干旱区草型湖泊悬浮固体浓度及水深遥感与分析

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1、水利学报2005年7月SHUILIXUEBAO第36卷第7期文章编号:0559-9350(2005)07-0853-10干旱区草型湖泊悬浮固体浓度及水深的遥感与分析1221于瑞宏，刘廷玺，李畅游，许有鹏(1.南京大学城市与资源学系，江苏南京210093；2.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，内蒙古呼和浩特010018)摘要:本文以干旱区草型湖泊乌梁素海为研究区，以1986～2004年间8个典型年的同期多波段LandsatETM/TM遥感图像数据及2002～2004年的实测数据为信息源，应用多光谱混合分析法建立了悬

2、浮固体浓度S与通过TM1、TM2、TM3三波段反射率计算求得的高悬浮固体成分比例之间的关系方程。经过应用分析得出:乌梁素海悬浮固体浓度总趋势逐年增加；1991年后各典型年悬浮固体浓度呈现出口大于入口，入口又大于海中的特点，且悬浮固体浓度与水环境因子的变化特征基本一致；2002年年内，悬浮固体浓度呈现秋初大于冬初，冬初又大于夏初的特点。此外，应用水深遥感原理，通过遥感图像多波段反射率组合的优化对比，建立了水深Z与前3个波段反射率组合的回归方程，结果表明乌梁素海生物填平速度呈逐年增加趋势，水深的空间分布呈现出从南到北递减

3、的趋势，而水底形态呈现出从南至北递增的趋势。关键词:干旱区；草型湖泊；悬浮固体浓度；水深；遥感中图分类号:S524文献标识码:A我国东北、西北、华北的大部分地区都处于干旱半干旱区，而气候区划也多属温带大陆性季风气候，因此在该种特殊气候的长期影响下，这些地区的湖泊也渐变为一种特殊类型，即干旱区草型湖泊。正是由于这种特殊的湖泊类型最终导致此类湖泊水环境特征的相似性，这种相似性主要体现在干旱区草型湖泊的演化主要受到湖泊悬浮固体浓度及水深的空间变化、水草及芦苇的生长和沼泽化进程的影响。因此，就湖[1-2]泊演化特征而言，干旱

4、区草型湖泊明显区别于滇池等高原淡水湖泊及太湖等湿润区淡水湖泊。据调查，我国北方干旱区湖泊，如居延海、乌梁素海、哈素海、岱海、黄旗海、达里诺尔、科尔沁沼泽地区、呼伦[3]湖自然保护区及青海湖等都已不同程度地受到水污染及富营养化的危害，因此为了延长湖泊的自然寿命并实现湖泊资源的永续利用，研究干旱区草型湖泊水环境演变特性，摸清悬浮固体浓度和水深的变化规律，对于控制湖泊水污染和富营养化，保护水资源与改善水环境都具有不可估量的作用和意义。1研究区基本概况乌梁素海位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗境内，属黄河内蒙段最大的湖泊(

5、图1)。地理位置2为北纬40°36′～41°03′，东经108°43′～108°57′，水面面积约333.479km(据2002年8月29日卫片解译)，湖泊水位控制高程1018.5m，水深0.5～3m，其中水深为0.8～1.0m的面积约占80%，蓄水量2.5～33亿m。乌梁素海是河套灌区排灌水系的重要组成部分，是当地农田退水、工业污水和生活废水的唯一承泄渠道，而且对河套灌区节水灌溉工程正常运行和控制盐碱化起着关键性的作用。收稿日期:2004-07-23资助项目:国家自然科学基金(50269001,50169002)；

6、内蒙古自然科学基金(200208020512)；内蒙古“十五”科技攻关(20010103)作者简介:于瑞宏(1978-)，女，内蒙古人，博士生，主要从事干旱区水环境分析与水污染控制研究。E-mail:yrh0108@163.com1水利学报2005年7月SHUILIXUEBAO第36卷第7期由于它地处北方干旱区，加之上游污水的过量排入，已经导致相同水位下的湖面逐年萎缩，湖底泥沙淤积严重，且由原来的淡水湖逐渐演变成如今的污水湖。现阶段乌梁素海的生态结构已十分脆弱，如果不进行积极的治理与保护，巨大的水生植物资源、渔业资源

7、、鸟类资源和旅游资源都会不同程度地受到损失，根据湖泊自然演化规律并按照现状污染趋势推测，它将在30年内变成芦苇沼泽地与盐碱滩，那时我国北方一个大型湿地多功能系统将遭到严重破坏。图1乌梁素海地理位置2悬浮固体浓度的遥感解译与分析2.1悬浮固体浓度遥感原理卫星遥感在大面积水域悬浮泥沙定量研究中占有很大优势，通过遥感影像可以快速、准确的获得水体反射率R数据。水体中由于固体悬浮物的含量不同，对辐射的吸收和散射也不同，因此，运用遥感方法测定水体悬浮物的关键问题是建立水体反射率R及同悬浮固体浓度S之间的关系，即S=f(R)或R=

8、f′(S)(1)由于水体反射率R与辐射亮度N成正比，因此，辐射亮度N同悬浮固体浓度S之间的定量关系也可以求得[4]。2.2悬浮固体浓度的遥感解译与分析利用遥感影像数据估计(推定)悬浮固体浓度需经过①建立多光谱分析模型；②建立回归模型；③估计(推定)悬浮固体浓度3个步骤。2.2.1多光谱混合分析法1993年Metres就曾利用多波段影像光谱混合分