遥感技术在地表水源地水体监测中的应用研究

摘要

地表水源地是人类社会经济用水的重要蓄存地，做好地表水源地水体监测是保障供水安全的重要前提和基础。传统的地面监测手段存在监测站网建设不完善、不能直接获取面上信息等问题。遥感作为一种先进的监测手段，可大范围、快速、客观地获取地表水体信息，在地表水源地水体监测中存在着一定优势，可作为对传统地面监测手段的有效补充。本文调研了遥感技术在地表水体监测中的应用研究现状，分析了遥感技术应用于地表水源地水体监测需要迫切解决的问题，针对相关问题开展了技术研究，提出了地表水源地遥感监测应用技术框架，对框架中的关键技术进行了研究，并依据框架和建立的技术方法，开展了实例应用研究，主要研究成果如下:
　　 1)提出了地表水源地水体遥感监测应用技术框架。在框架中明确了遥感技术可为地表水源地水体监测提供的两类指标:湖库蓄水量监测指标和流域蓄水量分布动态监测指标。两类指标的产出，需要用到遥感水体监测技术、遥感与地面监测同化技术，以及遥感技术与其他水文监测、水文模型技术的结合。其中基于遥感技术获取满足水源地监测时间频度和精度要求的水体面积信息、遥感与地面监测同化技术，是需要迫切解决的关键技术问题。在地表水源地水体监测中引入遥感技术，能够降低监测信息获取成本、提高监测与评价精度。
　　 2)提出了基于多星源的地表水源地水体监测技术方法。为满足地表水源地管理对信息时间和空间精度的要求，可用中空间分辨率、高时间分辨率的多光谱遥感数据作为常用的水体监测数据源，而以高空间分辨率、低时间分辨率多光谱遥感数据作为日常业务应用数据的补充，可用于日常业务应用数据监测结果的验证和精度评价，也可作为影像序列补充。对不同的卫星数据源提出了针对性的水体提取方法，通过多卫星数据源、多处理方法组合，来完成满足业务要求的水体面积指标输出。
　　 3)提出了地表水源地水体监测天地数据同化的技术方法。利用连续获取的遥感卫星监测水体面积数据与地面监测数据建立同化模型，分析评价水源水库蓄水量，丰富了水源水库水体监测的手段和视角，修正了水库特征曲线，提高了蓄水量监测的精度，同时提供了一种可流程化的天地数据同化的地表水源地蓄水量监测技术实施路线，为技术的广泛推广和业务化应用奠定了基础。
　　 4)开展了相关技术的实例应用研究。论文选择岗南水库及所在滹沱河流域进行了实例应用。实例应用的结果表明:依据地表水源地水体遥感监测应用技术框架，运用基于多星源的地表水源地水体面积遥感监测技术和蓄水量监测天地数据同化技术，产出了岗南水库蓄水量和滹沱河岗南水库以上流域蓄水分布动态两类监测与评价指标，以较低的成本提升了岗南水库及以上流域蓄水量监测的能力和监测的精度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 地表水体监测技术方法研究进展

1．2．2 地表水体遥感监测应用研究进展

1．2．3 水源地监测研究进展

1．3 研究现状存在的问题

1．4 论文主要研究内容

1．5 技术路线与论文组织

1．5．1 技术路线

1．5．2 论文组织

1．6 本章小结

第二章 地表水源地水体遥感监测应用技术研究

2．1 地表水源地水体遥感监测应用技术框架

2．2 多星源地表水源地遥感监测技术方法

2．2．1 基于多光谱的水体提取原理

2．2．2 基于面向对象分类方法的水体提取技术

2．3 地表水源地水体的天地数据同化技术方法

2．3．1 技术框架

2．3．2 水面面积相关关系模型

2．3．3 水位-面积同化模型

2．3．4 水位-库容同化模型

2．4 本章小结

第三章 应用实例设计

3．1 实例设计框架

3．2 研究区概况

3．2．1 南水北调京石段供水工程水源地概况

3．2．2 滹沱河流域概况

3．3 数据准备

3．3．1 岗南水库蓄水监测研究数据准备

3．3．2 滹沱河流域蓄水监测研究数据准备

3．4 本章小结

第四章 岗南水库蓄水遥感监测研究

4．1 技术路线

4．2 岗南水库蓄水面积遥感监测

4．2．1 岗南水库水体提取

4．2．2 精度评价

4．3 水库蓄水监测存在问题分析

4．3．1 水库特征曲线存在问题分析

4．3．2 遥感监测的客观性分析

4．3．3 问题原因分析

4．4 水库蓄水状况遥感与地面监测同化技术实现

4．4．1 水位-面积关系同化模型

4．4．2 水位-库容关系同化模型

4．4．3 结果

4．4．4 检验

4．5 岗南水库蓄水状况评价

4．6 本章小结

第五章 滹沱河流域蓄水遥感监测研究

5．1 技术路线

5．2 滹沱河流域的划分

5．3 流域地表径流量的计算

5．3．1 径流系数计算

5．3．2 流域产流计算

5．4 流域中型水库蓄水量计算

5．4．1 上游水体面积提取

5．4．2 流域大中型水库蓄水量计算

5．5 结果与分析

5．5．1 流域水体提取结果

5．5．2 流域地表蓄水量结果与分析

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士期间参加的科研及发表论文情况

致谢