遥感水资源调查应用实例.doc

实 验 报 告 书题 目 遥感水资源调查应用实例 成 绩 姓 名 专业班级 指导教师 隋玉正 日 期 2011 年 10 月 8 日实习题目：利用所学知识设计一个遥感在水资源调查方面的应用实例，包括问题的设立、需要的数据、遥感分析的方法、步骤，并制作相关专题图。实习目的：采用理论联系实际的方法，针对具体的项目进行设计，从而加深对遥感与地图学基本理论的理解，着重培养分析问题和解决问题的能力。实习准备：1、 软件准备：Erdas Imagine2、 数据准备：太湖相关遥感数据实习内容：水的空间分布形式:地表水江、河、湖、水库、塘、渠等地下水浅层水、基岩裂隙水、岩溶水大气水降雨生物水生物体内的水水体界线的确定:TM4、MSS7等近红外的遥感影像上，水全吸收，清澈的水体呈黑色，水陆边界清晰，有利于水边线的确定。彩红外图像上，水体呈兰绿色，和周围地物有着明显的界线。雷达图像：水在微波1mm30cm内的发射率较低，约为0.4%。平坦的水面，后向散射很弱，因此侧视雷达影像上，水体呈黑色。故用雷达影像来确定洪水淹没的范围也是有效的手段。各种遥感图像上反映最明显的是水体、水系、土壤含水量以及植被、农作物等与水有关的空间信息。因此遥感用于研究水文、水资源和水环境，是遥感技术应用中效果最显著的领域之一。水环境调查的内容包括水域变化(包括淡水及海水水域)、水体的富营养化、水体的泥沙污染、废水污染，水体油污染及热污染等，要针对不同的专题调查内容，选择合适遥感图像进行调查，在资源环境遥感的各个领域中，水环境遥感远比陆地资源遥感复杂。一般来说，对可见光的影像而言，当水体混浊、浅水沙底及水面结冰，或是光线恰好反射至镜头时，水体影像会呈现浅灰色或白色的亮色调；而当水体较深或水体为泥底时，其影像色调较深；对彩红外影像而言，由于水体对近红外波强烈的吸收作用，水体影像的色调相应地呈现为黑色，与周围地物可形成明显界线，易于识别；另外在一些特殊情况下，若水体受到某种性质及某种程度的污染，这种水体变异信息也会在遥感影像上通过水体影像色调的变化体现出来。总之，水体的主要判读标志为色调，另外，还可结合形态、纹理等特征进行判读。水体的动态监测:不同季节或不同时期进行遥感调查可监测水体随时间或季节变化。采用多时相遥感图像，就可有效地对水体进行动态监测。如河流的变迁，通过判读与牛轭湖相联系的古河道，进一步分析河流演变的过程。为预测崩岸、淤积等地质灾害，监测和规划防洪工程，规划港口、航道和治河工种程，规划河流水资源和管理工种程服务。如湖泊的发展趋势（面积扩大、减少），对湖泊或水库调蓄洪、水资源管理、渔业和水生生物资源开发利用有重要意义对洪水可实时监测，提供洪涝灾害面积、作物绝收面积，为国务院和省有关部门组织抗灾自救，及时地提供灾情信息。地下水遥感监测:目前，大规模地寻找、开发、管理地下水是解决许多城市缺水的主要途径。而常用的、传统的寻找地下水的方法，工作量大，成本较高，而且有时受地形条件及视野的限制，在实地很难发现一些宏观的重要的水文地质现象，而直接影响到勘察的效率。应用遥感技术探查地下水资源的主要方法是：基于地表各种水文地质现象对电磁波的响应特性，从解译区域水系、地貌、岩性构造、土壤、植被与各种表征地下水富集状况和水文地质现象的影像特征入手，分析地下的补、径、排条件，以达到查明地下水分布情况及富集状况之目的。实习步骤：1.几何校正:控制点应选取图像上易分辨且较精细的特征海岸线弯曲处、湖泊边缘、飞机场等。尽可能满幅均匀选取，以避免造成人为误差。2.数字图像增强:主要包括卷积增强处理；锐化增强处理；滤波分析、直方图处理；主成分分析、色彩变换等。3.目视解译:遥感扫描影像的判读，要遵循“先图外、后图内，先整体，后局部，勤对比，多分析”的原则，对扫描影像进行认真判读。将遥感图像目视判读成果转绘成专题图，可以采用两种方法： 一种是手工转绘成图，另一种是在精确几何基础的地理地图上采用转绘仪进行转绘成图。4.监督分类:遥感图像的计算机分类方法包括监督分类和非监督分类。 监督分类中常用的具体分类方法包括：最小距离分类法、多级切割分类法、特征曲线窗口法、最大似然比分类法。5.非监督分类报告:非监督分类常用的方法有：分级集群法、动态聚类法。监督分类和非监督分类的根本区别点在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识，监督分类根据训练场提供的样本选择特征参数、建立判别函数，对待分类点进行分类。非监督分类不需要更多的先验知识，它根据地物的光谱统计特性进行分类。因此，非监督分类方法简单，且分类具有一定的精度。 6.专题制图报告:根据工作需要和制图区域的地理特点，进行地图图面的整体设计。确定专题制图范围，设置图面整饰要素，如格网格线、坐标注记、绘图比例尺、地图图例、指北针、图名等图廓外要素对地图的整体效果会产生效果，因此要认真设置。实习成果： （一）流域概况 太湖流域位于长江三角洲南缘，北抵长江，南濒钱塘江，东临大海，西以天目山、茅山为界，地跨江苏、浙江、上海三省市。流域内湖泊星罗棋布、河网如织、人口稠密、城市集中、经济发达。流域面积3.69万平方公里，其中80的面积为平原，分布着近200个大小湖泊和约长12万公里的河道；2000年流域总人口3676万，人口密度高达1000人/平方公里；流域内分布着上海、杭州、苏州、无锡、常州、嘉兴、湖州等大中城市，城市化率已达50.7。 太湖位于流域中心，水面积2338平方公里，南北长68.5公里，东西宽34公里，常水位下水深1.89米，库容44.3亿立方米，是一个典型的平原浅水型湖泊。太湖换水周期约310天。（二）水资源量 太湖流域多年平均降雨量1181毫米，年降水总量414亿立方米，陆面蒸发量为764毫米，水面蒸发量为842毫米，当地多年平均水资源量为162亿立方米，其中地表水资源量为137亿立方米。降雨年际、年内分布不均，年径流最大值达253亿立方米（1977年），最小值仅为16亿立方米（1978年）；年内降雨主要集中在汛期。 太湖流域濒临长江，过境水量丰沛。长江干流多年平均下泄入海水量多达9360亿立方米。多年来，在太湖流域沿长江一线兴建了许多引排工程，以使大水时向长江排泄洪涝水，水少时则从长江引水。目前苏南地区一般从长江年净引水45亿立方米。由于流域水污染严重，引水条件受到限制。（三）水资源开发利用状况 1、用水量 19972000年，流域用水总量都在290亿立方米左右。2000年全流域用水总量293亿立方米，其中农业用水约107.9亿立方米，一般工业用水约41.7亿立方米，生活用水32.6亿立方米，火电用水约110.8亿立方米。 太湖流域城市集中、人口密集，人均水资源量不足375立方米，但目前人均用水量已达797立方米（不含火电用水为496立方米），流域水资源总体能够保持平衡，一靠从长江引水，二靠水资源重复利用，水资源利用率很高。由于河网水质污染，回归水的使用功能受到限制。2、用水分析与需水预测 根据对近年来的用水分析，随着太湖流域人口增加和人民生活水平提高，生活用水量还将增加，初步预测2010年生活需水量将达到40亿立方米；农业用水则由于节水水平提高，农业结构调整，2010年农业需水量将比现在有所减少，一般年份需水量为90亿立方米；林牧渔需水量将维持在现在的10 亿立方米左右；工业需水量则比现在有所增加，预计在170亿立方米左右；考虑环境部分用水，预测2010年太湖流域总需水量在330亿立方米左右，其中优质水需水量在115亿立方米左右。3、水资源质量 近二十年来，随着太湖流域经济的高速发展以及乡镇企业的繁荣，污水治理速度远远跟不上排污量的增加，大量废污水未经处理直接排入江河湖泊，使河流湖泊水质受到严重的污染。目前太湖流域每年直接排放入河湖水体的工业、生活污废水已达50亿立方米,这些污废水中，经处理排放的不到20%。据2000年对太湖流域82个主要河湖断面监测，包括流域主要湖泊太湖、淀山湖，流域主要供水河道太浦河、望虞河，出入太湖主要河道东西苕溪、南溪、直湖港、梁溪河、胥江，省界河道红旗塘、上海塘等，目前仅有19.4的监测断面水质，尚能达到地面水标准II或III类(评价标准：GB3838-88)，其余80.6的断面则受到不同程度的污染，其中48的监测断面水质为IV类，14为V类，而23的监测断面水质劣于V类（该部分水体失去任何使用价值）。 太湖流域河道污染类型为有机污染，水质主要超标指标为高锰酸盐指数（CODMn）、 氨氮（NH3-N）等。湖泊主要是大量营养盐（氮、磷等污染物质）直接入湖，造成湖泊富营养化。目前流域内最大的供水水源地太湖富营养化问题十分严重，从2000年度监测资料来看，水域面积中有71已达到富营养水平，29%为中富营养水平。（四）流域水资源存在的主要问题1、由于盲目围垦湖泊，河道设障等原因，使河湖调蓄能力衰减，太湖下游排水不畅。1991年大水后，通过十年治理，治太工程成效显著，太湖调蓄能力加强，下游出路已基本打通，已基本形成太湖调蓄、北排长江、东出黄浦江、南排杭州湾的流域防洪和水资源调度骨干工程体系的框架，洪涝威胁在很大程度上得到缓解；但从1991、1999年洪涝情况看，规划确定的流域防御54年型洪水的防洪标准偏低，部分地区洪涝灾害仍比较严重。尚需继续采取措施，提高防洪标准。同时，经过治理，流域出入水量、泥沙、污水的运移等也发生了较大的变化，其对水资源利用的影响也需进一步研究。 2、工业和城乡生活污水量逐年加大，农田大量使用化肥农药等原因且处理水平较低，致使河湖水质日益恶化，加剧了水资源供需矛盾。目前，全流域工业和生活污水量已达50亿立方米/年，污染物排放量以CODcr计为113.7万吨/年。大量污染物直接入水体，致使骨干河道严重污染，太湖整体富营养化评价为富营养化水平，夏季经常出现蓝藻爆发现象。 3、流域当地水资源量不足，需从长江引水补充，2000年太湖流域引长江水量77亿立方米。由于河网严重水污染，引水能力受到影响。 4、局部地区地下水超采严重，发生地面下沉；流域东北部还受到咸水入侵的威胁。据调查，近三十年来江苏省苏、锡、常地区漏斗中心沉降达1米，漏斗范围面积达到7000多平方公里；浙江省嘉兴地区地面沉降也达0.7米。地下水超采、地面沉降不但降低了已建水利工程的防洪标准，而且使含水层地下水储量减少，水质变坏，还可能造成咸水侵蚀，滩涂资源减少。1978年冬至1979年春，长江口咸水上溯，黄浦江吴淞至闵行段含盐度超标持续时间在142-73天。 5、流域水资源尚不能统一管理和合理配置。流域内各省市内部长期存在着“多龙管水，职责不清”，“管水源的不管供水、管供水的不管排水、管排水的不管治污、管治污的不管水体水质”的现象，造成水资源的开发、利用、保护、管理的关系协调困难，水资源的利用水平难以提高；水资源费以及水价偏低也使水资源浪费现象难以纠正。太湖流域严重的水资源问题，已在很大程度上影响了该地区社会经济的发展，成为社会经济可持续发展的制约因素。 （