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基于遥感的滇池水环境变化研究
作者：陈联君
来源：《科技传播》2012年第07期
摘 要 通过对滇池地区不同时期遥感数据的数字图像处理，对滇池近年来水质变化情况进行了初步研究。通过研究1992年和2006年TM图像的数据解译和信息提取,得出滇池近年来存在的主要问题是水体污染和泥沙淤积，并且有不断恶化的趋势。最后根据研究结果并结合实际情况，提出了一些解决滇池水环境问题的建议，为滇池环境的良性发展提供依据。 关键词 滇池；遥感；水环境
中图分类号X3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）-0179-02 0 引言
湖泊是一种特殊的自然综合体，不仅是地表水载体和沉积矿藏赋存的场所, 而且与大气、生物、土壤等多种要素密切相关[1]。湖泊的作用巨大，主要体现在维持区域水平衡、减缓洪涝灾害、调节气候、保护生物多样性等方面[2，3]。内陆湖泊的作用也十分的明显，被视为湖区环境变化和气候变异的指示器[4，5]。对湖泊的环境进行调查分析，通常的方法所耗费的物力、人力、财力较多，时间也较长，缺陷也很明显，就是难以实现实时的更新，而且数据统计时人为干扰较多,统计精度有限,实施起来困难很大[6]。随着遥感技术的产生与发展，湖泊环境的研究随之进入了新的阶段，在湖泊的研究中使用卫星遥感技术，可以充分利用到遥感大范围的覆盖、数据信息的实时更新以及低成本投入的技术优势，对于湖泊的研究会产生性推动。
1 研究区概况
滇池被称为昆明湖或昆明池。位于昆明市的西南部，主要成因是地质构造陷落形成。滇池的水的来源较为多样，其东、南、北3个方向有近20多条河流汇入，湖水面积340多平方公里，湖面东西长约14km，南北有39km，整个湖岸线长有200多公里，整个湖大小在云南省居首位，同时也是中国第六大内陆淡水湖。由于昆明市区及周边人口急剧增长和经济开发，给滇池流域的生态环境带来巨大压力。水质污染从70年代后期开始，特别是90年代，富营养化日趋严重。“七五”以来国家和云南省相继投入巨资治理，同时被列为重点治理的“三湖三河”之一。这些措施虽然有效地缓解了滇池生态环境的恶化，却未完全根治滇池污染。 2数据资料及研究方法 2.1数据及预处理
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本文所用的数据是两景1992年8月16日和2000年11月2日Landsat-TM影像，轨道号同为129043。影像预处理包括：使用遥感处理软件ENVI 的ROI（感兴趣选取）功能，从遥感影像中裁剪出滇池以及周边的影像图，为了更精确的反映研究区的特点，需要排除其他地物的光谱特征干扰，因此预处理同时进行去条带噪声的工作，同时通过已知的地面控制点，进行精确地地面校正，同时进行增强处理，最后进行各种波段组合包括：4、3、2和5、4、3等的波段合成，突出影像信息。 2.2 研究方法
2.2.1波段选择的基本原则
对波段的选择要遵循下面3个原则：1）图像信息应尽可能丰富,使得图像上各要素能较明显的表现出来，以方便解译；2）在选择合成图像的波段组合时，所选波段的相关性必须要小，同时要求各波段拥有较多的信息量；3）选择的波段的离散程度的显著的大，减少其他因子的干扰。
2.2.2波段选择的方法
由于遥感当中地物的光谱特性如“同物异谱”和“同谱异物”现象，因此合理利用TM影像的光谱范围，来反映不同地物特征显得十分重要，选择较好的情况下，对湖泊的专题要素的提取和解译工作有较大帮助。
滇池中水体的不同浑浊度，在TM影像光谱上表现出来特征也不相同，较为清洁的水，灰度值会较高，反之灰度值会较低，用于区分它们的最佳波段是TM4、TM3波段。TM5、TM7波段的反射率在水中含大量杂质时,反射率随之增大,并随水的浑浊度增大而增大[7]。TM4、TM3、TM2波段进行彩色合成来可区分水体泥沙和污染物。检测滇池的污染和富营养化时，要用到5、4、3波段，并进行主成分转换，更准确揭示多波段数据结构内部的遥感信息；检测河岸泥沙淤积情况，选用4、5、3波段，河口淤积处，水草多，颜色为土黄色，地物成橘红色，新滩涂成白色。 3 结果与分析
3.1滇池水环境总体分析
在假彩色合成的影像中（波段4、3、2合成影像），水体颜色变化明显，主要原因是水体恶化，由于污染导致的水体恶化，另外的原因是泥沙的堆积作用，导致的水体透明度下降。由于导致水体变化的原因不同，反映在TM遥感影像上面的色调也会各异。污染严重的地方色调多为巧克力色稍偏红；在泥沙较多的地方，主要表现为深浅不一的蓝色调，清洁的水表现则为暗色或淡土色调。依据此原理并结合合成影像，可以对滇池水环境作总体评价：滇池的北部湖
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区有色调偏红的巧克力色,说明该处的污染物较多，污染较为严重，在湖区的东北地区、北部的河口地带、以及湖的西南部泥沙较多，东南部湖区和湖的中东部的水质较好。2000年的水体污染面积比1992年面积扩大，向湖中心地带扩展；泥沙淤积程度加深，水质也较1992年差。
3.2水质污染较重，富营养化严重，但有所好转
运用主成分分析的波谱增强的方法，压缩数据量得到了滇池水体的假彩色合成图，如图1、图2。
从1992年的彩色图中可以看到湖区有一些蓝色色调,为湖本来颜色，滇池的北部、西北部由于污染显现绿色,在北部河口地带和人口稠密地区更明显。西南地区为暗红色,是由于在此处入湖的几条河流,带来的泥沙所致。
2000年的绿色面积扩大很多，污染物从河口地区，向湖心、全湖扩展；河口地区的污染加重，甚至出现出浅绿色。湖部分变蓝，说明局部水质有好转，在湖的东南水质好于北部，主要由于距离昆明市主城区相对较远，污染程度低。 3.3湖泊淤积面积变大，并有向湖中深入趋势
1992年（图3）滇池地区4、5、3合成影像中，在河口部分由于泥沙淤积面积较大，水热条件较好，比较适宜植被生存，外围灰白色的是新淤积的浅滩,没有植被覆盖。植被较多的地方表现为土黄色，如图中北部河口、南部颜色都较深发黄，淤积多发生陆上河口地区，湖中红色较少，说明湖中泥沙或悬浮物较少。
而在2000年（图4）中，岸上暗红部分较多，说明植被减少，建筑物增多，城市化进程快。湖中红色变多，西南部及北部河口地区泥沙也较多，说明湖中泥沙或悬浮物增多，泥沙淤积向湖中心发展。
可见现在滇池泥沙淤积较为严重，由河口地区淤积转向河口、湖内部、中心发展的趋势；之前湖周围植被较多，城市建筑较少，现在湖周围植被明显稀疏，城市建筑增多，城市化发展较快。
总之，滇池地区的水环境总体仍不容乐观，污染面积日益扩大，污染危害程度加重，泥沙淤积日益严重，有向湖中心发展的趋势，水质总体较差。造成水环境恶劣的原因有很多：如靠近昆明市，工业污水、生活用水部分没有处理直接排放进湖；湖水营养化和昆明市的营养盐排放关系密切；此外滇池入湖河流较多，通过径流入湖的污染物也很多；泥沙淤积主要因为水土保持较差，河口泥沙堆积以及湖盆的相对抬升等等。针对这些问题，我们应该严格控制排污，
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提高污水处理效率；对湖区不同水质、用途进行合理的利用；大力植树造林，保持水土，控制水土流失，早日改善滇池环境。 参考文献
[1]于革，薛滨，刘健，等.中国湖泊演变与古气候动力学研究[M].北京：气象出版社，19：1-16.
[2]王苏民，窦洪身.中国湖泊志[M].北京：科学出版社，1998.
[3]刘红玉，吕宪国，张世奎，等.湿地景观变化过程与累积环境效应研究进展[J].地理科学进展，2003，22(1)：60-70.
[4]濮培民，王苏民.湖泊学研究进展[J].湖泊科学，19，1(1)：1-11. [5]柯长青.湖泊遥感研究进展[J].海洋湖沼通报，2004(4)：81-86.
[6]孟庆伟，罗鹏，余佳.遥感技术在湖泊环境研究中的应用[J].地质力学学报，2006，12(3)：287-293.
[7]周迎秋.基于遥感技术的巢湖水环境变化研究[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2009，32(6)：580-583.
