Methoden und Anwendung der Flussabflussrückrechnung mit multiquelligen Fernerkundungsdaten

GU Pengfei ,  

LI Miaomiao ,  

WU Lang ,  

WU Yongxiang ,  

XU Yi ,  

SHI Rui ,  

WU Wei ,  

JIANG Xi ,  

WANG Gaoxu ,  

摘要

Die Erfassung des Flussabflusses ist eine wichtige Grundlage für die Wasserressourcenverteilung und den ökologischen Schutz. Traditionelle Abflussbeobachtungsmethoden sind zeitaufwendig und arbeitsintensiv, was die Erfüllung der Anforderungen moderner hydrologischer Überwachungen hinsichtlich großer räumlicher Ausdehnung und zeitlicher Aktualität erschwert. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Fernerkundungstechnologien werden effiziente, großflächige Datenressourcen und technische Mittel für die Forschung zur Abflussrückrechnung bereitgestellt. Diese Studie basiert auf der Fernerkundungs-Cloud-Computing-Plattform Google Earth Engine (GEE) und nutzt Landsat 5/7/8 und Sentinel-1/2 Satellitenbilder, um die Flussbreite des Außenabschnitts des Wai-Zhou-Flusses im Gan-Einzugsgebiet von 1990 bis 2019 sowie der Abschnitte Zhangshu, Xiajiang und Jian von 2003 bis 2019 in großen Mengen zu extrahieren und den Flussabfluss von vier Abschnitten mittels Potenz- und Linearfunktionsschätzungen zu berechnen. Die Ergebnisse zeigen, dass die mit GEE massenhaft extrahierte Fernerkundungsflussbreite effektiv zur Abflussrückrechnung genutzt werden kann. Im Zeitraum 1990–2003 stimmte der rückgerechnete Abfluss des Außenabschnitts von Wai Zhou gut mit den gemessenen Werten überein, jedoch wurde der rückgerechnete Abfluss nach 2003 in der Hochwasserzeit deutlich unterschätzt und in der Niedrigwasserzeit überschätzt, die Gesamtgenauigkeit der Rückrechnung war relativ gering (R²=0,69, NSE=0,66); im Vergleich dazu waren die Rückrechnungsergebnisse der Abschnitte Zhangshu, Xiajiang und Jian im Zeitraum 2003–2019 stabil und stimmten stets hoch mit den gemessenen Abflüssen überein, mit hoher Genauigkeit (R² und NSE jeweils über 0,90). Neben der Rückstauwirkung im Mündungsabschnitt des Gan-Flusses ist auch die Entwicklung der Flussbettgeomorphologie ein Grund für die geringe Rückrechnungsgenauigkeit im Außenabschnitt von Wai Zhou; unter dem kombinierten Einfluss illegaler Sandgewinnungsaktivitäten und Sedimenttransporten erfuhr der hydraulisch große Querschnitt der Wai-Zhou-Messstation zwischen 1990 und 2019 eine starke Veränderung und durchlief insgesamt drei Phasen: „Absenkung – Hebung – Stabilisierung“, mit einer maximalen Tiefenschnitttiefe von 2,56 m; durch die Unterteilung des Außenabschnitts von Wai Zhou in drei Zeiträume 1990–1999, 2000–2011 und 2012–2019 und die erneute Rückrechnung des Abflusses verbesserte sich die Genauigkeit signifikant, die R²- und NSE-Werte der drei Zeiträume waren jeweils größer als 0,85, insbesondere in 2012–2019 stiegen R² und NSE auf 0,90.

关键词

Multiquellige Satellitendaten, Abflussschätzung, Fernerkundungstechnologie, Google;Earth;Engine (GEE), Poyang-Seebecken, Gan-Fluss

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