阳湖的演变类型。(l )冲积、淤积三角洲平原与围湖垦殖区的不 同图像特征当青弋江、水阳江流至 河口附近 时,泥 沙大量堆积,形成了堆积体。堆积体逐年加积,2期戴锦芳等:遥感技术在古丹阳湖演变研究中的应用脱水成陆,并向湖域推进,发育成三角洲平原。在TM3、4、5波段组合
7、的图像 上,三角洲呈蓝绿色 调。其水系发育,呈放射状,农田的结构顺其自然水 系而排列。由于耕作历史悠久,其土壤质地肥沃,农作物长势极好。植被覆盖密集的部分,图像 呈深 绿色调。围湖垦殖区是人工将古丹阳湖围成陆地的区域。其农田虽几 经苍 桑,但在 图像上其人为干预之痕迹仍依稀可见。其一,是以抒为单位的规则形围垦 区。图像上可以看到,农田间的水系结构多为 人工开凿而成的规则形水网,农田依水网 而排列,亦呈矩形结构(见图a 2、Zb)。其二,是以残存的零星湖荡 为中心 的 环形 围垦区。图像上可以看到,凡 环形结构的中心部位都有 一个 残存的小湖荡,围绕小湖荡通常有一些小的环形 水系分布,其外围有一
8、大的环形河道与外界相连。环形 围垦 区在图像上还 清晰 地显示,一条 条小的 河沟,自边缘向湖荡中心延伸汇集,农田便沿着水系由边缘向湖心分布,多呈 条带状结构(见图Zc)。这种图像结构表明,当年围垦 是以湖荡为中心,由四周向中心展开的。上述两种人工围垦的农田的土质较三角洲平原要 差,农田地势较低,地下水位高,图像呈深蓝绿色,间有淡红色。、 子图2不同围垦类型的水系结构a.现代围垦水系之一b.现代围垦水系之二c.以残存湖荡为 中心的环形水系Fig.2Thestruetur eofstr eamsysteminthediff er e ntr e elamationt即e(2 )历史 围垦与现代围
9、 垦农田的影像差异早期的围湖垦殖距今已有数千年的历 史,由于当时社会生产 力和生产关系的限制,其农田的田块规模都比较小。这 种类型的水系有的是以抒为单位的规则型,有的是绕残存的湖泊而排列的环状。由于 这部分农田己有较长的耕作史,土壤有机质含量较高,作物长势亦好。在遥感图像上,植被覆盖率比现代围垦的农田高,色调 深.密度大。现代围垦的土地,由于是在一个特定的历史 条件和社会经济条件下 产生的,农田及其水系结构与古代围垦有较大的差异,农田 田块普遍较大,特别是一些农场,不仅田块大,而且田块的结构都非常标准。如丹阳湖农场,其所有田块都是按南北方向排列的,人工沟渠纵横之间互相垂直,整齐规 范。在遥感图
10、像上,水 系呈深 蓝色网格状分布,农田亦 呈规则状排列,不同的农作物长势差异显示为不同深浅的黄绿色 和红 色。2.用动态对比法分析古丹阳湖的演变与消亡动态对比法包含不 同年份、不 同 季节的遥感图像之间进行的对比分析,遥感图像与地图等其他非遥感资料之间的对比分析。,(l )古丹阳湖的淤积和分解时期70湖泊科学4卷表l不同演变类型遥感影像分析T ab.1几eimagefeaturs a n aelyssiofidfferentevolut ointyspe类类型型色调调水系结构构水系特点点植被彼盖率率网纹密度度T T T T TM M MMSS S S S S S S S S S S 3 3 3
11、 3 3.4.5波段段4.5.7波段段段段段段三三角洲平原原蓝绿 色色红色色放 射状状自然形态态很高高大大历历史围垦(一) ) )深蓝绿色色暗 红色色矩形形以好为单位与外界相连连高高较大大历历史围垦(二) ) )深蓝绿 色色深暗红色色环形结构构以残存湖荡为中心心高高较大大现现代围垦垦浅 绿 色色鲜红 色色规则矩形形以好为单位与外界相连连较低低小小湖泊因受地质、地貌、水文、气象等内外营力的作用,不断演变,从发生、发展直至消亡,是受自然规律所支配的。在气候湿润、雨量充沛的水阳江、青弋江流域,导致湖泊演变的重 要因素是水量补给的变化和 泥沙的淤积,同时也受着人类活动的强烈影响。水阳江、青弋江流域经古
12、丹阳湖时流速减慢,随着河口三角洲的形成和发展,河流携带的大量泥沙在湖中沉积,湖盆逐年为大量泥 沙所覆盖。原湖盆局部地形上的差 异 和沉积物分布不均匀,导 致 了古丹阳湖在历史进程中不断变浅,分解成大小不一的众多湖荡。丹阳湖、石臼湖、固城湖就是在古丹阳湖解体过 程中产生的。由于卫星遥感资料7 0年代才有,因此这一时期的变化情况主要是根据古文字资料,并参考了现代遥感图像解译而成的。凡冲积淤积较早的,图像色调较浅,且植被茂密;凡冲积淤积较晚的,图像上色调较深,植被较稀疏,地下水位较浅。(2 )历史围垦时期30 0 0多年前的春秋初期,古丹阳湖被泥沙淤积 而分解,在自然和 人为活动的双重 因素作用下发
13、生着剧烈的变化。一方面,河 流上游继续携带泥沙入湖,使湖泊淤积;另一方面,人为的围垦 加速了湖泊演变、消亡的进程。据有关县志记载,公元前514一4 76年,人类就在该湖区开展围湖垦殖活动,到宋朝时,围湖垦殖活动进入鼎盛时期。以 固城湖为例,自公元前51 4年至公元127 9年,共围湖156 km“,仅宋就围湖1 05.k Im艺,占 湖泊面积的5 。%。这一时期,古地图在解译过程中起了重要作用。有些地名是一种历史记载的反映,如相国好、大官好等。这些好在遥感图像上都清晰可辨,其水系完整,自成体系,地块细密呈淡蓝绿色调,其间有星星点点的红 色分布,则是分散的居 民点。(3 )现代围垦时期本时期主要
14、是依靠不同年代的卫星图像的对比分析而进行研究的。50年代以来,围湖垦殖活动使湖泊面积再一次缩小。从遥感图像上可以看到,197 7年以前固城湖北部建立了跃进、永联、双塔三个好,面积1850 。亩左右,而仅197 7年到1 9 7 9年的两年中就围湖4 1 4 00亩。从 6 0年代至8 0年代初,固城湖的被围垦面积达4 0.s kmZ,蓄水面积再一次缩减,据江苏省水利部门反映,该湖低水位时的蓄水容量已不能满足工农业用水高峰时的需要,有时不得不设法从石臼湖调水补充。在石臼湖的南岸和北岸共围湖1 0.7kmZ。丹阳湖的围垦规模更大,从 6 0年代至7 0年代,周 湖面积达14k 3m2,昔日烟波浩渺
15、之大湖已不复存在,仅留下了一弯18k m2的水道。据有关资料记载,1916年固城、石臼、丹 阳三湖的总面积为5”.k 7m,至198 0年,已缩小为24 3.s kmZ。仅 6 0 年时间,湖面就缩2期戴锦芳等:遥感技术在古丹阳湖演变研究中的应用小 了一半以上。巨巨口环。 . . .巨巨 立口其,: 厄厄二刁。年代代之之玉】。年代代匡匡墓易。代/ /曰曰寸科喇,、。 。- - -阵阵阵阵 )(lI厂日牛犷七七图3各个时期的围垦范围Fig.3T here elamationrangeind iff er enrpe r、 od三、古丹阳湖演变 的后效分析古丹阳湖自形成以来,从淤 积、分 解直至消
16、 亡,经历了数干年的历史,而人类对湖泊的围垦加速 了湖泊演变的进程。这 种 演变必 然导致湖泊功能、生态 系统等发 生一系列 的变化。1.湖泊面积不断缩小,调蓄功能下降古 丹阳湖上 游来水 面积8 0%以上 是山丘地带,每年 讯期,上游来水大而 猛,古丹阳湖起着一种缓冲、分洪、调控的作 用,使周 围农田免受洪 涝之 害。夏季,湖水又可用于灌溉,周围农田广 为受益。随着湖泊的不断淤积和围垦.湖泊容量随之减少,汛期不能充分发挥其调洪的作用;而自成体系的抒区水系严 重影响着水流的下泄,每到大水年份,许多好区难免遭受洪涝之害。如19 9 1年夏季出现的百年不 遇的大 水.湖区人民遭受了极大的损失。据南京日报载:仅高淳一 县,受灾面积就达4 0多 万 亩,死 亡2人,伤1 0人.倒塌 房屋1205间,许多工厂被迫停产,直接经济损失达1.5亿元。2.湖泊生态环境日趋 恶化石臼湖、丹阳湖、固城湖原均 为水 生植物 生 长茂盛 的湖泊,湖区气候温和湿润,滩地发育良好,适宜于水生植物的生长。大片芦苇、菱草生长茂密,其 中还间杂生长着浮叶植物和大量沉水植物。丰茂的
