基于TM的武漢市湖泊演化及其影響分析

連瑋琦

摘要：以2000、2005、2011年武漢市Landsat遙感影像為主要數(shù)據(jù)來(lái)源，基于MapGIS平臺(tái)，采用監(jiān)督分類(lèi)方法提取武漢市這三年的土地利用類(lèi)型；采用人工目視解譯方法和歸一化差異水體指數(shù)（MNDWI）分別提取這三年的湖泊。通過(guò)對(duì)湖泊面積總量變化，面積演化幅度和面積分級(jí)統(tǒng)計(jì)分析，得出11年間的湖泊水域面積總量的變化呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì)，年變化量在逐漸加快，湖泊萎縮的速度加快，湖泊分形維數(shù)也呈逐期較小趨勢(shì)，可以看出湖泊幾何形狀趨于簡(jiǎn)單化，人為活動(dòng)對(duì)湖泊的影響加大。湖泊作為最為重要的城市生態(tài)用地，其價(jià)值對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義，要加強(qiáng)對(duì)湖泊的保護(hù)。

關(guān)鍵詞：MapGIS；武漢市；湖泊演化；

一、數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

1、TM遙感影像

本文從地理空間數(shù)據(jù)云選擇了覆蓋武漢主城區(qū)的2000、2005和 2011年九景Landsat5-TM數(shù)據(jù)，時(shí)相主要為夏季，由于數(shù)據(jù)較少，且希望選擇無(wú)云影像，所以個(gè)別幾景為秋初。

2、土地利用數(shù)據(jù)

（1）監(jiān)督分類(lèi)

1、對(duì)獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

2、將武漢市主城區(qū)用地劃為林地、湖泊、建設(shè)用地、耕地、草地、河流6個(gè)大類(lèi)；

3、根據(jù)影像信息進(jìn)行目視判讀，參考武漢市土地利用實(shí)際情況，分別建立解譯標(biāo)志，使用MapGIS10多次對(duì)三期TM影像進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，對(duì)多次分類(lèi)后圖像做分類(lèi)后處理，從中選擇最符合實(shí)際的分類(lèi)結(jié)果，最終得到分類(lèi)影像。

3、水體提取

（1）歸一化差異水體指數(shù)MNDWI

歸一化差異水體指數(shù)MNDWI，是基于綠波段與中紅外波段的歸一化比值指數(shù)，其表達(dá)式為MNDWI=（p（Green）-p（MIR））/（p（Green）+p（MIR））。實(shí)驗(yàn)表明，MNDWI提取水體有較好的效果，特別是在提取城鎮(zhèn)范圍內(nèi)的水體，能更好揭示水體微細(xì)特征，容易區(qū)分陰影和水體，解決了水體提取中難于消除陰影的難題。

分析像元值發(fā)現(xiàn)，像元值大于0的為水體部分，之后我們用柵格重分類(lèi)將像元值大于0的像元提取出來(lái)。設(shè)置柵格重分類(lèi)各參數(shù)，只分為大于0的一類(lèi)，并設(shè)置缺省值為無(wú)效值，便獲得了2000年、2005年和2011年的水體提取圖。

二、湖泊演化分析

1、湖泊面積總量變化分析

在GIS的支持下，對(duì)3年所獲得的遙感解譯結(jié)果進(jìn)行分析，并得到了 2000到2011這11年間的武漢市湖泊面積演化圖。其結(jié)果顯示2000年武漢市湖泊面積約為766.91km2，而到2011年武漢市湖泊面積下降到約575.65km2。湖泊萎縮面積高達(dá)約191.27km2，年萎縮量約為17.39km2。11年間湖泊面積消失了24.94%。

2、湖泊面積演化幅度

湖泊演變包括了湖泊的面積變化，空間變換以及質(zhì)量變化。其中面積變化首先反映在湖泊的總量變化上，通過(guò)分析湖泊的總量變化，可以了解湖泊變化總的趨勢(shì)和空間的演變。易計(jì)算出2000—2011年武漢市湖泊面積總變化量，年變化量的數(shù)值，結(jié)果如表所示。

從表中不難看出，武漢市主城區(qū)的湖泊在11年中整體的變化趨勢(shì)均呈負(fù)值，即在不斷的萎縮，其中2000—2005年湖泊萎縮面積為46.35km2，年變化率在3.78%。每年消失的湖泊水域面積在9.27km2。可以說(shuō)這一時(shí)期的湖泊面積處在逐漸減少的狀態(tài)。2005—2011年間湖泊水域的萎縮并沒(méi)有得到遏制，反而速度加快。萎縮面積在144.92km2，年變化率保持在 6.47%，每年的萎縮量在24.15km2。2005—2011年的湖泊水域面積的萎縮處于急劇減少的狀態(tài)，變化量巨大。減少的面積占到了2000年湖泊面積的19%左右。11年湖泊面積減少了四分之一。11年間湖泊水域變化的整體特征呈現(xiàn)的是一種逐漸遞減的態(tài)勢(shì)。這就與不同時(shí)期的武漢市城市發(fā)展速度和城市湖泊的管理及保護(hù)力度是密不可分的。

3 湖泊面積分級(jí)統(tǒng)計(jì)

為更細(xì)致地了解湖泊面積變化，我們將得到的湖泊數(shù)據(jù)，進(jìn)行分級(jí)處理，得到下表：

由表中數(shù)據(jù)可以看出，從2000年到2011年，小湖面積呈現(xiàn)減小后增加的趨勢(shì)，1到10平方公里面積的湖泊呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，而大于10平方公里的大湖數(shù)量則變動(dòng)幅度分小。2000年到2005年城市化速度加快，導(dǎo)致湖泊水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，小湖開(kāi)始減少，中等面積湖泊有所增加。2005年到2011年，政府加強(qiáng)立法保護(hù)和湖泊管理體系的完善，小湖面積逐漸增加，中等湖泊相較05年有所減少，但減少幅度并不大。從整體來(lái)看，從2000年到2011年，湖泊斑塊數(shù)量逐漸增加，湖泊面積不斷減少，但整體逐漸趨定。

三、影響分析

本文的分析結(jié)果表明，2000—2011年的湖泊水域面積總量的變化經(jīng)歷了兩個(gè)階段：2000—2005年的湖泊水域面積萎縮速度較慢；2005—2011 年的湖泊水域面積萎縮速度變塊，湖泊面積的萎縮速度加快，湖泊幾何形狀趨于簡(jiǎn)單化，人為活動(dòng)對(duì)湖泊的影響加大。 湖泊總量變化均為負(fù)值，呈萎縮趨勢(shì)。但由于湖泊保護(hù)有法可依，湖泊改造順利進(jìn)行，部分湖泊的萎縮趨勢(shì)初步控制。

湖泊作為最為重要的城市生態(tài)用地，其價(jià)值對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。所以提出以下幾個(gè)保護(hù)建議：堅(jiān)持科學(xué)規(guī)劃，明確湖泊管理保護(hù)目標(biāo)任務(wù)。統(tǒng)籌保護(hù)與開(kāi)發(fā)、協(xié)調(diào)湖泊生態(tài)與城市發(fā)展，全面構(gòu)建湖泊管理和保護(hù)規(guī)劃體系與健康監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)體系。樹(shù)立人與自然和諧相處的理念，促進(jìn)湖泊資源的可持續(xù)利用。

也可以利用RS，GIS和GPS技術(shù)手段，建立武漢市湖泊數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行屬性編碼，在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)下通過(guò)集成，形成武漢市湖泊管理信息系統(tǒng)，同時(shí)，屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中輸入有關(guān)污染源的信息，從而有效控制和監(jiān)測(cè)點(diǎn)源與面源污染。利用GIS的強(qiáng)大的空間分析功能，對(duì)武漢市湖泊進(jìn)行時(shí)空分析，建立預(yù)測(cè)模型和指標(biāo)模型，通過(guò)預(yù)定模型實(shí)施信息的運(yùn)轉(zhuǎn)，逐步進(jìn)行修正和完善，正確指導(dǎo)湖泊的持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

本文存在的局限性：TM遙感影像分辨率較低，加上所選取年份數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，使得監(jiān)督分類(lèi)結(jié)果與真實(shí)地表類(lèi)型分布情況存在一定誤差。提取的湖泊面積較當(dāng)年的實(shí)際數(shù)據(jù)有偏差，但變化趨勢(shì)一致。

參考文獻(xiàn)：

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