基于TM的武汉市湖泊演化及其影响分析

摘要：以2000、2005、2011年武汉市Landsat遥感影像为主要数据来源，基于MapGIS平台，采用监督分类方法提取武汉市这三年的土地利用类型；采用人工目视解译方法和归一化差异水体指数（MNDWI）分别提取这三年的湖泊。通过对湖泊面积总量变化，面积演化幅度和面积分级统计分析，得出11年间的湖泊水域面积总量的变化呈现萎缩的趋势，年变化量在逐渐加快，湖泊萎缩的速度加快，湖泊分形维数也呈逐期较小趋势，可以看出湖泊几何形状趋于简单化，人为活动对湖泊的影响加大。湖泊作为最为重要的城市生态用地，其价值对城市的可持续发展有着重要的意义，要加强对湖泊的保护。

关键词：MapGIS；武汉市；湖泊演化；

一、数据来源及处理

1、TM遥感影像

本文从地理空间数据云选择了覆盖武汉主城区的2000、2005和 2011年九景Landsat5-TM数据，时相主要为夏季，由于数据较少，且希望选择无云影像，所以个别几景为秋初。

2、土地利用数据

（1）监督分类

1、对获取的影像数据进行预处理；

2、将武汉市主城区用地划为林地、湖泊、建设用地、耕地、草地、河流6个大类；

3、根据影像信息进行目视判读，参考武汉市土地利用实际情况，分别建立解译标志，使用MapGIS10多次对三期TM影像进行监督分类，对多次分类后图像做分类后处理，从中选择最符合实际的分类结果，最终得到分类影像。

3、水体提取

（1）归一化差异水体指数MNDWI

归一化差异水体指数MNDWI，是基于绿波段与中红外波段的归一化比值指数，其表达式为MNDWI=（p（Green）-p（MIR））/（p（Green）+p（MIR））。实验表明，MNDWI提取水体有较好的效果，特别是在提取城镇范围内的水体，能更好揭示水体微细特征，容易区分阴影和水体，解决了水体提取中难于消除阴影的难题。

分析像元值发现，像元值大于0的为水体部分，之后我们用栅格重分类将像元值大于0的像元提取出来。设置栅格重分类各参数，只分为大于0的一类，并设置缺省值为无效值，便获得了2000年、2005年和2011年的水体提取图。

二、湖泊演化分析

1、湖泊面积总量变化分析

在GIS的支持下，对3年所获得的遥感解译结果进行分析，并得到了 2000到2011这11年间的武汉市湖泊面积演化图。其结果显示2000年武汉市湖泊面积约为766.91km2，而到2011年武汉市湖泊面积下降到约575.65km2。湖泊萎缩面积高达约191.27km2，年萎缩量约为17.39km2。11年间湖泊面积消失了24.94%。

2、湖泊面积演化幅度

湖泊演变包括了湖泊的面积变化，空间变换以及质量变化。其中面积变化首先反映在湖泊的总量变化上，通过分析湖泊的总量变化，可以了解湖泊变化总的趋势和空间的演变。易计算出2000―2011年武汉市湖泊面积总变化量，年变化量的数值，结果如表所示。

从表中不难看出，武汉市主城区的湖泊在11年中整体的变化趋势均呈负值，即在不断的萎缩，其中2000―2005年湖泊萎缩面积为46.35km2，年变化率在3.78%。每年消失的湖泊水域面积在9.27km2。可以说这一时期的湖泊面积处在逐渐减少的状态。2005―2011年间湖泊水域的萎缩并没有得到遏制，反而速度加快。萎缩面积在144.92km2，年变化率保持在 6.47%，每年的萎缩量在24.15km2。2005―2011年的湖泊水域面积的萎缩处于急剧减少的状态，变化量巨大。减少的面积占到了2000年湖泊面积的19%左右。11年湖泊面积减少了四分之一。11年间湖泊水域变化的整体特征呈现的是一种逐渐递减的态势。这就与不同时期的武汉市城市发展速度和城市湖泊的管理及保护力度是密不可分的。

3 湖泊面积分级统计

为更细致地了解湖泊面积变化，我们将得到的湖泊数据，进行分级处理，得到下表：

由表中数据可以看出，从2000年到2011年，小湖面积呈现减小后增加的趋势，1到10平方公里面积的湖泊呈现先增加后减少的趋势，而大于10平方公里的大湖数量则变动幅度分小。2000年到2005年城市化速度加快，导致湖泊水域转化为建设用地，小湖开始减少，中等面积湖泊有所增加。2005年到2011年，政府加强立法保护和湖泊管理体系的完善，小湖面积逐渐增加，中等湖泊相较05年有所减少，但减少幅度并不大。从整体来看，从2000年到2011年，湖泊斑块数量逐渐增加，湖泊面积不断减少，但整体逐渐趋定。

三、影响分析

本文的分析结果表明，2000―2011年的湖泊水域面积总量的变化经历了两个阶段：2000―2005年的湖泊水域面积萎缩速度较慢；2005―2011 年的湖泊水域面积萎缩速度变块，湖泊面积的萎缩速度加快，湖泊几何形状趋于简单化，人为活动对湖泊的影响加大。 湖泊总量变化均为负值，呈萎缩趋势。但由于湖泊保护有法可依，湖泊改造顺利进行，部分湖泊的萎缩趋势初步控制。

湖泊作为最为重要的城市生态用地，其价值对城市的可持续发展有着重要的意义。所以提出以下几个保护建议：坚持科学规划，明确湖泊管理保护目标任务。统筹保护与开发、协调湖泊生态与城市发展，全面构建湖泊管理和保护规划体系与健康监测评价体系。树立人与自然和谐相处的理念，促进湖泊资源的可持续利用。

也可以利用RS，GIS和GPS技术手段，建立武汉市湖泊数据库，并进行属性编码，在地理信息系统平台下通过集成，形成武汉市湖泊管理信息系统，同时，属性数据库中输入有关污染源的信息，从而有效控制和监测点源与面源污染。利用GIS的强大的空间分析功能，对武汉市湖泊进行时空分析，建立预测模型和指标模型，通过预定模型实施信息的运转，逐步进行修正和完善，正确指导湖泊的持续开发利用，促进社会经济与环境的协调发展。

本文存在的局限性：TM遥感影像分辨率较低，加上所选取年份数据质量不高，使得监督分类结果与真地表类型分布情况存在一定误差。提取的湖泊面积较当年的实际数据有偏差，但变化趋势一致。

参考文献：

[1]黄浦江，刘艳芳，刘畅，姜庆虎.基于RS与GIS的武汉城市湖泊演化研究.生态环境学报 2012年09期

[2]涂金花.武汉市湖泊湿地与洪涝灾害分析

[3]杨柯，段功豪，牛瑞卿，黄思悦，曹亚.基于多源遥感影像的武汉都市发展区湖泊变迁分析.长江科学院院报 2016年01期