艾比湖水底地形遥感研究

论文摘要

遥感具有覆盖面广、较强的实效性、经济性和获取方便等优点,可以实现水深的宏观动态观测。通过遥感反演,能够在像元级尺度上对面宽、水浅、水位变化大,交通不便的干旱区草型湖泊水底地形进行动态地监测。本文在水体遥感理论的基础上,通过实测水深与ASTER影像相关分析,确定了ASTER反演艾比湖水深的最佳波段为波段1（0.52～0.60μm）。构建了水深遥感反演模型Z = 2.5983x2—57.069x+312.98,R2 =0.8652,x为波段1的自然对数。反演结果表明,全湖平均水深0.94m,最大水深3.68 m。通过典型实测水深数据进行了验证,绝对误差在-0.36～0.20m之间,平均误差为0.03m,模型可以用于艾比湖遥感水深反演。湖面高程减去水深DTM,构建了艾比湖水底地形DEM,并通过空间分析,得出以下结论:全湖长度大于850m的水下沙堤共38条。博尔塔拉河河口三角洲,面积0.39km2。精河两条支流形成一大一小的扇型河口三角洲,面积分别为0.23,0.79 km2。艾比湖湖水蓄积量为8.26亿m3,构建了水位—蓄水量模型V = 1.0241h2 - 381.08h + 35452,R2 = 0.9994,h≤189。水面面积—蓄水量模型V= 5E-05 S2 - 0.0091 S + 0.5316,R2 = 0.9846,S< 550。V为蓄水量（亿m3）,S为水面面积（km2）,h为水位高程（m）。预测出湖体萎缩状况。当水面高程188.38m,水面面积450.00km2时,蓄水量3.91亿m3,水深最小值0.06m,最大值3.68m,平均1.85m。湖东南和西北部出露,其中,湖东南部将演变为面积67.68 km2,呈新月状的干涸湖底。当水面高程187.00m,水面189.84km2时,水深最小值1.18m,最大值3.60m,平均2.43m,蓄水量0.81亿m3。湖体退缩至以点（655981,4971925,大致为湖体中央）为中心,长轴（长约23.5Km）,短轴（长约7.7Km）的椭圆形区域内（海拔185.52～187.00m）。当水面高程186.00m,水面面积10.96km2时,水深最小值0.63m,最大值3.51m,平均2.61m,蓄水量0.03亿m3,湖体退缩至精河口水下洼地,基本干涸。湖体长、短轴方向上,水底地形坡度的最大值、平均值、标准差分别为1.230、0.130, 0.11与1.460、0.160, 0.14。各项统计指标,短轴方向NS均大于长轴方向EW,表明短轴方向上水底地形起伏较大,地形较破碎,这也充分说明长轴方向EW塑造水底地形的主动力为来自阿拉山口盛行西北风。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 水深遥感研现状和进展
• 1.2.2 水下地形研究进展
• 1.3 研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 2 研究区概况
• 2.1 研究区地理位置
• 2.2 研究区自然概况
• 2.2.1 地貌、地质概况
• 2.2.2 气候特征
• 2.2.3 水文特征
• 2.2.4 土壤
• 2.2.5 动植物资源
• 2.3 社会经济情况
• 3 数据来源与处理
• 3.1 数据来源
• 3.1.1 遥感数据
• 3.1.2 非遥感数据
• 3.2 数据处理
• 3.2.1 大气校正
• 3.2.2 几何校正
• 3.2.3 图像镶嵌
• 3.2.4 研究区域提取
• 4 艾比湖水深遥感及反演水底地形构建
• 4.1 遥感反演水深原理
• 4.1.1 水深遥感物理原理
• 4.1.2 水体光谱特征
• 4.1.3 水体光谱特征与水深的关系
• 4.2 水深特征波段选取
• 4.3 遥感水深模型构建
• 4.3.1 因子选取
• 4.3.2 模型构建
• 4.4 反演结果及分析
• 4.4.1 模型精度检验与误差分析
• 4.4.2 水深空间分布特征
• 4.4.3 主要河流入湖后主流向分析
• 4.5 水底地形构建
• 4.5.1 数字高程模型（DEM）
• 4.5.2 水底地形图
• 4.5.3 DEM 精度分析和评价
• 4.5.4 蓄水量模型及其未来湖体范围预测
• 5 水底地形空间分析
• 5.1 空间分析
• 5.1.1 空间分析
• 5.1.2 GIS 与空间分析
• 5.2 水底主要地形因子空间分布特征及分析
• 5.2.1 坡度分析
• 5.2.2 坡向分析
• 5.2.3 水下沙堤分布特征与分析
• 5.2.4 河口三角洲分布特征与分析
• 5.2.5 水上沙洲
• 5.3 水底地形空间分布特征
• 5.3.1 地形剖面分析
• 5.3.2 水底地形空间分布特征
• 5.4 水底地形成因分析
• 5.4.1 沉积物来源
• 5.4.2 基于DEM 的水底地形成因分析
• 6 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 后记