基于“人与自然生命共同体”理念的国土空间生态修复策略——以洞庭湖区为例

“人与自然生命共同体”理念是对“山水林田湖草沙生命共同体”理念的丰富和发展,其本质是以人为主体的自然-社会复合生态系统,或国土空间生态系统。为研究该理念对国土空间生态修复的作用和意义,在阐释该理念内涵的基础上,提出国土空间多层次系统生态修复模式,并以洞庭湖区为例,从要素、系统、管理、文化4个层层递进,既相对独立,又相互联系的层面制定生态修复策略和措施。

基于多源遥感数据的洞庭湖流域时空演变研究

近年来,洞庭湖流域的生态环境面临巨大的压力,主要原因包括自然灾害和人类不合理的开发利用。正确获取流域时空演变趋势对于保护和建设洞庭湖流域的生态环境至关重要。文章基于2017—2021年遥感数据,采用NDWI水体指数阈值法(标准化差异水体指数),分析了洞庭湖在此期间的湖泊流域面积变化趋势,研究了流域重心的迁移趋势,探讨了流域关键问题和脆弱环节。结果表明,大通湖在2017年至2021年3月下旬期间水域变化不大,保持在稳定状态。通江湖泊水域面积变化相对比较大,尤其2019年相比2018年呈断崖式萎缩,由2018年的863 km^(2)萎缩到2019年的648.02 km^(2),减幅214.98 km^(2)。影响湖泊演变的气象因素中,降雨与气温相关性最高。该研究成果可为洞庭湖流域可持续发展的治理措施的制定和科学规划提供重要参考依据。

洞庭湖生态经济区(湖南部分)矿山开发状况的遥感监测与分析

洞庭湖区砂石黏土等非金属矿产资源丰富,在湖区资源保障和经济社会发展中发挥了重要作用。利用2014年以来多期航空航天遥感影像,采用遥感解译、野外核查、数据统计分析等方法,系统研究洞庭湖生态经济区不同开采状态、不同矿种类型、不同区域的矿山开采变化信息。结果显示:洞庭湖生态经济区矿山开采具有明显的分带性;监测期内,在采矿山数量与占地面积逐年减小,废弃矿山逐年增加;从开采矿种看,砖瓦用黏土厂、堆沙场和采石场是区内的主要矿山类型,监测期内被大量关停/废弃或拆除/修复,效果明显;从行政区域看,岳阳市在采矿山数量减幅最大,关停/废弃和拆除/修复的矿山最多。

洞庭湖软土区域时序InSAR形变与环境物理参数联合估计方法

洞庭湖生态经济区是国家级重要发展片区,是国家战略发展的重要部分,但洞庭湖区域土质以软土为主,必须对区域内密集分布的基础设施开展长期持续的安全稳定性监测。目前使用PSInSAR进行监测时普遍是采用线性速率模型,但洞庭湖软土区域基础设施形变随时间演化具有明显的非线性特征,并且还受热膨胀、降水等环境物理因素影响。针对这一问题,本文提出一种用PSInSAR同时估计变形和环境物理参数的方法。该方法利用洞庭湖软土形变预测的双曲线模型和热膨胀效应先验模型代替原方法中的线性速率模型,同时融入热膨胀参数和环境降水参数,在PSInSAR解算过程中将形变与环境物理参数一并求解。在此基础上本文还提出了基于LAMDBA-SVD的时间维参数估计和基于雅可比迭代的空间维参数估计的解算策略。试验选取了覆盖岳阳市洞庭湖区的24景TerraSAR-X雷达卫星遥感影像,设计了包含PS点选点、基线网络构建、InSAR时序建模、时空维参数估计、时序总形变的生成这一完整算法流程,获取了此区域典型基础设施的热膨胀系数,以及2011年12月至2013年4月的时间序列形变场。利用模型的残余相位来评估建模精度,结果显示本文方法的残余相位为0.4 rad,相比传统线性速率模型提升了36.5%。

基于高分遥感的洞庭湖区河湖采砂监管及典型案例分析

为研究高分遥感技术在洞庭湖区河湖采砂监管中的应用,基于近20 a来航天航空高分遥感影像,采取人机交互解译与实地调查验证相结合的方法,总结河湖砂石开采的地表要素类型与涵义,建立河湖采砂遥感解译标志,剖析具有代表性的典型案例。研究表明:河湖砂石开采遥感解译标志不同于前人总结的陆域矿山开采的解译标志,其采矿设备为采砂船,“挖洲”开采面致使水涯线呈锯齿状,运矿设备为运砂船,中转场地有堆沙场和砂石码头,采场附近出现水体浑浊、洲滩萎缩等地表覆盖变化。通过华龙堆砂场的变迁、城陵矶砂石码头治理和东洞庭湖飘尾洲非法采砂等3个典型案例分析,表明高分遥感技术可为河湖砂石监管提供技术支持。

自然资源领域生态环境损害赔偿的实践困境及其优化路径

生态环境损害赔偿制度是生态损害的补充救济和综合预防机制的重要组成部分。目前,我国生态环境损害赔偿工作还在探索阶段,实践操作过程中还存在生态环境损害索赔履职效率低、生态服务功能损失价值量化难以把握、磋商协议司法确认实施难度大和生态环境损害索赔过程的监督机制需要不断完善等问题。本文在剖析生态环境损害赔偿实践工作中面临有关困境的基础上,拟从加强协调联动机制建设、推进技术支撑能力建设等方面完善生态环境损害赔偿制度,从而达到更好地保护生态环境的目的。

基于遥感动态监测的吉林省矿山地质环境及生态修复变化特征分析

为开展吉林省矿山地质环境变化趋势分析和矿山生态修复前景研究,利用2015—2019年获取的国产高分辨率卫星遥感数据和多源信息资料,采取自动化信息提取和人机交互解译相结合、室内综合研究与实地调查验证相结合的方法,对吉林省矿山地质环境及生态修复状况开展了遥感动态监测。通过对监测结果进行矿山地质环境及生态修复变化特征分析,基本掌握了该省矿山开发压占土地资源、损毁土地资源、矿山地质灾害、矿山环境污染和矿山生态修复的现状及其变化趋势。分析成果比较客观、准确,取得了较好的卫星遥感监测应用效果,可为该省深入推进山水林田湖草沙生态保护修复工程提供参考依据。

基于雷达遥感对地观测技术的软土地区公路沉降监测方法

为克服传统公路沉降监测方法需耗费大量人力物力且监测范围有限的问题,旨在提出一种基于雷达遥感对地观测技术(In SAR)的软土地区公路沉降自动化、大范围监测方法。考虑软土沉降特征,将非线性黏弹塑性四元件组合流变模型引入InSAR形变建模,提出软土地区公路沉降物理模型,并建立InSAR时序相位方程组,估计沉降未知参数,以计算获取公路大范围面状沉降结果。通过模拟数据和广东伦桂路水准实测数据验证了该方法的可行性和可靠性。结果表明:与软土In SAR线性模型计算方法相比,该方法精度提升24%;与传统地面水准实测方法相比,该方法获取的软土地区公路沉降均方根误差为±5.6mm,相对精度为5%,且趋势与水准实测结果一致。将该方法应用于湖南岳阳湖区公路大范围沉降监测,获取了该区1.5 a的时序沉降结果;该区域公路沉降呈现先快后慢的趋势,累积最大沉降达46mm,沿湖区沉降明显大于内陆区。可为软土地区公路沉降早期识别和养护管理提供依据。

司法视角下的洞庭湖区矮围遥感监测

为了给公安、检察等司法部门提供历史条件下形成并存续至今的破坏洞庭湖区水生态和水环境的非法矮围的有关修筑情况,本文以洞庭湖区一典型矮围为例,利用具有宏观性和多时相特点的多源卫星遥感影像数据和历史地图等开展矮围围筑过程的历史反演。获取了该矮围东闸、西闸、北闸三个闸口的详细修筑和拆除时间以及矮围中间近南北向道路和“S”形道路的具体修建时间、长度和面积等信息。为洞庭湖区生态环境整治行动提供了基础数据和执法依据,同时也证明了多源卫星遥感技术为司法部门提供历史违法证据的可行性。

基于高分辨率遥感影像的荆江河段南部洪道崩岸监测——以戥盘洲弯道为例

为研究长江支流崩岸情况,本文以荆江河段南部松滋河戥盘洲弯道及江心洲为例,利用高分辨率遥感影像数据,采用定量描述的方法,对其2013—2022年崩岸情况进行监测。监测结果表明,河道和江心洲都存在不同程度的崩岸,其中监测点南部河道宽度由2013年4月的203.11 m扩宽至2022年11月的287.94 m,平均每年扩宽8.5 m,每月扩宽0.74 m。5个监测点在监测期内都有不同程度的崩岸,崩岸程度最严重的监测点至河道岸边的距离从2013年4月的122.56 m缩短至2022年11月的60.13 m,平均每月缩短达0.54 m。因此,利用高分辨率遥感影像开展崩岸监测是一种非常有效的监测手段,是常规监测的有益补充;建议在开展长江主干流崩岸监测和修建防护工程的同时,应加强对长江支流河道崩岸的监测和河道防护。

多源遥感技术支持下的滑坡地灾隐患识别——以常澧地区为例

湘北常澧山地-丘陵地区地理地质环境复杂,滑坡地质灾害点多、面广、零散、频发,是造成人员伤亡和经济损失最主要的地质灾害类型。InSAR、光学遥感、LiDAR、GIS多源遥感综合技术,是目前可行性高、精度良好的滑坡地灾隐患识别和监测技术方法,能够满足宏观大范围、时效性等要求。该文基于InSAR形变速率数据、多光谱影像和DEM数据对湖南常澧地区的滑坡地灾隐患进行了识别和提取:首先用2种决策树分类方法对多光谱图像进行了土地利用分类,以便于观察研究区的用地类别及分布情况;然后运用DEM数据提取了高程、坡度、坡向、起伏度和曲率等5项地形地貌因子对研究区进行了滑坡危险性评价;再基于SBAS-InSAR技术对研究区进行地表时序微形变测量;最后在GIS系统内综合危险性评价结果和形变速率对研究区滑坡隐患进行提取和圈定,并基于CART决策树分类结果和研究区水系分布情况,对研究区内除圈定的滑坡隐患点以外的形变速率大于-0.01 m/a的区域进行了危险性推断。本次研究在植被覆盖区和裸露区识别出了数处隐蔽性高、规模小的滑坡隐患,并圈定了滑坡隐患的空间分布范围,面积0.126 km 2,证明了技术方法的有效性,具有一定的实践应用价值。

洞庭湖区生态修复现状及应对策略

开展洞庭湖区生态修复对维护长江流域生态安全和推进区域生态文明建设具有非常重要的意义。自2015年以来,湖南省积极推进洞庭湖区生态修复工作,并在水质、湿地环境和区域生态系统质量变化等方面取得积极成效,但存在生态环境问题积重难返、监管工作基础薄弱和公众生态意识淡薄等方面的问题。为此,采取多层次系统生态修复模式,从要素、系统、管理和文化等4个层面开展研究,提出生态修复策略和措施,以期为洞庭湖区及其他地区下一步生态修复实践提供指导。

洞庭湖区生态环境变化遥感监测研究

洞庭湖是长江经济带生态环境保护的核心区域之一.2018年6月,湖南省设立"洞庭湖区生态环境变化遥感监测研究"科技发展计划支撑项目,旨在以2014年立项的"洞庭湖生态经济区地理国情监测"项目成果为基础,利用清末以来各类历史地图、地形图和遥感影像,查明湖泊萎缩、洲滩扩张、水资源和湿地景观等变化特征和规律,为《洞庭湖生态经济区规划》的中期评估提供客观资料,为"河(湖)长制"的全面推进和湖南省部署的"洞庭湖区生态环境专项整治"的实施提供技术支持,推动遥感技术在自然资源监管、国土空间用途管制、生态保护修护中的应用深度和广度.

空天地多源数据地表形变分级监测平台构建

地面沉降是一种潜在的地质灾害。随着城市化进程加快,地表形变监测有着重要意义。本文提出基于空天地多源监测技术构建地表形变分级监测体系,即“一级”基于遥感技术开展地表形变大范围普查、“二级”基于高精度实景三维模型与人工巡检进行安全排查、“三级”基于GNSS技术定点实时监测,实现地表形变空天地协同监测。并基于Cesium框架、Spring Boot框架、MySQL数据库构建三维可视化平台,实现多源形变监测数据三维动态展示。

基于地理最优相似性的土壤重金属镉含量空间预测

以地理相似性定律为基础,利用野外采集的40个土壤样本数据,结合环境辅助变量构建地理最优相似性(GOS)模型,对研究区域重金属镉含量及其空间分布进行预测研究,并将预测结果与偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和通用克里格(UK)模型的结果进行对比分析。研究结果表明:研究区内土壤样本镉质量分数均值(0.432 mg/kg)比背景值大,接近中度污染水平(污染指数为2.18),区域土壤生态环境受到一定的威胁;GOS预测结果的决定系数为0.668,均方根误差和平均绝对误差分别为0.096和0.080,在4个预测模型中表现最佳;区域重金属Cd质量分数从东北部向西南部递减,高值分布于河流沿岸和人类活动密集区域,反映出人类活动是导致研究区内土壤重金属分异的主要因素。

基于深度学习的镜下岩石、矿物薄片识别

岩石、矿物显微图像的识别是岩矿鉴定的基础手段之一,对地质资源勘探有着重要意义。薄片显微图像一般情况下是在实验室中进行的,这项工作繁琐费时,需要大量的人力资源,并且准确性受限于鉴定者的经验。深度学习智能图像识别算法可以通过卷积神经网络提取显微图像的深层特征,从而达到对显微图像进行快速、准确分类识别的目的。本研究以PyCharm平台为深度学习框架,以中国科学数据网上的南京大学教学岩石薄片数据集、南华北石炭纪灰岩显微图像数据集等6个数据集为基础制作了可以应用于岩石矿物显微图像分类识别训练的数据集,搭建具有针对性的VGG卷积神经网络模型,该模型具有对整个岩石薄片图像与单个矿物图像分别提取其深层中的特征信息的能力,从而达到识别岩石薄片的目的。实验结果显示,随着模型训练迭代的进行,预测值与真实值之间的损失函数在不断减小,识别准确率在不断增加,在分别经过50个和30个循环训练之后,模型的损失函数与识别准确率已经基本收敛。模型对显微图像测试集的识别成功率均高于90%,说明搭建的模型对于图像有很好的特征提取效果,可以完成岩石矿物显微图像识别的任务。通过本文的研究,可以认识到,深度学习对于处理岩矿鉴定这样的任务有着高超的效率与准确度,开发相关的模型并运用到前端软件上,可以加快矿产资源勘探工作的速度,对于生产实践有着重要的应用意义。

基于NPP­-VIIRS夜光遥感的洪水灾损评估及可视化

洪水灾害是世界上发生最频繁、危害最严重的自然灾害之一,快速准确获取洪水受影响区域是洪水灾损评估的重要信息,可为政府制定应急救援决策提供重要的数据支持。针对传统洪水评估方法存在的时效性差、工作量大和费时费力等不足,本研究以广西“西江2020年第1号洪水”灾情为案例,首先对NPP-VIIRS DNB夜光遥感数据进行统计量法辐射归一化处理;其次构建市级、县级尺度的人口评估模型进行模型适宜性和尺度适宜性分析,基于多项式最优模型反演受灾人口数量并进行对比验证;再其次基于洪水发生前后夜光亮度变化提取识别灾后受灾影响变化区域,并监测灾后恢复进程;最后构建灾情可视化管理系统,可实现灾情信息实时共享。研究结果可得反演受灾人口的准确率为79.4%,与新闻报道具有一致性,表明基于NPP-VIIRS夜光遥感数据评估洪水受影响区域及受灾人口的准确性较高,具有可行性;同时基于WebGIS将灯光密度、灾情统计、多媒体数据进行集成开发,实现灾情动态信息在线可视化展示,可为政府及公众及时掌握灾情进而有效制定应急救援措施提供重要的数据支持。

民国中期以来洞庭湖洲滩演变特征

为研究民国中期以来洞庭湖洲滩时空演变特征,利用民国中期以来15个时段的历史地图和航天航空遥感数据,采用遥感解译与历史对比方法,研究现代洞庭湖洲滩发育分区,分析1938~2021年主要洲滩演变特征和变化原因。结果表明:洞庭湖的洲滩以陆源碎屑沉积为主,伴有生物沉积作用,沉积类型有湖相沉积、河流冲积、河漫滩与江心洲沉积以及河湖交互沉积,且因不同季节的水沙条件不同而呈现不同的沉积特点;洞庭湖现代洲滩分为20个发育亚区,其中东洞庭湖9个亚区,南洞庭湖8个亚区,西洞庭湖3个亚区;东洞庭湖中,漂尾洲是洞庭湖的最大洲滩,枯水期面积达466.89 km^(2);藕池河东支河口三角洲是近百年来发育最快的洲滩,1938年藕池河东支河口位于注滋口,1971年河口三角洲东延12.13 km至现今湖岸,其后河道向湖泊推进26.42 km;南洞庭湖的洲滩主要发育于沿嵩竹河一线以及万子湖北部,湖内湘江河漫滩与古湘江、资水三角洲后期受湖泊冲淤改造,但枯水期轮廓清晰;西洞庭湖中,七里湖因淤积已成为松澧洪道的组成部分,目平湖北部为松澧三角洲,南部为沅水三角洲,泥沙淤塞严重,枯水期主湖泊基本干枯。研究成果为合理开发、利用洞庭湖洲滩湿地资源,调整后三峡时代洞庭湖区治湖思路提供了客观资料。

湘阴县重金属污染耕地水稻钝化修复技术研究

耕地重金属污染是影响国计民生的重要问题。本文以湘阴县重金属污染耕地为研究对象,参考前人土壤修复方面成果,提出了“矿物改性复合钝化—二次阻隔—增值修复”技术思路。选取蒙脱石等4种黏土矿物按不同比例混合,细磨(-400目)—超细磨(-600目)配制出2种矿物改性复合钝化剂,采取以本次配制的2种矿物改性复合钝化剂为主,平行开展11种钝化处理,通过小区试验与大田示范同步进行。经验证,本次研制的改性复合钝化剂2+石灰+硅肥组合(GXFH-2+SH+SI)修复技术,能有效削减重金属污染耕地稻米Cd含量,并能有效增加稻米中有益元素Se含量,是一种成本低、效果好、操作简便的重金属污染耕地钝化修复技术,可推广应用。

华南与花岗岩有关的稀有金属矿床和钨锡矿床的时空分布规律及其成因联系

华南是我国战略性矿产钨锡的主产地,且与花岗岩有关的钨锡矿床附近常发育Li、Rb、Be、Nb、Ta等稀有金属矿床,但对这两类矿床的成因联系并不清楚。通过收集整理华南与花岗岩有关的稀有金属矿床和钨锡矿床的研究资料,对稀有金属矿和钨锡矿的成因关系进行初步分析,认识到这两类矿床具有区域-矿田-矿床-矿物多尺度的空间相关性,成矿时代、成矿物质来源及成矿作用相近性,且成矿主要与燕山期高分异花岗岩有关。两者之间“偶极”式分布样式为利用华南极为丰富的钨锡矿床勘探及研究成果寻找稀有金属矿床提供了依据。