基于遥感监测的辽河流域典型湿地修复与管理目标研究

基于遥感监测的辽河流域基于遥感监测的辽河流域典型湿地修复与管理目标研究典型湿地修复与管理目标研究研研 究究 生：高媛媛生：高媛媛指导指导教师教师：吴冲副教授：吴冲副教授郭继香教授（提采）郭继香教授（提采）20152015年年5 5月月1616日日主主 要要 内内 容容研究背景与意义研究背景与意义1研究内容研究内容234研究结果研究结果结结 论论2通过辽河流域典型湿地生态系统问题诊断，分析湿地生态系统退化原因，提出湿地保护工作中存在的问题和湿地修复策略与管理目标，对该流域湿地保护及湿地功能的发挥具有十分重要的现实意义。1.1.研究背景与意义研究背景3研究目的与意义近年来，随着人为开发利用程度的不断加大，辽河流域湿地生态环境面临的问题日益突出，湿地资源面积锐减，湿地所具有的各种生态和经济功能明显衰退，生物多样性大幅下降，对整个辽河流域的生态环境持续改善产生了不良影响。研究背景与意义研究背景与意义1研究内容研究内容234研究结果研究结果结结 论论4主主 要要 内内 容容2.研究内容技术路线5湿地修复 方案研究实地调研 与分析辽河流域水生态环境调研与分析 辽河流域典型湿地退化原因及修复策略基于遥感监测的辽河流域景观格局、典型湿地景观格局变化与分析辽河流域湿地修复与管理目标研究 辽河流域典型湿地的确定辽河流域典型湿地水生态功能分区及管理目标的确定2.研究内容遥感数据来源与解译方法Ø 辽河流域遥感数据的解译使用的信息源来自于美国陆地卫星Landsat5 TM遥感影像，其空间分辨率为25 m，共获得16期TM信息。选择读取此时期信息的原因基于此时期内流域中景观信息完整、植被信息便于识别等特点。Ø 遥感影像预处理与辽河流域的地形图进行对照，进行几何校正，采用二次多项式拟和法和邻近点插值法进行影像配准以及重采样等，裁剪出了辽河流域所在区域。Ø 湿地实地调查湿地的地面调查以实地调查为主，并与普查和详查相结合。现场调查使用地形图和GPS，经与各有关部门核对，利用地理信息软件绘制辽河流域相关图件和数据统计表。6湿地生态系统健康评价Ø 为了一致性检验， 需要计算判断矩阵的 一致性指标。其中， n为判断矩阵阶数。 将CI与平均随即一致 性指标RI进行比较， 其比值称为判断矩阵 的一致性比例，记作 CR=CI/RI。当 CR<0.1时认为判断矩 阵具有一致性。指标层（Ci）因素权重=专家构建 判断矩阵计算单层 权重子集单层一致 性检验计算单层 权重子集总层一致 性检验得出 指标权重未通过已通过Ø 论文研究采用层次分析法来确定评价指标的权重。构造判断矩阵是层次分析法的关键一步。由专家填写判断矩阵，并进行一致性检验。最后确定隶属度函数，求其健康度。2.研究内容72.研究内容主要研究内容典型湿地退化原因及修复策略辽河流域湿地景观变化及其驱动力分析辽河流域湿地水生态环境调研与分析典型湿地水生态分区及管理目标8研究背景与意义研究背景与意义1研究内容研究内容234研究结果研究结果结结 论论9主主 要要 内内 容容3.研究结果辽河流域湿地水生态环境实地调研10Ø 通过对辽河流域8处湿地（如图3.1标记处）生态坏境进行实地调研，掌握了8大湿地的生态环境现状，并对部分湿地进行了水质取样并检测分析。利用快速消解分光光度法、水杨酸分光光度法等对COD、氨氮等含量进行了检测。图3.1 辽河流域实地调研湿地地理位置图 蒲河湿地COD含量剧增，其可能原因主要有：由于水库水和支流河水基本属于季节性补水，除九龙河外，其它支流河的连续补水功能极弱 ；泾流水的短缺导致流域滞水面积不断加大，水质恶化因素增长，蒲河新城段具有显著的纳污 和滞水的污染特征；分布在河道两侧的养殖业和农田在雨季会导致河流污染负荷加大，沿岸生活垃圾、作物秸 秆、牲畜粪便等流失河道，也导致了蒲河COD值的上升；团结水库和人工湖是依靠蓄水形成较强的滞水区域，并且对一次和二次污染物具有较强的蓄 积作用。3.研究结果图3.2 辽河水系湿地水质数据变化图11辽河流域湿地水质数据分析Ø pH监测值变化范围不大,最低 值为7.95，出现在七星湿地,最高 值为9.4，出现在蒲河湿地,最高值与最低值相差不大。整个监测时 段平均值为8.74，在69之间，符 合地表水类标准。 Ø 氨氮监测值一直比较稳定 ，三处湿地的氨氮含量均 <0.01mg/L，最高值为0.23 mg/L，出现在本辽辽湿地,最 高值虽与最低值相差20倍左 右, 但均远低于国家地表水 类标准。由图可知，上中下游COD变化幅度不大,但COD值均较高，其主要原因有： 自然条件：在枯水期时, COD较难分解沉淀下来，累积在河床，平水期时由于水量增大从底泥 中冲刷出来,形成二次污染 ； 水土流失：东辽河与浑河、太子河上游的东部山区由于无计划地发展蚕场、牧场、耕地等, 致使 水土流失严重，大量泥沙夹带有机质进入河道, 进而形成面源污染； 农业用水：辽河主要经过的是农业区, 河水被引进农田灌溉,而农业退水再流回河流时,难生化的( 例如农药) COD 部分就保留了下来。考虑湿地类型、湿地生态环境状况以及生态功能区等因素，选取辽河流域范围内具有代表性的3个湿地。辽河流域典型湿地的确定盘锦湿地属于滨海湿地复合的生态系统，湿地面积大，湿地内动植物种 类繁多，景观结构复杂多样，具有很 高生态和经济功能，是国内外瞩目的 湿地。本区石油、天然气、井盐储量 丰富。研究盘锦湿地对辽宁省，乃至 整个东北地区的水生态平衡都起着极 为重要的作用。莲花湖湿地具有特殊的土壤结构和生物区系，生态过程的湿地性质明显 ，景观特征显著，生态系统结构有着 难得的完整性。该湿地在辽河流域湿 地中具有一定代表性，对辽河流域生 态恢复战略的实施具有非常重要意 义。蒲河湿地曾属于重污染型湿地 ，掌握蒲河湿地修复的主要措施 ，并提出保护对策，对辽河流域 乃至全国污染型湿地的建设和生 态修复具有借鉴意义。123.研究结果解译使用的信息源为美国陆地卫星Landsat5 TM遥感影像，空间分辨率 25米，数据获取时间为2000年和2010年7-8月，共16期TM遥感数据。表3.1 2000年2010年辽河流域土地利用变化转移矩阵3.研究成果预处理与实地调查结合图3.3 2000年与2010年辽河流域土地利用图13基于遥感监测的辽河流域景观格局变化与分析Ø 遥感监测技术是指从不同高度的遥感平台，使用遥感传感器收集地物的电磁波信息，再将其传送到地面加以处理，从而达到与地物的识别与监测的全过程。 Ø 获得的遥感影像是地面景观物体按一定比例缩小了的立体模型，地表地物的几何形态和物理特征被真实客观的记录下来，具有高度的概况性。 Ø 景观格局研究的对象一般是几平方公里至几百平方公里的中尺度异质性地表区域，对于这种大跨度范围的研究单元，考虑人力物力方面的因素，利用遥感监测技术完成景观格局的研究最为准确。Ø 利用Acrgis软件进行计算后得到：10年间，湿地向非湿地转移的幅度较大， 10年间共转移37.9km2，且建设用地主要是由耕地转变而来。而非湿地向湿地转 移的幅度较小，仅有16.5 km2。 Ø 在此基础上，对数据加以整理，利用相关计算公式，计算得到了优势度，土 地利用程度综合指数、信息熵、均衡度 等指标数据，用来衡量湿地生态系统的 发展阶段，找出起主导作用的优势利用 类型。Ø Acrgis是一款集地理信息开发系统、分析、地图数字化、地理信息采集等功能于 一体的软件，可以对地理信息进行处理分 析、归类、管理等，从而提取对用户有用 的信息。3.研究成果Ø 现以辽宁省内辽河流域典型湿地（莲花湖湿地、蒲河湿地、盘锦湿地）为研究 区域，利用RS和GIS技术，进行湿地信息分类提取，通过景观面积变化分析揭示导致该地区湿地景观变化的驱动因子，以保护该地区的生物多样性。基于遥感监测技术分析典型湿地所在区域土地利用情况v 莲花湖湿地所在区域土地利用情况图3.4(b) 2010年莲花湖湿地所在区域土地利用图图3.4(a) 2000年莲花湖湿地所在区域土地利用图Ø 呈现这种变化的原因主要有2点： 人为开垦农田占用大面积湿地； 水产养殖业普遍。Ø 对数据进行整理后，基于湿地功能整合性指标分级标准，确定 了评价指标，经由专家核准，再 利用SPSS软件将数据与社会经济人文参数进行关联性分析，最 后赋予不同指标权重，根据主导 性排序可以得到导致数据变化的 主要影响因素。图3.5 2000-2010年莲花湖湿地所在区域景观类型动态变化图3.研究成果Ø 对莲花湖湿地所在区域土地利用分类情况进行统计并处理数据后，可得 到莲花湖湿地景观类型动态变化图和景观类型比例图。 v 莲花湖湿地所在区域土地利用情况图3.6 2000-2010年莲花湖湿地所在区域景观类型比例图由图可以看出，莲花湖湿地 所在区域10年中湿地、林地、耕地均呈现下降的趋势，草地和建 设居住用地则呈现增加的变化。 湿地面积减少了1.16%，5.41 km2 ，而建设用地面积增加近一 倍，增加了37.18km2。3.研究成果典型湿地所在区域土地利用情况图3.7 (a) 2000年蒲河湿地所在区域土地利用图v 蒲河湿地所在区域土地利用情况图3.7 (b) 2010年蒲河湿地所在区域土地利用图图3.8 2000-2010年蒲河湿地所在区域景观类型动态变化图3.研究成果Ø 对蒲河湿地所在区域土地利用分类情况进行统计并处理数据后，可得到 蒲河湿地景观类型动态变化图和景观类型比例图。 v 蒲河湿地所在区域土地利用情况图3.9 2000-2010年蒲河湿地所在区域景观类型比例图Ø 呈现这种变化的原因主要有2点： 河流年径流量小，断流频发； 人为规划建设。由图可以看出，蒲 河湿地所在区域10年中湿地、林地均呈现下降 的趋势，耕地、草地和 建设居住用地则呈现增 加的变化。10年间，湿 地面积降低了3.51%，面 积减少了17.27km2。3.研究成果典型湿地所在区域土地利用情况图3.10(a) 2000年盘锦湿地所在区域土地利用图v 盘锦湿地所在区域土地利用情况图3.10(b) 2010年盘锦湿地所在区域土地利用图图3.12 2000-2010年蒲河湿地所在区域景观类型比例图3.研究成果Ø 对盘锦湿地所在区域土地利用分类情况进行统计并处理数据后，可得到 盘锦湿地景观类型动态变化图和景观类型比例图。 图3.11 2000-2010年蒲河湿地所在区域景观类型动态变化图v 盘锦湿地所在区域土地利用情况Ø 可以看出盘锦湿地 所在区域20002010年 中湿地、林地均呈现 下降的趋势，耕地、 草地和建设居住用地 则呈现增加的变化。 湿地面积由最初的 51.58%降到了2010年 的48.44%，面积减少 了约102km2，湿地面 积的递减速率约为 10.2km2/年。Ø 递减速率极快的原因主要有2点： 滩涂的开发与围垦； 油田开发。典型湿地退化原因分析（基于湿地健康评价） 盘锦湿地退化原因： Ø 农业开发和石油开采导致湿地面积减少；Ø 淡水不足导致芦苇湿地质量下降； Ø 水盐失衡导致红海滩退化； Ø 生境破坏威胁生物多样性； 蒲河湿地退化影响因素：Ø 环境补给水严重不足，汇入污水量超过水环境容量；Ø 生活垃圾随意排放；莲花湖湿地退化影响因素：Ø 凡河补给水的水质影响；Ø 城区污水处理厂出水的水质影响；Ø 新城区建设的影响。203.研究成果典型湿地建设与生态修复策略21在综合考虑3个典型湿地的退化原因、程度和趋势的基础上，参照初步制定的湿地建设与生态修复目标，针对性地提出了3个典型湿地的建设和生态修复策略及具体措施。盘锦湿地 盘锦湿地建设与生态修复策略修 复 策 略具 体 措 施 水资源有效配置提高湿地的地下水位调节上游水利设施推广