不同空间尺度河流水质与土地利用关系分析——以泰国蒙河流域为例

为分析不同空间尺度河流水质与土地利用的响应关系,认识水环境变化成因和趋势,以泰国蒙河流域为研究对象,采用GIS、莫兰指数(Moran′s I)和Spearman相关分析等方法,探究蒙河水质的空间分异及不同空间尺度下水质对土地利用格局的响应特征。结果显示,近20 a(1997—2017年)流域内溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、总磷(TP)、硝态氮(NO3--N)、氨氮(NH3-N)、固体悬浮物(SS)的Moran′s I值分别为0.86、0.38、0.35、0.40、0.45、0.50,表现出空间聚集性,而总大肠菌群(TCB)、粪大肠菌群(FCB)的Moran′s I值分别为-0.15、-0.10,具有空间离散特征。不同空间尺度下河流水质与土地利用的相关性大体一致,但相关程度存在差异,缓冲区尺度的土地利用格局能够更好地解释蒙河水质变化,其中水质指标与5 km缓冲区空间尺度下土地利用的关系最为显著。相关分析结果表明,蒙河流域农业用地、城镇建设用地对水质负荷起到"源"的作用,林地起到截留、吸附的作用。因此,蒙河流域水环境保护应以非点源污染控制为主,重点加强农业生产过程中化肥等管控,控制生活污水等污染物直排入河。

1997-2017年泰国蒙河流域水环境时空变化分析

蒙河(Mun River)流域是泰国东北部重要农业区,也是湄公河主要支流。随着流域经济社会发展,流域水环境难以避免受到扰动,研究其时空变化特征对于该区域及湄公河中下游的水生态环境保护具有重要意义。基于泰国污染管制署1997-2017年水质监测数据,应用季节性Kendall检验法分析代表性水质指标含量的变化趋势,并采用水质指数(water quality index)法分析流域整体水环境的时空分异特征。结果表明:尽管蒙河流域水环境总体质量尚好,近20年来水质总体上无趋势性变化,但存在明显的年内季节性变化以及空间差异。各监测站点非汛期水质状况一般好于汛期,而流域下游水质往往好于上游。推测土壤侵蚀、养分淋溶和城镇化进程是影响流域水环境的重要因素。

基于Sentinel-2A影像特征优选的随机森林土地覆盖分类

中南半岛地处热带、亚热带地区,由于水热条件适宜,植被生长旺盛,土地利用强度高,地表覆盖类型的光谱特征时空变异复杂,使用传统的基于光谱特征的遥感分类精度难以保证。Sentinel-2A卫星遥感数据具有较丰富的光谱波段和较高的空间分辨率,为土地覆盖遥感分类提供了多维特征空间。但多维特征参与分类容易造成信息冗余,从而导致分类速度和精度降低。因此,如何充分利用Sentinel-2A数据丰富的光谱和空间信息,并通过高维特征空间降维进行特征优选对于提高分类精度具有重要意义。本文以中南半岛典型地区土地覆盖分类为例,利用Sentinel-2A多波段光谱特征,归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)、归一化水体指数(NDWI)等指数特征以及对比度、相关性、能量、均值、熵等纹理特征,在随机森林模型框架下,采用平均不纯度减少方法对不同特征在土地覆盖分类中的重要程度进行识别;利用袋外(OOB)误差方法,对重要特征组合进行了优选;利用优选特征进行随机森林土地覆盖分类,并与原始随机森林分类结果进行对比。结果表明:Sentinel-2A影像的光谱特征和纹理特征在土地覆盖分类中具有较为重要的作用,光谱特征中短波红外、可见光、植被红边波段重要性较大,纹理特征中均值、能量法重要性较高。选择重要性列前9位的特征参与分类时,OOB精度达到最高;继续增加特征会使模型复杂度过高,容易发生过拟合而使得分类精度不增反降。通过特征优选高效利用了Sentinel-2A丰富的光谱和纹理信息,其总体分类精度达87.53%,Kappa系数达0.8461,优于原始随机森林方法,一定程度上提高了热带亚热带地区复杂土地覆盖分类精度。

泰国蒙河流域水沙变化趋势及影响因素

水沙变化是影响泰国社会经济发展的重要因素。基于湄公河支流蒙河流域下游乌汶水文站1980-2014年径流量和输沙量监测数据,运用线性回归、Mann-Kendall及小波变化等方法分析了水沙序列的演变规律,探讨了流域水沙变化的驱动力。结果表明:研究期间,蒙河流域年径流量呈微弱增加趋势,输沙量呈减少趋势;2000年以前,输沙量与径流量保持同步变化,但2000年以来输沙量显著减少;汛期径流量和输沙量均呈下降趋势。水沙突变点的发生年份不完全一致,径流量的突变点分别发生在1999、2006和2011年,而输沙量的突变点为1986、1999和2011年。径流量变化的主周期依次为14、8和4年,输沙量的主周期依次为32、12、9及4年,除输沙量32年变化周期外,水沙变化周期基本一致,均与南方涛动、地极移动、太阳黑子活动等因素有关。月径流量与输沙量具有显著的相关关系。海-气作用和人类活动是流域水沙变化的重要影响因素。厄尔尼诺和拉尼娜与流域降雨关系密切,并直接影响流域水沙变化。2000年以来,流域内建设用地面积增加,林地面积减少,流域产流能力提高,而水库大坝的建设导致流域汛期径流量和输沙量减少,抵消了林地减少对输沙量增加的影响。