云南九大高原湖泊的遥感监测及其演变分析研究
2021-01-16吴雯雯刘春旸
吴 阳 吴雯雯 刘春旸
(云南工程职业学院，云南 昆明 650300)
云南省水资源总量丰富，居全国第三位，占全国水资源总量的1/7，但水资源时空分布极不均匀，具有总量多、可利用量少、利用难度大、开发利用率低等特点，并且生态环境恶化情势还未发生根本性逆转。云南湖泊水域面积超过30km2的湖泊共有9个，分别是：滇池、星云湖、抚仙湖、阳宗海、洱海、程海、杞麓湖、异龙湖、泸沽湖。九大高原湖泊的健康状况各异，生态环境恶化情势日趋严重。其中，程海、星云湖、异龙湖水质已处于劣Ⅴ类，杞麓湖属于Ⅴ类水质。因此，对高原湖泊的保护刻不容缓[1]。
传统的水资源调查通常采用人工手段调查，存在获取速度慢、费时费力的问题，由于云南省处于高原地区，地势崎岖，这也给传统的调查方法增加了难度[2]。遥感技术是一种利用接受物体反射的电磁波，在不接触物体的情况下，来获得物体的一些参数的新技术，具有灵活性、有效性、客观性、经济性等特点，很好地弥补了传统调查方法的不足[3-4]。在众多卫星遥感数据中，Landsat系列遥感数据具有较高的空间分辨率、波谱分辨率、极为丰富的信息量和较高的定位精度，是世界各国广泛应用的重要地球资源与环境遥感数据源[5]。本文基于Landsat系列遥感数据,采用目视解译的方法对云南九大高原湖泊进行遥感监测，统计其湖泊水域面积，并分析其空间演变的差异。
1 研究区概况及数据源
1.1 研究区概况
云南省是我国天然湖泊最多的省份之一，湖泊面积大于1km2的有37个。其中，滇池、洱海、抚仙湖、程海、泸沽湖、阳宗海、星云湖、杞麓湖、异龙湖9个湖泊面积大于30km2。湖泊总面积1042km2，流域面积8110km2，湖容量达302亿m3。
云南省九大高原湖泊分布在滇中、滇南、滇西和滇西北，分属昆明市、玉溪市、大理州、丽江地区和红河州。其中，滇池、程海和泸沽湖属长江水系，抚仙湖、杞麓湖、异龙湖、星云湖和阳宗海属珠江水系，洱海属澜沧江水系。云南九大高原湖泊位置分布见图1。
图1 云南九大高原湖泊位置分布
1.2 数据来源及处理
1.2.1 数据来源
研究选用的遥感影像为Landsat系列卫星遥感数据。影像数据均通过地理空间数据云获取，包括Landsat系列卫星中的Landsat 8 OLI_TIRS 卫星数字产品、Landsat7 ETM SLC-on 卫星数字产品及Landsat4-5 TM 卫星数字产品，时间跨度为1988—2018年，每隔5～6年获取1幅遥感影像。
1.2.2 数据预处理
研究所做的影像预处理主要包括辐射校正、几何校正，以削弱大气、地形及周边环境对影像的影响[6]。针对Landsat 8 OLI_TIRS 卫星数字产品，为了提高影像的分辨率，需将多色波段与影像全色波段进行影像融合，以达到提高影像空间分辨率的作用。为了突出水体还需对影像进行增强处理，对Landsat数据进行假彩色(RGB 4/5/3)波段组合[7]。
2 湖泊提取及其演变分析
2.1 湖泊提取
采用目视解译的方法分别对1988年、1994年、1999年、2004、2009年、2014年和2018年的云南省九大高原湖泊的影像进行解译，得到以上年份九大高原湖泊的水域面积。云南九大高原湖泊1988—2018年水域面积统计见表1。
表1 云南九大高原湖泊1988—2019年水域面积统计 单位：km2
2.2 演变分析
2.2.1 湖泊面积演变分析
为更好地对云南九大高原湖泊水域的演变情况进行分析，以水域面积200km2为界分成2部分进行对比研究。云南九大高原湖泊1988—2018年水域面积变化趋势见图2和图3。
图2 云南九大高原湖泊1988—2018年水域面积变化趋势(水域面积小于200km2)
图3 云南九大高原湖泊1988—2018年水域面积变化趋势(水域面积大于200km2)
由图2可以看出，水域面积小于200km2的6个高原湖泊分别是程海、星云湖、阳宗海、泸沽湖、杞麓湖和异龙湖。其中阳宗海水域面积最为稳定，基本无变化；泸沽湖、程海、星云湖水域面积也较为稳定，泸沽湖、程海逐年呈微弱减少趋势，星云湖1988—2014年呈减少趋势，2014年后呈增加趋势；杞麓湖和异龙湖湖泊水域面积相似，其变化趋势也极为相似，1988—2009年水域面积均呈缓慢减少趋势，2009—2014年减少速度加快，于2014年出现水域面积的极小值，该值仅是平常年份的2/3，2014年后面积逐步增加，至2018年恢复正常水平。
由图3可以看出，水域面积大于200km2的高原湖泊是滇池、洱海、抚仙湖。其中抚仙湖水域面积最稳定，基本无变化；滇池和洱海1988—2004年水域面积都趋于稳定，都于2004年出现小的拐点，滇池在2014年后水域面积呈减小的趋势，而洱海却恰好相反，2014年后水域面积呈增加趋势。
总体来说，九大高原湖泊经过30年的演变，水域面积起起伏伏，但基本都回到了原有水平，说明政府的湖泊管理条例的实施起到了很好的保护作用。其中抚仙湖、阳宗海水域面积变化最小，水质情况也相对较好，现抚仙湖水质属于Ⅰ类标准，阳宗海水质符合Ⅲ类标准。洱海属于增长型湖泊，现洱海水质属于Ⅱ类标准。泸沽湖和程海属于持续缓慢萎缩的湖泊，现泸沽湖水质符合Ⅰ类标准，程海水质符合Ⅳ类标准。星云湖、滇池、杞麓湖、异龙湖均于2014年出现低谷点，水域面积有不同程度萎缩，后经治理后，水域面积均逐步恢复。其中，滇池、杞麓湖、异龙湖现水质属于Ⅴ类标准，星云湖水质属于劣Ⅴ类标准，整体水质欠佳。
2.2.2 湖泊形状演变分析
云南九大高原湖泊水域形状演变见图4。由图4可以看出，近30年云南九大湖泊水域面积湖泊形状均发生不同程度的变化，其原因主要是气候和人类活动的影响。其中异龙湖和杞麓湖水域面积变化最大，主要与干旱、湖泊污染等因素有关，致使湖泊水域面积萎缩严重，呈现湖岸线整体向湖心萎缩。此外，滇池北部即海埂以北的草海部分面积变化较大，其主要原因是受到工业发展和工程治理的影响，滇池北部在不同时期呈现出不同的湖岸线形状。其余6个高原湖泊形状变化趋于稳定，其中洱海湖岸线向外有小范围的扩张，而其余5湖呈现细微的湖岸线向湖心萎缩。
图4 云南九大高原湖泊水域形状演变
3 结 论
本文对1988—2018年云南省地区的Landsat系列卫星遥感数据进行目视解译，得到云南省九大高原湖泊1988年、1994年、1999年、2004年、2009年、2014年和2018年的湖泊水域面积，并对九大高原湖泊进行了动态监测，其监测结果表明：
a. 1988—2018年间，杞麓湖、异龙湖、滇池、星云湖、程海、泸沽湖、抚仙湖的湖泊水域面积发生了小面积的萎缩，共萎缩了5.06km2，其中杞麓湖萎缩0.92km2，星云湖萎缩0.14km2，滇池萎缩0.49km2，泸沽湖萎缩1.01km2，程海萎缩1.90km2，异龙湖萎缩0.42km2，抚仙湖萎缩0.18km2。
b. 1988—2018年间，阳宗海、洱海的水域面积发生了小面积的扩张，水域面积共扩张5.02km2。其中，洱海水域面积扩张4.49km2，阳宗海水域面积扩张0.53km2。
c. 1988—2018年间云南省九大高原湖泊的水域面积总体趋于稳定，但水域面积也发生了不同程度的变化。在1988—2018年的30年间九大高原湖泊水域面积总体减少了0.04km2。
d. 2014年是湖泊水域面积变化的拐点，20世纪70年代前，云南省年降水量偏多，70年代后期开始减少，90年代中叶后年降水量又有所回升，2005年后年降水又有减少的趋，致使2004—2014年湖泊基本都处于萎缩的状态。特别是杞麓湖和异龙湖，湖泊水域面积减少近1/3。但2014年后，云南省降雨量明显增加，再加上湖泊管理条例的实施，大部分湖泊水域面积得以恢复，杞麓湖和异龙湖也基本恢复到原有水平。
