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摘 要

水体区域变化是水资源保护、利用和管理的基础。洪泽湖是我国四大淡水湖之一，我国南水北调东线工程枢纽，研究洪泽湖水体区域的变化对洪泽湖的生态环境保护以及水资源的保护和利用具有重要意义。本文使用遥感影像，提取了洪泽湖不同季节的水体区域，分析了洪泽湖不同季节中水体区域的变化。研究表明，洪泽湖水域面积变化随季节性变化相当明显，夏季和冬季水域面积较高，春季和秋季水域面积较小。洪泽湖水域面积的季节变化的研究为洪泽湖水资源的保护、管理和利用提供了科学数据。

关键词：洪泽湖，水体，遥感影像，变化

Abstract: The changes of Water body is the basis of the conservation, use and management of water resource. Hongze Lake is not only one of the four major freshwater lakes in China, but also the hub of North Water Transfer Project. The changes of water area were important for the protection of ecology, environment and the utilization of water resources in Hongze lake. Using remote sensing images, the water area of Hongze Lake in different seasons were extracted and analyzed. It showed that water area varies with seasonal changes are obvious in Hongze lake, high water area in summer and winter, a small water area in spring and autumn. Those provided scientific data for the water conservation, management and utilization of Hongze Lake.

Keywords: Hongze lake, water, remote sensing image, change

目 录

1 前言 4

2 材料与方法 4

2.1 研究区概况 5

2.2 材料来源及预处理 6

3 结果与分析 10

3.1 时间变化 11

结论 14

参考文献 15

致谢 16

1 前言

当前，全球经济可持续发展和生态环境变化已成为世界各国政府和科学家关注的焦点。雨露滋润禾苗壮，万物生长离不开水。水是自然资源的重要组成部分，是所有生物的组成结构和生命活动的主要物质基础。水不仅是世间各种生物离不开的，就是工农林渔牧业的生产，也时刻离不开水。从全球范围来讲，水是连接所有生态系统的纽带与桥梁，对于生物和人类的生命活动来说具有重要性的意义。水无论作为一个独立的环境因子，还是作为一种资源，都受到人类格外的重视。俗话说：“水能载舟，亦能覆舟”这句话既体现了水的重要性，又点出了谁的危害性。水作为一种资源不是单独存在的，而是以水体的形式与其它资源一起存在的。水和水体是两个不同的概念，水就是由水这种单独的物质构成，而水体则由多种物质组成，如悬浮物、水体生物以及基体等。水资源与人类的关系非常密切，人类把水作为维持生活的源泉，人类在发展中总是向有水的地方聚集，并开展经济活动。近百年来，随着人类的发展和技术的进步，人类对水的依赖程度越来越大，同时人类活动也给地球带来了巨大的资源浪费与环境污染：如土地的沙漠化，水资源的污染，湿地的减少，大气污染等环境问题。近些年，随着气候环境的变化和人类活动的影响，洪泽湖水体边缘地带遭到大规模围垦，水体面积减少、水体污染的趋势尚未得到根本的遏制，导致水体环境遭到毁灭性的破坏，这不仅污染了水资源，还导致了严重的自然灾害和生态环境恶化，因此水体环境的保护已经引起人们的重视。

水体面积的监测是调查水资源的一个重要指标，也是洪水灾害检测的重要内容^[1]。近几十年随着科学技术的飞跃，水体信息获取方法得到了很大的发展，其中比较重要的一项技术就是卫星遥感影像。卫星遥感对地观测系统是以其宏观、准确和实时等诸多优点以及在资源调查、环境监测、防灾减灾等众多的领域中发挥着越来越重要的作用。利用遥感信息技术监测水体变化情况、海岸线变化情况以及洪涝灾害等方面已经有几十年的历史了^[2]。水体面积范围的变化的研究离不开对水体范围、界线的准确提取。目前主要使用的是Landsat卫星，此卫星数据含有丰富的信息，通过遥感影像对水体和地物的灰度波普特征曲线，提出了洪泽湖水体监测中的最佳波段组合方式，分别配以红、绿、蓝三原色，较为全面的的反映湖区各种地表类型，可以清楚的反映出泥滩、草洲、沙滩、不同够浑浊成都的水体，从而提取水体信息，研究洪泽湖水体变化情况。笔者采用Landsat卫星多时相遥感图像作为数据源，旨在发现水体变化的性质、面积和时间段，根据不同地物在不同波段敏感性有差异的特点^[3]，利用影像和非影像信息，提取水体信息，对洪泽湖水体面积长期变化进行分析，为洪泽湖水体的管理和利用提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

洪泽湖是我国第四大淡水湖^[4],在江苏省西部淮河下游，属于暖湿带半湿润的黄淮平原区，位于淮安、宿迁两市境内。洪泽湖发育在淮河中游的冲积平原上,故湖底浅平,岸坡低缓,是一个浅水型湖泊。其属于过水性湖泊，水域面积随水位波动较大。在正常蓄水水位12.5米时，水域面积达到2069平方公里，容积为31.27亿立方米^[5]。洪泽湖周边环境多样，有湖泊、池塘、河流、沼泽、林地、滩涂等多种水体湿地生态系统，湖区野生动植物资源丰富，有鱼虾蟹贝类，还有丹顶鹤白鹤天鹅等珍稀动物，有水生植物81种，浮游动物91种，底栖动物75种^[6-8]，是多种国家重点保护鸟类和其它野生动植物、鱼类产卵场所。但在过去的几十年间，由于养蟹、开垦等人类经济活动的影像，洪泽湖区的多种水体生态系统和湿地生态系统部分已被围垦，大量的湖泊被用以围网养殖，洪泽湖敞水区和湿地植被急剧减少，急待采取有效的措施进行保护^[9]。洪泽湖湖水的来源，除大气降水外，主要靠过境河流补给。流注洪泽湖的河流集中在湖的西部：有淮河、濉河、 汴河和安河等。出湖河道中三河和苏北灌溉总渠是洪泽湖分泄入长江和入海的主要河道。洪泽湖还是中国南水北调工程的东线枢纽。

2.2 材料来源及预处理

2.2.1数据来源

水体面积的监测是调查水体变化的一个重要指标，也是洪水灾害检测的重要内容^[1]。近几十年随着经济的发展，科学技术的进步，水体信息获取的方法也得到了很大的发展与改善。其中比较重要的一项技术就是卫星遥感影像。卫星遥感对地观测系统是以其宏观、准确和实时等诸多优点以及在资源调查、环境监测、防灾减灾等众多的领域中发挥着越来越重要的作用。利用遥感信息技术监测水体变化情况、海岸线变化情况以及洪涝灾害等方面已经有几十年的历史了^[2]。在各种卫星遥感对地观测数据深入应用到各行各业的今天，长达40年历史的Landsat系列卫星数据无疑仍是应用最广泛的卫星数据，它们在全球尺度的生态环境变化监测中发挥了无可比拟的重要作用^[10]。自1972年美国发射第一颗陆地卫星Landsat1以来，Landsat卫星系列相继发射7颗，星载传感器MSS、TM、ETM 完成了40年的连续对地观测，积累了有史以来最完整全球覆盖时间连续的对地观测影像资料，为研究地球生态环境问题提供了宝贵的基础资料^[11,12]。近年来，美国组织实施了Landsat后续星数据连续任务LDCM(Landsat Data Continuity Mission) 项目。

表1 OLI传感器

LandSat 8	类型	波长（微米）	分辨率/米
Band1	蓝色波段	0.433–0.453	30
Band2	蓝绿波段	0.450–0.515	30
Band3	绿波段	0.525–0.600	30
Band4	红波段	0.630–0.680	30
Band5	近红外	0.845–0.885	30
Band6	中红外	1.560–1.660	30
Band7	中红外	2.100–2.300	30
Band8	微米全色	0.500–0.680	15
Band9	短波红外波段	1.360–1.390	30

2013年，LDCM计划设计的卫星投入业务化运行，并正式命名为Landsat 8 通过美国地质调查局(USGS)的数据分发网站glovis．usgs．gov和earthexplorer．usgs．gov向全球用户提供免费下载服务 Landsat 8上携带有两个主要载荷: 运营性陆地成像仪OLI( Operational Land Imager) 和热红外传感器TIRS( Thermal Infrared Sensor)。与Landsat 7的ETM 相比，OLI /TIＲS在波段设置辐射分辨性能和扫描方式上都得到很大改进^[13,14]。通过Landsat卫星来获得洪泽湖的遥感影像，然后通过ENVI软件进行处理，从而获得所需的数据。

2.2.2预处理

数据预处理是水体变化研究的前提和基础，在一定程度上会影响变化分析的结果。Landsat系列卫星数据所含有的丰富的遥感信息，可以通过对遥感影像地物灰度波普特征曲线，采用在洪泽湖水体监测中的最佳波段组合方式，分别配以红、绿、蓝三原色，较为全面的的反映洪泽湖区域的全貌，可以清楚的反映出植被、泥滩、草洲、浑浊的水体，从而提取水体信息，研究洪泽湖水体变化情况。实验以北纬33°15"～33°25"，东经118°24" ～118°40"洪泽湖部分作为研究区，从USGS的Landsat数据下载网站获得了洪泽湖流域Landsat 8 OLI影像资料，选取最新Landsat8卫星所有遥感影像进行对比分析，采用同一地区、不同时相的遥感图像作为数据源，利用ENVI软件对图像进行处理，来直接获得洪泽湖水体在不同时期的水体面积大小，其中Path 120，Row37研究区的遥感影一共有19幅，选取其中云量低于30%的有6幅，具体如下图所示。其中，（a）为洪泽湖地区Landsat 8 2013年08月11日遥感影像；（b）为洪泽湖地区Landsat 8 2013年08月27日遥感影像；（c）为洪泽湖地区Landsat 8 2013年11月15日遥感影像；（d）为洪泽湖地区Landsat 8 2013年12月01日遥感影像；（e）为洪泽湖地区Landsat 8 2014年01月02日遥感影像；(f）为洪泽湖地区Landsat 8 2014年04月08日遥感影像。

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