成都平原濕地動態(tài)監(jiān)測與分析

張船紅 郭豫賓

摘要 采用歸一化水體指數(shù)，對1990、2000、2007年3個時段的成都平原濕地資源專題信息進(jìn)行提取。提取的濕地資源信息包括河流、湖泊、庫塘、部分水田等。1990年提取的濕地面積為322.58 km2，2000年提取的濕地面積為450.98 km2，2007年提取的濕地面積為465.67 km2。整體來看，1990—2007年成都平原濕地面積呈現(xiàn)增加趨勢；1990—2000年，以12.84 km2/a的速率增加，2000—2007年，以2.10 km2/a的速率增加，由此可見，研究區(qū)在2000年前生態(tài)環(huán)境較好，濕地保持較好的增長趨勢，而2000年后，濕地面積趨于平穩(wěn)，濕地生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有待加強。成都平原由于人為和自然因素的共同干擾，其濕地資源從景觀格局到面積等方面都發(fā)生了很大變化，研究濕地景觀的變化趨勢對于濕地恢復(fù)與保護(hù)政策意義重大。

關(guān)鍵詞 濕地；歸一化水體指數(shù)；生態(tài)環(huán)境；成都平原

中圖分類號 X835 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）34-0053-03

Abstract Using normalized water index， the thematic information of wetland resources in Chengdu plain was extracted from three periods of 1990， 2000 and 2007. The extracted wetland resources included rivers， lakes， ponds and some paddy fields.The wetland area was 322.58 km2 in 1990， the wetland area was 450.98 km2 in 2000， the wetland area was 465.67 km2 in 2007. Overall， the wetland area in Chengdu plain showed an increasing trend during 1990-2007；it increased at 12.84 km2/a from 1990 to 2000， and increased with 2.10 km2/a during 2000-2007. Therefore， the ecological environment of the study area was better， and the wetland maintained a good growth trend before 2000. After 2000， the wetland area tended to be stable， and the protection of wetland ecological environment needs to be strengthened. Chengdu plain due to the interference of natural and artificial factors， the wetland landscape pattern from the aspects of the area have undergone great changes， the trend of change of wetland landscape have specified significance of wetland restoration and protection policy.

Key words Wetland；NDWI；Ecological environment；Chengdu plain

濕地是水陸相互作用形成的特殊生態(tài)系統(tǒng)，是人類重要的生存環(huán)境和自然資源，也是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀之一。濕地一直是地理學(xué)、生物學(xué)及其他有關(guān)學(xué)科的研究熱點和重要領(lǐng)域。對于濕地的研究最早可追溯到17世紀(jì)，對于沼澤濕地和泥炭濕地的研究，迄今為止已有百年歷史[1-4]。但由于濕地類型的多樣性、分布的廣泛性、面積的差異性、淹水條件的易變性以及濕地邊界的不確定性，對濕地進(jìn)行科學(xué)的定義比較困難。因此截至目前，尚無統(tǒng)一的、被普遍認(rèn)同的濕地定義[3]。

濕地有多種類型，包括沼澤、泥炭地、濕草甸、湖泊、河流及洪泛平原、河口三角洲、灘涂、珊瑚礁、紅樹林、水庫、池塘、水稻田等[3，5-6]。針對成都平原濕地實際情況，參照《濕地公約》濕地分類系統(tǒng)及我國目前濕地調(diào)查和監(jiān)測所采用的濕地分類系統(tǒng)，形成一個科學(xué)的成都平原濕地分類。遙感作為先進(jìn)的對地觀測技術(shù)，具有大面積同步觀測、數(shù)據(jù)綜合性、可比性、經(jīng)濟(jì)性以及避免研究者對研究對象直接干擾，并允許重復(fù)觀測等特點。把遙感技術(shù)應(yīng)用于濕地的研究具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和實用價值。筆者利用1990、2000和2007年的TM/ETM數(shù)據(jù)對成都市濕地進(jìn)行專題信息提取，得出成都市濕地的變化情況。

1 研究區(qū)概況與研究數(shù)據(jù)

成都平原是我國西南地區(qū)最大的平原，地勢平坦、水域遍布、河網(wǎng)縱橫、物產(chǎn)豐富，平原由岷江、沱江、青衣江、大渡河沖積平原組成。又稱為盆西平原或川西平原，位于四川盆地西部。因成都適位于平原中央，故稱為成都平原。

該研究以成都平原區(qū)域為研究對象，將成都平原濕地類型分為一級自然濕地，包括河流、湖泊、沼澤、河灘；二級為人工濕地，包括水庫、水田、池塘。利用1990、2000、2007年美國Landsat陸地資源衛(wèi)星TM/ETM+影像，計算歸一化水體指數(shù)和計算機(jī)分類，提取成都平原濕地資源專題信息，進(jìn)而分析成都平原濕地現(xiàn)狀及動態(tài)變化。

遙感衛(wèi)星傳感器記錄的是地面瞬間信息，濕地資源信息會隨季節(jié)而變化，因此遙感影像宜選擇在春夏秋季，此時間段內(nèi)水體信息更明顯，易于判讀。該研究所使用的遙感資料為1990、2000、2007年3個時期的TM/ETM+影像，共涉及5景影像，軌道號分別為129/038、129/039、129/040、130/038、130/039。主要使用TM/ETM+影像的第7、第4、第3波段進(jìn)行假彩色合成，合成后的假彩色圖像中水體和植被影像特征基本清晰，林地表現(xiàn)為亮綠色或者暗綠色，水體表現(xiàn)為深藍(lán)色（水體較淺）和藍(lán)黑色（水體較深），城鎮(zhèn)表現(xiàn)為灰紫色，合成后的影像有利于濕地資源信息的提取。3期影像時相較接近，可以滿足濕地動態(tài)監(jiān)測的要求[7]。

2 研究方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理

通過多方努力，主要收集到多時相的Landsat陸地資源衛(wèi)星TM/ETM+影像。在該研究中將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列預(yù)處理，得到成都平原多時相遙感影像圖，再進(jìn)一步提取濕地資源信息。

2.1.1 TM影像數(shù)據(jù)波段的選擇。

該次遙感圖像解譯工作重點是河流濕地面積、周邊土地利用和植被分布情況。TM遙感圖像共有7個波段，為了更精確地提取河流濕地水域和周邊土地利用狀況信息，以1990年（129039）TM遙感圖像為例，通過對波段的相關(guān)分析來確定波段（表1）。

TM圖像7個波段包含的地物信息量多寡不一，各波段之間信息量的重疊與分異程度，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。1990年TM圖像各波段之間的相關(guān)系數(shù)見表2。

根據(jù)上述統(tǒng)計結(jié)果，遙感影像RGB最佳波段組合采用743假彩色合成[7]。合成后的假彩色圖像中水體和植被影像特征基本清晰，林地表現(xiàn)為亮綠色或者暗綠色，水體表現(xiàn)為深藍(lán)色（水體較淺）和藍(lán)黑色（水體較深），城鎮(zhèn)表現(xiàn)為灰紫色（圖1）。

2.1.2 幾何精校正。

原始遙感影像在成像時，由于遙感平臺位置、速度、姿態(tài)、運動狀態(tài)、地球曲率、地形起伏、大氣折射以及地球自轉(zhuǎn)的影響等，造成遙感影像較為嚴(yán)重的幾何變形。幾何變形是位移、旋轉(zhuǎn)、縮放、彎曲、偏轉(zhuǎn)及其他變形綜合作用的結(jié)果。因此，需要對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正[7]。

遙感影像的幾何精校正是在ENVI軟件的幾何校正模塊中進(jìn)行的，過程包括地面控制點的選取、多項式糾正及重采樣[7]。

2.1.3 影像鑲嵌及裁剪。

影像鑲嵌首先要確定一幅參照影像，將另一幅參與鑲嵌的影像統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系中，重疊部分進(jìn)行直方圖匹配和彩色亮度匹配，邊緣部分進(jìn)行羽化，最終將兩幅影像無縫拼接成一幅影像[7]。研究區(qū)共涉及TM/ETM+影像5景，需在校正好后進(jìn)行鑲嵌處理，得到完整的研究區(qū)。影像裁剪就是將拼接好的影像按照研究區(qū)范圍進(jìn)行裁剪，得到研究區(qū)影像圖（圖2）。

根據(jù)獲取的遙感數(shù)據(jù)，1990年影像沒有云，各景影像色調(diào)差異不大；2000和2007年均有大量云，且各景影像的色調(diào)差別較大，導(dǎo)致鑲嵌出來影像效果稍差。

2.2 基于MNDWI提取濕地信息

利用遙感信息提取水體信息的方法一般采用比值法。利用比值計算快速提取水體信息，如用綠光或紅光波段除以近紅外波段的簡單比值運算有利于抑制植被信息，增強水體信息。但這一方法難以徹底抑制與水體無關(guān)的背景信息。多數(shù)情況下，用NDWI提取的水體信息中仍夾雜著許多非水體信息，特別是在提取城市范圍內(nèi)的水體方面很不成功。因此，筆者主要采用徐涵秋等[6]提出的改進(jìn)歸一化差異水體指數(shù)法（MNDWI），該方法分析了城市水體及其背景地物的反射特點，能更好地提取城市水體信息，如式（1）。

MNDWI=（Green-MIR）/（Green+MIR） （1）

式中，Green代表綠光波段，MIR為中紅外波段，如TM/ETM+的5波段；MNDWI即為Modified NDWI，意為改進(jìn)歸一化差異水體指數(shù)。結(jié)合成都平原濕地資源分類情況和遙感影像情況，分別提取1990、2000、2007年的河流、湖泊、庫塘、河灘等濕地資源分類分布（圖3）。

3 成都平原濕地動態(tài)變化

3.1 空間變化 采用歸一化水體指數(shù)分別提取1990、2000、2007年3個時段的成都平原濕地信息，包含主干河流、湖泊、庫塘、河灘信息，其中，主干河流、湖泊、庫塘信息明顯，證明計算機(jī)分類提取效果較好。1990—2000年主干河流明顯縮小，河灘面積增加，尤其是研究區(qū)中部以南區(qū)域，主干河流變化不大，2000—2007年主干河流明顯縮小，甚至看不清流向。中部以北區(qū)域，1990—2000年河流、河灘信息明顯，2007年濕地信息隱約可見河灘信息?？傮w上，1990—2000年濕地資源信息變化不是特別明顯，2000—2007年濕地資源信息變化明顯，雖然主干河流明顯縮小，但由于濕地資源保護(hù)意識的逐漸增強，成都平原濕地總面積基本維持（圖3）。

3.2 面積變化

采用歸一化水體指數(shù)對1990、2000、2007年3個時段成都平原的濕地資源專題信息進(jìn)行提取，包括河流、湖泊、庫塘、部分水田等。1990、2000、2007年提取的濕地面積分別為322.58、450.98和465.67 km2。整體來看，1990—2007年成都平原濕地呈現(xiàn)增加趨勢；1990—2000年以12.84 km2/a的速率增加，2000—2007年以2.10 km2/a的速率增加。由此可見，研究區(qū)在2000年前生態(tài)環(huán)境較好，濕地保持較好的增長趨勢，而2000年后濕地面積趨于平穩(wěn)，濕地生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有待加強。對1990、2000、2007年3個時段提取的河流、湖泊、庫塘、河灘的統(tǒng)計面積見表3。

由表3可知，1990—2007年河流、庫塘面積處于增加趨勢，河流面積以5.45 km2/a的速度增長，庫塘面積以0.58 km2/a的速度增長；1990—2000年湖泊面積處于增加趨勢，2000—2007年呈減少趨勢，總體來說，1990—2007年呈減少趨勢；1990—2007年河灘面積處于減少趨勢，以4.86 km2/a的速度減少。綜合來看，成都平原濕地資源總和大致呈現(xiàn)增加趨勢，1990—2000年處于快速增加趨勢，2000年之后趨于平穩(wěn)，有較小幅度減少。

4 結(jié)論

該研究利用3S技術(shù)及其他輔助監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行濕地資源調(diào)查，收集前人有關(guān)資源環(huán)境方面的研究成果，為成都平原濕地資源動態(tài)監(jiān)測與評價提供間接資料。針對不同濕地類型進(jìn)行現(xiàn)狀及動態(tài)變化特征分析，掌握了成都平原濕地資源的動態(tài)變化、濕地資源的受破壞狀況和威脅狀況，為成都平原濕地保護(hù)和合理利用規(guī)劃提供了可靠依據(jù)。結(jié)合1990、2000和2007年TM/ ETM+影像，基于MNDWI進(jìn)行成都平原濕地信息提取，在此基礎(chǔ)上，對成都市區(qū)濕地面積增減進(jìn)行了定量分析，對濕地空間變化進(jìn)行了定性分析，可為政府相關(guān)部門提供決策依據(jù)。在該研究中，衛(wèi)星遙感技術(shù)宏觀性、動態(tài)性的優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)，利用該技術(shù)不僅可以避免利用傳統(tǒng)手段獲取數(shù)據(jù)困難的問題，而且大大節(jié)約了人力、財力和物力。

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