基于遥感技术的太湖岸线提取及变化分析

熊华伟

（赣州市政公用投资控股集团有限公司，江西 赣州 341000）

湖泊的岸线特征是表征湖泊形态特征的一项重要内容，了解岸线变化对湖泊资源的开发与保护有着重要的意义。遥感技术因其大范围、高效率、低成本等优势，逐渐成为一种实现湖岸线提取及监测其动态变化的方式，克服了传统湖岸线提取方法的时间周期长、劳动强度大等缺点[1]。本文基于遥感技术与 GIS 技术，提取了太湖2008 年、2010 年、2012年、2014 年、2016 年、2018 年共计6 个时期的海岸线，并对其面积、长度变化进行了分析。太湖岸线的变化，将有可能导致诸如岸线侵蚀等环境问题，应注意合理开发，利用岸线资源。

1 提取区域概况

太湖（119°52´32"E—120°36´10"E，30°55´40"N—31°32´58"N）位于长江三角洲南部，横跨江苏省和浙江省，为中国第三大淡水湖。太湖主要有61 条入出口河流，平均水位在3.0～3.5 m 之间，具有典型的浅水湖泊特征。太湖形似向西突出的新月，湖盆呈浅碟状特征，湖底平坦，东北部湖岸线曲折，多见岬角与湖湾，西南部湖岸线平滑呈圆弧状。同时，太湖是一个巨大的天然调节水库，对周边调蓄防洪、供水、灌溉、航运及繁衍水产等经济社会活动具有重要作用[2]。

2 数据与处理

2.1 数据源及预处理

综合考量遥感数据的云量、数据质量、太湖岸线变化状况及数据可获得性等因素，本次提取以两年为间隔选取了由中国科学院对地观测与数字地球科学中心和美国地球资源观测与科学中心提供的2008 年、2010 年、2012 年、2014年、2016 年、2018 年共计6 景遥感影像数据，共收集了Landsat7 ETM+3 景，Landsat8 OLI_TIRS3 景，具体遥感信息如表1 所示。

表1 遥感影像信息

在ENVI5.3 中对Landsat7 影像进行去条带处理后，分别对6 景影像进行辐射校正与大气校正。同时对Landsat8 OLI 数据进行564 波段合成，Landsat7 ETM 数据进行543波段合成处理，合成后影像更易区分陆地与水体。

2.2 提取方法

采用改进的归一化水体差异指数MNDWI（Modified Normalized Difference Water Index），此方法更易区分阴影与水体。取阈值0.1 对已预处理的MNDWI 指数遥感影像中的湖泊水体进行提取，其中MNDWI 公式如下：

式（1）中：G为绿光波段，对应着Landsat7 ETM 影像的2和5 波段；M为中红外波段，对应着Landsat8 OLI 影像的3和6 波段。同时在Arcgis10.2 软件上对提取的湖泊岸线矢量文件进行处理，结合假彩色合成影像进行局部修改得到真实湖泊岸线。在已提取的各期岸线资料基础上，本文综合采用面积法与基线法，采用美国地质调查局（USGS）研发的数字海岸线分析系统（DSAS，Digital Shoreline Analysis System）对太湖湖泊岸线变化进行定量化分析。DSAS 分析借助Arcgis10.2平台进行操作，采用终点变化速率（EPR，End Point Rate）和净海岸线变化距离（NSM，Net Shoreline Movement）分析太湖岸线的时空变化特征，如图1 所示。

图1 用于DSAS 分析的太湖基线和剖面线分布

2.2.1 终点变化速率

EPR 是指两个时期岸线之间距离的变化速率。EPR的优势是可对两条海岸线直接进行统计分析，缺陷是多条海岸线统计分析时，一些局部信息会被忽略（如侵蚀速率、变化周期[3]）。EPR 指标在本文中用来分析两条岸线之间的变化速率。计算公式如下：

式（2）中：E（i，j）为相邻年份间沿某条切线H的岸线终点变化速率；dj为沿切线H第j期海岸线到基线的距离；di为沿切线H第i期海岸线到基线的距离；ΔY（j，i）为沿切线H第i期与第j期海岸线年份数的差值。

2.2.2 净海岸线变化距离

净海岸线移动报告的是距离，而不是速率。计算公式如下：

式（3）中：dj为沿切线H第j期海岸线到基线的距离；di为沿切线H第i期海岸线到基线的距离。

3 结果

太湖岸线长度变化如图2 所示。从图2 中可看出，太湖岸线长度整体变化较大，呈减小—增长—减小的趋势。2008—2014 年总体呈缓慢增长的趋势，从441.8km 增加到449.42km，增长幅度为1.72%。2014—2018 年总体变化很大，从2014年的449.42 km 到2016 年的484.61 km，增加了8.01%，从2016 年的484.61 km 到2018 年的 443.63 km，减小了9.07%。太湖面积变化如图3 所示。从图3 中可看出，太湖面积变化较小，变化趋势呈平行状。从2008 年的2 419.15 km2到2018年的2 443.53 km2。不同时期太湖岸线变化如图4 所示。

图2 太湖岸线长度变化

图3 太湖面积变化

图4 不同时期太湖岸线变化