新疆准东五彩湾煤田区不同深度土壤重金属污染评价、来源分析与空间分布特征

选择新疆准东煤田五彩湾露天煤矿区域作为研究区,对研究区周围的不同采样点的土壤样品进行采样及室内试验分析,测定了土壤中0-10cm、10-20cm、20-30cm三层土壤中的Hg、As、Zn、Cu、Cr、Pb六种重金属的含量,采用了多元统计分析、内梅罗综合污染指数法、地积累指数法,潜在生态危害指数法、主成分分析法、GIS空间插值和降尘重金属分析等方法对六种重金属在该区域的污染程度,空间分布特征,污染范围和等级,污染来源进行分析和评价。结果表明：从重金属含量上看,Hg、As、Cr三种元素的均值含量超过了新疆背景值,分别约为背景值的3.0倍、2.8倍和1.6倍。其中Zn和Cu相关性成线性正相关,相关系数较高,根据主成分分析可以确定这两种元素主要来源于土壤母质,Hg元素主要来源受人为因子影响,As、Cu、Cr元素不仅来源于土壤母质,也受人为因子影响。综合污染评价表明,Hg和As处于重度污染,其中Hg污染程度极重,Cr处于中度污染,Cu,Zn和Pb处于轻微污染状态。潜在生态风险表明,Hg处于较高生态风险,其他元素生态风险较低,该区域的潜在生态风险处于较高。从空间分析看,重金属高污染区域主要集中在矿区周边,公路附近和两个工业园区附近的区域,煤矿开采,运输,煤化工生产和能源工业等人类对土壤重金属的空间分布影响较大。     

主成分融合在干旱区盐渍地信息提取中的应用研究

土壤盐渍化严重威胁着干旱区绿洲的稳定与可持续发展,因此借助遥感手段快速提取盐渍地信息并掌握其空间分布有着重要的现实意义。本文以渭干河-库车河三角洲绿洲为例,探讨了基于主成分融合的干旱区盐渍地信息的提取方法。由于Landsat-7 ETM 的全色波段与多光谱波段有相同的太阳高度角和其他环境条件,影像获取时间一致,两种不同分辨率的数据可以不经配准而实现高精度融合。首先,对2001年的遥感影像数据(ETM影像)进行几何校正;再利用主成分融合技术,将多波段的ETM 影像与对应的全色波段影像进行主成分融合,在此基础上进行盐渍地信息的提取。实验表明,该方法的结果分类精度较高,与实地调查结果基本相符,是监测干旱区盐渍地变化的有效手段。结果表明:盐渍地主要分布在绿洲的和沙漠之间的交错带,盐渍地的分布在绿洲内部呈条形状分布,而在绿洲外部呈片状分布,且绿洲外部重度盐渍地交错分布在中轻度盐渍地中。研究结果对于干旱区绿洲盐渍地的合理开发和可持续发展有着重要现实意义。     

阿克苏河-塔里木河水系水质污染状况及其可持续发展策略研究

阿克苏河-塔里木河是干旱区纯耗散型内陆河,受人类活动影响,阿克苏河-塔里木河的水质受到不同程度的污染.利用塔河源流之一的阿克苏河中两个监测断面[龙口、西大桥]和塔河干流上游两个监测断面(阿拉尔、十四团)的实测数据对阿克苏河-塔里木河断面水质污染状况进行了分析.初步分析结果表明:①龙口、西大桥监测数据(除SS超标外)均达到国家Ⅲ类水体标准,阿拉尔、十四团监测数据(除SS超标外)均达到国家V类水体标准;②该水系的主要污染物为悬浮物、矿化度、总硬度、氯化物、硫酸盐等,说明该河的污染主要是盐碱化,其中悬浮物对该水系污染最为敏感,这主要和自然因素(水土流失、区域本底值等)有直接的关系.在此基础上对阿克苏河-塔里木河水污染源原因进行了分析,并且提出了阿克苏河-塔里木河流域可持续发展策略.总之,该水系由于天然地质环境、农田排入等因素,维持“中等污染”程度.该河受工业污染不明显,但要防止今后工业废水的大量排入.     

不同入射角下的雷达后向散射系数图像模拟

选择了新疆渭库三角洲(库车县、新和县、沙雅县)为实验区,利用Ulaby和Chapp的后向散射模型分别模拟了HV极化和HH极化的入射角为20°、24°、30°、33°、37°和40°的雷达后向散射系数图像。分析了不同入射角下图像各点后向散射系数值的散点图以及统计特征,得出由于入射角度的变化,两种极化的图像后向散射系数值变化较大,其变化趋势均符合余弦函数曲线分布,且模拟SAR图像很好的保留了地面散射信息。     

塔里木河流域中游绿洲地下水资源评价——以沙雅县为例

地下水资源是我国西部地区水资源的主要组成部分,对地下水资源全面科学的调查和评价,是解决水资源问题的基础性工作。本文尝试采用水均衡方法的同时进行数值模拟的方法对塔里木河流域中游绿洲沙雅县地下水水资源进行评价。结果表明:通过地下水资源均衡计算,绿洲地下水处于正均衡状态,通过数值模拟法计算,绿洲地下水处于负均衡状态。水均衡方法对较大区域地下水资源评价方便易行,但是局部地区精细化计算能力不足,由于多数补给项采用补给系数法计算,结果误差偏大;数值模拟方法对各种尺度研究区均可以进行模拟计算,但是对已有基础资料要求较高,模拟过程充分考虑实际水文地质条件及地下水位动态拟合精度,各源汇项计算精度优于水均衡评价方法结果。两种方法结合应用可更好地用于地下水资源评价。对沙雅县的地下水资源进行评价和分析,目的是科学合理开发利用地下水,保持水土平衡,促进沙雅县经济可持续发展。     

基于多源数据的干旱区盐渍地信息提取

土壤盐渍化严重威胁着干旱区绿洲的稳定与可持续发展,因此借助遥感手段快速提取盐渍地信息并及时掌握其空间分布有着重要的现实意义。以塔里木盆地北缘盐渍地普遍发育区域库车绿洲为例,探讨了干旱区以盐生植被红柳为主要覆盖的盐渍地信息的提取方法。综合利用TM卫星图像数据以及Radarsat雷达数据,分析了研究区主要地物的光谱特征及其波段间的相互运算,从而分析盐渍地与其它地物之间的可分性。着重分析了雷达波段作为一个波段加入ETM的6波段中一起参与主成分变换后对盐渍地信息的提取。研究表明：K-L-5（第五主成分）是提取重度盐渍地信息的最佳波段,TM1是区分红柳覆盖区（轻、中度）盐渍地信息的最佳波段,提取盐渍地信息时混分的水体信息可以通过MNDWI（改进归一化差异水体指数）设定一定的阈值予以剔除,混分的植被信息可以通过NDVI设定一定的阈值予以剔除。根据以上分析,建立决策树模型进行盐渍地信息的提取。结果表明,该方法的总体提取效果较好,是干旱区监测盐渍地变化的有效手段。同时也说明由于雷达波段的参与增加了盐渍地与其它地物之间的可分性,为雷达影像在提取盐渍地信息方面提供了一条有效途径。     

基于多光谱数据的荒漠矿区土壤有机质估算模型

目前运用高光谱数据估算土壤有机质的模型精度已经可以达到精准农业的要求,但其数据的整理和运算过程较为复杂且观测尺度较小。为节省资源,提高效率并为多光谱遥感估算土壤有机质积累经验,该文将Landsat8_OLI多光谱遥感影像各波段的反射率数据与地面土壤有机质SOM(soil organic matter)实测数据相结合,利用SPSS软件及多元线性回归分析方法建立基于反射率R、反射率倒数1/R、反射率倒数对数LN(1/R)、反射率一阶导数FDR(first derivative reflectance)的土壤有机质定量估算模型,精度检验后择取最优模型通过多光谱遥感波段运算的方式推广至整个研究区。结果表明:FDR模型的精度更高,RMSE为0.215,F检验结果为4.072,预测值与实际值之间的决定系数R2为0.963。基于该模型估算研究区空间范围的土壤有机质含量,得出土壤有机质含量在0~5 g/kg之间的面积占总研究区的84.065%,>10 g/kg的面积仅仅为0.001 5%。在4种土地类型中工矿用地SOM平均含量为最高的7.35 g/kg,受开采的煤炭中有机质影响较大。裸地面积2 674.44 km2,占研究区面积的63%,SOM平均含量6.12 g/kg；盐渍地和荒漠林地SOM含量偏低。总之,运用多光谱遥感数据估算干旱区土壤有机质的方法可行,也为遥感估算其他地表参数提供参考。     

新疆准东露天煤矿开采区PM10和PM2.5污染特征

以新疆准东露天煤矿开采区周边37个测尘点的PM10和PM2.5实测质量浓度为研究对象,运用多元统计学和GIS方法分析了研究区5月、7月、9月和12月的PM10和PM2.5的质量浓度特征、空间分布及其与气象因素(风速、温度和湿度)的关系。结果表明：研究区4个月份的PM10和PM2.5平均质量浓度均未超过国家环境空气质量标准(GB 3095-2012)日均浓度限值,PM10和PM2.5浓度大小顺序为12月＞7月＞5月＞9月。同一月份PM10和PM2.5浓度空间分布格局几乎相同,高浓度区域基本分布在产业区周边。湿度与PM10,PM2.5质量浓度呈较高正相关,温度与PM10呈负相关,与PM2.5在5月、9月和12月呈负相关,在7月呈正相关;风速与PM10,PM2.5在9月和12月呈负相关关系,在5月和7月呈正相关关系。总之,准东煤炭生产对开采区周边空气环境产生了一定影响,湿度是影响粉尘质量浓度和分布的主要因素。     

新疆干旱区绿洲土壤盐渍化信息提取对比研究

在遥感影像分类的过程中非光谱特征起着重要的辅助作用。纹理特征作为一种重要的非光谱特征对于遥感影像分类精度的提高也有很重要的作用。以渭干河-库车河三角洲绿洲为例,利用ETM+数据,探讨了该绿洲盐渍化土地覆盖信息的提取方法。提出了基于SVM的光谱和纹理两种信息复合的分类方法,通过此方法对该绿洲进行分类研究,并将分类结果与最小距离法、最大似然法(MLC)、神经网络法(Neural net)和单源数据(光谱)SVM分类结果进行定性和定量比较分析。研究结果表明：该方法能够有效地解决单数据源分类效果破碎、分类精度不高等问题,并对高维输入向量具有较高的推广能力。总精度达到93.179 5%,比单源信息的SVM分类法提高了3.161 8%,比最大似然法提高了4.825 2%,比神经网络法提高了7.475 6%,而与最小距离法相比,总精度甚至提高了11.102 9%,取得了良好的效果。与传统的分类方法的比较表明,文中所提出的分类方法具有明显的优越性和良好的前景,因此该方法更适合于遥感图像分类和盐渍化信息提取,是地物遥感信息提取的有效途径。     

SAR图像盐渍地分类研究

以渭干河——库车河三角洲绿洲为例,利用SAR数据,采用不同的分类方法来提取该研究区盐渍化土地覆盖信息。首先用Enhanced frost滤波算法对SAR图像进行去噪处理。然后基于灰度共生矩阵理论提取去噪后的SAR图像4种纹理特征,并在不同窗口大小下筛选出有效的纹理特征。最后结合纹理特征分别采用最大似然分类法和SVM分类法对SAR图像进行分类。研究结果表明:基于纹理特征的SVM分类方法,能够有效解决单源数据信息图像分类效果破碎问题;13×13窗口的总精度达到98.2456%,Kappa系数达到0.9763,更有利于遥感图像分类和盐渍化信息监测,是地物遥感信息提取的有效途径。