基于 SPOT-5影像的鳳縣河流水資源分布研究

謝元禮,王文娟,張 蘇

(西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710127)

地表水亦稱“陸地水”,是指存在于地殼表面,暴露于大氣的水,是河流、冰川、湖泊、沼澤四種水體的總稱,其中,河流水資源是人們的生活用水的重要來(lái)源,也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。遙感技術(shù)作為 20世紀(jì) 60年代初的一門新興技術(shù),一經(jīng)出現(xiàn)便在氣象、水文、資源環(huán)境等諸多領(lǐng)域所廣泛應(yīng)用。由于區(qū)域內(nèi)的河流水分布情況復(fù)雜,對(duì)于河流水資源分布情況研究多是定性的分析,而隨著遙感技術(shù)的出現(xiàn),從影像上提取河流水體,進(jìn)而可以定量地研究河流水資源。鳳縣屬于典型的山地地貌類型,由于暴雨造成的水患每年均有發(fā)生,農(nóng)業(yè)灌溉也依賴河流水資源,因此對(duì)于河流水資源分布情況的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。研究采用全國(guó)第二次土地調(diào)查中使用的 SPOT-5影像作為研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù),SPOT-5影像空間分辨率高,同時(shí)也彌補(bǔ)了地形圖提取河流水體時(shí)由于以線代面而損失的河流水體信息和由于地形圖制圖綜合造成的誤差等不足,能夠更大程度提取真實(shí)的河流水資源分布情況。

1 研究區(qū)概況

鳳縣位于寶雞市西南部 ,位于東經(jīng) 106°24′54″～ 107°7′30″,北緯 33°34′57″～ 34°18′21″之間,東與太白縣接壤,西與甘肅省兩當(dāng)縣、天水市麥積區(qū)毗連,南與漢中市留壩縣、勉縣交界,北與陳倉(cāng)區(qū)、渭濱區(qū)相鄰,國(guó)道 316、省道 212和寶漢公路穿境而過(guò),是寶雞通往甘肅南部、寶雞通往漢中的交通要塞,故有“秦蜀咽喉,漢北鎖鑰”之稱。

鳳縣地貌類型為山地,地勢(shì)東北高、西南低,溝壑縱橫,起伏較大。地處長(zhǎng)江流域,河流分屬嘉陵江、漢江水系,水資源豐富,年均氣溫在 11.4℃,年平均降水量為 613.2mm,其中,7、8、9月降水量最多,占全年降水量的 50%。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)源

本研究以全國(guó)第二次土地調(diào)查中采用的覆蓋鳳縣全縣的 155幅(按 1:1萬(wàn)地形圖分幅)SPOT-5影像(2006年 4月)作為數(shù)據(jù)源,保證了數(shù)據(jù)來(lái)源的充分可靠。同時(shí),SPOT-5影像空間分辨率為 2.5m,與 TM影像 30m分辨率相比,影像的分辨率更高。

影像采用 1980西安坐標(biāo)系,投影方式為高斯—克呂格3°分帶,中央經(jīng)線為 108°E,帶號(hào)包括 35和 36帶。

2.2 影像預(yù)處理

2.2.1 直方圖匹配

采用 ERDAS8.7軟件對(duì)影像進(jìn)行直方圖匹配,以減少因拍攝條件不同造成的影像亮度和對(duì)比度等的差異,選擇一幅亮度較好的影像作為基準(zhǔn)影像,對(duì)其他影像進(jìn)行直方圖匹配,作為影像鑲嵌的基礎(chǔ),通過(guò)影像直方圖匹配,縮小了各幅影像亮度和對(duì)比度差異。

2.2.2 影像鑲嵌

利用 ArcGIS9.3軟件進(jìn)行影像鑲嵌,將 155幅 SPOT-5影像拼接為覆蓋全縣的完整影像。在鑲嵌過(guò)程中,為進(jìn)一步減少影像亮度和對(duì)比度等的差異,在鑲嵌(Mosaic命令)對(duì)話框中選擇色彩匹配方式為 Blend和 Match選項(xiàng),進(jìn)行色彩平衡,進(jìn)一步縮小了相鄰影像之間的亮度和對(duì)比度差異。

利用 Photoshop軟件按照“自動(dòng)對(duì)比度—色彩平衡—亮度/對(duì)比度—色相飽和度”調(diào)整過(guò)程作進(jìn)一步的調(diào)整,以滿足實(shí)驗(yàn)要求,對(duì)整幅影像亮度和對(duì)比度做進(jìn)一步的局部調(diào)整。

2.2.3 影像裁剪

利用 ArcGIS9.3軟件以鳳縣縣界作為蒙板對(duì)完整影像進(jìn)行裁剪,得到鳳縣 SPOT-5影像。

2.3 利用影像進(jìn)行河流水資源提取

結(jié)合實(shí)地考察情況,在影像上選擇典型樣區(qū),利用 ERDAS 8.7軟件進(jìn)行影像監(jiān)督分類,進(jìn)一步對(duì)影像解譯,從影像上準(zhǔn)確地提取河流水體,再將提取出來(lái)的河流進(jìn)行柵格—矢量的轉(zhuǎn)換,得到地表河網(wǎng)分布,見(jiàn)圖 1,圖 2為疊加遙感影像后的河流分布圖。

圖1 鳳縣河流水體提取結(jié)果圖

圖2 疊加遙感影像后的河流分布圖

3 結(jié)果與分析

3.1 河流水分布情況研究

利用 ArcGIS9.3軟件及相關(guān) GIS統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算提取到的各個(gè)主要流域水體面積、長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)及各個(gè)主要流域河網(wǎng)密度見(jiàn)表 1。

表1 各個(gè)主要流域水體面積、長(zhǎng)度、河網(wǎng)密度統(tǒng)計(jì)表

從表 1可以統(tǒng)計(jì)得出,鳳縣河流水總面積為1 155公頃,主要有五大流域,分別是嘉陵江、中曲河、小峪河、旺峪河和安河。水資源分布不均,其中嘉陵江、小峪河、中曲河占全縣河流水資源總面積的 75%以上。

3.2 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)河流水資源分析

利用 ArcGIS9.3及相關(guān) GIS統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)河流水體面積、長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 2。

表2 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)河流水資源面積、長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

從表 2可以得到,雙石鋪鎮(zhèn)、唐藏鎮(zhèn)及平木鎮(zhèn)的河流水資源面積較大,而黃牛鋪鎮(zhèn)、河口鎮(zhèn)和三岔鎮(zhèn)的河流面積較小。鳳縣水資源以河流水為主,農(nóng)田水利設(shè)施較少,農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平不高,很大程度上依賴河流等自然水資源,因此河流水資源分布情況很大程度上決定了全縣各區(qū)域農(nóng)業(yè)分布狀況,水資源充足的地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉條件較好,農(nóng)業(yè)發(fā)展存在較大優(yōu)勢(shì),反之,則不利于發(fā)展農(nóng)業(yè)。根據(jù)表 2各鄉(xiāng)鎮(zhèn)河流水資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),結(jié)合農(nóng)業(yè)調(diào)查情況,利用 GIS空間分析方法得到鳳縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)灌溉條件分布情況。

3.3 主要河流比降分析

計(jì)算縣內(nèi)主要河流的落差和比降,見(jiàn)表 3。

表3 各個(gè)主要河流比降統(tǒng)計(jì)表

由表 3,可知小峪河的比降最大,其次為嘉陵江中上游和中曲河,通過(guò) DEM進(jìn)行地形分析也發(fā)現(xiàn)該河流域的地勢(shì)起伏變化較大,對(duì)于這種山地地貌為主的地區(qū),暴雨來(lái)臨的時(shí)候,這種河流容易發(fā)生水患,經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)查,每逢水災(zāi)發(fā)生,小峪河與嘉陵江交匯處最容易發(fā)生水毀,2010年 7月 23日鳳縣的洪水更是以小峪河流域最為嚴(yán)重,因此加強(qiáng)該流域的水利設(shè)施建設(shè)和加強(qiáng)該區(qū)防洪措施顯得至關(guān)重要。

4 結(jié)論

(1)水資源分布情況研究通常具有研究區(qū)域面積較大的特點(diǎn),相比傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)手段而言遙感技術(shù)具有覆蓋范圍大、信息獲取成本低、時(shí)勢(shì)性強(qiáng)的特點(diǎn),同時(shí)遙感技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)河流水分布情況由定性到定量研究的轉(zhuǎn)變。SPOT-5影像具有空間分辨率高的特點(diǎn),提取河流水資源準(zhǔn)確性高。研究表明利用SPOT-5影像上提取到的河流水體,通過(guò)地理計(jì)算可以得到準(zhǔn)確的水體分布數(shù)據(jù),同時(shí),將獲取的水體數(shù)據(jù)和相關(guān)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)合分析,二者之間的關(guān)系十分明顯。

(2)鳳縣河流水資源分布不均,以嘉陵江、小峪河和中曲河為主,同時(shí)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)河流也分布不均,主要集中在雙石鋪鎮(zhèn),唐藏鎮(zhèn)、平木鎮(zhèn)等。由于鳳縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度不高,水利設(shè)施不夠完善,農(nóng)業(yè)灌溉很大程度依賴自然的河流水等,因此河流水資源豐富的地區(qū)農(nóng)業(yè)條件較好,適宜農(nóng)業(yè)發(fā)展。

(3)鳳縣是典型的山區(qū)縣,暴雨天氣易發(fā)生洪水、山體滑坡等自然災(zāi)害,河流比降對(duì)于這種自然災(zāi)害的發(fā)生有很大的影響,小峪河比降最大單位長(zhǎng)度河流地勢(shì)起伏大,其次是嘉陵江中上游段,這些河段暴雨天氣容易造成水災(zāi),導(dǎo)致耕地水毀,造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的巨大損失,特別是嘉陵江和小峪河交匯處,需大力加強(qiáng)水利設(shè)施和防洪設(shè)施建設(shè)。

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