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基于RS和GIS的塔里木河流域生态环境动态变化与生态需水研究

闫正龙  
【摘要】: 随着科技水平的不断提高和人口数量的急剧增长,人们正以前所未有的速度和规模改变着自身赖以生存的生态环境,由此带来了水土流失、土地沙化、植被退化等一系列给人类生产活动构成巨大威胁的生态环境问题,因此,监测、分析生态环境及其变化已成为当前国内外众多专家、学者广泛关注的热点问题。塔里木河流域地处我国干旱少雨的西部地区,人类活动的不断加剧及水资源的无序过度开发和低效利用,使得流域的整体生态环境十分恶劣,已成为制约绿洲生态稳定和社会经济可持续发展的主要障碍,并直接影响到我国西部开发的战略问题。为改善流域生态环境,自2000年5月至2004年6月,塔里木河流域管理局会同有关单位组织实施了6次应急生态输水,使流域的生态环境发生了很大变化。本文以塔里木河流域多源遥感影像和多类型、多尺度的基础地理数据为研究基础,选取可反映塔里木河流域不同区域生态环境特征的指示性指标,通过对遥感影像信息自动提取、跨带海量数据建库、生态环境动态变化监测以及天然植被生态需水估算等关键问题进行了研究,取得了以下主要成果和结论: (1)根据流域生态环境本底特征,分别选取土地利用、土壤盐渍化、植被覆盖、植被类型、土地沙漠化等五个生态因子作为为评价对象,基于分级分类思想及密度分割技术,通过分类体系划分、解译标志设置、生态模型建立、遥感信息自动提取、野外验证、知识库构建等方法,完成了1999~2004年多源影像数据的信息自动提取,提取精度高达87.7%,校正后达到95.4%,满足了研究区生产的实际需求。 (2)通过分析研究区的数据现状和未来发展需求,采用空间数据和属性数据一体化、多源数据无缝集成的建库思想和分层、分级及分块的数据组织方法以及双机互备的集群服务器架构体系,通过要素编码设计、数据组织、数据无缝拼接、一键入库、优化存储等关键技术,构建了DLG库、DRG库、DEM库、DOM库、水利工程库、生态环境库、社会经济库、多媒体库、元数据库及成果库等十大数据库,完成了研究区50多年来多源、多尺度、多类型、跨带海量空间数据和属性数据的无缝集成和统一管理,入库数据高达600GB左右。 (3)针对海量数据入库效率低、操作繁琐等问题,提出“一键入库”的建库思路,将Arc/info脚本、SDE命令及Oracle命令有机结合,融数据库结构设计、数据检查配置、入库脚本生成等众多命令为一加密批处理文件,通过运行该文件完成了海量基础数据的自动入库及跟踪管理,极大地提高了海量数据的入库效率。 (4)基于多源遥感专题数据和多尺度基础地理数据,进行了塔里木河流域五个生态因子的动态变化监测及定性定量分析,揭示了应急生态输水前后研究区1999~2004年间各生态因子的面积变化幅度、年变化率、时空演变趋势和引起变化的主要驱动力。分析结果表明:应急输水工程实施后,流域的整体生态环境趋于好转,下游“绿色走廊”正处于积极的恢复状态,人口压力以及人类活动是引起塔里木河流域生态环境变化的主要驱动力。 (5)通过分析塔里木河干流区域天然植被生态需水状况,建立了研究区天然植被生态需水概念及量化模型,并基于RS、GIS技术和潜水蒸发理论计算分析了干流上、中、下游区域对应于3期遥感影像数据(1999、2002、2002)天然植被现状生态水平下的生态需水量,提出了流域面向可持续发展的生态建设模式。 本文构建的集RS、GPS、GIS、SDE及数据仓库等多种信息技术为一体的运行化流域生态环境监测服务体系,具有信息提取精度高、数据管理方便、移植性好、可操作性强等优点,可为流域水资源的统一调度管理、生态环境评价及经济的可持续发展规划制定提供科学依据,具有重要的理论和现实意义,可在其它流域推广使用。


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