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    鄱陽(yáng)湖近五十年變遷遙感監(jiān)測(cè)與分析

    2019-12-18 08:52:50朱鶴黃詩(shī)峰楊昆楊永民李蓉
    衛(wèi)星應(yīng)用 2019年11期
    關(guān)鍵詞:蓄洪區(qū)鄱陽(yáng)湖耕地

    文|朱鶴 黃詩(shī)峰 楊昆 楊永民 李蓉

    水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心/中國(guó)水利水電科學(xué)研究院

    一、引言

    鄱陽(yáng)湖是我國(guó)第一大淡水湖,位于江西省,面積3960km2。鄱陽(yáng)湖是長(zhǎng)江干流重要的調(diào)蓄性湖泊,在長(zhǎng)江流域中發(fā)揮著調(diào)蓄洪水和保護(hù)生物多樣性等特殊功能,對(duì)維系區(qū)域和國(guó)家生態(tài)安全具有重要作用。20世紀(jì)50至80年代,鄱陽(yáng)湖受自然變化和人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用影響,呈現(xiàn)出湖泊岸線萎縮、容積減少、環(huán)湖城鎮(zhèn)和耕地侵占湖泊、洪水頻發(fā)、水生態(tài)破壞和水環(huán)境惡化等問(wèn)題。1998年大洪水之后,湖區(qū)開(kāi)展了大范圍的 “雙退” 和 “單退” 工程, 使湖區(qū)在汛期的蓄水面積擴(kuò)大。隨著湖泊治理相關(guān)舉措的實(shí)施,情況得到穩(wěn)步改善。2003年后三峽水庫(kù)的建成蓄水,調(diào)節(jié)江河水泥,對(duì)兩湖地區(qū)水文、形態(tài)和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一定影響。[1-2]研究近五十年來(lái)鄱陽(yáng)湖水體、圍墾、岸線萎縮至退耕還湖等一系列變化觀測(cè),能夠?yàn)檑蛾?yáng)湖流域治理和合理開(kāi)發(fā)利用決策提供參考。

    遙感技術(shù)能夠遠(yuǎn)距離探測(cè)地物,具備對(duì)湖泊形態(tài)、水文、生態(tài)、環(huán)境、人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用等特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、可實(shí)現(xiàn)湖泊特征演變規(guī)律的分析。20世紀(jì)至今,衛(wèi)星遙感技術(shù)突飛猛進(jìn),能提供多種光譜載荷、多種時(shí)空分辨率組合的數(shù)據(jù)源,從多角度、多時(shí)空尺度為湖泊監(jiān)測(cè)提供有效支撐。

    本文基于遙感技術(shù),查明近五十年環(huán)湖圍墾、岸線萎縮至退耕還湖等一系列變化,認(rèn)清鄱陽(yáng)湖的近五十年演變特征,深入了解鄱陽(yáng)湖近五十年變遷,分析鄱陽(yáng)湖演變特征、原因和趨勢(shì),指導(dǎo)未來(lái)鄱陽(yáng)湖治理和合理開(kāi)發(fā)利用,特別支撐三峽工程運(yùn)行后調(diào)整治湖思路。

    二、數(shù)據(jù)源

    本次研究使用的數(shù)據(jù)源包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù),遙感數(shù)據(jù)包括 1967 年美國(guó)鎖眼偵查衛(wèi)星(KH-8)影像以及20 世紀(jì)70 年代以來(lái)的陸地衛(wèi)星(Landsat)以及我國(guó)高分一號(hào)衛(wèi)星,水文資料采用湖口站數(shù)據(jù)。

    遙感影像:參考湖口站水位,盡量保證影像日期對(duì)應(yīng)水位變化不大,從20世紀(jì)60年代開(kāi)始至2010年,每10年收集1期遙感影像,2013后收集多期高分系列遙感衛(wèi)星影像,2016-2017年每月收集1期高分一號(hào)遙感影像。具體包括1967年KH-8影像1期,1977年Landsat-2 MSS影像1期,1988年、1995年、2000年Landsat-5 TM影像各1期,2013年高分一號(hào)遙感影像1期,2016至2018年每月1期高分一號(hào)遙感影像。

    水文數(shù)據(jù):針對(duì)遙感影像日期,收集同日湖口站監(jiān)測(cè)水位數(shù)據(jù),計(jì)算每日平均水位數(shù)據(jù)。

    輔助資料:收集20世紀(jì)50年代鄱陽(yáng)湖圩垸、蓄洪區(qū)分布圖作為參考資料,輔助重點(diǎn)變化區(qū)域監(jiān)測(cè)工作。

    三、研究方法

    圍繞鄱陽(yáng)湖近五十年演變特征、原因和趨勢(shì)分析的目標(biāo),基于近五十年遙感影像,對(duì)鄱陽(yáng)湖近五十年湖區(qū)變化進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè),將同水位下相鄰時(shí)間兩期遙感監(jiān)測(cè)的湖面范圍做疊加對(duì)比分析,展布變化區(qū)域分布、統(tǒng)計(jì)變化面積,分析變化規(guī)律和原因。對(duì)鄱陽(yáng)湖重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用區(qū)域進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè),通過(guò)對(duì)比前后湖區(qū)邊界,確定近五十年來(lái)的重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用區(qū)域,結(jié)合歷史圩垸、蓄滯洪區(qū)分布等基礎(chǔ)信息,提取近五十年重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用區(qū)域變化。

    1.水體范圍遙感提取

    針對(duì)不同影像條件(光譜、時(shí)間、空間分辨率,影像質(zhì)量等)采用水體范圍提取方法,以波段閾值、水體指數(shù)[3]、面向?qū)ο蠓指罘椒橹?,再輔以人工修正。由于1967年美國(guó)鎖眼衛(wèi)星所拍攝的影像為全色影像,且對(duì)水體敏感性不高,因而采用單波段閾值法,配合人工編輯來(lái)提取。

    2.水位-面積關(guān)系變化分析

    基于2016-2017年每月監(jiān)測(cè)水位與水面面積數(shù)據(jù),構(gòu)建近兩年水位-面積關(guān)系曲線。將20世紀(jì)70年代至2013年每期遙感監(jiān)測(cè)面積匹配同日水位,與近兩年水位-面積關(guān)系曲線對(duì)比,分析近五十年來(lái)同水位下鄱陽(yáng)湖水面面積變化。[4-5]

    3.同水位下鄱陽(yáng)湖近五十年變化遙感監(jiān)測(cè)

    通過(guò)同水位下相鄰時(shí)間兩期遙感監(jiān)測(cè)的湖區(qū)范圍做疊加對(duì)比分析,展布變化區(qū)域分布、統(tǒng)計(jì)變化面積,分析變化規(guī)律和原因。

    將變化較大區(qū)域作為重點(diǎn)關(guān)注區(qū),展布變化區(qū)域分布、統(tǒng)計(jì)變化面積,進(jìn)一步人工判別變化區(qū)域土地利用類(lèi)型,結(jié)合20世紀(jì)50年代鄱陽(yáng)湖圩垸、蓄洪區(qū)分布圖和政策,分析變化原因。依次完成所有歷史時(shí)刻變化區(qū)域分析工作,建立完整的近五十年鄱陽(yáng)湖重點(diǎn)變化區(qū)域遙感監(jiān)測(cè)序列。

    四、鄱陽(yáng)湖近五十年水體范圍變化情況

    根據(jù)前述遙感水體提取方法,收集1967-2018年近五十年來(lái)的遙感影像,選擇同水位范圍(湖口水文站監(jiān)測(cè)同日水位相差不超過(guò)0.55m)的遙感影像,對(duì)鄱陽(yáng)湖水體范圍變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖1、圖2是鄱陽(yáng)湖近五十年同水位下水體范圍變化和水面面積變化情況,1977-1995年鄱陽(yáng)湖水面面積持續(xù)減少,由3705.31km2減少至3369.15km2,將近20年間共計(jì)減少336.16km2。1988年大洪水后,鄱陽(yáng)湖開(kāi)展了大范圍的“雙退”和“單退”工程使水面面積明顯擴(kuò)大,至2000年,水面面積增長(zhǎng)至3666.71km2。2003年后三峽水庫(kù)建成蓄水,鄱陽(yáng)湖水面面積再次下降,直至2013年后穩(wěn)定在3425km2左右??傮w來(lái)看,20世紀(jì)90年代前水面持續(xù)萎縮,2000年有所恢復(fù),之后持續(xù)繼續(xù)萎縮,直至2013年開(kāi)始趨于穩(wěn)定。

    圖1 鄱陽(yáng)湖近五十年同水位下水體范圍變化情況

    圖2 鄱陽(yáng)湖近40年同水位下水面面積變化圖

    五、鄱陽(yáng)湖近五十年重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用區(qū)變化情況

    近五十年來(lái),鄱陽(yáng)湖周邊的永修縣、新建縣、都昌縣、波陽(yáng)縣以及余干縣存在多個(gè)水面范圍變化較大的區(qū)域,經(jīng)初步判讀,均存在不同程度的人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用。以5個(gè)重點(diǎn)變化區(qū)域?yàn)殛P(guān)注對(duì)象,本次選擇同水位范圍對(duì)應(yīng)的遙感影像,進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。遙感影像采集時(shí)間為1967年、1977年、1988年、1995年、2000年、2013年、2016年、2018年,對(duì)應(yīng)湖口水位均在16 m左右(相差不超過(guò)0.55m),與前文中近五十年鄱陽(yáng)湖湖區(qū)變化遙感監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)水位范圍一致。圖3是鄱陽(yáng)湖重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用區(qū)分布圖,顯示了鄱陽(yáng)湖五十年變化程度較大的開(kāi)發(fā)利用區(qū)域。

    圖3 鄱陽(yáng)湖重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用區(qū)

    1.都昌縣湖圩

    圖4是都昌縣湖岸圩垸歷年變化圖,都昌縣湖岸圩垸于20世紀(jì)70至80年代間出現(xiàn)筑壩、圍湖耕地現(xiàn)象。1967-1977年期間均為水體,1988年開(kāi)始出現(xiàn)筑壩和耕地,1995年至今均為耕地。

    圖4 都昌縣湖岸圩垸歷年變化圖

    2.波陽(yáng)縣湖圩

    圖5是波陽(yáng)縣湖岸圩垸歷年變化圖,波陽(yáng)縣湖岸圩垸于1967-1988年期間均為荒地,1995-2000年變?yōu)樗w,2000年后出現(xiàn)圍湖耕地現(xiàn)象,2013年至今均為耕地。

    圖5 波陽(yáng)縣湖岸圩垸歷年變化圖

    3.余干縣康山蓄洪區(qū)圩垸

    圖6是余干縣康山蓄洪區(qū)歷年變化圖,余干縣康山蓄洪區(qū)于1995-2000年期間出現(xiàn)筑壩、圍湖耕地現(xiàn)象。1967-1995年期間均為水體,2000年至今變?yōu)楦亍?/p>

    圖6 余干縣康山蓄洪區(qū)歷年變化圖

    4.新建縣黃湖蓄洪區(qū)

    圖7是新建縣黃湖蓄洪區(qū)歷年變化圖,新建縣黃湖蓄洪區(qū)于1995-2000年期間出現(xiàn)圍湖耕地現(xiàn)象。1967-1988年期間均為水體,1995年變?yōu)樗w,2000年至今變?yōu)楦亍?/p>

    圖7 新建縣黃湖蓄洪區(qū)歷年變化圖

    5.永修縣斜方洲塘蓄洪區(qū)

    圖8是永修縣斜方洲塘蓄洪區(qū)歷年變化圖,永修縣斜方洲塘蓄洪區(qū)于1960年至今出現(xiàn)圍湖耕地現(xiàn)象。1967-1995年期間均為耕地,2000年變?yōu)樗w,2013年變?yōu)楦兀?016年變?yōu)樗w,2018再轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾蜑┑亍?/p>

    圖8 永修縣斜方洲塘蓄洪區(qū)歷年變化圖

    六、結(jié)論

    據(jù)鄱陽(yáng)湖近五十年來(lái)水體變化遙感監(jiān)測(cè)與分析,20世紀(jì)90年代前湖泊水面呈現(xiàn)萎縮趨勢(shì),2000年湖面有所恢復(fù),之后繼續(xù)萎縮。湖面變化現(xiàn)象受人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)影響明顯。其中,開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)以20世紀(jì)60到80年代最強(qiáng),之后強(qiáng)度有所下降,1998年后開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)得到抑制,湖面范圍有所恢復(fù),之后局部地區(qū)略有開(kāi)發(fā),但開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度不高。

    1)20世紀(jì)60到80年代,湖面范圍持續(xù)萎縮,人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用情況較強(qiáng),集中在都昌、波陽(yáng)、余干縣,在湖區(qū)周邊出現(xiàn)許多修筑攔水壩、攔水養(yǎng)殖等人為侵占湖泊的情況。

    2)20世紀(jì)80到90年代,圍湖現(xiàn)象依然存在,在湖邊各縣區(qū)均出現(xiàn)不同程度的圍湖活動(dòng),湖邊攔水區(qū)也逐步形成穩(wěn)定的耕作區(qū),90年代中期,開(kāi)發(fā)活動(dòng)延伸至蓄洪區(qū),有侵占蓄洪區(qū)的現(xiàn)象。

    3)20世紀(jì)90年代后期,特別是1998年后,“退垸還湖”政策實(shí)施效果明顯,圍湖情況得到抑制,至2000年湖面范圍全面恢復(fù)。

    4)2000年至今,局部地區(qū)又有圍湖跡象,但圍湖區(qū)域不多,范圍也較小。

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