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基于遥感的南阳市生态环境质量评价.rar

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    编号:20180915222607648    类型:共享资源    大小:632.97KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    基于 遥感 南阳市 生态 环境质量评价
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    第 1 页(共 11 页)基于遥感的南阳市生态环境质量评价姓 名:刘敏洁指导老师:韩晓勇摘 要:依据国家环保总局颁发的《生态环境状况评价技术规范 (试行)》, 集中讨论了城市尺度下,适用于生态环境质量评价的土地利用分类标准 .通过解译中巴卫星遥感影像,结合南阳市区(县)的统计资料,进行土地利用现状分析、专项土地数据分析和城市生态环境质量评价.结果显示:通过计算生物丰度、植被覆盖、水网密度、土地退化、环境质量、污染负荷多项指数, 能较全面地衡量城市生态环境质量;南阳市生态环境居全国城市良好水平。关键词:区域生态环境;遥感监测;质量评价。0 引 言随着现代工业经济的飞速发展,中国城市化发展迅速.目前城市规模扩大,人口集聚,致使城市发展与自然环境产生冲突,出现了一系列诸如交通拥挤、住房紧张、能源短缺等环境问题,直接危害人民群众的健康,城市生态环境日渐恶化.城市环境与人类活动是否协调,是否有利于人类自身的发展和各项活动的开展,越来越为世人所关注[1]。近 20 年来,卫星遥感技术凭借着其能够进行大面积的实时监测,时效性强、信息客观真实、信息量大、数据综合性与可比性好等特点,在环境领域的应用越来越广泛。经过多年的实践,遥感技术现已成为自然资源调查、环境动态监测中不可缺少的地理空间信息获取、更新与分析的手段和数据源 [2、3、4、5] 。 本文基于地理信息系统与遥感技术, 依据国家环保总局颁布的《生态环境状况评价技术规范(试行)》,结合 RS 技术,运用生态环境状况评价技术规范,对南阳地区生态环境进行全面评价,以了解南阳地区生态环境状况及其变化情况,进行城市人地关系评价以揭第 2 页(共 11 页)示城市生态环境质量优劣程度.1研究区概况及数据源研究区概况南阳市地处北纬 32°17′-33°48′,东经 110°58′-113°49′,处于亚热带向暖温带的过渡地带,属典型的季风大陆半湿润气候,四季分明,阳光充足,雨量充沛。南阳是南水北调中线工程水源地和渠首所在地,市内河流众多,分属长江、淮河、黄河三大水系,长度在百公里以上的河流有 10 条。全市主要河流有丹江、唐河、白河、淮河、湍河、刁河、灌河等,可供开采量约 8.58 亿立方米,全市水资源总量 70.35 亿立方米,水储量、亩均水量及人均水量均居河南省第一位。南阳市总面积 26591 平方千米,总人口 1090 万(2005 年) 。1.1数据源的选择生态遥感监测影像数据应以中高分辨率,光谱对绿色植被比较敏感的影像为主。目前,我国可接收的可以利用的卫星影像有LandsatTM 5、环境一号卫星、CBERS—2 和 IRS—P6 四种,四种卫星影像特征见表 1。表 1 四种影像特征卫星 回访周期/d分辨率/m数据质量评价单景面积/km2中巴—2 26 19.5 一般 110×110环境一号卫星 2 30 一般 700×360Landsat TM 5 16 30 好 180×180IRS-P 6 22 23; 5.8 较好 117×117SPOT 4 或 5 26 5;10 好 60×60台湾福卫二星 14 8 较好 24×24第 3 页(共 11 页)综合各种条件和因素考虑,这次南阳市生态环境质量评价采用中巴卫星影像数据为数据源,数据为 2008 年南阳市土地利用数据,卫星接收时间为 2008 年 3 月至七月间,分辨率为 19.5m。2研究技术路线2.1研究技术路线由于本次生态环境质量评价的数据源为遥感影像,遥感解译的实质是土地利用信息提取,因此,要进行城市生态环境状况评价,首先要确立基于遥感影像、适用于生态环境状况评价的城市土地利用分类标准.然后确立遥感解译方案,通过技术路线(图 1)的实施,通过非监督分类,提取研究区土地利用信息.最后,通过分析南阳市土地利用现状和各专项用地数据,计算生态环境各项统计指标,得出南阳市环境质量评价结果。遥感数据预处理遥感数据准备地物光谱属性测试确定解译方案非监督分类提取分类土地面积信息空间建模与统计分析技术提取评价因子第 4 页(共 11 页)图 1 研究技术路线2.2 解译方案选择本次分类主要是在 ENVI 软件的支持下,通过非监督分类解译与人工干预的方法实现,步骤如下:首先转换文件格式,使用了 ENVI 遥感软件将原始 tiff 图像,转换成 image 图像。采用 4、3、2 波段组合,获取多光谱图像,如图 2所示:图 2 南阳市多光谱图像其次,根据分类标准,使用了光谱剖面模块,对地物光谱属性进行测试,获得地物光谱特征范围.最后,选择解译方案.通过多方面的分析,决定对土地利用状况采用非监督分类的方法进行。2.3解译过程第一步,通过归一化处理,将地物信息统一到比较一致的水平上,可目视分辨出植被、建设用地和水体三大用地类型.第二步,通过建立分类模板,运用 ENVI 软件中的非监督分类方法将南阳市土地利用进行初步分类。第三步,提取分类信息,将初步分类结果进行合理的归并整合,完成南阳市土地利用的重分类。其结果如图 3 所示:生态环境状况评价第 5 页(共 11 页)图 3 土地利用的重分类第四步,利用所分类土地的相元数以及空间分辨率,计算出各类土地的面积信息。通过实施技术路线,对中巴卫星影像样区作了较好的分类,统计后可以得到样区土地利用分类数据,结果如表 2 所示:分类 面积(平方米)建筑用地 3.12 108×耕地 1.16 108×第 6 页(共 11 页)林地 1.31 108×草地 1.18 108×水体 1.12 108×未利用土地 5.84 107×表 2 土地分类结果2.4遥感解译标志的建立借鉴国家环保总局发布的生态环境状况评价技术规范中的土地利用分类体系,将南阳市生态环境划分为耕地、林地、草地、水体、建筑用地以及未利用土地 6 大类。在二级分类中,耕地包括水田和旱地;林地包括有林地、灌木林地、疏林地及其它林地;草地包括高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地;水域包括河渠、湖泊、水库/坑塘及滩地;建筑用地包括城镇用地、农村居民点及工交建设用地;未利用地包括沙地、裸土地以及裸岩石砾地。生态环境状况指数计算本次工作遵照中华人民共和国环境保护行业标准[6],对南阳全市范围及所辖区县分别进行了生态环境状况评价。生态环境指标体系包括生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数及环境质量指数,对南阳全市范围及所辖区县分别进行了生态环境状况评价。生态环境指标体系包括生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数及环境质量指数。生物丰度指数与植被覆盖指数运用遥感解译的各种用地类型的数据得出,水网密度指数运用了河流长度、湖库面积以及水资源量的数据, 土地退化指数运用的是土壤侵蚀数据, 环境质量指数包括 SO2 及 COD 排放量、固体废物排放量和区域年平均降雨量。生态环境状况指数 EQI(Ecological Quality Index)= 0. 25×生物丰度指数+0. 2×植被覆盖指数+0. 2×水网密度指数+0. 2×(100-土地退化指数)+0. 15×环境质量指数。通过计算各个评价指标,再对各项指标进行加权计算,根据计算数第 7 页(共 11 页)值,将生态环境状况分为优、良、一般、差和较差 5 个等级(表 2)。[7]表 2 生态环境状况分类级别 指数 状态优 EQI≥75 植被覆盖度好,生物多样性好,生态系统稳定,最适合人类生存。良 55≤EQI<75 植被覆盖度较高,生物多样性较丰富,基本适合人类生存。一般 35≤EQI<55 植被覆盖度中等,生物多样性一般水平,较适合人类生存,但有不适人类生存的制约性因子出现。较差 20≤EQI<35 植被覆盖较差,严重干旱少雨,物种较少,存在着明显限制人类生存的因素。差 EQI<20 条件较恶劣,人类生存环境恶劣。3 南阳市生态环境状况评价3.1 南阳市生态环境状况通过实施技术路线,获得了 2008 年南阳市土地利用汇总,对南阳市的土地状况进行了分类,初步了解区域土地利用结构情况,结合南阳市各区、县的地理位置、人口规模、经济发展等信息,可以进一步分析出导致土地利用结构不合理因子,探究驱动机制.根据初步统计,2008 年南阳市土地利用方式主要以耕地、林地以及建筑用地为主。其中,土地利用方式以城镇建设用地为主,多分布在南阳市市中心、或与中心相邻的地区;土地利用方式以耕地为主,主要分布于南阳近郊。3.2南阳市环境质量评价第 8 页(共 11 页)基于生态学原理和考虑到数据获取的可行性、可靠性,选择了生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数、环境质量指数五项指数作为生态环境质量状况评价体系的评价指标体系。3.2.1 生物丰度指数生物丰度指数指通过单位面积上不同生态系统类型在生物物种数量上的差异,间接地反映被评价区域内生物丰度的丰贫程度。其计算公式为:生物丰度指数=Abio×( 0. 35×林地面积+0. 21×草地面积+ 0. 28×水域湿地面积+ 0. 11×耕地面积+ 0. 04×建设用地面积+ 0. 01×未利用地面积) /区域面积其中,Abio——生物丰度指数的归一化系数。3.2.2 植被覆盖指数植被覆盖指数指被评价区域内林地、草地、农田、建设用地和未利用地五种类型的面积占被评价区域面积的比重,用于反映被评价区域植被覆盖的程度。其计算公式为:植被覆盖指数=Aveg×( 0. 38×林地面积+0. 34×草地面积+ 0. 19×耕地面积+ 0. 07×建设用地面积+ 0. 02×未利用地面积) /区域面积其中,Aveg——植被覆盖指数的归一化系数。3.3.3 水网密度指数水网密度指数指被评价区域内河流总长度、水域面积和水资源总量占被评价区域面积的比重,用于反映被评价区域水的丰富程度。其计算公式为:水网密度指数=(Ariv×河流长度/区域面积+Alak×湖库(近海)面积/区域面积+Ares×水资源总量/区域面积) /3其中,Ariv———河流长度的归一化系数;Alak———湖库面积的归一化系数;Ares———水资源量的归一化系数。3.2.4 土地退化指数土地退化指数指被评价区域内风蚀、水蚀、中度侵蚀、冻融侵蚀和工程侵蚀的面积占被评价区域面积的比重,用于反映被评价区域内第 9 页(共 11 页)土地退化程度。其计算公式为:土地退化指数=Aero×(0. 05×轻度侵蚀面积+ 0. 25×中度侵蚀面积+ 0. 7×重度侵蚀面积) /区域面积其中,Aero———土地退化指数的归一化系数。3.2.5 环境质量指数环境质量指数指被评价区域内受纳污染物负荷,用于反映评价区域所承受的环境污染压力。其计算公式为:环境质量指数=0. 4×(100 -Aso2×so2 排放量/区域面积) + 0. 4×(100 -ACOD×COD 排放量/区域年均降雨量) + 0. 2×( 100 -Asol×固体废物排放量/区域面积)其中,Aso 2---so2 的归一化系数;ACOD——COD 的归一化系数;A sol——固体废物的归一化系数。3.2.6 生态环境状况指数( Ecological Index, EI)生态环境状况指数反映被评价区域生态环境质量状况。计算公式为:生态环境状况指数= 0. 25×生物丰度指数 +0. 2×植被覆盖指数+ 0. 2×水网密度指数+0. 2×(100 -土地退化指数) + 0. 15×环境质量指数按《生态环境质量评价技术规范》要求,将生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、环境质量指数和土地退化指数代入公式,得出南阳市生态环境质量指数,根据生态环境状况变化度分级表,属于“良”,即植被覆盖度较高,生态多样性较丰富,基本适合人类生存。以区县为单元,计算所得生态环境状况指数值分布在“良”和“一般”两个等级。4 结论评价指标体系构建的目的是通过对区域生态环境评价,了解其现状及动态变化规律,分析其变化原因,查找制约生态环境建设的障碍,最终促进生态环境保护与管理,推动人类与自然和谐发展。通过生态环境质量状况指数 EI 的计算,可以较清晰地比较生态环境状况的现状和年间变化情况,把握生态环境质量状况的变化趋势,同时可以会同其他环保、国土、水利、农业等相关部门对变化的具体原因做进第 10 页(共 11 页)一步的研究,并提出可行的生态环境建设的措施和方案,为地方生态建设和环境管理服务。本次遥感监测与评价使用中巴资源卫星遥感影像,获取南阳市土地利用分类数据,结合各区(县)统计资料, 运用 RS 技术,进行了南阳市土地利用现状和专项土地数据的分析, 分析结果显示:(1)南阳市生态环境土地覆盖类型的现状是以林地、耕地、建筑用地为主。而且南阳市水资源较为丰富。 (2)南阳市生态环境状况处于良好稳定的状态,但是环境的变化以及城市的扩张对生态环境的影响是不容忽视的问题,因此,政府要加大力度改善目前存在的问题,提高全民的环境保护的意识与觉悟,营造一个环境优美的生态城市。由于受目前相关学科科技水平的制约,研究资料数据及手段的限制,本文的部分数据仍然是一个相对数据,随着 RS和 GIS技术的发展,资料的积累会越来越丰富,环境评价的方法会有很大的进步,环境评价从速度上和质量上都会有质的提高。参考文献[1] 刘耀林,刘艳芳,梁勤欧.城市环境分析[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社, 1999.[2]王桥.卫星遥感技术在环境保护领域中应用的进展与挑战[J].中国环境监测, 2009, 25(4): 53-56.[3]陈文惠.国内生态环境遥感监测的内容与方法探讨[J].亚热带资源与环境学报, 2007, 2(2): 62-67.[4]闫海龙.浅谈遥感解译技术在生态环境状况评价中的应用[J].黑龙江环境通报, 2009, 33(3): 85-87.[5]田贵全,张明才.山东省生态环境遥感监测[J].国土资源遥感, 2006(4): 63-67.[6] HJ/T192-2006,生态环境状况评价技术规范(试行)[S].[7]国家环保总局.生态环境状况评价技术规范(试行)[S]. 2006.Based on the remote sensing of Nan yang eco-environment quality assessment
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