团队成果 | RSE:黄河悬浮泥沙遥感研究取得进展

文摘   科学   2024-04-07 16:10   北京  

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论文题目:Four-decades of sediment transport variations in the Yellow River on the Loess Plateau using Landsat imagery

发表期刊:Remote Sensing of Environment

研究背景
RESEARCH BACKGROUND
黄土高原曾是我国乃至世界水土流失最严重的地区。黄河因流经黄土高原,支流带入大量泥沙,使黄河成为世界上含沙量最高的河流。1950年代以来,黄土高原经过4个阶段大规模水土流失综合治理,生态环境改善明显,流域水沙情势发生剧变。黄土高原年入黄泥沙量从以往16亿吨锐减至近年约2.5亿吨。黄土高原水土流失治理进入了新阶段,大区域面上治理目标已实现。未来需优化和调整水土流失治理结构,实现精准治理,泥沙资料是最基本的数据之一。黄河水少沙多,水沙关系不协调,单纯的泥沙含量监测不能满足监管要求,需要流量和通量数据相配合。现有泥沙监测主要依赖水文站,只能反映站点附近泥沙情况,部分时段还缺乏数据,时、空连续性不足;且现有站点覆盖面和代表性不足,存在无资料地区。卫星等遥感手段可以实现长时间序列时空监测,还能通过设置虚拟站点,填补站点空白,实现泥沙时空动态监测和高泥沙河道精准识别。

针对上述问题,团队博士生仇志强同学,利用Landsat系列卫星数据,创新性通过近红外、短波红外等波段构建了适用于高悬浮泥沙浓度的遥感估算模型,重构了1986-2022年黄河黄土高原段干支流悬浮泥沙时空分布数据集。

研究结果及意义
发现,超过97.39%的河段呈现悬浮泥沙浓度下降趋势,其中约一半河段下降趋势明显。黄河中游悬浮泥沙浓度相对较高,府谷站附近河段则明显低于周围地区,并且支流悬浮泥沙浓度普遍高于黄河干流。结合人为政策和自然因素进行分析,发现多重水土保持措施的实施,特别是大坝和淤地坝的修建,显著降低了河流的含沙量。而自然因素在人类活动干扰下对河流悬浮泥沙浓度影响并不显著。这表明水土保持工程为黄土高原生态环境保护做出了重要贡献,效果显著。
进一步基于流量数据构建了悬沙通量数据集,发现黄河干流悬沙通量在空间上以头道拐、河曲和潼关水文站为拐点,表现出不同的悬沙淤积和侵蚀状态。这主要是在不同河段受到大坝拦截、宁蒙河段引水工程以及下游调水调沙政策的影响。对于黄河支流来说,仅皇甫川和窟野河的悬沙通量高于干流,是黄河的主要来沙支流。而汾河作为唯一悬沙通量增加的支流,主要是受到当地采矿活动、穴居建设和道路修建的影响。

这项研究通过对近40年黄河黄土高原段悬浮泥沙浓度进行连续遥感观测,突破了以往研究多聚焦水文站点或小型流域的限制,从多角度分析了黄河长期以来河流悬沙的时空异质性及其影响因素,并讨论了黄河及其主要支流的悬沙输移情况。研究的成果不仅为评估黄河泥沙治理措施和生态修复效果提供了坚实的数据支持,也为我们更深入地了解黄河流域水文过程提供了重要参考。

图1 黄土高原上黄河悬浮泥沙浓度及其变异系数空间分

图2 不同驱动因素对黄河及其支流SSC时空分布异质性的贡献(a-b);黄河干流大坝运行年份、库容和平均水深(c)

图3 黄河及其主要支流悬沙通量变化

研究成果近期以“Four-decades of sediment transport variations in the Yellow River on the Loess Plateau using Landsat imagery”为题发表在遥感类顶级期刊Remote Sensing of Environment》(影响因子13.5)论文第一作者是博士生仇志强(西北大学与中科院联合培养),通讯作者是段洪涛研究员和刘东副研究员。该研究得到国家自然科学基金黄河水科学研究联合基金(重点项目)等资助。

论文链接:

https://authors.elsevier.com/c/1itKo7qzT3Dqn

✎ 编者注

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团队介绍

湖泊遥感与智慧流域创新团队,主要围绕湖泊开展历史重构、现状观测和未来变化模拟等模型研制和应用实践工作,并在流域尺度开展大数据智慧管理平台研究,保障湖泊水质安全。团队拥有博士和硕士导师4人(段洪涛,罗菊花,刘东,谭振宇),可分别在中国科学院南京地理与湖泊研究所、西北大学以及南京信息工程大学(国科大南京学院联合培养)等招收博、硕士研究生,欢迎报考!同时,长期招收联合培养研究生,欢迎咨询!

联系人:段洪涛研究员,htduan@niglas.ac.cn


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