利用GIS和遥感技术评估尼日利亚河流州的溢油事件对植被的影响

发布时间：2020-11-11 21:00

　　 石油生产是尼日利亚主要的经济部门,西非国家是非洲国家乃至世界上最大的原油生产国。尼日尔三角洲是该国主要的石油生产地区。然而,由于石油工业的不断发展,各种石油泄漏,导致尼日利亚的环境面临一些严重的问题。特别是在尼日尔三角洲,每年都有数千上万桶油原油泄漏。由于尼日尔三角洲是世界上是非常重要的第三大湿地森林和植被生态系统,本研究集中在对尼日利亚有负面影响的三角洲石油泄漏区,之所以选河流州为具体的研究区域,是由于其在尼日利亚的石油部门的重要性,也因为壳牌公司在该地区每年(从2011年到2012年)有大量的石油泄漏事件。利用GIS和遥感应用技术,通过应用两种不同的技术——归一化植被指数(NDVI)和多数值光谱混合分析(MESMA),用Landsat7遥感影像比较三个不同时间的图像检测植被变化,分析163石油泄漏对该地区的漏影响。这两种技术在干燥的土地环境就有较高的植被变化检测能力。然而,在湿地环境中MESMA具有更高的检测植被光谱的能力,这是由于其基于亚像素分析方法。研究结果表明,使用亚像素的方法(比如MESMA),特别是在研究基于中等分辨率的如Landsat遥感图像,研究湿地植被(特别是植被变化)结合植被健康分析方法具有很重要的意义。植被退化的净百分比分析结果显示,MESMA技术分析的结果植被退化的面积为73%,而NDVI分析的结果显示只有50%的区域植被退化。差异最大的一组实验室,MESMA技术分析的结果是66%区域植被退化,而NDVI分析的结果是只有22%。EDVI值显示的近70%的区域植被退化面积不超过10%,而MESMA技术分析的结果是近35%的地区植被退化的影响超过30%。研究主要讨论植被退化的空间分布。结果显示,泄漏点是植被退化的主要空间控制区域,NDVI和MESMA分析的结果分别为39%和37%,在整个地区中,NDVI结果显示只有23.1%植被退化。MESMA分析结果显示植被退化占33%。NDVI指数和MESMA结果显示,在低海拔区域空间内植被退化的约19%。然而,NDVI指数显示影响区域边界植被退化的比例为19%,MESMA显示的结果只有11%。另外,结果显示石油泄漏会影响漏油点附近2.5公里范围内的植被退化。研究用了16种不同的石油泄漏数据,并研究每一种溢油事件的影响结果。Pearson Chi-Square测试的结果NDVI指数和植被退化MESMA技术分析表明：在那些有漏油且植被退化区域内,使用两种技术分析的结果没有显著差异,包括事件的原因、事件发生的时间、土壤类型、油类型、开放水域溢油量、漏油事故的响应时间、设备类型、管道大小等)；然而,区大小、二次石油传播环境、溢油体积、现场残油量、恢复时间、清理残余影响的时间等因素,对漏油区使用两种技术分析的结果存在显著差异。另外,归一化植被指数结果显示,泄漏点的环境和区域燃烧的火是植被退化的主要影响因素。Spearman's rho相关系数测试结果显示,植被退化与响区域大小、溢油体积、残油量现场、修复的时间和清理残余时间影响对方的NDVI指数和MESMA技术结果等之间存在显著正相关关系。EDVI指数表明植被退化的面积大小与焚烧有关。然而,MESMA结果表明时间响应影响植被退化。最后,用植被退化和石油泄漏条件求解结果创建一个溢油风险评估模型植被(OSRAMV),根据石油设施风险模型,选择应用区域内河流州定义不同的高风险区域的植被。石油设施风险模型(OFHM)测试记录石油泄漏影响的地区,没有影响地区位于非常低,或低风险地区。然而,71.6%的地区位于严重危害区域,25.3%为高危险地区,只有3.1%是位于中等危险地区。本论文分别在尼日尔三角洲和湿地、河流州地区因石油泄漏导致植被退化的严重程度,做了全面的深层次的研究和尝试,得到了很好的实验结果,验证了模型的有效性和实用性。
【学位单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P208;X87;X82
【文章目录】：
作者简介
摘要
Abstract
Chapter 1. Introduction
    1.1. Study Background
        1.1.1. Problem Statement
        1.1.2. Study Area
        1.1.3. Research Hypotheses
        1.1.4. Research Aim
    1.2. Innovation of the Study
    1.3. Key Objectives
    1.4. Research Questions
    1.5. Methodology
    1.6. Dissertation Structure
Chapter 2. GIS and RS Literature Review in the field of Oil Spill
    2.1. Marine Oil Spill Detection
        2.1.1. Synthetic aperture radar
        2.1.2. Optical Sensors
        2.1.3. Laser Fluorosensors and passive microwave radiometer
    2.2. Oil Spill Management
    2.3. Oil Spill Environmental Impact
        2.3.1. On land oil spills Environmental Impact
        2.3.2. Marine Oil Spills environmental impact
    2.4. Oil Spill Environmental Impact Assessment and Simulation Models
    2.5. GIS and RS studies in the field of oil spills in Nigeria
        2.5.1. Environmental Impact Studies
        2.5.2. Environmental Vulnerability and Risk Assessment Studies
Chapter 3. Methodology
    3.1. Data acquisition
    3.2. Data preparation
        3.2.1. Oil spill feature classes creation
        3.2.2. Landsat7 and Landsat8 images pre-processing
        3.2.3. A comprehensive Petroleum spatial database for OSRAMV creation
        3.2.4. SRTM DEM pre-processing
    3.3. Vegetation degradation analysis techniques
        3.3.1. NDVI
        3.3.2. MESMA
    3.4. Examine the affected determinants on vegetation degradation
    3.5. OSRAMV
Chapter 4. Vegetation Degradation Analysis
    4.1. Vegetation degradation analysis process
        4.1.1. NDVI analysis process
        4.1.2. MESMA analysis process
        4.1.3. Extract Vegetation Degradation inside impacted areas
    4.2. Vegetation degradation analysis results
        4.2.1. Total NDVI and MESMA results
        4.2.2. NDVI and MESMA Net Vegetation Degradation results
        4.2.3. Vegetation degradation values inside impacted areas
        4.2.4. Vegetation degradation Spatial distribution inside impacted areas
        4.2.5. Oil Spill Effect Distance
Chapter 5. Oil Spill Determinants influence on Vegetation Degradation
    5.1. Spill incident determinants
        5.1.1. Cause of the incident
        5.1.2. Time of the incident
    5.2. Impacted Area Determinants
        5.2.1. Impacted area size
        5.2.2. Spill Point Environment
        5.2.3. Secondary oil spread environment
        5.2.4. Soil type
        5.2.5. Size of area burnt by fire
    5.3. Oil type and volume determinants
        5.3.1. Oil type
        5.3.2. Total spilled oil volume
        5.3.3. Residual Oil Volume on Site
        5.3.4. Spilled oil volume on open water
    5.4. Response and recovery timing determinants
        5.4.1. Time of response
        5.4.2. Time for recovery
        5.4.3. Time for cleanup residual impact
    5.5. Oil facilities determinants
        5.5.1. Facility type
        5.5.2. Transportation pipeline size
Chapter 6. Oil Spill Risk Assessment Model for Vegetation（OSRAMV）
    6.1. Step one:Create the Elevation Model
    6.2. Step two:Create the Topographic Model
    6.3. Step three:Create the Hazard Model
    6.4. Step four:Create the Final Risk Assessment Model
Chapter 7. Conclusion and Recommendations
    7.1. Overview of Key Issues
    7.2. Results and achievements
    7.3. Suggestions and Recommendations
References

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本文编号：2879736