国产高分卫星数据在新疆铁厂沟煤矿塌陷调查中的应用

煤矿开采引起的地面塌陷、地裂缝等地质灾害日益严重,查清矿区地质灾害规模、分布和影响范围,掌握变化趋势,对建设绿色矿山至关重要.应用资源一号02C（ZY1-02C）,高分一号（GF-1）和高分二号（GF-2）卫星高空间分辨率影像数据,基于已知塌陷区的基本特点,建立遥感影像地物解译标志体系,通过人机交互目视解译,圈定了新疆铁厂沟煤矿区地面塌陷的边界、展布方向和影响面积.研究表明,国产卫星ZY1-02C,GF-1和GF-2数据能够有效保障矿区大、中型地面塌陷遥感精准识别;国产卫星ZY1-02C和GF-1能满足1：5万比例尺制图要求,GF-2卫星遥感数据可以满足1：2.5万比例尺制图要求.作为我国自主发射的国产高分辨率卫星,数据资源丰富,为今后开展矿山地质灾害遥感监测提供重要数据保障.

莱州湾沿岸寿光、莱州和龙口地下水的稳定同位素与地球化学

依据地下水咸化机理:蒸发、溶解和混合,海水入侵是地下淡水与较之更咸的海水的混合,海水和淡水的混合包括水分子的混合和溶解盐分的混合。只有溶剂水分子和溶质溶解盐分都发生了相同比例的混合,才能确定二种水体发生了混合。地下淡水变咸并不能都归因于海水入侵,也有可能源于蒸发或溶解。鉴定是否存在海水入侵可运用惰性示踪剂和反应示踪剂来共同识别。惰性示踪剂包括δD、δ^(18)O、Cl^-和Br^-,反应示踪剂包括主要化学成分和微量元素。本研究对莱州湾沿岸寿光、莱州和龙口的地下水进行了化学成分形成过程的对比研究。莱州采集样品6件,龙口10件,寿光9件。莱州和龙口的碎屑沉积物以硅酸盐矿物为主,而寿光的沉积物来源于南部鲁中南山地的碳酸盐岩。根据莱州采样点地理条件和样品的稳定同位素δD-δ^(18)O分布域确定了当地降雨入渗的多年平均值,进而明确龙口样品也源于就地降雨入渗补给,根据高程效应和当地水文情况确定寿光样品补给来自南部山区的降水,经河道排入洼地后入渗地下。Cl^--δ^(18)O关系表明盐分都来源于淡水溶解的蒸发盐,而非与海水混合。Br^-/Cl^-比值证实了蒸发盐溶解,还存在人为污染物和海侵沉积物中有机质分解的影响。从三线图可看出龙口样品经历了离子交换反应。主要成分和微量元素(HCO_3^-,H_2SiO_3,F^-,Li^+,Sr^(2+)和Ba^(2+))的含量与样品所处含水层的矿物组成有关,反映出水岩作用。所有样品都没有淡水和海水混合的现象。惰性示踪剂分析提供了区域地下水补给的框架,明确了大气水源因溶解蒸发盐而咸化,排除了淡水和海水混合的可能性。用反应示踪剂中主要化学成分和微量元素来分析水中化学成分的形成过程,在和海洋盐分输入对比基础上,二者偏差值主要源自水-岩相互作用结果,包括溶解、沉淀、离子交换等,以及局部样品的污染物输入。所以沿海地带研究地下水咸化,先要解决溶剂的混合问题,在此基础上辅以水文地球化学分析,利用水化学的多种示踪剂,主要解决溶质混合以及盐分来源问题。

工矿业城市区域水质参数高光谱定量反演

工矿业城市区域易受工业活动、矿产开采影响,使其水环境遭受不同程度的破坏,以至于水体污染问题突出。当前常规水质监测主要采用“以点代面”的工作方式进行野外采样及其室内化验分析,然而环境复杂多变,空间差异大,导致调查点代表性受限,整体精度不高,效率低下,更难以实现区域性动态监测。以因矿兴市的矿业重镇湖北黄石大冶市为研究区,同步开展无人机高光谱航飞、地面光谱测量和水体样品采集测试,分别获得具有49个波段的高光谱影像数据和光谱分辨率为1nm的水体光谱曲线,其中影像数据波谱范围为505~890nm,光谱分辨率为7.78nm,空间分辨率为30cm。对获取的高光谱影像和光谱数据剔除异常值、光谱定标、辐射校正等预处理后,对比分析研究区内水体的不同光谱吸收、反射及光谱曲线形态特征信息,从而提取出高光谱影像和测量光谱的反射光谱曲线形态特征、去包络线后光谱曲线形态特征、三阶求导后光谱曲线形态特征和光谱四值编码共四大类25个光谱特征。采用皮尔森相关系数分析样品水质参数与光谱特征之间的相关性,以此筛选出存在显著相关的水质参数与光谱特征。在此基础上,采用逐步回归分析方法筛选出最大反射率及其波长位置、对称度、光谱编码Ⅲ、三阶导最大及最小值等光谱特征作为模型变量,构建出水质参数的多元线性反演模型,并对模型进行F检验和t检验。将检验后的反演模型推广运用于研究区内高光谱影像,获得尾矿库、河流、湖泊等典型区域的水质参数反演结果,从而实现“由点到面”水质参数信息的快速获取。结果显示水质参数pH、硬度(Ca^2++Mg^2+)、钾与氯离子比值(K+/Cl-)、镁与碱度比值[Mg^2+/(HCO^3-+CO^2-3)]的反演精度较高,其pH的判定系数R2最小为0.669,镁与碱度比值的判定系数R2最大为0.895,相对均方根误差均小于28%;而总溶解固体(TDS)反演精度较低,其判定系数R2仅为0.463,相对均方根误差达36.762%。提出了一种基于光谱曲线形态特征的高光谱遥感水质参数定量反演模型方法,实现了pH值、硬度、镁离子与碱度之比等水质参数的高光谱定量反演,为区域水环境动态监测提供了新方法。

莱州湾白浪河河水和河口海水的水化学和氢氧稳定同位素特征

在海水入侵的研究中,通常将海水作为一个重要的混合端元。而一般沿海带的海水,尤其是河口海水相对于标准海水都会受到入海河流以及沿海人为活动的强烈影响,在空间和时间上的分布不断在变化。因此在研究海水入侵之前,研究河口海水、标准海水与河水成分之间的混合关系至关重要。本研究主要是对比海水和地表水的稳定同位素和水文地球化学成分。在莱州湾入海河流白浪河的下游沿岸采集5件河水样品,河口采集7件海水样品,对样品进行了水化学和稳定同位素测试,研究淡水和海水的混合关系。采用惰性示踪剂(δD、δ^(18)O、Cl^-、Br^-)和反应示踪剂(Na^+、Mg^(2+)、SO^(2-)_4、HCO^-_3、Ca^(2+)、NO^-_3)展开分析。在δD-δ^(18)O关系图上,所有的河水样品都位于全球大气水线之下,反映了上游水库水的蒸发,海水样品则位于标准海水与河水样品的混合线上。河水样品δ^(18)O—Cl^-关系表明不同程度的溶解了蒸发盐;河水样品的Ca^(2+)、HCO^-_3、SO^(2-)_4与Cl^-的比值反映了CO_2气体、碳酸盐以及硫酸盐溶解。海水样品的Br^-/Cl^-比值与海水比值基本相同,与其它主要离子与Cl^-的关系都表明海水样品源于标准海水与河水的混合。因此当河水和海水混合时,两种水体的溶剂发生机械混合,溶质中海水占主导的化学成分与Cl^-比值都接近海水比值,包括Na^+、Mg^(2+)、SO^(2-)_4、Br^-和Cl^-的比值,而大陆生成的成分在淡水中与Cl^-的比值都会大于海水比值,主要有HCO^-_3、Ca^(2+)、NO^-_3和Cl^-的比值。这种混合机理也适用于地下水。

莱州湾南岸卤水的稳定同位素与地球化学特征

莱州湾南岸卤水的开发利用始于20世纪50年代,如今卤水的含盐量比海水高出3～6倍。本文采用稳定同位素和水化学分析来鉴定卤水的盐分来源,为此在研究区内采集了9件卤水样品,采样井深度为30～80m。首先根据同位素盐效应,对卤水的δD和δ^(18)O值进行了校正。校正后的δD和δ^(18)O值关系图表明卤水的水分子来源于大气降水,而不是海水。δ^(18)O—Cl^-和Br^-—Cl^-关系表明卤水的盐分不同于海水蒸发的余留水。根据化学分水岭原理,卤水的Ca^(2+)/SO_(-4)~2和Ca^(2+)/Mg^(2+)值演化提示溶解盐起源不是蒸发的海水卤水。其它化学成分关系也证实了卤水的盐分源于海水蒸发盐的反复溶解。本研究说明卤水样品与海水盐分有关,但是与海水的水分子无关。

苏北废黄河三角洲岸线变迁与海岸冲淤动态遥感监测

近几十年来,我国的砂质、淤泥质海岸正呈现侵蚀加剧的演变趋向。随着卫星遥感数据在光谱、时间和空间分辨率方面的不断提高,海岸侵蚀和淤积监测具备了精度越来越高的数据源。在前人研究的基础上,以废黄河三角洲海岸为研究对象,利用遥感技术和野外实地调查对海岸岸线变迁及冲淤动态进行了研究。研究表明:遥感技术在岸线变迁、侵蚀淤积监测和预测方面具有其他技术无可比拟的优势,在海岸带地质环境监测中的应用已成为具有实用价值的技术。

赣南地区离子型稀土矿山地质环境问题评价方法探讨

通过对赣州市定南县离子型稀土矿山地质环境问题调查研究,构建了包括自然地理、基础地质、地质灾害、矿产开发资源损毁、地质灾害和隐患6种指标的指标体系并确定了评价指标的量化分值。利用层次分析法(AHP)确定评价指标的权重,使用Arcgis空间分析模块进行加权计算,得出综合评价分区。为赣南地区的离子型稀土矿山地质环境保护与恢复治理规划提供有益的参考。

白洋淀湿地生态功能评价及分区

白洋淀湿地在雄安新区建设过程中具有重要生态安全保障作用。开展白洋淀湿地生态功能评价及分区研究,为生态环境治理和保护提供科学依据,是当前普遍关切和急需解决的问题之一。面向白洋淀湿地生态保护和管理的需求,在明确白洋淀自然环境特征和主要生态环境问题的基础上,结合外业调查、遥感、综合评价等方法,从水产品供给功能、水生植物供给功能、气候调节功能、生物多样性维护功能、水质改善功能5个方面评价了白洋淀湿地生态系统服务功能重要性,从水污染敏感性、湿地变化敏感性、重要自然与文化价值敏感性3个方面评价了白洋淀湿地生态系统敏感性。基于评价结果,将白洋淀湿地初步划分为7个一级生态功能区和19个二级生态功能区。在分区方法方面体现了白洋淀湿地人地关系动态特征,分区结果注重现状与历史相结合,有助于服务未来淀区生态保护规划决策实施。建议在实施白洋淀生态环境治理和保护过程中,依据白洋淀湿地生态功能分区特征,实行分区管制,制定对应的生态环境治理和保护措施。

地震滑坡高分辨率遥感影像识别

区域性地震滑坡信息获取目前主要通过遥感目视解译和计算机提取,存在主观性强、耗时费力、提取精度低等问题,导致难以满足灾后应急调查、灾情评估等方面的应用需求。采用资源三号、高分一号高分辨率遥感影像,以汶川震区为实验区,在地震滑坡灾害特征分析的基础上,通过多尺度最优分割方法构建多层次滑坡对象,融合光谱、纹理、几何等影像特征和地形特征信息建立多维滑坡识别规则集合,基于高分辨率影像认知模式与场景理解过程提出滑坡分层识别模型,从而实现地震滑坡空间分布及其滑源区、滑移区和堆积区的准确识别。实验区分析结果显示最低识别精度为81.89%,而滑坡的堆积区最容易被分辨,识别方法具有可推广性。研究成果可为灾后应急调查提供技术支撑,并促进国产高分辨率遥感卫星的地质灾害应用。

资源三号卫星在汶川震区滑坡快速识别中的应用方法研究

针对当前采用野外人工调查和遥感目视解译获取地震灾区滑坡信息存在主观性强、耗时费力等缺点。以汶川震区为实验区,应用资源三号(ZY-3)卫星影像,采用多尺度最优分割方法构建多层次识别对象,融合光谱、纹理、几何等影像特征和地形特征建立多维滑坡识别规则集合,以及基于高分辨率影像认知模式与场景理解过程提出滑坡分层识别模型,从而实现滑坡空间分布及其滑源区、滑移区和堆积区的快速识别。通过实验结果发现最低识别精度为82.97%,而滑坡的堆积区最容易识别。研究结果验证了该方法及资源三号卫星数据快速识别地震滑坡信息的有效性,可为震区滑坡调查提供技术支持,并可促进国产卫星的推广应用。

1975年—2018年白洋淀湿地变化分析

白洋淀湿地生态功能重要、战略地位特殊,研究其时空变化规律具有重要意义。本文基于1975年—2018年间10期Landsat卫星遥感影像,辅以2017年—2018年高分二号(GF-2)卫星遥感影像,在野外考察湿地类型及其覆被特征基础上,人机交互解译获取各期土地利用/覆被分类图,从面积变化、类型转化、景观格局变化方面分析了近43年白洋淀湿地变化时空特征,讨论了影响分析结果的不确定性因素以及湿地变化成因。结果表明:1975年—2018年白洋淀湿地面积总体呈减少趋势,净变化-68.20 km2(-24.83%)。其中,1975年—1990年湿地面积波动性小、基本稳定,1990年—2011年湿地面积持续性减少,2011年—2018年湿地面积呈现增加趋势。湿地与非湿地类型相互转换区域主要分布于淀区南部、西部、北部的水体—水生植物—耕地—建设用地过渡区域。近43年白洋淀湿地景观趋于破碎、复杂和异质。遥感影像选取月份、年份,以及土地利用/覆被分类体系、分类方法,是影响分析结果的主要不确定性因素。气候、水文等自然因素变化,叠加工农业及城镇生活用水、上游水利工程蓄水、地下水开采等人为因素变化,是白洋淀湿地面积减少、趋于干化的成因。