基于RS/GIS的水电开发生态环境时空影响定量分析研究

论文摘要

水资源是人类生存和社会发展不可替代的战略资源,由水资源转化的电能是洁净的能源,对水能进行开发利用,可以代替部分火电,在一定程度上减少了环境污染。为了充分利用水能资源,水电梯级开发是世界水电发展的必然趋势,也是我国水电能源规划和开发的基本政策。然而,开发水电能源在带来巨大社会和经济效益的同时,也可能会对当地的生态环境带来负面影响。为了最大限度地减少由水电能源开发所引发的生态环境负面影响,对水电开发进行生态环境影响评价是最有效的措施之一。考虑到生态环境影响评价具有很强的地域性和空间性,传统的地面监测方法不仅费时、费力,而且不能满足生态环境管理与决策的需要;而以遥感和地理信息系统为代表的空间信息技术,由于其具有宏观、快速和经济的特征,能够为生态环境分析提供强有力的技术支撑。为了分析水电梯级开发对流域生态环境的时空影响,本文以我国的水电梯级开发试点工程之一――清江流域水电梯级开发为例,采用空间信息技术,定性与定量相结合地研究水电梯级开发对关键生态环境因子（如水资源环境、植被环境和土地环境）的影响。本文的主要研究内容如下:（1）在分析多源遥感数据的特点和清江流域水电梯级开发具体情况的基础上,选择陆地资源系列卫星（Landsat）提供的TM/ETM+为本文的研究数据,然后研究基于遥感的定量反演关键生态环境因子的模型和方法、多源遥感数据融合技术和GIS的空间管理与空间分析。（2）在研究多源遥感数据提取水体模型的基础上,采用RS/GIS研究水电梯级开发对流域水资源时空分布的影响。研究表明:水电梯级开发对清江中下游地区的水资源时空分布影响明显:该地区的水域面积从梯级开发前1987年4月的65.31km2增加到2000年5月的102.25km2,而在梯级开发的2004年达到112.74km2,从1987年到2004年的17年间清江中下游地区的水域面积增加了72.67%;虽然该地区的水域总面积有较大的增加,但该地区同时存在水资源增加和减少的区域。（3）本文选择利用基于归一化差异植被指数的二元像元分解模型,定量研究水电梯级开发对清江中下游地区植被环境的影响。研究表明:水电梯级开发对清江中下游地区的植被覆盖环境影响比较大。在梯级开发前的1987年,中植被覆盖、中高植被覆盖和高植被覆盖为该地区植被覆盖主要类型,三者所占比例依次为:23.93%、23.18%和25.43%;在完成2级梯级开发后的2000年,该地区的中植被覆盖和中高植被覆盖所占面积的比例分别为15.75%和21.44%,而高植被覆盖所占面积呈现增长趋势,比例达到45.14%;在梯级开发后期的2004年,三者所占比例为:11.66%、20.04%和55.84%。（4）本文采用遥感分类方法和GIS技术定量地研究水电梯级开发对土地利用/覆盖变化的影响。结果表明:水电梯级开发对清江中下游地区土地利用/覆盖变化的影响显著。清江流域在完成2级梯级开发后,水库淹没了1.77%的耕地和29.24%的城乡及居民地,在梯级开发的后期,1.60%的耕地和13.98%的城乡及居民地被水库淹没;水电梯级开发在促进该地区经济发展的同时也加速了该地区不同土地利用类型之间的相互转化,使该地区的土地利用结构进入快速调整和不稳定阶段。总之,以RS/GIS为代表的空间信息技术是水电梯级开发生态环境时空影响定量分析评价的必然趋势和有力手段。本文研究表明,水电梯级开发对流域水资源的时空分布、植被覆盖环境和土地利用/覆盖的变化影响比较大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 水电开发对生态环境的影响
• 1.3 水电开发生态环境影响评价
• 1.4 空间信息技术在生态环境影响评价中的应用
• 1.5 本文的研究思路与结构
• 2 基于RS/GIS 的生态环境影响评价模型与方法
• 2.1 多源遥感数据
• 2.2 基于RS 定量反演关键生态环境因子模型
• 2.3 多源遥感数据融合模型
• 2.4 GIS 空间管理和空间分析理论与方法
• 2.5 本章小节
• 3 水电开发对清江流域水资源时空影响分析
• 3.1 基于遥感数据的水体提取模型
• 3.2 清江流域水域面积提取研究
• 3.3 水电开发对清江流域水资源的时空分布影响分析
• 3.4 本章小结
• 4 水电开发对清江流域植被覆盖度时空影响分析
• 4.1 概述
• 4.2 植被覆盖度估算模型
• 4.3 基于NDVI 的像元分解模型
• 4.4 水电开发对清江中下游地区植被覆盖度的影响分析
• 4.5 本章小结
• 5 水电开发对清江流域土地利用/覆盖时空影响分析
• 5.1 概述
• 5.2 土地利用/覆盖变化中的分类方法
• 5.3 清江中下游地区土地利用/覆盖分类研究
• 5.4 水电开发对清江中下游地区土地利用/覆盖变化时空影响分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 论文的特色与创新
• 6.3 论文存在的主要问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表/接收的论文