云南九大高原湖泊的遙感監(jiān)測及其演變分析研究

吳 陽 吳雯雯 劉春旸

(云南工程職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650300)

云南省水資源總量豐富，居全國第三位，占全國水資源總量的1/7，但水資源時空分布極不均勻，具有總量多、可利用量少、利用難度大、開發(fā)利用率低等特點，并且生態(tài)環(huán)境惡化情勢還未發(fā)生根本性逆轉(zhuǎn)。云南湖泊水域面積超過30km2的湖泊共有9個，分別是：滇池、星云湖、撫仙湖、陽宗海、洱海、程海、杞麓湖、異龍湖、瀘沽湖。九大高原湖泊的健康狀況各異，生態(tài)環(huán)境惡化情勢日趨嚴(yán)重。其中，程海、星云湖、異龍湖水質(zhì)已處于劣Ⅴ類，杞麓湖屬于Ⅴ類水質(zhì)。因此，對高原湖泊的保護刻不容緩[1]。

傳統(tǒng)的水資源調(diào)查通常采用人工手段調(diào)查，存在獲取速度慢、費時費力的問題，由于云南省處于高原地區(qū)，地勢崎嶇，這也給傳統(tǒng)的調(diào)查方法增加了難度[2]。遙感技術(shù)是一種利用接受物體反射的電磁波，在不接觸物體的情況下，來獲得物體的一些參數(shù)的新技術(shù)，具有靈活性、有效性、客觀性、經(jīng)濟性等特點，很好地彌補了傳統(tǒng)調(diào)查方法的不足[3-4]。在眾多衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中，Landsat系列遙感數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率、波譜分辨率、極為豐富的信息量和較高的定位精度，是世界各國廣泛應(yīng)用的重要地球資源與環(huán)境遙感數(shù)據(jù)源[5]。本文基于Landsat系列遙感數(shù)據(jù),采用目視解譯的方法對云南九大高原湖泊進行遙感監(jiān)測，統(tǒng)計其湖泊水域面積，并分析其空間演變的差異。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

云南省是我國天然湖泊最多的省份之一，湖泊面積大于1km2的有37個。其中，滇池、洱海、撫仙湖、程海、瀘沽湖、陽宗海、星云湖、杞麓湖、異龍湖9個湖泊面積大于30km2。湖泊總面積1042km2，流域面積8110km2，湖容量達302億m3。

云南省九大高原湖泊分布在滇中、滇南、滇西和滇西北，分屬昆明市、玉溪市、大理州、麗江地區(qū)和紅河州。其中，滇池、程海和瀘沽湖屬長江水系，撫仙湖、杞麓湖、異龍湖、星云湖和陽宗海屬珠江水系，洱海屬瀾滄江水系。云南九大高原湖泊位置分布見圖1。

圖1 云南九大高原湖泊位置分布

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

研究選用的遙感影像為Landsat系列衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)均通過地理空間數(shù)據(jù)云獲取，包括Landsat系列衛(wèi)星中的Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品、Landsat7 ETM SLC-on 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品及Landsat4-5 TM 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，時間跨度為1988—2018年，每隔5～6年獲取1幅遙感影像。

1.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

研究所做的影像預(yù)處理主要包括輻射校正、幾何校正，以削弱大氣、地形及周邊環(huán)境對影像的影響[6]。針對Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，為了提高影像的分辨率，需將多色波段與影像全色波段進行影像融合，以達到提高影像空間分辨率的作用。為了突出水體還需對影像進行增強處理，對Landsat數(shù)據(jù)進行假彩色(RGB 4/5/3)波段組合[7]。

2 湖泊提取及其演變分析

2.1 湖泊提取

采用目視解譯的方法分別對1988年、1994年、1999年、2004、2009年、2014年和2018年的云南省九大高原湖泊的影像進行解譯，得到以上年份九大高原湖泊的水域面積。云南九大高原湖泊1988—2018年水域面積統(tǒng)計見表1。

表1 云南九大高原湖泊1988—2019年水域面積統(tǒng)計 單位：km2

2.2 演變分析

2.2.1 湖泊面積演變分析

為更好地對云南九大高原湖泊水域的演變情況進行分析，以水域面積200km2為界分成2部分進行對比研究。云南九大高原湖泊1988—2018年水域面積變化趨勢見圖2和圖3。

圖2 云南九大高原湖泊1988—2018年水域面積變化趨勢(水域面積小于200km2)

圖3 云南九大高原湖泊1988—2018年水域面積變化趨勢(水域面積大于200km2)

由圖2可以看出，水域面積小于200km2的6個高原湖泊分別是程海、星云湖、陽宗海、瀘沽湖、杞麓湖和異龍湖。其中陽宗海水域面積最為穩(wěn)定，基本無變化；瀘沽湖、程海、星云湖水域面積也較為穩(wěn)定，瀘沽湖、程海逐年呈微弱減少趨勢，星云湖1988—2014年呈減少趨勢，2014年后呈增加趨勢；杞麓湖和異龍湖湖泊水域面積相似，其變化趨勢也極為相似，1988—2009年水域面積均呈緩慢減少趨勢，2009—2014年減少速度加快，于2014年出現(xiàn)水域面積的極小值，該值僅是平常年份的2/3，2014年后面積逐步增加，至2018年恢復(fù)正常水平。

由圖3可以看出，水域面積大于200km2的高原湖泊是滇池、洱海、撫仙湖。其中撫仙湖水域面積最穩(wěn)定，基本無變化；滇池和洱海1988—2004年水域面積都趨于穩(wěn)定，都于2004年出現(xiàn)小的拐點，滇池在2014年后水域面積呈減小的趨勢，而洱海卻恰好相反，2014年后水域面積呈增加趨勢。

總體來說，九大高原湖泊經(jīng)過30年的演變，水域面積起起伏伏，但基本都回到了原有水平，說明政府的湖泊管理條例的實施起到了很好的保護作用。其中撫仙湖、陽宗海水域面積變化最小，水質(zhì)情況也相對較好，現(xiàn)撫仙湖水質(zhì)屬于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，陽宗海水質(zhì)符合Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。洱海屬于增長型湖泊，現(xiàn)洱海水質(zhì)屬于Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。瀘沽湖和程海屬于持續(xù)緩慢萎縮的湖泊，現(xiàn)瀘沽湖水質(zhì)符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，程海水質(zhì)符合Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。星云湖、滇池、杞麓湖、異龍湖均于2014年出現(xiàn)低谷點，水域面積有不同程度萎縮，后經(jīng)治理后，水域面積均逐步恢復(fù)。其中，滇池、杞麓湖、異龍湖現(xiàn)水質(zhì)屬于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，星云湖水質(zhì)屬于劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，整體水質(zhì)欠佳。

2.2.2 湖泊形狀演變分析

云南九大高原湖泊水域形狀演變見圖4。由圖4可以看出，近30年云南九大湖泊水域面積湖泊形狀均發(fā)生不同程度的變化，其原因主要是氣候和人類活動的影響。其中異龍湖和杞麓湖水域面積變化最大，主要與干旱、湖泊污染等因素有關(guān)，致使湖泊水域面積萎縮嚴(yán)重，呈現(xiàn)湖岸線整體向湖心萎縮。此外，滇池北部即海埂以北的草海部分面積變化較大，其主要原因是受到工業(yè)發(fā)展和工程治理的影響，滇池北部在不同時期呈現(xiàn)出不同的湖岸線形狀。其余6個高原湖泊形狀變化趨于穩(wěn)定，其中洱海湖岸線向外有小范圍的擴張，而其余5湖呈現(xiàn)細微的湖岸線向湖心萎縮。

圖4 云南九大高原湖泊水域形狀演變

3 結(jié) 論

本文對1988—2018年云南省地區(qū)的Landsat系列衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行目視解譯，得到云南省九大高原湖泊1988年、1994年、1999年、2004年、2009年、2014年和2018年的湖泊水域面積，并對九大高原湖泊進行了動態(tài)監(jiān)測，其監(jiān)測結(jié)果表明：

a. 1988—2018年間，杞麓湖、異龍湖、滇池、星云湖、程海、瀘沽湖、撫仙湖的湖泊水域面積發(fā)生了小面積的萎縮，共萎縮了5.06km2，其中杞麓湖萎縮0.92km2，星云湖萎縮0.14km2，滇池萎縮0.49km2，瀘沽湖萎縮1.01km2，程海萎縮1.90km2，異龍湖萎縮0.42km2，撫仙湖萎縮0.18km2。

b. 1988—2018年間，陽宗海、洱海的水域面積發(fā)生了小面積的擴張，水域面積共擴張5.02km2。其中，洱海水域面積擴張4.49km2，陽宗海水域面積擴張0.53km2。

c. 1988—2018年間云南省九大高原湖泊的水域面積總體趨于穩(wěn)定，但水域面積也發(fā)生了不同程度的變化。在1988—2018年的30年間九大高原湖泊水域面積總體減少了0.04km2。

d. 2014年是湖泊水域面積變化的拐點，20世紀(jì)70年代前，云南省年降水量偏多，70年代后期開始減少，90年代中葉后年降水量又有所回升，2005年后年降水又有減少的趨，致使2004—2014年湖泊基本都處于萎縮的狀態(tài)。特別是杞麓湖和異龍湖，湖泊水域面積減少近1/3。但2014年后，云南省降雨量明顯增加，再加上湖泊管理條例的實施，大部分湖泊水域面積得以恢復(fù)，杞麓湖和異龍湖也基本恢復(fù)到原有水平。