基于 SPOT-5影像的凤县河流水资源分布研究

谢元礼,王文娟,张 苏

(西北大学 城市与环境学院,陕西西安 710127)

地表水亦称“陆地水”,是指存在于地壳表面,暴露于大气的水,是河流、冰川、湖泊、沼泽四种水体的总称,其中,河流水资源是人们的生活用水的重要来源,也是国民经济发展的重要基础。遥感技术作为 20世纪 60年代初的一门新兴技术,一经出现便在气象、水文、资源环境等诸多领域所广泛应用。由于区域内的河流水分布情况复杂,对于河流水资源分布情况研究多是定性的分析,而随着遥感技术的出现,从影像上提取河流水体,进而可以定量地研究河流水资源。凤县属于典型的山地地貌类型,由于暴雨造成的水患每年均有发生,农业灌溉也依赖河流水资源,因此对于河流水资源分布情况的研究具有现实意义。研究采用全国第二次土地调查中使用的 SPOT-5影像作为研究基础数据,SPOT-5影像空间分辨率高,同时也弥补了地形图提取河流水体时由于以线代面而损失的河流水体信息和由于地形图制图综合造成的误差等不足,能够更大程度提取真实的河流水资源分布情况。

1 研究区概况

凤县位于宝鸡市西南部 ,位于东经 106°24′54″～ 107°7′30″,北纬 33°34′57″～ 34°18′21″之间,东与太白县接壤,西与甘肃省两当县、天水市麦积区毗连,南与汉中市留坝县、勉县交界,北与陈仓区、渭滨区相邻,国道 316、省道 212和宝汉公路穿境而过,是宝鸡通往甘肃南部、宝鸡通往汉中的交通要塞,故有“秦蜀咽喉,汉北锁钥”之称。

凤县地貌类型为山地,地势东北高、西南低,沟壑纵横,起伏较大。地处长江流域,河流分属嘉陵江、汉江水系,水资源丰富,年均气温在 11.4℃,年平均降水量为 613.2mm,其中,7、8、9月降水量最多,占全年降水量的 50%。

2 数据处理

2.1 数据源

本研究以全国第二次土地调查中采用的覆盖凤县全县的 155幅(按 1:1万地形图分幅)SPOT-5影像(2006年 4月)作为数据源,保证了数据来源的充分可靠。同时,SPOT-5影像空间分辨率为 2.5m,与 TM影像 30m分辨率相比,影像的分辨率更高。

影像采用 1980西安坐标系,投影方式为高斯—克吕格3°分带,中央经线为 108°E,带号包括 35和 36带。

2.2 影像预处理

2.2.1 直方图匹配

采用 ERDAS8.7软件对影像进行直方图匹配,以减少因拍摄条件不同造成的影像亮度和对比度等的差异,选择一幅亮度较好的影像作为基准影像,对其他影像进行直方图匹配,作为影像镶嵌的基础,通过影像直方图匹配,缩小了各幅影像亮度和对比度差异。

2.2.2 影像镶嵌

利用 ArcGIS9.3软件进行影像镶嵌,将 155幅 SPOT-5影像拼接为覆盖全县的完整影像。在镶嵌过程中,为进一步减少影像亮度和对比度等的差异,在镶嵌(Mosaic命令)对话框中选择色彩匹配方式为 Blend和 Match选项,进行色彩平衡,进一步缩小了相邻影像之间的亮度和对比度差异。

利用 Photoshop软件按照“自动对比度—色彩平衡—亮度/对比度—色相饱和度”调整过程作进一步的调整,以满足实验要求,对整幅影像亮度和对比度做进一步的局部调整。

2.2.3 影像裁剪

利用 ArcGIS9.3软件以凤县县界作为蒙板对完整影像进行裁剪,得到凤县 SPOT-5影像。

2.3 利用影像进行河流水资源提取

结合实地考察情况,在影像上选择典型样区,利用 ERDAS 8.7软件进行影像监督分类,进一步对影像解译,从影像上准确地提取河流水体,再将提取出来的河流进行栅格—矢量的转换,得到地表河网分布,见图 1,图 2为叠加遥感影像后的河流分布图。

图1 凤县河流水体提取结果图

图2 叠加遥感影像后的河流分布图

3 结果与分析

3.1 河流水分布情况研究

利用 ArcGIS9.3软件及相关 GIS统计方法计算提取到的各个主要流域水体面积、长度统计及各个主要流域河网密度见表 1。

表1 各个主要流域水体面积、长度、河网密度统计表

从表 1可以统计得出,凤县河流水总面积为1 155公顷,主要有五大流域,分别是嘉陵江、中曲河、小峪河、旺峪河和安河。水资源分布不均,其中嘉陵江、小峪河、中曲河占全县河流水资源总面积的 75%以上。

3.2 各乡镇河流水资源分析

利用 ArcGIS9.3及相关 GIS统计方法计算各乡镇河流水体面积、长度统计见表 2。

表2 各乡镇河流水资源面积、长度统计表

从表 2可以得到,双石铺镇、唐藏镇及平木镇的河流水资源面积较大,而黄牛铺镇、河口镇和三岔镇的河流面积较小。凤县水资源以河流水为主,农田水利设施较少,农业现代化水平不高,很大程度上依赖河流等自然水资源,因此河流水资源分布情况很大程度上决定了全县各区域农业分布状况,水资源充足的地区农业灌溉条件较好,农业发展存在较大优势,反之,则不利于发展农业。根据表 2各乡镇河流水资源统计数据,结合农业调查情况,利用 GIS空间分析方法得到凤县各乡镇灌溉条件分布情况。

3.3 主要河流比降分析

计算县内主要河流的落差和比降,见表 3。

表3 各个主要河流比降统计表

由表 3,可知小峪河的比降最大,其次为嘉陵江中上游和中曲河,通过 DEM进行地形分析也发现该河流域的地势起伏变化较大,对于这种山地地貌为主的地区,暴雨来临的时候,这种河流容易发生水患,经过实际调查,每逢水灾发生,小峪河与嘉陵江交汇处最容易发生水毁,2010年 7月 23日凤县的洪水更是以小峪河流域最为严重,因此加强该流域的水利设施建设和加强该区防洪措施显得至关重要。

4 结论

(1)水资源分布情况研究通常具有研究区域面积较大的特点,相比传统的统计手段而言遥感技术具有覆盖范围大、信息获取成本低、时势性强的特点,同时遥感技术还可以实现对河流水分布情况由定性到定量研究的转变。SPOT-5影像具有空间分辨率高的特点,提取河流水资源准确性高。研究表明利用SPOT-5影像上提取到的河流水体,通过地理计算可以得到准确的水体分布数据,同时,将获取的水体数据和相关农业数据结合分析,二者之间的关系十分明显。

(2)凤县河流水资源分布不均,以嘉陵江、小峪河和中曲河为主,同时各乡镇河流也分布不均,主要集中在双石铺镇,唐藏镇、平木镇等。由于凤县农业机械化程度不高,水利设施不够完善,农业灌溉很大程度依赖自然的河流水等,因此河流水资源丰富的地区农业条件较好,适宜农业发展。

(3)凤县是典型的山区县,暴雨天气易发生洪水、山体滑坡等自然灾害,河流比降对于这种自然灾害的发生有很大的影响,小峪河比降最大单位长度河流地势起伏大,其次是嘉陵江中上游段,这些河段暴雨天气容易造成水灾,导致耕地水毁,造成国民经济的巨大损失,特别是嘉陵江和小峪河交汇处,需大力加强水利设施和防洪设施建设。

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