黄河流域是中国西北和华北地区最大的水源，承担着全国15%的耕地灌溉面积和9%的全国人口供水量。黄河上游是其主要产水区，其河流形态丰富、复杂。近几十年来，黄河上游经历了显著的气候变化以及梯级水电开发，其水资源发生着一定程度的变化。黄河上游河流形态变化可能对周围乃至全流域生态环境和社会产生多方面的影响。目前遥感技术仍存在低空间分辨率影像对复杂水体的空间细节捕捉不足以及高空间分辨率影像对大区域尺度水体监测的空间覆盖范围和重访周期不足的问题。

基于此，我院金鑫教授课题组借助谷歌地球引擎和ArcGIS空间分析工具，基于全色图像锐化技术对1999-2023年研究区Landsat系列卫星遥感影像进行降尺度，并进行河流提取、河流形态学参数计算等，揭示了黄河上游河流形态时空变化特征。结果表明，全色图像锐化技术和AWEI_sh水体指数的结合有利于提高细小水体提取精度，总体精度和Kappa系数分别为0.993和0.985；过去25年内，黄河上游全河段的面积和平均河宽变化较大，最大值为最小值的1.3倍；中心线长度和弯曲程度未发生明显变化；侧向迁移率变化较小，年平均侧向迁移4.67-10.18 m；在没有人类活动的典型河段中，尽管单河道河段的稳定性强于多河道河段，但自然因素(即年降水量、年径流量、年输沙量)对单河道河段和多河道河段的形态均有显著影响；大规模梯级水电开发在短期内对河流形态产生了显著影响，而在未受人类活动影响的河段，其变化是逐渐发生的。该研究为深入了解大区域和长时间尺度的复杂河流形态提供支撑，为黄河上游水资源管理和可持续发展提供了科学依据。

图1 监测河流形态变化流程图

图2 Landsat 8 OLI原始影像（a）和经过PAN波段锐化的影像（b）

图3 各子河段的弯曲系数

该项研究成果近期以“Changes in river morphology and influencing factors in the upper Yellow River over the past 25 years”为题发表在地理学领域国际高水平期刊《Geomorphology》（IF=3.1，中科院二区），我院2022级硕士研究生秦艳红为论文第一作者，金鑫教授为论文通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金地区基金（42161020）、国家自然科学基金联合基金重点项目（U22A20454）、青海省自然科学基金杰出青年基金项目（2023-ZJ-943J）和青海师范大学中青年科研基金（KJQN2022002）的资助。