河流水资源环境空间分析.ppt

国际河流水资源环境空间分析 以澜沧江为例刘纪平中国测绘科学研究院 报告内容 背景主要研究方法与思路澜沧江国际河流空间分析 背景 必要性我国国际河流众多 国际河流已引起广泛关注 国际河流争端日益增多 缺乏基于地理空间数据的定量研究 项目来源科技部公益研究专项 目标建成澜沧江流域完整的水资源环境与社会经济地理因子数据库 开展重要地理要素空间布局分析 水资源时空分布分析与统计 水能开发对环境影响空间分析等3种空间分析应用研究 成果与电子政务空间信息服务系统集成为政府决策服务 主要任务1 国际河流地理因子提取技术2 水资源环境空间分析与评价模型研究3 澜沧江水资源环境空间分析与评价应用研究4 成果集成平台 方法 近期主要研究工作 澜沧江流域居民地空间统计 澜沧江流域人口与经济现状分析 澜沧江流域水资源时空分析 第一部分 澜沧江流域居民地分布分析 澜沧江是一条典型的南北蜿蜒的国际河流 中国境内的澜沧江流经青海 西藏 云南等省 流域面积为16 7万km2 河长2161km 澜沧江流域 居民地的分布是反映人类活动情况最直接的依据 人类的活动直接反映于本地的政治 经济 文化生活中 因此 居民地分布的研究是有现势性意义的 澜沧江流域居民地分布分析 针对澜沧江流域的居民地分布分析 主要从以下四方面进行 1根据高度对流域居民地进行分级 2根据地形对流域居民地进行分级 3根据坡度对流域居民地进行分级 4对澜沧江主干线以及主要支流 扎曲 子曲 巴曲 昂曲 紫曲 色曲 麦曲 黑惠江 补远江 进行缓冲区分析 澜沧江流域居民地类别数量 一根据高程对澜沧江流域居民地进行分级 分类依据 应用ArcGis的分析工具 以自然断裂带为参考 结合实际情况进行分级划分 一根据高程对澜沧江流域居民地进行分级 根据上表的统计数据可以得知 各类主要居民点最密集的分布区多集中在第一级 500m 1200m 与第三级 1600m 2100m 县 镇驻地以及企事业单位主要集中在第一级 乡驻地 村庄以及其他居民地主要集中在第三级 此外 放牧区主要集中在海拔较高的第七级和第八级 二根据地形对流域居民地进行分级 分类依据 根据中国山地和丘陵的等级划分系统 对澜沧江流域的海拔高度专题图进行分级处理 按地表海拔高度进行地貌特征数量统计 可以得出以下不同地貌分布结构图 分析澜沧江不同地貌类型数量结构可知 澜沧江流域均为山地地貌 主体为高山和中山地貌 极高山与低山地貌所占比例较少 二根据地形对流域居民地进行分级 根据数据统计结果可以得知 主要居民地都分布在第二级 也就是中山区 放牧点集中在第三级 也就是高山区 极高山区没有居民点的分布 三根据坡度对流域居民地进行分级 分类依据 云南省地貌坡度的五级分类指标体系 三根据坡度对流域居民地进行分级 各类主要居民地在第一级坡度 0 8 的分布都是最集中的 根据坡度对居民地分布影响的统计数据来看 坡度越高 居民地分布越少 有很明显的递减趋势 四对澜沧江主干线以及主要支流进行缓冲区分析 思想 根据澜沧江DEM图像 相关地区水文图以及地形图提取澜沧江主干线以及主要支流 并对主支流干线进行以1公里为基础 逐公里递增至20公里的缓冲实现 提取的澜沧江主支流 从1 20公里建立的缓冲区情况来看 每间隔一公里居民地分布变化较缓 并且 居民地沿河流区域向外环分布递减 四对澜沧江主干线以及主要支流进行缓冲区分析 主要工作 澜沧江流域人口分布分析澜沧江流域经济现状分析 第二部分 澜沧江流域人口与经济现状分析 一人口分布分析 澜沧江中国境内的流域 包括青海省的4个县 西藏自治区的10个县和云南省的39个县市 其人口分布呈现出北低南高的规律 亦即上游的人口数较少 中下游的人口数较多 云南省人口分布现状分析 为比较澜沧江流域地区与其他地区的异同 对云南省各县市人口分布情况进行分析 可以看到云南省东部总人口较多 其他地区人口分布较均匀 鉴于现有数据的局限性 对云南省的一些经济指标进行简单的描述性空间分析 试图以此来探求澜沧江流域地区的经济发展水平以及与非澜沧江流域地区的经济发展状况的异同 二澜沧江流域经济现状分析 空间聚集性分析 Moran sI统计量是用来度量空间自相关亦即判断空间聚集性的常用工具 Moran sI定义为 冷 热点分析 常用LISA LocalIndicatorsofSpatialAssociation 方法来评价局部空间自相关情况 每一个地区i的局部Moran sI统计量的定义如下 LISA方法可能得到四种情况的结果 high high 该区域的变量值与其邻居区域的变量值均大于平均值 low low 该区域的变量值与其邻居区域的变量值均小于平均值 high low 该区域的变量值大于平均值 但其邻居区域的变量值小于平均值 low high 该区域的变量值小于平均值 但其邻居区域的变量值大于平均值 一个地区的经济发展 显然对其邻近地区的经济发展有或多或少的影响 对变量进行LISA分析 有助于发现冷 热点地区 而对这些 特殊 地区的进一步研究 则有助于制定相应的政策和措施 不仅满足自身发展的需要 更可以带动周边地区的发展 达到互利互惠的双赢目的 LISA方法 国内生产总值LISA分析 第一产业LISA分析 第二产业LISA分析 第三产业LISA分析 人均国内生产总值LISA分析 农民人均纯收入LISA分析 劳动生产率LISA分析 劳动生产率是指某一产业国内生产总值和劳动力之比 可用于衡量产业效益状况 它反映1 的劳动力在该部门创造的收入 区域劳动生产率表示为 其中 表示地区行业的劳动生产率 表示地区行业的国内生产总值 是地区行业的就业人员数量 第一产业劳动生产率LISA分析 第二 三产业劳动生产率LISA分析 结语 通过对澜沧江流域的人口分布和云南省经济发展状况的初步分析 得到了澜沧江流域人口分布的规律 以及澜沧江流域地区经济发展的特点 人口分布主要集中在中下游地区 经济发展具有很强的空间集聚性 第三部分 澜沧江流域水资源时空分析初步工作 水资源时空分析与统计 一年平均径流量分析二年内径流分布规律三径流量随降水 气温变化的规律分析四澜沧江流域气温和降水量变化规律初步分析五下一步的主要工作 水资源时空分析与统计 昌都水文站 前三项以西藏自治区昌都水文站资料为例 一 昌都站多年平均径流量分析 1 基本数据分析 2 径流经验频率分析 一 昌都站多年平均径流量分析 1 基本数据分析 Y 5 1929x 415 06 一 昌都站多年平均径流量分析 该断面的集水面积5 38万平方公里 约占全流域面积的7 年平均径流量为456 6立方米 秒 平均年径流总量为144亿立方米 约占澜沧江平均年径流总量的3 1 基本数据分析 从昌都站多年平均径流量过程线和趋势线分析 该站点的年平均径流量有逐年上升的趋势 大约每年增加流量1 6亿立方米 Y 5 1929x 415 06 一 昌都站多年平均径流量分析 1 基本数据分析 2 径流经验频率分析 基本参数 经验频率曲线参数分别为 变差系数 反应水文系列中各变量围绕均值变动的离散程度 越大表明变量的变化越不均匀 偏差系数 反映系列当中各变量在均值两边的对称程度 时变量均匀分布 属于正态分布 时 称正偏 该参数的计算 至少需要100年以上的资料 计算出的结果才比较准确 实际计算中常采用 计算洪水时常采用 时 称负偏 一 昌都站多年平均径流量分析 一 昌都站多年平均径流量分析 2 径流经验频率分析 频率曲线适配计算表 取Cs 2Cv时 得到的理论频率曲线与累积经验频率曲线基本吻合 可以使用该曲线进行模拟 当前通用的频率曲线为皮尔逊III型频率曲线 其概率密度函数如下所示 对概率密度函数的探讨和改进 我们将结合澜沧江的水文特征 在后续工作中进行 因为实际查询的Cs Cv值并不连续 只是以代表性数据表的形式存在 因此表现为离散点 一 昌都站多年平均径流量分析 2 径流经验频率分析 累积经验频率散点图 该图表示达到或者超出某个流量值的经验频率值 二 昌都站年内径流量变化规律分析 1 不同季节平均径流量变化分析 2 月平均径流量变化趋势分析 3 月平均径流量与气温 降雨量的相关性分析 二 昌都站年内径流量变化规律分析 1 不同季节平均径流量变化分析 按照自然序列60个季度的平均径流量历时曲线 从各季度径流量在全年径流总量中所占的比例可以看出 第二 三季度径流量所占的比例达到全年的76 与二 三季度气温的变化有很强的相关性 二 昌都站年内径流量变化规律分析 1 不同季节平均径流量变化分析 二 昌都站年内径流量变化规律分析 2 月平均径流量变化分析 180个月平均径流量变化历时曲线 为发现变化规律 我们使用二阶自回归模型 对月平均径流量的变化进行初步分析 二阶自回归模型表示如下 方程 K阶自相关系数 方程系数 一阶自相关系数为 0 720737094598309 0 355338921625145 二阶自相关系数为 二 昌都站年内径流量变化规律分析 2 月平均径流量变化分析 自回归方程为 二 昌都站年内径流量变化规律分析 3 月平均径流量与降雨量 气温的相关性分析 通过观察 认为月平均径流量 气温 降水量三者之间可能存在相关关系 通过分析处理 建立起三者之间的回归方程 Y 表示月平均径流量 m3 s h 表示降雨量 mm t 表示气温 二 昌都站年内径流量变化规律分析 3 月平均径流量与降雨量 气温的相关性分析 二 昌都站年内径流量变化规律分析 3 月平均径流量与降雨量 气温的相关性分析 拟合曲线对降雨和气温产生的滞后效应估计不足 如果对数据进行简单平滑处理 并考虑滞后的影响 进行平移 效果如下 二 昌都站年内径流量变化规律分析 3 月平均径流量与降雨量 气温的相关性分析 该图基本反映了月平均径流量变化的规律 后续要在时间序列分析的基础上 进一步增加空间信息的相关性分析 特别与在建的地理因子库的结合 三 不同站点之间径流量变化规律分析 1 不同站点之间径流量变化的相关性分析 2 历史资料的插补和延拓 旧州 嘎旧 景洪 曼安 根据现有资料情况 分别选取中游的旧州 嘎旧和下游的景洪三个站点进行相关性分析实验 曼安站为澜沧江支流补远江上的一个水文站 三 不同站点之间径流量变化规律分析 1 不同站点之间径流量变化的相关性分析 由于原始的流量序列资料不完备 如上图 我们从资料中提取具有时间重合的13年资料 如下图 分别对两两站点间的年平均流量进行回归分析处理 建立回归方程 三 不同站点之间径流量变化规律分析 1 不同站点之间径流量变化的相关性分析 三 不同站点之间径流量变化规律分析 1 不同站点之间径流量变化的相关性分析 三 不同站点之间径流量变化规律分析 2 历史资料的插补和延拓 利用前面的得到的回归方程 在较高置信度的情况下 可以对原始数据当中不完善或者缺失的部分进行插补 内延 外展处理 从得到的径流量过程图可以看出延补部分的流量过程基本符合各自站点流量的变化规律和趋势 这里的回归分析作为一种数学方法 可以为我们进行水文资料的完善化处理提供一种参考和借鉴 四 澜沧江流域气温和降水量变化规律初步分析 1 降水量与高程的相关分析 2 气温与高程的相关分析 四 澜沧江流域气温和降水量变化规律初步分析 1 降水量与高程的相关分析 从拟合的结果看 单独的高程因素对降水量的影响较小 可以利用ArcGIS来进行验证分析 R2 0 1883 相关效果不明显 四 澜沧江流域气温和降水量变化规律初步分析 1 降水量与高程的相关分析 从半变异函数图中可以发现 在沿江而下顺高山峡谷走向的方向上 降雨量半变异函数值较大 而在垂直方向上的半变异值不仅小 而且相对集中 表现出明显的各向异性 四 澜沧江流域气温和降水量变化规律初步分析 1 降水量与高程的相关分析 利用ArcGIS地理统计模块 对降