流域遥感方法与实践

未来流域一体化管理模式下,要求数据、信息和知识在管理者、科学家、工程技术人员和所有利益相关方之间自由流通。其中,流域尺度数据获取、信息提炼和知识抽象是基础。卫星遥感技术因其大范围、综合性、动态性对地观测能力,为实现这一管理方式的改变提供了新的技术手段。过去的应用中,受相对稀缺的卫星影像数据和复杂应用方法的限制,出现了常规应用相对较少,应急使用较多;行业管理部门应用较少,专业研究机构使用较多;简单实用的方法较少,需要做复杂处理和调试的方法居多;数据瓶颈依然存在等问题,严重限制了遥感技术在流域管理中的深化应用。2007年中国科学院知识创新工程重大项目“海河流域治理工程生态环境效应遥感监测与评估”课题的立项,为服务于流域综合管理的遥感应用方法研究提供了实验基础。项目执行过程中,随着遥感技术在流域下垫面监测、水循环要素反演及生态环境效应评估等方面的研究日益深入,流域遥感方法论及应用范畴逐渐清晰,使得从整个课题的角度对取得的成果进行归纳总结成为可能。本文在分析流域管理发展趋势和流域遥感应用现状的基础上,介绍了项目的立项背景及在流域遥感蒸散发估算方法、水资源监测方法与农业水管理应用和生态环境变化监测与分析等方面的取得的研究成果,指出了未来流域遥感发展的趋势和任务。     

英国自然资源综合统一管理中的水资源管理

英国通过实行国家自然资源综合统一管理体制框架下的水资源流域综合管理,推动了土地资源和水资源的协同管理,保护了生态系统健康,实现了经济、社会和生态的协调发展.英国实行水资源所有权与使用权相对分离的产权管理制度,将水资源所有权收归国有,实现了水资源的初始配置,对水资源的使用权实行申请、许可、登记制度,从地表(河流、溪流或水渠)或地下每天取水超过20立方米的人,都需要向由环境、食品和农村事务部下属的环境署申请取水许可证.英国近百年的水资源管理历史表明,土地是所有资源管理的本底,水资源管理不能脱离自然管理体制的大框架,必须与其他自然资源要素一起进行综合管理,才能最终实现流域生态系统的健康发展.     

世界主要国家水资源管理体制及对我国的启示

世界各国针对水资源架构了不同的管理体制。本文梳理了各大洲主要国家的水资源管理体制,分析了水资源管理历史进程与趋势,总结了各国的水资源管理可以分为地方管理为主型、流域管理为主型、多部门管理型、集中管理型和非政府管理型等五种主要体制类型。结合我国水资源管理中存在的问题,启示我们要转变管理目标,改革管理机构并对其职能进行整合,实现更有效的区域管理与流域管理,结合国情进行水资源管理体制的改革和创新。     

水资源环境监测评价信息系统的设计与实现

本文提出了基于Arcview软件和空间信息管理和分析技术建立水环境监测评价信息系统 ,使水资源环境及其生态效应的综合评价研究更具有合理性和可操作性。论文从系统设计、功能实现、数据库组织管理模式及其建设等方面 ,论述了石羊河流域水资源环境监测系统设计和技术实现方法 ,并展望了水资源环境监测系统的应用前景。     

流域耗水平衡方法与应用

流域水量平衡分析是水资源现状评价与水资源合理调度研究工作中的-个核心.本文基于遥感技术估算的蒸散,结合监测统计数据,提出了流域耗水平衡方法,以海河流域为例进行了2002年-2007年流域及子流域的耗水平衡分析,流域多年平均蓄变量为-62.3亿m3,其中农业生产是流域水资源消耗的主要因素,占耗水总量的54.3%,年际变动范围较小(-5%-8%).通过流域蓄变量变化和流域蒸散结构的分析,揭示海河流域存在的水资源问题,为流域水资源管理和节水型社会建设耗水控制和节水方案提出建议.     

生态文明建设背景下的大河流域国土空间用途规划

本文在分析中国大河流域水生态环境管理方法演变的基础上,结合当前生态文明建设的新背景和新需求,提出当前我国大河流域国土空间用途规划的建议方案。即设置水功能区、完善每个单元功能定位,并充分结合流域完整性。提出由国家、大河流域、功能分区、单个控制单元,并与行政区划相结合的流域国土空间用途分区方案;同时提出水环境、水资源及水生态的定量指标,明确流域国土管理方案和责任分配方法,为在生态文明建设背景下我国大河流域国土空间用途规划提供决策参考。     

基于WebGIS的城市水资源实时监测管理平台的研究与实现

进入21世纪以来,随着城市规模的不断扩张,城市水资源利用和短缺的问题日益严重,已经成为影响城市经济发展的主要因素之一.本文结合实际工作经验,以GIS、物联网、视化等技术为支撑,建立了城市水资源全周期数据库,构建了城市水资源实时监测管理平台,实现了城市水资源的实时监控、应急管理及取水管理等功能,为城市水资源的合理配置和优化提供辅助决策支持.     

流域水资源环境监测系统的设计与实现

面对日趋严重的水资源问题,迫切需要建立水资源环境监测数据库和水资源环境评价系统,开展水资源环境及其生态效应的综合评价研究,而建立水资源环境监测系统是开展水资源评价的前提和基础.从系统设计、功能实现、数据库组织管理模式及其建设等方面,论述石羊河流域水资源环境监测系统设计和技术实现方法,并介绍该技术的应用情况,展望水资源环境监测系统的应用前景.     

澳大利亚水资源和水权管理

澳大利亚以州为主,对水资源采取联邦、州、地方三级管理的架构;同时实行流域管理与行政区域管理相结合的体制,水资源(包括地下水)、水体环境、水权市场进行全面治理.维多利亚州是该国水权登记和水权交易制度建立最早的一个州,经过20世纪60年代的水权改革,该州水权类型主要有:水源份额、供水份额、用水许可证、(水源)取用许可证、水源限额、协议供水、工程许可证、登记许可证、环境用水权,构成了该州现代水权分类的基本体系;该州水权登记具体由州水务登记局负责.澳大利亚在水资源及水权登记管理的做法为我国自然资源统一确权登记提供借鉴与参考.     

流域尺度景观生态耗水研究

笔者将景观生态学、遥感蒸散计算技术等应用于流域生态耗水研究,先利用1980年、1990年、2000年、2005年的4期遥感数据,研究流域土地利用演变特征,并对流域景观生态进行分区。然后利用MOD IS数据和平流干旱模型,计算2005年生长期蒸散分布;再结合流域水资源评价成果,计算景观生态消耗的水资源、不可控水资源和可控水资源;最后又结合规划目标,对白杨河流域生态保护系统2020年与2030年生态需水进行了预测。通过研究,弄清了流域景观生态对象、功能、格局和过程、弄清了其消耗的水资源类型、数量和时空分布,为优化配置水资源、实现流域可持续发展开辟了新途径。     

长江流域水资源空间分配

针对当前水资源空间分配方法存在影响因素选择不全,权重设计主观性强,且难以适用于大尺度流域范围等问题,该文提出了一种面向长江流域的水资源空间分配模型。该模型选取了年均降雨量、地形坡度、地表植被覆盖和区域集水面积作为水资源分配的影响因子,利用相关性分析方法和AHP层次分析法优化了因子影响权重设计,实现了长江流域的水资源空间分配,并采用长江流域二级子流域的水资源量统计数据进行精度检验。实验结果揭示了长江流域水资源量在1km格网尺度的空间分布差异,表明了该文面向长江流域水资源空间分配模型的合理性和准确性。     

多指标综合评判在自然资源承载力评价中的应用——以临泽县水资源为例

以临泽县为例,从水资源相对于人口、经济、生态的承载力及水质要素状况等方面出发,构建了一个灵活的、可直接度量的多指标评价模型及评价标准体系,客观全面地对临泽县水资源承载力进行评价,并综合考虑各评价结果,采用"短板法"得到最终水资源承载力综合评价结果.该评价方法可以为区域水资源规划与管理提供参考.     

基于多源信息的水资源立体监测研究综述

水资源监测是水资源管理的基础和支撑。随着中国最严格水资源管理制度的实施，从水量、水质、用水效率3方面的水资源管理开始向精细化和动态化管理转变。水资源要素具有时空变异大、通量变化快等特点，单独依靠地面监测手段难以开展大范围动态高效监测。目前中国水资源监测体系的建设，总体上以地面监测为主，还不具备水资源精细化和动态化管理需求的监测能力。随着卫星遥感等数据资源的不断丰富和陆面同化系统的不断发展，建立地面观测、卫星遥感和陆面同化系统三位一体的立体监测体系，探讨不同监测方式、多要素的协同监测机理、水资源监测要素的组织机制，对提升中国水资源监控能力具有参考价值。     

基于主成分分析的赣江流域水资源承载力评价

沿海的产业梯度的转移,带来了赣江流域产业的迅速崛起,同时水资源问题也日显突出。水资源承载力评价是实现水资源可持续发展的重要手段,本文以主成分分析法为基础,在赣江流域内按上、中、下流域段分别选取赣州市、吉安市和南昌市3个主要城市作为水资源承载力评价对象,得出赣江流域上中游的水资源承载力明显高于下游,上中游的水资源开发潜力还很大,而下游的水资源利用应在可持续发展的原则下采取保护措施。     

泥石流灾害多发区生态环境遥感监测评价

泥石流灾害对流域植被、土壤、水体等生态环境要素具有极强的破坏作用,快速有效地监测灾害影响区内生态环境的变化对防灾减灾工作有着重要意义。本文选取白龙江流域泥石流灾害为研究对象,利用多期次遥感影像提取了生态因子信息,构建了生态质量评价模型。结果表明,基于时间序列影像的遥感监测能够有效地刻画灾害发生前后的区域生态变迁过程,对地质灾害区的生态监测和修复具有实际应用价值。     

流域水生态功能管理区决策支持系统设计

应用ArcGIS Engine10.1开发工具包,在Visual Studio 2010开发环境下,完成了流域水生态功能管理区决策支持系统的设计与开发。该系统将流域水生态功能管理区划分成联合管理、独立管理和委托管理等子单元;并通过对子单元的水生态系统健康进行评价,将子单元的水生态系统受损程度分为好、中、差3类,以差异化的水环境管理方法为流域水生态功能管理决策和实施提供支持,有助于流域管理主体建立基于水生态功能的水质目标管理体系。     

ETWatch中的参数标定方法

使用遥感手段估算区域范围的蒸散量一直是热红外定量遥感的研究热点。ETWatch是用于流域蒸散遥感监测、针对遥感应用而设计的集成框架。方法集成了具有不同应用优势的遥感蒸散模型,并以Penman-Monteith方法为基础建立时间扩展方法,利用气象数据与晴好日的通量遥感估算结果,获得逐日连续的蒸散分布图。所生成的从流域级到地块级的数据产品能动态反映区域蒸散发的时空变化规律。为深入了解遥感蒸散量估算中的不确定因素,本文将其通量计算过程分为地表参数获取(以地表温度为主)、日净辐射、蒸发比等环节与地面数据进行对比和逐项的标定。并分别采用地表阻抗扩展法和蒸发比不变法进行了时间插补的对比研究。利用站点地面观测资料对蒸散遥感监测产品的验证表明,在全年内模型蒸发比结果与实测的时段平均蒸发比的相关系数可达到0.7左右,在更长的时间尺度上(月、季、年)平均百分比误差可以减小到10％以下。     

土地资源数量质量生态监测指标体系研究

当前,国土资源管理正在从数量管控向质量管理和生态管护方向发展.为了配合国土资源部野外科学观测研究基地建设、获取关键科学现象和科学数据,提出建立土地资源数量质量生态监测指标体系.土地资源数量质量生态监测指标体系可分为9部分监测内容,即土地利用变化、土壤属性、作物长势、土壤污染和盐溃化、土地利用集约度、农用地流转、土地生态状况、基于地块的土地质量调查和土地退化监测,合计35个指标.指标体系结构包括监测内容、监测指标、数据来源与监测方法、监测尺度（区域、地块和样点）和监测周期.该指标体系能够配合国土资源部开展野外科研基地建设,满足基地开展长期综合监测和数据管理的需要.下一步需要从体现区域差异性和行业特色的角度进一步完善指标,并发展土地资源数量质量生态综合评价技术方法.     

ETWatch的模型与方法

流域水量平衡分析是水资源现状评价与水资源合理调度研究工作中的一个核心。本文基于遥感技术估算的蒸散,结合监测统计数据,提出了流域耗水平衡方法,以海河流域为例进行了2002-2007年流域及子流域的耗水平衡分析,流域多年平均蓄变量为-62.3亿方,其中农业生产是流域水资源消耗的主要大户,占耗水总量的54.3%,年际变动范围较小（-5%~8%）。通过流域蓄变量变化和流域蒸散结构的分析,揭示海河流域存在的水资源问题,为流域水资源管理和节水型社会建设提出建议。     

基于数据挖掘技术的流域不透水面及变化信息提取

流域不透水面是流域水循环模拟的重要参数,科学的估算方法对于城市化地区的水量与过程模拟、面源污染的估算、气候变化模拟预测等具有重要意义和实际价值。利用1988年、1994年、2002年三个年份的TM数据,以区域不透水面及其变化信息提取为研究对象,采用现场调查与计算机辅助分类相结合的方法,应用基于数据挖掘技术的决策树方法对区域不透水面进行信息提取,在此基础上,采用基于数据挖掘的混合法探测技术提取不透水面变化区域和变化类型。变化监测的总精度平均达到89%,足以满足水文模拟的需求。