（环境工程专业论文）基于3s技术的包头市达茂旗生态环境质量监测与评价.pdf

| i 1 ll lf lr r lr l lr l lr l iii y 18 8 8 9 3 3 m o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o no fe c o e n v i r o n m e n t b a s eo n3 st e c h n o l o g yi nt h ed a m a ob a n n e r g r a d u a t es t u d e n t ：j i af u y a f a c u l t ya d v i s e r ：p r o ez h o uy a n l i n s p e c i a l ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g d e p a r t m e n to fe c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n t a l s c i e n c e，f a c u l i t yo fl i f es v i e n c e，i n n e r m o n g o l i au n i v e r s i t y a p r i l ，2 0 1 0 内蒙古大学学位论文原创性声明 学位论文作者签名：噬 指导教师签名： 日期：劫f f 够 关于论文使用授权的说明 塑生孙 日期：跏，占少 学位论文作者完全了解内蒙古大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属内蒙古大! 学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和电子版- i 允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影 印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 学位论文作者签名： 日期：a 力，f 乒 日期：如，厂，多夕 挣淋 。例蝶翮 在价防 心他确蜘脚拟 赴坏缝翊文已 睁本艮如h 摊篙懈 基于3 s 技术的包头市达茂旗生态环境质量监测与评价 摘要 由于生态环境的监测与评价具有长期性、实时性、综合性和周期性等特点， 范围的、实时监测的生态环境数据是必不可少的，且该数据必须具有较高的精 度和准确度，并能得到有效的管理和迅速的处理。利用“3 s ”技术实现生态环 境质量的监测与评价，可以克服传统生态环境监测技术与方法的范围小、现势 性差、信息不足等缺点，实现对生态环境质量评价各要素的综合、动态、实时 监测，获取丰富全面的信息，实现生态环境的空间信息与属性信息一体化分析 与综合处理功能，提高生态环境质量监测与评价的精度。 本文参考前人将3 s 技术应用于遥感监测的理论基础和实践经验，以包头市 达茂旗为研究区域，选择2 0 0 0 年、2 0 0 8 年两个时段，研究达茂旗的生态环境状 况及动态变化。研究结果表明达茂旗在2 0 0 0 年和2 0 0 8 年两年的生态环境状况 等级都为一般，但是2 0 0 8 年与2 0 0 0 年相比，生态环境状况略有好转。 评价结果表明虽然达茂旗生态环境状况略有改善，但总体而言，其生态环 境质量仍处于较差水平，因此，要实现达茂旗社会、经济与生态环境的可持续 发展，仍需采取一定的措施保护和改善生态环境。各级政府要充分认识达茂旗 的生态环境特点及变化趋势，在尊重客观规律的基础上，根据达茂旗的实际情 况，制定生态环境保护和发展规划，以促进达茂旗生态环境的改善。 关键词：3 s 、达茂旗、生态环境监测、评价 m o n i t o r i n ga n d e v a l u a t i o no fe c o - e n v i r o n m e n tb a s eo n3 s t e c h o n o l o g y i nt h ed a m a ob a n n e r a b s t r a c t w en e e dw i d er a n g ea n dr e a l t i m em o n i t o re c o l o g i c a le n v i r o n m e n td a t af o r t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tm o n i t o ra n da p p r a i s a li s l o n gt e r mt i m e l e s sa n d a l l a r o u n d ，a n dt h ed a t am u s tb ea c c u r a t e w ea l s on e e dt od e a lw i t ht h i sd a t a e f f e c t i v e l ya n df l e e t l y t r a d i t i o n a lm e t h o df o re c o l o g i c a le n v i r o n m e n tm o n i t o ri s s m a l l s c o p e ，b a d c u r r e n ts i t u a t i o na n di n f o r m a t i o ni n s u f f i c i e n c y u s i n g “3s t e c h n o l o g ym a yo v e r c o m et h e s es h o r t c o m i n g s t h ee v a l u a t i o no fv a r i o u se s s e n t i a l f a c t o r st ot h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tq u a l i t yw i l lb es y n t h e s i s ，d y n a m i ca n d r e a l t i m e t h es p a t i a li n f o r m a t i o na n dt h ea t t r i b u t ei n f o r m a t i o nc a nb ea n a l y z e d i n t e g r a t i v e a l lo ft h e s ec a ne n h a n c et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tq u a l i t ym o n i t o r a n dt h ea p p r a i s a lp r e c i s i o n t h ea r t i c l er e f e r st ot h ep r e d e c e s s o r st h e o r ya n dp r a c t i c ea b o u ta p p l y i n gt h e 3s t e c h n o l o g yi nt h er e m o t es e n s i n gm o n i t o r t h ea r t i c l er e s e a r c h se c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ts t a t u sa n dd y n a m i cc h a n g eo fd a m a ob a n n e r , i nt h e2 0 0 0a n d2 0 0 8 t h es t u d yr e s u l ts h o w e dt h a tt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ts t a t u so fd a m a ob a n n e w a sg e n e r a li n2 0 0 0a n d2 0 0 8 b u tc o m p a r e dw i t ht h a to f2 0 0 0 ，t h ee c o l o g i c a l i i e n v i r o n m e n ts t a t u so f2 0 0 8h a dam e l i o r a t et r e n d t h ee v a l u a t i o nr e s u l t ss h o wt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ts t a t u so fd a m a ob a n n e r h a dam e l i o r a t et r e n d ，b u tw a ss t i l li np o o r e rl e v e l s ow es t i l ln e e dt ot a k ec e r t a i n m e a s u r e st op r o t e c ta n di m p r o v et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，i no r d e rt or e a l i z et h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fs o c i a l ，e c o n o m i ca n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nd a m a o b a n n e r g o v e r n m e n t sa ta l ll e v e l ss h o u l du n d e r s t a n df u l l ye c o l o g i c a le n v i r o n m e n t c h a r a c t e r i s t i c sa n dc h a n g et r e n d ，a n df o r m u l a t ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a n dd e v e l o p m e n tp r o g r a m ，s oa st op r o m o t e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，o nt h eb a s i so f r e s p e c to b j e c t i v el a w s k e y w o r d s ：3 s ，d a m a ob a n n e r , e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tm o n i t o r , e v a l u a t i o n i i i 目录 第一章绪论1 1 1 选题背景l 1 1 1 学术意义1 1 1 2 实践意义1 1 2 研究思路和技术方法2 1 2 1 研究思路2 1 2 2 技术方法2 1 33 s 技术在生态监测中的应用4 1 3 1r s 在生态监测中的应用4 1 3 2g i s 在生态监测中的应用4 1 3 3g p s 在生态监测中的应用一5 1 4 研究现状5 1 4 1 国外研究现状6 1 4 2 国内研究现状7 第二章研究区概况。8 2 1 达茂旗历史演变8 2 2 自然地理特点8 2 2 1 地理位置及分布。8 2 2 2 地质、地貌1 0 2 2 3 气候特点1 0 2 2 4 水资源1 1 2 2 5 植被。1 1 2 3 经济发展条件1 2 第三章遥感影像处理与信息提取1 3 3 1 信息源与数据分析软件一1 3 3 2 主要技术方法1 3 i v 3 3 遥感图像处理1 3 3 3 1 图像校正一1 4 3 3 2 图像镶嵌与裁剪1 4 3 3 3 波段选择与合成17 3 3 3 1t m 的波段及其特征1 7 3 3 3 2 波段合成18 3 4 土地利用覆盖数据提取18 3 4 1 土地利用分类系统18 3 4 2 解译标志2 1 3 5 野外核查2 4 3 5 1 野外核查的目的2 4 3 5 2 野外核查工作主要内容2 4 3 5 3 野外核查点的确定2 5 3 5 4 野外核查室内工作。2 6 3 5 5 核查结果2 6 3 6 面积统计和数据统计2 7 3 6 1 面积量算2 7 3 6 2 数据统计和属性表的导出2 7 3 6 3 数据统计结果2 7 第四章生态环境质量评价2 9 4 1 生态环境状况评价指标与计算方法2 9 4 2 生态环境状况和变化幅度分级3 0 4 3 达茂旗2 0 0 0 2 0 0 8 年生态环境状况及动态变化3 1 第五章结论与建议3 3 参考文献3 5 j c 谢3 7 v 1 1 选题背景 1 1 1 学术意义 第一章绪论 “生态学”这一概念是德国生物学家海克尔在1 8 8 6 年提出的，是研究生物与其环境之间 的相互关系的科学。生态环境是指与人类密切相关的影响人类生活和生产活动的各种自然力 量( 物质和能量) 作用的总和。一方面它是人类生存和发展的主要物质来源，另一方面，它 承受着人类活动产生的废弃物和各种作用结果。良好的生态环境是人类发展的重要前提，同 时也是人类赖以生存、社会得以安定的基本条件。 生态环境质量是指生态环境的优劣程度，它以生态学理论为基础，在特定的时间和空间 范围内，从生态系统层次上，反映生态环境的性质及变化状态的结果进行评定。由于人们 对生态环境的要求和关注的角度不同，对其本质属性的外部特征一生态环境的理解也有所不 同。有的人认为“生态环境质量”是指人类有关的自然资源及人类赖以生存的环境的优劣程 度，它包括自然资源和整个环境的各种因素口3 1 。 生态环境动态监测具有长期性、实时性、综合性和周期性等特点，需要大范围的、实时 监测的生态环境参数，数据必须具有较高的精度和准确度，并得到有效的管理和迅速的处理。 本文所采用的生态环境监测方法是基于3 s 技术的遥感监测方法，主要包括遥感影响的处理和 解译方法，地理信息系统的图形处理和空间数据的分析功能，以及利用6 p s 的空间定位能力进 行数据的野外核查的方法。 生态环境质量评价是根据特定的目的，选择具有代表性、可比性、可操作性的评价指标 和方法，对生态环境质量的优劣程度进行定性或定量的分析和判断。生态环境的评价、管理 是建立在生态环境监测数据的基础上的。 1 1 2 实践意义 区域生态环境变化研究是全球研究的重要方面“吲。达茂旗草原处于欧亚大陆草原带的东 部，是西北干旱区向东北湿润区和华北旱作农业区的过渡地带。达茂旗草原是荒漠草原的主 要分布区之一，在当地的畜牧业生产、生态安全及社会经济中起着十分重要的作用。 本次生态遥感监测与评价的目标是用2 0 0 0 年和2 0 0 8 年两时相的卫星遥感数据监测包头市 达茂旗土地利用覆盖分布和动态变化，以此为基础对全旗生态环境质量进行评价，并确定 2 0 0 0 - 2 0 0 8 年达茂旗生态环境质量变化幅度和趋势，从空间上分析全旗生态环境质量变化程 度，并结合2 0 0 0 - 2 0 0 8 年间达茂旗社会、经济、环境、人类活动因子，分析达茂旗生态环境的 变化机制，为政府部门开展环境保护及各项工作提供数据依据。 1 2 研究思路和技术方法 1 2 1 研究思路 本研究围绕生态环境监测的主要内容即主要内容即土地利用土地覆盖信息的提取来 进行根据所采用的分类方法对遥感影像进行前期的处理，按照中国环境监测总站所制定的 全国土地分类系统进行影像分类。之后，利用g p s 的定位功能对解译的结果进行定位野外 核查，从而提高解译精度。利用a r c g i s 对解译的数据进行处理和分析，以解译得到的土地 利用土地覆盖数据为基础，按照生态环境状况评价技术规范( 试行) ( h j t 1 9 2 2 0 0 6 ) 中 提出的评价指标体系和计算方法统计得出达茂旗2 0 0 0 年和2 0 0 8 年生态环境质量等级，并 按照生态环境质量指数( e q i ) 进行综合评价。 1 2 2 技术方法 本文所采用的方法是基于3 s 技术的遥感监测方法，主要包括遥感影像的处理和解译方法， 地理信息系统的图形处理和空间数据的分析功能，以及利用g p s 的空间定位能里进行数据的 野外核查的方法。 “3 s ”技术是遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 和全球定位系统( g p s ) 的统称，在信息 技术迅速发展的今天，“3 s ”技术日益成熟，己成为目前对地观测系统中空间信息获取、管理、 分析和应用中的核心支撑技术，并广泛应用于资源与生态环境监测评价。 遥感( r s ) 是利用不同的物体具有不同的电磁波特性的原理来探测地表物体，并提取这 些物体的信息而完成对远距离物体的识别，具有视域广、信息更新快的特点。遥感在获取数 据能力上有很大的优势，它能够提供时效性强，准确度高、监测范围大、具有综合性的定位 定量信息，是生态环境监测与评价十分重要和有效的数据源，它可以提供同一区域不同类型、 不同分辨率和不同时相的数据，还可以提供区域尺度的时空信息数据，很好的满足了研究工 作的需要【_ 7 1 。同时，遥感数据可以很方便的在计算机和地理信息系统软件中进行空间分析和 2 统计分析。对遥感数据的处理可以在遥感影像中获取更多的信息，是遥感影像应用前不可缺 少的步骤。所以遥感数据的处理在生态环境监测的过程中具有主要的地位，遥感数据的处理 技术已成为土地利用土地覆盖数据提取的主要方法之一。 地理信息技术( g i s ) 是综合计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、 空间科学、信息科学和管理科学等为一体，在计算机技术支持下，将反映现实世界( 资源与 环境) 的现状和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性，以一定的格式输入、 存贮、检索、显示和综合分析应用的技术系统。自上世纪8 0 年代以来，由于计算机技术的快 速发展，g i s 软件和应用软件得到了飞速的发展，至f j 9 0 年代，出现了a r c g i s 、a r c v i e wg i s 、 m a p i n f o 等许多功能强大的软件系统。目前g i s 的应用已扩展到地理、地质、环境、水文、测 绘、交通、城市、农业、林业、军事等领域，它与r s 技术相结合，已开始用于全球变化与环 境监测等。 全球卫星定位系统( g p s ) 是为所获取的空间目标及属性信息提供实时、快速的三维空 间定位的一个全球性、全天候、高精度的导航传递系统，由地面控制站、g p s 卫星网和g p s 接收机三部分组成。现覆盖全球的2 4 颗g p s 卫星分布在6 个轨道平面上。每台g p s 接收机无论 在任何时候、任何位置都能接收到至少4 颗g p s 卫星发送的空间轨道信息，以确定该接收机的 位置，从而提供高精度的三维定位导航及授时系统。目前，g p s = 维定位的精度已提高至t j 6 m 。 由于g p s 提供了查找位置的最新手段，且速度快、精度高、不受气候和通讯条件的影响，具 有全天候、布点灵活、作业迅速的特点，应用在生态环境监测中的野外核查。遥感图像信息 含量巨大但是信息不够精确，g p s 可以快速准确地反映出目标地类的类别，可以确定土地利 用土地覆盖信息解译的正确率，从而提高生态环境监测和评价结果的准确性和利用价值。 “3 s ”技术集成，即把r s 、g i s 和g p s 整合为一个完整的技术系统。其中，g p s 主要是实时、 快速地提供目标的空间位置，r s 用于实时、快速地提供大面积地表物体及其环境的几何与地 理信息及各种变化，g i s 贝j 是多种来源时空数据的综合处理和应用分析的平台。3 s 技术的集 成有多种方式，较为常见的是3 s 两两之间的集成，g p s 与g i s 的集成可用于环境动态监测、 环境管理等；g p s 与r s 的集成可用于自动定时数据采集、环境监测、环境灾害监测等； r s 与g i s 的集成可用于全球环境变化监测、空间数据自动更新等；而同时集成并使用3 s 技术的 应用实例相对较少。 3 1 33 s 技术在生态监测中的应用 1 3 1r s 在生态监测中的应用 遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体的性质，具有遥远感知事物的意思。它根据不 同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，也就是利用地面上空的飞机、飞 船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和 判读来识别地物。 遥感是以航空摄影技术为基础，在本世纪6 0 年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航 空遥感器，1 9 7 2 年美国发射了第一颗陆地卫星后，标志着航天遥感时代开始。经过几十年的 发展，目前遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领 域。在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能够快速，及时提供多种对地观测数据的新 阶段。遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随 着空间技术的发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来 越广泛。 遥感在生态环境监测中的应用主要表现在监测数据的提供方面【8 】。遥感数据来源主要以 航天遥感为主，它建立在航天平台基础上，不受地面条件所限，能够对生态环境进行全天候 的观测。与其他探测技术相比，遥感技术宽广的视角能为生态环境监测提供大面积同步观测 的数据，在短时间内对同一地区的动态事物反复的探测。同时，遥感数据具有综合性和可比 性，能尽可能地排除认为干扰、费用投入和所取得的效益，与传统方法相比，具有很高的社 会经济效益。随着遥感影像分辨率的提高和遥感影像融合理论及遥感影像处理技术的发展， 遥感监测的精度也在提高，能够反映生态环境的微小变化，及时发现生态环境的不良现象， 对生态环境的防治和趋势分析十分重要。 1 3 2g i s 在生态监测中的应用 地理信息系统一种特定的十分重要的空间信息系统。它是计算机硬、软件系统支持下， 岁整个或部分地球表层( 包括大气层) 空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、 运算、分析、显示和描述的技术系统阳1 。 g i s 具有强大的空间分析功能。在生态环境监测的过程中，利用r s 和g p s 提供的生态区域 地物信息和位置信息，可以对研究区域进行叠合分析、缓冲区分析、空间网格分析、空间统 4 计分析并可建立空间数据库进行空间数据的管理和查询。另外，g i s 不仅可以进行二维分析， 还可以进行三维分析和加入了时间维的四维分析n0 。二维分析反应平面空间上的生态环境变 化，对于反应研究区域的总体趋势是非常有利的；三维分析可以反映研究区域同一地理位置 随高度变化而不断变化的情况；四维分析加入了时间因素，可以动态地反映研究区域整体及 局部的生态环境变化情况。利用g i s 强大的空间分析功能可以确定研究区域生态环境的现状， 发展变化趋势并制定科学合理的整治和防范措施。 1 3 3g p s 在生态监测中的应用 g p s 是一个中距离圆形轨道卫星定位系统，可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定 位和高精度的时间基准。g p s 弥补了遥感图像信息含量巨大但是为止信息不够精确的缺陷， 它可以快速准确地反映处所研究生态系统的位置，与r s 相结合再辅以一定的地面实测数据就 可以及其准确地反映出目标地物的生态现状。利用g p s 仅依据一定数量的基准控制点，便可 以高精度并快速地测定生态区域的定界地点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在 野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。 运用g p s 的空间定位功能，进行生态遥感监测的野外核查，使土地利用覆盖变化动态监 测数据的空间精度有了可靠保障。g p s 主要用于实时、快速地提供目标地物的地理坐标，发 现地球表面的各种变化，及时地对地表信息进行数据更新。土地利用覆盖变化监测中不管利 用遥感影像还是直接野外进行数据采集，都可以借助g p s 获取采集点的空间位置。在对这些 数据进行分析和整理后，将实际信息与空间位置一一对应起来，既可以对遥感解译的精度进 行评估，还可以通过野外核查的数据对解译结果进行纠正，提高解译精度。 空间定位技术、遥感技术和地理信息技术的整体集成无疑是人们所追求的目标。随着计 算机技术、信息技术、空间技术的发展与完善，利用3 s 技术所进行的生态环境保护研究与应 用已深入到生态环境保护的许多领域。3 s 技术在生态环境监测、自认灾害动态监测与防治、 资源调查与开发等一系列社会可持续发展问题的研究中发挥着越来越重要的作用。 1 4 研究现状 开展生态环境监测是了解和评价一个国家、一个地区或某一生态区生态环境状况，为 生态建设和环境保护提供决策依据的重要工作。生态环境监测是一项宏观与微观相结合的 复杂的系统工程，涉及的空间和时间范围广，监测的对象包括农田、森林、草原、荒漠、 湿地、湖泊、海洋、气象、物候、动植物等，对其数据收集和处理难度大。一般而言，在 合理选取评价指标和评价方法的前提下，能否获得及时准确的数据是生态环境质量评价成 功与否的关键【1 1 1 。传统的生态环境监测、评价技术方法应用范围小，只能解决局部生态环 境监测和评价问题，很难大范围、适时地开展监测工作，而综合整体且准确完全的监测结 果必须依赖“3 s ”技术，利用r s 和g p s 获取、管理地貌及位置信息，然后利用g i s 对整个 生态区进行数字表达形成规划、决策系统。目前，“3 s ”技术已经在生态环境监测中得到了 广泛应用，并取得了较好效果。 3 s 技术是遥感( r s r e m o t es e n s i n g ) 、地理信息系统( g i s g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n s y s t e m ) 、全球定位系统( g p s g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) 有机结合一体化集成。r s 是一种现 代化空对地观测技术，具有全天候，多时相以及不同空间观测尺度等优点，能动态地、周 期性地获取地表及地下信息，可以对大气污染、水污染、生态环境变化、城市热岛现象、 农业及林业状况等进行全面监控，并提供所需的遥感图像。g p s 是一种利用多颗卫星按照 合理的规则分布到地球周围然后组合在一起形成的一个导航系统，可以对全球进行全天候 的实时导航定位【1 2 1 。g p s 的特点是精确的定位能力和准确的定向和测速能力。它的出现为 大量的野外高精度定位工作提供了极大方便，使定位与导航在精度和速度上都产生了质的 飞跃。g i s 是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关 的数据的空间信息系统。它具有强大的空间分析功能，利用r s 和g p s 提供的生态区域地 物信息和位置信息，可以对研究区域进行空间叠合分析、缓冲区分析、空间网络分析、空 间统计分析，并可建立空间数据库进行空间数据的查询。g i s 强大的空间分析功能可以确定 研究区域生态环境的现状，发展变化趋势并制定科学合理的整治和防范措施。 1 4 1 国外研究现状 国外比较有影响的区域生态环境质量评价是9 0 年代处的美国国家环保局( e p a ) 提出 的环境监测和评价项目( e m a p ) 从区域和国家尺度评价生态资源状况并对发展趋势进行长 期预测，后该项目又进行了州域的环境监测和评价【1 3 , 1 4 ( g i t e l s o e t a l ，1 9 9 8 ；s m i t h ，2 0 0 0 ) 。该项 目应用的典型案例是9 0 年代初美国环境保护局采用中尺度方法对大西洋中区进行的生态评 价。m a t e j i c e k ，l u b o s 等人基于a r c g i s 平台，使用激光雷达数据、污染等数据对布拉格的 空气污染进行时空分析，对数据处理、空间分析、空间建模和数据整合进行了研刭1 5 】。 国外在生态环境监测方面主要侧重单一要素的分类和监测，例如对林地，河流等单一 要素的动态监测，很少涉及到大范围的全要素动态监测的内容。由于评价方法及要素众多， 6 不同的研究选取的评价因子也是不同。 1 4 2 国内研究现状 我国地域广阔，地形复杂，人多地少，土地利用千差万别，所以生态环境状况也各有 特点，应用3 s 技术监测生态环境状况就显得十分必要。内蒙古自治区应用遥感与g i s 技术 和手段，对生态环境现状典型地区生态环境的动态变化，进行了系统研究，编制完成了全 区1 0 1 个旗( 县) 1 2 个盟( 市) 及全区景观生态类型图及系列专题图，系统地取得了全区 生态环境状况的资料，对全区生态环境现状、发展态势及存在的突出生态环境问题进行了 深入地分析和评价n 引。青海省遥感中心利用卫星遥感技术完成了对江河源地区生态环境的 本底调查和近期动态监测n 。并建立了这一地区生态环境的本底数据库，并通过江河源地 区生态环境遥感近期动态监测，分析草地资源退化、水资源的变化规律，为建立动态环境 系统创造了条件。 由国内外的研究现状可以看出：3 s 技术在生态环境监测与评价中的应用基本处于起步 阶段，应用研究的范例不多，在已开展的研究中，对大面积生态环境动态监测与评价基本 处于探索阶段，寻找一套行之有效的业务化运行方法对各地生态环境进行准确、客观的监 测有重要意义。 7 2 1 达茂旗历史演变 第二章研究区概况 达茂旗地理位置显要，水草丰满资源丰富，历史上曾是兵家必争之地，它也是数千年 前狩猎民族的繁衍生息的地方，也是驰名中外的边境要塞。根据相关资料记载以及多种文 物古迹的出土证明在这片土地上很早以前就有人类居住。历史资料表明达茂旗拥有悠久的 历史，是各种资源开发的一个重要的历史积淀。现在的达茂旗是1 9 5 2 年由达尔罕旗和茂明 安旗合并而来，全称为达尔罕茂明安联合旗。1 9 9 6 年本旗划归包头市管辖。 2 2 自然地理特点 2 2 1 地理位置及分布 达茂旗地处内蒙古自治区的中部，地处北纬4 1 0 2 07 - 4 2 0 4 0 、东经1 0 9 0 1 6 1 1 1 0 2 5 ， 位于阴山北麓，行政区划隶属于包头市，东与乌兰察布市四子王旗相接，南与包头市固阳 县相邻，西与巴彦淖尔市乌拉特中旗毗连，北与蒙古国接壤。达茂旗地处祖国北疆，是内 蒙古自治区1 9 个边境旗( 市) 和2 3 个牧业旗之一，距呼、包二市分别为1 5 0 公里和 1 6 0 公里，北与蒙古国接壤。全旗总面积1 7 4 7 9 平方公里，现辖7 镇1 苏木，总人口1 1 1 万，其中少数民族1 6 6 万人。旗政府所在地百灵庙镇地处呼包两小时经济辐射圈，区 位优势明显，素有“草原码头、陆路口岸”之美称。图2 1 为达茂旗行政区划示意图。 图2 - i达茂旗行政区划图 f i g u r e2 - it h ea d m i n i s t r a t i v em 印o fd a m a ob m m e r 9 2 2 2 地质、地貌 达茂旗地处内蒙古高原，地形南高北低，由西向南向东北倾斜，丘陵、低山问盆地交 错分布，南部属丘陵区，中西部有低山，北部属高平原及台地，间有开阔原野。旗域东西 长1 5 0 公里，南北宽1 6 0 公里，总土地面积为1 7 4 7 9 平方公里，低山丘陵面积9 1 2 4 0 4 平方 公里，占全旗总面积的5 2 2 ，波状高平原面积7 1 6 6 3 9 平方公里，占全旗总面积的4 1 ， 丘间盆地河谷面积1 1 8 8 5 7 平方公里，占全旗面积的6 8 ，拥有国境线8 8 6 公里，海拔 1 0 7 2 1 8 2 8 m ，平均海拔1 3 7 6 m ，境内最低点为腾格淖尔1 0 5 8 m ，是一个以蒙古族为主体、 汉族占多数、多民族聚居的边疆少数民族地区。 达茂旗西部、南部为丘陵，东部为波状高平原和台地。地形为南高北低，低山、丘陵、 丘间盆地和波状高平原交错分布。土壤分布规律基本上属于水平地带性分布，局部地方因 地形、母质、水分条件的差异，发育成隐域性土壤；特殊地带因地形、海拔的变化发生土 壤的跳跃式、地带性分布。全旗由南向北依次为典型栗钙土，淡栗钙土，淡棕钙土四个亚 类。土壤类型为淡栗钙土，质地为夹粘土，土壤结构疏松，保水保肥性能较好。但土壤肥 力普遍较低，有机质含量1 0 1 8 ，主要养分含量氮较低，磷极低，钾较高。 达茂旗有着广袤无垠的草场，草场总面积1 6 3 0 4 万公顷，占总土地面积的9 2 1 ，可 利用草场面积在9 5 以上，年蓄草量5 0 亿公斤，可载畜( 大小牲畜) 2 5 0 万只( 头) ；旗域 耕地7 7 7 万公顷，占总土地面积3 9 5 ，林地1 5 2 万公顷，占总土地面积的0 7 7 ；水域 面积1 2 9 万公顷，占总土地面积的0 6 6 ，是一片山川秀美、物产丰富、文化厚重的神奇 热土。 2 2 - 3 气候特点 达茂旗地处中温带，又深居内陆腹地大陆度7 1 7 3 ，大陆性气候特征十分明显，属 典型的大陆性季风气候，气候的主要特征是风多雨少，蒸发量大，日温差大，无霜期短， 年平均气温为3 - - - 4 ，年极端最高气温3 8 6 。c ，年极端最低气温4 1 1 ，历年年均最高气 温1 1 1 ，历年平均最低气温3 4 ，最热月出现在8 月，最冷月出现在1 月。降水主要靠 太平洋暖湿气流由夏季季风的输送，所以降雨季节短暂，降雨量少，历年平均降水量 2 5 5 6 m m ，降雨集中在6 - 9 月份，占全年降雨量的8 7 。达茂旗风力强，大风日数多，持续 时间长，春季大风最多，冬季最少，有时出现沙尘暴、扬沙。2 0 0 8 年平均气温为5 5 ，最 热月出现在7 月，最高气温3 5 8 。c ，最冷月出现在1 月，最低气温- 3 0 5 。c ，降雨集中在7 8 l o 月份，平均降水量2 3 4 m m ，共发生两次沙尘暴。 2 2 4 水资源 达茂旗水资源主要由地表水、地下水和过境河流组成，共有腾格淖尔、乌兰淖尔、赛 打不苏、哈拉淖尔、呼和淖尔和图古木淖尔6 个大小水系。主要河流有艾不盖河、开令河、 塔布河、杏干布拉河、乌兰苏木河、阿其因高勒、陶来图河、乌兰依力更河、扎达盖河9 条，流域面积1 0 6 6 9 8 平方公里，均属内陆水系，除最大的艾不盖河常年有小量基流，塔布 河为间歇性河外，其余都是季节性河。地下水总体循环处于阴山北麓的内陆径流系统中， 南部低山丘陵区为地下水补给区，宽谷、盆地为径流实集区，北部腾格淖尔地区为地下排 泄区，总的状况是南部较北部丰实。 全旗多年平均降水总量为3 6 7 3 6 亿m 3 , 径流总量为2 4 2 2 万m 3 。境内地下水多年平均补 给量为3 1 2 7 0 7 4 万m 3 ，可利用地下水量为1 3 8 5 7 1 万m 3 。全旗可利用水资源总量为1 3 9 2 1 4 万m 3 , 按草场和耕地平均，每公顷水资源占有量只有7 8 7 m 3 ，人均水资源占有量1 2 3 4m 3 ，是内 蒙古人均水资源占有量的5 4 ，是全国人均水资源占有量的5 0 。 2 2 5 植被 达茂旗的天然草地植被类型主要有四类：一类是以多年生、旱生草本植物占优势的典 型草原；二类是以稀疏的多年生强旱生草本植物为主，并混有大量旱生小半灌溉木的荒漠 草原；三类是由强旱生灌木、半灌溉木及丛生禾草组成，并由典型草原向荒漠过渡的草原 化荒漠；四类是在以上三类草地内镶嵌分布的的非地带性草甸草原。达茂旗草地植被特征 是：植物群落组成结构简单，草层矮小、稀疏，多为单层结构，群落的数量特征普遍偏低。 达茂旗的典型草原主要分布在低山丘陵区，面积5 4 7 3 1 7 平方公里，土壤为栗钙土，草地植 被的植物组成相对较低，平均每平方米内有植物约8 种，主要以旱生植物为主，其建群种 或优势植树物有克氏针茅、冷蒿、小叶锦鸡儿、狭叶锦鸡儿等。草原化荒漠，主要为剥蚀 残丘和高平原低地草原化荒漠，面积1 9 4 9 9 2 平方公里，土壤为棕钙土( 淡钙土) ，地表沙 化、砾化明显，植被组成较简单，平均每平方米内有6 1 3 种植物，草群盖度1 5 2 3 ，平均 高度3 5 厘米，其建群种或优势植物有红砂、藏锦鸡儿、小针茅、弋壁针茅、松叶猪毛菜等。 草甸草原，主要为河泛地、低湿地草甸草原，面积7 9 2 0 3 平方公里，土壤为栗钙土，草地 植物种类组成相对丰富，平均每平方米植物2 0 。3 5 种，草群平均盖度4 4 ，平均高度5 0 厘 米以上，其建群种或优势植物有披叶苔草、羊茅、羊草、草麻黄等。 旗内天然林地非常稀少，乔木林分散于沿河滩地和丘问盆地、谷地，天然灌木林地分 布范围较广，但多为强旱生、旱生灌木和半灌木，植株低矮、稀疏。 人工植被，以季节性农业植被为主。经过多年植树造林，人工林地有较大发展，目前 本旗森林履盖度为11 3 。 2 3 经济发展条件 达茂旗是自然资源丰富的特色县。全县1 6 6 万平方公里广阔的牧场。具有生产羊毛1 0 0 万公斤、羊绒1 0 万公斤、畜皮2 0 万张，商品畜4 0 万头( 只) 的生产能力。有7 0 万亩肥 沃的农田。生产荞麦、马铃薯等纯天然、无污染绿色产品。年产马铃薯3 亿公斤、荞麦7 5 0 万公斤。达茂旗地下矿藏种类多、分布广、储量大。开发前景广阔，已知矿点、矿床、矿 化点1 2 6 处，探明的金属、非金属和能源矿产有稀土、金、铂、铁、铬、锰、铜、褐煤、 珍珠岩、磷、石灰石、花岗岩、大理石、沸石、石膏等3 2 种，其中黄金、稀土、铁、磷、 石灰石、珍珠岩和褐煤储量尤为可观。 达茂旗是迅速崛起的县。2 0 0 8 年，全旗国内生产总值达到8 5 9 亿元，财政收入完成1 0 8 9 亿元，人均生产总值达到6 4 7 5 2 元，城镇居民人均可支配收入达到15 315 元，农牧民人均 收入达到5 5 2 4 元。 1 2 第三章遥感影像处理与信息提取 3 1 信息源与数据分析软件 收集研究区气象、畜牧业、植被等资料和研究区的行政区划图、草原类型图、地形图等。 利用达茂旗2 0 0 0 年和2 0 0 8 年两期的t m 影像数据为信息源，对遥感数据的处理主要是 通过e r d a si m a g e 9 0 遥感图像处理专用软件，实现遥感图像的几何校正、镶嵌和挖取等图 像预处理工作。应用a r c g i s 9 0 地理信息系统软件，采用人机交互式目视解译的方法，从而 得到达茂旗地区土地利用分类信息。 3 2 主要技术方法 本研究生态监测与评价项目中主要的技术方法包括三个部分：遥感影像的处理、土地利 用土地覆盖数据的解译和生态环境的评价。 遥感影像的处理在e r d a si m a g e 中进行，按照影像处理流程主要包括标准假彩色影 像的合成、影像的增强处理、几何校正和影像的镶嵌与裁剪。 土地利用土