陳有明， 楊 娟， 疏 淺， 黃 燕， 李學(xué)良， 肖正輝

（1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001；2.合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

長(zhǎng)江流域地貌、水患防治及土地潛力遙感研究

陳有明1， 楊 娟1， 疏 淺1， 黃 燕1， 李學(xué)良2， 肖正輝2

（1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001；2.合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

文章利用美國(guó)陸地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)等，構(gòu)建了基于Skyline數(shù)字地球模型的長(zhǎng)江流域三維場(chǎng)景可視化精細(xì)遙感演示系統(tǒng)，以ERDAS、ARCGIS、MAPGIS等軟件為平臺(tái)，完成全流域地貌遙感解譯，獲取了多時(shí)相城市擴(kuò)展遙感信息；采用成因－成因形態(tài)－物質(zhì)形態(tài)相結(jié)合的地貌遙感三級(jí)綜合分類(lèi)新方法，圈定出16 770個(gè)基本地貌單元，從微觀到宏觀掌握了長(zhǎng)江流域地貌物質(zhì)成因類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、展布特征等及與水患防治、土地利用約束關(guān)系；新發(fā)現(xiàn)了相隔湖北嘉魚(yú)市斧頭湖與陽(yáng)新縣網(wǎng)湖的山丘地存在東西向展布的槽谷地貌，研究表明可利用此槽谷，構(gòu)建聯(lián)通斧頭湖與網(wǎng)湖亦即貫通長(zhǎng)江的僅139km大分洪道，比繞行武漢的長(zhǎng)江彎道縮短152km；通過(guò)構(gòu)建長(zhǎng)江大分洪道與實(shí)施小微型蓄水工程，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江流域水患根治的終極目標(biāo)；從地貌遙感研究角度分析，長(zhǎng)江流域土地利用潛力極大，城市化不存在土地瓶頸制約。

長(zhǎng)江流域；地貌遙感；長(zhǎng)江大分洪道；小微型蓄水工程；土地利用潛力

地貌是自然地理環(huán)境要素的重要組成部分，構(gòu)成國(guó)土基礎(chǔ)性條件，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)關(guān)系十分密切，也成為國(guó)土開(kāi)發(fā)與保護(hù)的約束因子。長(zhǎng)江流域是國(guó)家實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、城市化的重要戰(zhàn)略區(qū)帶，因此，長(zhǎng)江流域的遙感地貌分析不僅對(duì)農(nóng)、林、牧、漁業(yè)生產(chǎn)有重要價(jià)值，而且對(duì)水利、交通、城鎮(zhèn)建設(shè)、礦業(yè)開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)、流域水患治理和經(jīng)濟(jì)安全保障等都具有重要戰(zhàn)略意義。

政府相關(guān)部門(mén)、高等院校等在長(zhǎng)江流域內(nèi)做了較多的地貌調(diào)查、地貌區(qū)劃研究［1］等，先后編制了以省域?yàn)閱卧牡孛矆D、全流域1∶1 000 000地貌圖，中國(guó)科學(xué)院于2008年完成包括本流域在內(nèi)的中國(guó)1∶1 000 000地貌遙感編圖，為長(zhǎng)江流域地貌研究奠定了良好的基礎(chǔ)。但是這些實(shí)際地貌編圖與區(qū)劃工作有特定目標(biāo)，如常見(jiàn)的水文、環(huán)境、工程或經(jīng)濟(jì)等專(zhuān)門(mén)地貌圖等，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系不一，服務(wù)面較窄，而且精度有待提高。長(zhǎng)江流域存在洪澇旱污的水患災(zāi)害頻繁性和長(zhǎng)期性，流域水患始終是現(xiàn)實(shí)與潛在的威脅。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)土資源尤其是土地資源承載壓力亦日益增大。如何順應(yīng)地貌因子約束，實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源合理開(kāi)發(fā)與水患有效治理，需要發(fā)揮遙感宏觀、高效、現(xiàn)勢(shì)、精細(xì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行地貌的深入研究。

本文利用美國(guó)陸地衛(wèi)星、中巴資源衛(wèi)星、法國(guó)地球觀測(cè)衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)等，建立成因－成因形態(tài)－物質(zhì)形態(tài)相結(jié)合的地貌遙感三級(jí)綜合分類(lèi)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)江流域1∶50 000～1∶250 000尺度的地貌遙感解譯，借助地理信息系統(tǒng)，建立了長(zhǎng)江流域三維遙感演示系統(tǒng)，充分發(fā)揮了遙感影像所獨(dú)有的在同一視場(chǎng)復(fù)合映像巨型到微型地貌的超強(qiáng)能力，提高了地貌解譯精度；利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)多時(shí)相技術(shù)優(yōu)勢(shì)［2］，提取了流域內(nèi)近700個(gè)縣級(jí)以上城市近30a的擴(kuò)展信息［3－5］；基于順應(yīng)地貌的新的長(zhǎng)江分洪思維，探尋開(kāi)辟湖北嘉魚(yú)（斧頭湖）－陽(yáng)新（網(wǎng)湖）的長(zhǎng)江大分洪道天然選線，并研究形成以長(zhǎng)江大分洪道與小微型蓄水系統(tǒng)工程為一體的“后三峽時(shí)代”長(zhǎng)江流域水患根治構(gòu)想；同時(shí)分析了新增耕地開(kāi)發(fā)置換城市新增用地的地貌約束關(guān)系。

1 研究方法

地貌研究數(shù)據(jù)源主要選擇美國(guó)陸地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（ETM）；針對(duì)城市擴(kuò)展研究，選擇3個(gè)時(shí)相，即1975年（MSS數(shù)據(jù)為主）、2000年（ETM數(shù)據(jù)為主）、2007年（CBERS／TM／SPOT 數(shù)據(jù)為主）；針對(duì)土地覆被重點(diǎn)觀察區(qū)域，選擇法國(guó)SPOT－5衛(wèi)星數(shù)據(jù)。采用RS、GPS、GIS技術(shù)，全面提取長(zhǎng)江流域地貌及城市擴(kuò)展［6］等遙感信息。

研究建立“成因－成因形態(tài)－物質(zhì)形態(tài)”相結(jié)合的遙感地貌3級(jí)綜合分類(lèi)體系，如圖1所示，見(jiàn)表1、表2所列。分類(lèi)原則有3條：① 根據(jù)內(nèi)、外動(dòng)力作用成因類(lèi)型，將長(zhǎng)江流域地貌分為構(gòu)造、火山、流水、海濱、風(fēng)成、溶蝕一級(jí)成因地貌共計(jì)6個(gè)大類(lèi)；② 在一級(jí)分類(lèi)基礎(chǔ)上，按“成因＋形態(tài)”再分為10類(lèi)，如一級(jí)構(gòu)造地貌分為褶斷侵蝕山地、斷（拗）陷堆積平原等；③ 在二級(jí)分類(lèi)基礎(chǔ)上，按“成因＋形態(tài)＋物質(zhì)”細(xì)分為38類(lèi)基本地貌單元，主要是突出地貌物質(zhì)組成，也反映外動(dòng)力作用特點(diǎn)，三級(jí)地貌命名一般為：（地名）＋物質(zhì)組成＋構(gòu)造成因＋外營(yíng)力＋形態(tài)地貌類(lèi)型，如（中甸）砂礫質(zhì)沖洪積平原（Ⅰ37）。這種分類(lèi)原則以?xún)?nèi)動(dòng)力成因地貌為主體，外動(dòng)力成因地貌為輔，突出整個(gè)長(zhǎng)江流域斷（拗）陷堆積平原與褶斷山地及臺(tái)地的空間地貌格局，進(jìn)而顯現(xiàn)物質(zhì)形態(tài)地貌單元對(duì)國(guó)土資源空間開(kāi)發(fā)與保護(hù)的約束關(guān)系。

（1）解譯精度。原則上規(guī)定最小解譯地貌單元實(shí)地面積為6.25km2，但實(shí)際圈定有很強(qiáng)的靈活性，須充分考慮地貌形態(tài)如山系的完整性、地貌成因的一致性、地貌物質(zhì)組成的相似性等，因此所圈基本地貌彼此沒(méi)有大小可比性。如川西南－滇北的褶斷侵蝕基巖質(zhì)山地（中山）面積近15×104km2，而江陰江岸基巖質(zhì)丘陵則不足1km2。三期城市擴(kuò)展按1∶100 000精度要求。

（2）解譯方法。針對(duì)不同區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元建立地貌等遙感解譯標(biāo)志，以ERDAS、ARCGIS、MAPGIS等軟件為平臺(tái)，套合1∶250 000地形圖及高程模型，采用手工機(jī)助方式完成地貌遙感信息提取及編圖等。地貌遙感分類(lèi)是形態(tài)、成因、物質(zhì)三位一體的綜合解譯，實(shí)質(zhì)是混元解法，解譯過(guò)程與地層巖性的判釋、地質(zhì)構(gòu)造尤其是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)推測(cè)、巖漿活動(dòng)規(guī)律分析，以及冰川作用、地面流水、風(fēng)化凍融等外力作用特征研究等相關(guān)聯(lián)。

（3）立體演示。為充分展示長(zhǎng)江流域地貌地質(zhì)與覆被狀況等，構(gòu)建了基于Skyline數(shù)字地球模型的三維場(chǎng)景可視化遙感演示系統(tǒng)［7］。采用WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)系，衛(wèi)星遙感影像采用ETM數(shù)據(jù)等，高程模型（DEM）選擇《全國(guó)1∶250 000地形數(shù)據(jù)庫(kù)》。

表1 長(zhǎng)江流域地貌遙感與解譯成果統(tǒng)計(jì)

表2 6種一級(jí)成因地貌單元合計(jì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2 研究結(jié)果與討論

2.1 長(zhǎng)江流域地貌地質(zhì)環(huán)境

2.1.1 地貌遙感概覽

由圖1、表1和表2可知，遙感共計(jì)圈定構(gòu)造地貌、火山地貌、流水地貌、海濱地貌、風(fēng)成地貌及巖溶地貌6個(gè)一級(jí)成因類(lèi)型，再細(xì)分為10個(gè)二級(jí)“成因－形態(tài)”類(lèi)型，38個(gè)“成因－形態(tài)－物質(zhì)”三級(jí)類(lèi)型。地貌基本單元（三級(jí)）共計(jì)16 770個(gè)（不含大尺度水域）。若按6個(gè)一級(jí)成因類(lèi)型統(tǒng)計(jì)，構(gòu)造成因的高原、山地、丘陵、平原（臺(tái)地）地貌基本單元（三級(jí)）9 300個(gè)，總面積達(dá)142×104km2；巖溶性中低山、丘陵、平原（臺(tái)地）地貌基本單元2 230個(gè)，總面積近26×104km2；流水地貌總面積為6×104km2，海濱與風(fēng)成地貌累積面積為1×104km2左右。研究表明，流域地貌以山地、丘陵、高原類(lèi)型占主導(dǎo)，平原類(lèi)型占比小。地貌單元分塊、成帶、定向列排（北西、南東、東西、南北向）特征突出，地貌、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和現(xiàn)代水系三者在空間展布與結(jié)構(gòu)上存在著高度吻合性。大致以宕昌—武都—龍門(mén)山—鶴慶與宜昌—吉首—都勻兩線為界，由西往東劃為3個(gè)大的地貌區(qū)域，即西部斷塊抬升高原高山區(qū)，中部褶皺中、低山區(qū)，東部掀斜沉降丘陵平原區(qū)。

圖2給出了長(zhǎng)江流域典型地貌遙感影像。此影像緣于漫長(zhǎng)地質(zhì)過(guò)程中內(nèi)、外動(dòng)力作用［8］，地貌遙感形跡十分清晰。遙感影像研究表明，高原影像因草甸發(fā)育差異而呈黃綠、灰白、褐或桃紅色等，無(wú)陰影，水系清晰呈樹(shù)枝狀、平行狀、格狀，因湖泊廣布而多藍(lán)色斑點(diǎn)；山地影像多為條帶狀，水系多為樹(shù)枝狀或脈狀，因褶、斷?。ㄞ郑┚钟騼?nèi)有以正性為主間夾相對(duì)負(fù)性形態(tài)地貌，因山體大小、陡峻及走向差異陰影區(qū)變化較大，西部影紋粗獷如青筋暴突，東部條帶清晰相對(duì)細(xì)膩；丘陵影像多呈平緩團(tuán)塊狀、條狀，水系多為網(wǎng)狀和樹(shù)枝狀，總體偏綠色調(diào)，紋影結(jié)構(gòu)也有地域差異；平原地貌因第四系沉積物大面積覆蓋，影像上呈現(xiàn)出寬廣平坦、切割微弱、紋形細(xì)膩、沒(méi)有陰影、色調(diào)均一的致密板狀、塊狀圖斑，水系呈蛇形或扇狀，因土地利用方式不同色調(diào)反差大、影紋結(jié)構(gòu)變化較顯著，地表自然景觀基本不復(fù)存在。

圖2 長(zhǎng)江流域典型地貌遙感影像（ETM）及地面驗(yàn)證照片

2.1.2 高原與山地地貌

高原地貌以?xún)?nèi)動(dòng)力型的褶斷構(gòu)造類(lèi)型為主，包括高海拔平原與臺(tái)地，也含分布其間的外動(dòng)力流水型砂土碎石傾斜堆積平原、泥沙質(zhì)河谷平原及風(fēng)成新月?tīng)畹壬车氐孛?，遙感解譯總面積近5×104km2，主要分布于巴顏喀拉山－唐古拉山系之間的江源地區(qū)，海拔多在4 500m左右，地勢(shì)平緩，地表物質(zhì)組成主要為砂礫質(zhì)、礫石質(zhì)、泥沙質(zhì)堆積，外動(dòng)力成因類(lèi)型主要為沖洪積、湖積、冰磧及冰水堆積及風(fēng)成等。

山地地貌包括高（極高）山、中山及低山，為流域最主要的地貌類(lèi)型，遙感解譯面積達(dá)113×104km2以上，以?xún)?nèi)動(dòng)力成因?yàn)橹?，由西往東構(gòu)成長(zhǎng)江流域三級(jí)地貌臺(tái)階的骨架，也為流域及域內(nèi)幾大盆地的外緣。地表物質(zhì)組成以基巖質(zhì)為主。

高山地貌分布于龍門(mén)山－小金河斷裂以西的青海南部和川藏之間。江源地區(qū)及川西北地勢(shì)起伏相對(duì)和緩，以廣泛出露三疊系淺變質(zhì)巖、侏羅系碎屑巖及零星巖漿巖為特征；川藏間的橫斷山地勢(shì)起伏極為強(qiáng)烈，流域最高峰貢嘎山（海拔7 556m）位于區(qū)內(nèi)，以出露上古生界碳酸鹽巖，三疊系砂、板巖，新生界紅層及中生代中、酸性巖漿巖為主，深大活動(dòng)性斷裂極為發(fā)育。

中山地貌分布面積大，低山占比小。冰蝕基巖質(zhì)中山主要分布于流域川北、贛南邊界區(qū)域；侵蝕基巖質(zhì)中山主要分布于川西南－滇北、陜南、鄂西及江南湘、贛、浙、皖地區(qū)；溶蝕中山以集中式條塊（帶）狀分布于大巴山、鄂西南及至云貴高原，面積14×104km2；褶斷侵蝕基巖質(zhì)低山分布較為分散，多在四川盆地周緣、湘西南、秦嶺－大別地區(qū)、江南皖浙贛；巖溶低山呈集中式條帶狀展布，主要分布于湘西南及以東的幕阜山北側(cè)鄂贛交匯區(qū)域、江南皖浙山地等。龍門(mén)山系、大巴山、雪峰山系等或處于不同地質(zhì)單元過(guò)渡區(qū)域，或構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，或巖漿巖發(fā)育，地形起伏大、侵蝕切割強(qiáng)烈。巫山、大婁山、苗嶺等碳酸鹽巖分布區(qū)，溶蝕作用強(qiáng)，巖溶型高原、山丘、峰林、峰叢、洼地或臺(tái)地等巖溶地貌十分發(fā)育，類(lèi)型多，規(guī)模不一，相間分布。中、低山地貌區(qū)新老地層出露齊全，巖性復(fù)雜，巖漿巖廣泛分布。

2.1.3 丘陵地貌

丘陵地貌包括高原型侵（冰）蝕丘陵與基巖質(zhì)丘陵、殘坡積堆積丘陵、巖溶丘陵，遙感解譯總面積近23×104km2。

四川盆地中東部是丘陵地貌主要分布區(qū)。雪峰山以東、長(zhǎng)江以南、南嶺以北丘陵地統(tǒng)稱(chēng)江南丘陵，亦有較大占比。侵（冰）蝕基巖質(zhì)丘陵主要分布于江源高原地區(qū)，川藏交界一帶零星分布于山緣（間）；基巖質(zhì)丘陵主要分布于長(zhǎng)江中下游地區(qū)及云貴高原、桐柏－大別地區(qū)，多為條形塊狀；砂土質(zhì)丘陵主要集中分布于四川盆地區(qū)，其他多圍繞長(zhǎng)江中下游平原區(qū)周緣或山間地帶呈塊狀分布，遙感解譯面積近8×104km2，地貌地勢(shì)相對(duì)低緩，殘坡積風(fēng)化層較厚，絕大多數(shù)為紅層型，如四川盆地區(qū)，少數(shù)為花崗巖型及變質(zhì)巖型負(fù)地貌區(qū)，如旌德巖體。砂土質(zhì)堆積丘陵區(qū)河谷發(fā)育，水系多為樹(shù)枝狀、環(huán)形或扇形。

2.1.4 平原地貌

平原地貌包括斷（拗）陷堆積平原、河谷平原、海濱平原、溶蝕堆積平原等，除青藏高原地區(qū)外的所有平坦的松散堆積地貌都?xì)w屬平原地貌。其實(shí)河谷、海濱、溶蝕堆積平原也屬斷（拗）陷堆積平原區(qū)范圍內(nèi)，只是特別反映出其在斷陷堆積環(huán)境后的較近期的或較特殊的建造環(huán)境（成因）。長(zhǎng)江流域平原地貌分布既有大區(qū)域連片性，亦有在山地丘陵間小塊零星散布的特點(diǎn)，遙感解譯平原地貌總面積近35×104km2。按成因－形態(tài)－物質(zhì)組成分類(lèi)法，四大成因平原地貌類(lèi)型可細(xì)分為黏土質(zhì)堆積波崗平原、砂土質(zhì)沖積平原、黏土質(zhì)沖湖積平原、泥沙質(zhì)河谷平原、紅土（壤）堆積平原（臺(tái)地）、砂土三角洲平原、砂礫質(zhì)沖洪積平原（臺(tái)地）、砂土碎石傾斜堆積平原等13種基本類(lèi)型。

黏土質(zhì)堆積波崗平原是長(zhǎng)江流域東部地區(qū)主要的、也是重要的地貌類(lèi)型之一，大致圍繞南襄、江漢、洞庭湖、鄱陽(yáng)湖、皖江－巢湖、四川等盆地周緣山地丘陵與低平原的過(guò)渡區(qū)帶，總體呈多個(gè)環(huán)帶形狀，地表分布的基本為更新世的沖湖積物，受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升，多形成河湖二級(jí)或三級(jí)堆積階地，遙感調(diào)查總面積達(dá)12×104km2以上。黏土質(zhì)堆積波崗平原區(qū)是重要的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)區(qū)域，地表景觀多為人類(lèi)長(zhǎng)期活動(dòng)遺跡，復(fù)雜多樣，自然屬性已不占主導(dǎo)，土地覆被基本為耕地、林（草）地、河流庫(kù)塘、居民地等。

砂土質(zhì)沖積平原地貌主要分布于長(zhǎng)江中下游主干河道兩側(cè)近岸及漢江、贛江、湘江、岷江等重要支流下游兩岸區(qū)帶，還包括山間相對(duì)寬闊的盆（谷）沖積平原地，多數(shù)構(gòu)成長(zhǎng)江主支流一級(jí)階地或微高地，部分為中、小型盆地（平原）主體，如南襄盆地中心平原區(qū)，西昌安寧河谷地等，遙感調(diào)查總面積達(dá)9×104km2。地表基本為全新世河流沖積砂土（偏黏性），土地覆被主要為耕地，部分庫(kù)塘、居民地、小塊林地或草地，區(qū)域水系發(fā)育，蕪湖等沖積平原區(qū)河道縱橫交錯(cuò)。

黏土質(zhì)沖湖積平原主要呈集中式大區(qū)域連片分布于盆地（平原）中心區(qū)，屬長(zhǎng)江中下游大型平原地貌的核心，為江漢平原、洞庭湖平原、太湖平原、鄱陽(yáng)湖平原的主體，遙感調(diào)查總面積達(dá)3×104km2以上。地表基本為全新世河湖泛濫黏性土層，是長(zhǎng)江中下游平原區(qū)地勢(shì)最低洼區(qū)域，是湖北、湖南、江蘇、浙江、江西及安徽省最為重要的魚(yú)米之鄉(xiāng)。

泥沙質(zhì)河谷平原主要沿現(xiàn)代山間河谷地帶廣泛分布，遙感調(diào)查總面積6×104km2，為長(zhǎng)江流域上、中、下游山地丘陵相對(duì)狹窄的河谷間泥沙沖積，或盆地、平原區(qū)大小河流沖積形成的邊灘、心灘、沙洲地等。

溶蝕紅土（壤）堆積平原（臺(tái)地）是指溶蝕山地丘陵間一種特殊的紅土（壤）堆積地貌，與南方紅層盆地區(qū)的紅土堆積不同，主要分布于云貴、贛南、贛西溶蝕山地丘陵地貌區(qū)，多以條狀、小塊狀連接成帶的方式，順北東向構(gòu)造線展布。

海濱平原地貌分布于長(zhǎng)江入海口近海岸帶，共分為泥沙質(zhì)海濱平原、砂礫質(zhì)海濱平原、砂土三角洲平原3類(lèi)。

2.2 順應(yīng)地貌發(fā)育規(guī)律的長(zhǎng)江水患根治對(duì)策

2.2.1 水患長(zhǎng)期性與防治工程局限性

長(zhǎng)江流域的季風(fēng)氣候和多樣的地區(qū)氣候特征，造成長(zhǎng)江流域集中降雨季節(jié)的長(zhǎng)短及降雨量多寡差異甚大，流域存在不同的洪、澇、旱、污等災(zāi)害［9］。流域盆、山相間的地貌以及與之相關(guān)的多暴雨區(qū)分布特征，決定了流域洪災(zāi)范圍廣，上、中、下游都存在威脅，以中下游平原地區(qū)最為集中、頻繁、嚴(yán)重。澇災(zāi)主要發(fā)生在平原地勢(shì)低洼地區(qū)，如沿江平原往往先澇后洪。旱災(zāi)往往發(fā)生在西南與中下游丘陵、波崗平原地區(qū)。歷史與現(xiàn)狀水患都表明，受制于地貌特征、氣候條件、人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)區(qū)域空間布局等，長(zhǎng)江流域水患問(wèn)題長(zhǎng)期存在。

大量水利工程建設(shè)，提高了水患災(zāi)害防治能力，特別是中下游重要防洪地區(qū)和重要城市防洪標(biāo)準(zhǔn)顯著提高，三峽水庫(kù)的修建進(jìn)一步減輕了荊江兩岸平原區(qū)的洪災(zāi)威脅。但現(xiàn)有水利工程主要為堤防、水庫(kù)、涵閘、管網(wǎng)等，中下游平原區(qū)的防洪主要依賴(lài)高筑壩、廣圍墻（垸），特殊情況啟用分蓄洪區(qū)；灌溉多是簡(jiǎn)單修渠、挖溝或架管。受制于當(dāng)時(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，水患防治標(biāo)準(zhǔn)不能滿足長(zhǎng)江流域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，在全球異?；驑O端氣候事件愈發(fā)頻繁出現(xiàn)態(tài)勢(shì)下，許多區(qū)域面臨著嚴(yán)重的洪澇與干旱等災(zāi)害威脅。目前主要的問(wèn)題表現(xiàn)如下：

（1）水庫(kù)功效未達(dá)預(yù)期。水庫(kù)多選擇于山地峽谷地段修建，有效防洪庫(kù)容有限，洪害頻率依然偏高，面對(duì)丘陵崗地旱情亦顯得鞭長(zhǎng)莫及。世界矚目的三峽水庫(kù)工程，面對(duì)2010年的江西洪災(zāi)、2011年長(zhǎng)江中下游大區(qū)域的旱澇急轉(zhuǎn)局面，僅是聊盡綿薄之力。此亦反映出靠1、2個(gè)類(lèi)三峽式的水患防治巨型工程尚難以帶來(lái)流域性一勞永逸或是區(qū)域性的高枕無(wú)憂。

（2）堤壩防洪標(biāo)準(zhǔn)低。長(zhǎng)江干流和重要支流堤壩標(biāo)準(zhǔn)多是按10a或20a一遇不等，若遭遇類(lèi)似甚至超過(guò)1860年、1870年超大洪水后果不堪設(shè)想。沿岸河道防洪標(biāo)準(zhǔn)不高，提升潛力亦不大，尤其是壩基多位于沖積砂層上，地質(zhì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性差，平原區(qū)地面高程低于洪水位4～6m，甚至10m以上，大壩安全性隱患多。

（3）裁彎取直作用有限。裁彎取直對(duì)局部江段抗洪有利，但不能根本解決區(qū)域性、流域性防洪問(wèn)題，且副作用大，如上游水位下降、河道下切致使河勢(shì)惡化、崩岸加劇，下游洪水位抬高致使防洪壓力加劇，裁彎取直改變河床河勢(shì)致使江湖關(guān)系受到影響。

（4）分蓄洪區(qū)建設(shè)難度大。分蓄洪區(qū)由于人口密度愈來(lái)愈大，且地方利益交織，難以實(shí)施，許多分蓄洪區(qū)長(zhǎng)期未動(dòng)用過(guò)，實(shí)際的分洪效果有不確定性。

2.2.2 順應(yīng)地貌的長(zhǎng)江大分洪道的發(fā)現(xiàn)與構(gòu)建

基于順應(yīng)地貌的思維，筆者從可視化遙感立體演示系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)適于分洪的槽狀地貌。圖3呈現(xiàn)的是湖北嘉魚(yú)市斧頭湖與陽(yáng)新縣網(wǎng)湖間的三維遙感影像，從圖3中可見(jiàn)相隔兩湖平原的山丘地存在著東西方向的槽狀地貌，槽長(zhǎng)36km，分析為背斜谷（或斷層谷），背斜核部也就是槽谷地帶，分布志留系砂或頁(yè)巖地層，高程一般為40～65m，谷寬2.4km；谷地兩側(cè)丘陵為三疊系碳酸鹽巖分布區(qū)，高程為350～500m。槽谷西口至斧頭湖為波崗狀平原，地表多為第四系中更新統(tǒng)砂礫質(zhì)黏性土，高程20～40m；槽谷東口至網(wǎng)湖通透條件亦好。

此槽谷是上天賜予的無(wú)價(jià)之寶，若穿過(guò)此谷修建一條連通斧頭湖與網(wǎng)湖的水道，構(gòu)成貫通長(zhǎng)江的大分洪道，全長(zhǎng)僅139km，可將繞行武漢的長(zhǎng)江彎道縮短152km。長(zhǎng)江大分洪道模型斷面示意圖，如圖4所示。

圖3 斧頭湖與網(wǎng)湖之間三維遙感影像圖

圖4 長(zhǎng)江大分洪道模型斷面示意圖

圖4為斧頭湖至網(wǎng)湖分洪道模型，初步構(gòu)想是按照斷面為臺(tái)階狀設(shè)計(jì)，底槽為小型水道，不影響長(zhǎng)江現(xiàn)狀河勢(shì)，能為兩岸灌溉及作為旅游觀光航道用（也可為大型航道設(shè)計(jì)）；一級(jí)臺(tái)階（一級(jí)泄洪道）按照防洪需要滿足10a一遇洪水分流，階面上按照高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)要求設(shè)計(jì)為基本農(nóng)田，既能分洪又可借洪泛改良土壤；二級(jí)臺(tái)階（二級(jí)泄洪道）以滿足極端洪水的過(guò)洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，階面上按照旱作農(nóng)業(yè)要求設(shè)計(jì)為優(yōu)質(zhì)耕地。一級(jí)、二級(jí)泄洪道過(guò)洪、耕作兩相兼顧，分洪道兩岸為居民地與休閑觀光區(qū)帶，附近地域建設(shè)成生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)。

傳統(tǒng)分洪思維中自覺(jué)不自覺(jué)地都按水往低處流的方式揣摩。殊不知，河湖洼地，多是農(nóng)業(yè)耕作區(qū)、人口密集區(qū)、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)、財(cái)富集中區(qū)。這也導(dǎo)致決策中因耕地占用、移民、交通設(shè)施等限制性因素，一些建議或設(shè)想未被重視，流域治理規(guī)劃中也未曾采納。與過(guò)去分洪構(gòu)思不同，此大分洪道策略不因循慣性思維，本研究提出選線原則宜為：依丘穿崗，多刻槽、慎筑墻；避讓不移民、土地占補(bǔ)就近平衡；國(guó)土整治、生態(tài)農(nóng)業(yè)相依托，灌溉、航運(yùn)、旅游綜合考量。長(zhǎng)江下游或重要支流均可依此分洪思想考量。

就地貌地質(zhì)環(huán)境與現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件而論，這一大分洪道策略的實(shí)施可行性大。在全盤(pán)考量區(qū)域內(nèi)防洪、灌溉、運(yùn)輸、旅游、養(yǎng)殖、土地整治與開(kāi)發(fā)、生態(tài)建設(shè)等綜合效益前提下，不依賴(lài)提升長(zhǎng)江主干河道過(guò)水能力，也就是不提升現(xiàn)有堤防工程抗洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，能根本上應(yīng)對(duì)異常洪水。

2.2.3 500×108m3小微型蓄水系統(tǒng)

研究表明，長(zhǎng)江流域地貌以山地、丘陵、崗地為主體，地貌空間結(jié)構(gòu)交錯(cuò)復(fù)雜，這種地貌特別適合小微型水利工程分散布局和模式的多樣化選擇。與大分洪道構(gòu)建相適應(yīng)，輔以布設(shè)小微型蓄水系統(tǒng)，可根本上防治流域性水患問(wèn)題。500×108m3小微型蓄水系統(tǒng)工程實(shí)質(zhì)是雨洪資源化［10］，是充分利用長(zhǎng)江流域微地貌蓄（滯）水潛力或條件對(duì)降水的二次分配。二次分配是靠人類(lèi)工程或生物方式等對(duì)地表水進(jìn)行的時(shí)間與空間上的再調(diào)度，時(shí)間調(diào)度是對(duì)雨水的就近蓄和排，空間調(diào)度靠溝渠管網(wǎng)傳輸。目前，長(zhǎng)江流域雨水的就近蓄積一般是2種形式：體現(xiàn)國(guó)家和地方政府意志的高壩大庫(kù)、小農(nóng)經(jīng)濟(jì)條件下的土塘土壩。在國(guó)家富有、農(nóng)民經(jīng)濟(jì)行為能力不足的背景下，高壩大庫(kù)自然成了長(zhǎng)江流域蓄積降水的主要形式。土塘土壩功能非但沒(méi)有增加，反而因失修疏理多有廢棄。研究認(rèn)為現(xiàn)代水利應(yīng)該滿足生態(tài)安全要求，長(zhǎng)江流域地貌特征也特別適宜采用“墊溝谷、廣修塘、多分汊、慎筑墻”的策略，實(shí)現(xiàn)雨洪就近蓄滯和雨洪資源化。500×108m3數(shù)值是在概覽長(zhǎng)江流域地貌及參考中下游分蓄洪區(qū)規(guī)劃容量［9］大致界定，具體應(yīng)依地貌、地質(zhì)、水文、氣象及覆被精細(xì)研究。以500×108m3小微型水利蓄水工程為總目標(biāo)，可以分層提出次級(jí)流域蓄水的量化指標(biāo)，按照一域一法、一河一策、因微地貌環(huán)境而制宜。布局從大流域開(kāi)始逐級(jí)分解，而實(shí)施從小流域甚至溝頭末梢逆向運(yùn)作。以單體工程平均蓄水10×104m3（具體大小因勢(shì)而定），約50×104個(gè)小微工程體即可承載500×108m3蓄水目標(biāo)，工程體初次空間布局可依托地貌地質(zhì)水文覆被等全要素立體顯示系統(tǒng)完成，并結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè)、集約農(nóng)業(yè)和新農(nóng)村建設(shè)，發(fā)揮其防洪、抗旱、水土保持的綜合效益。

工程模式（也包括非工程模式）設(shè)計(jì)應(yīng)充分研究所在區(qū)域微地貌、巖土性狀、土地覆被、降水特點(diǎn)等，以適應(yīng)不同山地、丘陵、崗地區(qū)地貌地質(zhì)生態(tài)環(huán)境。如在崗地及低緩丘陵區(qū)河流源頭多修筑小型塘壩或洞窟類(lèi)蓄擋水工程，蓄洪、抗旱兩利；在基巖質(zhì)山地溝谷尤其是較狹窄的溝谷，以亂石塞溝，自然堆砌成巖坎，通過(guò)若干雨季的蓄水保土，讓狹窄的石（礫）質(zhì)河床演變成梯級(jí)類(lèi)河漫灘型河谷，人造千萬(wàn)個(gè)微型盆地、漫灘、海子，雨季可蓄滯降水，枯水期可補(bǔ)水備旱，防小溪小河斷流。通過(guò)小微型工程，從源頭開(kāi)始蓄積雨水，既可保障當(dāng)?shù)厝诵蠹稗r(nóng)業(yè)旱季用水安全，又可延長(zhǎng)洪水的匯流時(shí)間，有利于下游削減洪峰。

2.3 地貌約束與土地利用潛力研究

長(zhǎng)江流域是國(guó)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要地，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市擴(kuò)展受到國(guó)土資源制約，而最首要的也是最為關(guān)切的則是土地因子。從地貌遙感研究角度分析，長(zhǎng)江流域土地利用潛力很大，應(yīng)不存在城市化土地瓶頸制約。

2.3.1 城市擴(kuò)展現(xiàn)狀與預(yù)期

城市化過(guò)程最主要表現(xiàn)為人口與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)向城市集中，城市擴(kuò)展則是城市化的客觀表現(xiàn)。遙感研究長(zhǎng)江流域縣級(jí)以上城鎮(zhèn)697個(gè)，其中，西部斷塊抬升高原高山區(qū)，有縣級(jí)以上城鎮(zhèn)44個(gè)，其中地級(jí)市1個(gè)（麗江市）；中部褶皺中、低山區(qū)，有縣級(jí)以上城鎮(zhèn)308個(gè)，其中省會(huì)及直轄市4個(gè)，地級(jí)市18個(gè)；東部掀斜沉降丘陵平原區(qū)，有縣級(jí)以上城鎮(zhèn)345個(gè)，其中省會(huì)及直轄市7個(gè)，地級(jí)市35個(gè)。城鎮(zhèn)主要分布于四川省及其以東的廣大地區(qū)，服從于人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間分布格局。遙感解譯此697個(gè)城鎮(zhèn)1975年、2000年、2007年建成區(qū)總面積分別為1 805、8 335、13 181km2。1975—2000年年均擴(kuò)展261.22km2，2000—2007年年均擴(kuò)展692.31km2，1975—2007年年均擴(kuò)展率為19.70%。2012年中國(guó)城市化率為52.6%，人均GDP為38 354元，約計(jì)6 100美元，長(zhǎng)江流域歷來(lái)高于全國(guó)均值。若以適宜中國(guó)國(guó)情的70%城市化率為目標(biāo)，參照世界發(fā)達(dá)國(guó)家城市經(jīng)濟(jì)密度及綜合容積率等因子［11］，預(yù)計(jì)未來(lái)長(zhǎng)江流域城市擴(kuò)展新增面積難以突破5 000km2。

2.3.2 土地利用潛力分析

長(zhǎng)江西部高原高山地貌區(qū)，既是生態(tài)保護(hù)屏障亦是生態(tài)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，受制地貌與高寒氣候條件，土地資源在城市化進(jìn)程中貢獻(xiàn)很小；中部分布有大區(qū)域的平緩中低山地貌，其殘坡積層發(fā)育及氣候條件雖適合農(nóng)耕，但土地資源過(guò)度開(kāi)發(fā)不利整體生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)；成都、洞庭湖等大平原的中心區(qū)域及海濱平原土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度均已達(dá)飽和態(tài)勢(shì)；唯有中、東部廣大的緩丘殘坡積層分布區(qū)與土崗地帶，可以作為后備土地資源加以開(kāi)發(fā)利用，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償未來(lái)城市擴(kuò)展用地，土地開(kāi)發(fā)利用潛力足可承載5 000km2用地預(yù)期。

遙感研究適宜水、旱耕作且地層產(chǎn)狀和緩的紅層、巖溶丘陵（臺(tái)地）及花崗巖丘陵區(qū)面積約為21×104km2，黏土質(zhì)堆積波狀崗地12×104km2，若開(kāi)發(fā)5 000km2農(nóng)業(yè)用地，僅占其1.5%。土地利用潛力最大的是紅層丘陵、崗地區(qū)，四川盆地及湘南、贛南、皖南地區(qū)都呈大區(qū)域分布。低丘陵帶是紅層地貌的主體部分，地表多為紅砂巖或第四紀(jì)紅黏土發(fā)育而來(lái)的紅（紫）壤。區(qū)域內(nèi)日照充足，雨量充沛，氣候資源豐富，有利于多熟制立體種植的發(fā)展，具有巨大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力。與世界同緯度的其他地區(qū)相比，低丘紅壤區(qū)是一片難得的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)寶地，以光溫水為指標(biāo)的氣候生產(chǎn)潛力平均達(dá)51t／（hm2·a），分別是三江平原的2.63倍，黃土平原的2.66倍，而目前大面積種植業(yè)平均產(chǎn)量?jī)H為氣候生產(chǎn)潛力生產(chǎn)量的20%左右，土地資源有著非常大的開(kāi)發(fā)潛力。隨著溫帶可墾荒地的減少，紅壤丘陵區(qū)的荒地已成為我國(guó)最重要的土地后備資源［12］。紅層盆地多有“七山一水二分田”的地貌和土地利用特征，低丘紅壤的農(nóng)業(yè)利用主要為溝谷型，即相對(duì)集約的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主要集中在河谷平原、山間及丘間溝谷、盆地和低丘崗地的緩坡段。雖然近年對(duì)低丘紅壤的利用正由溝谷型轉(zhuǎn)為立體開(kāi)發(fā)型，但仍有豐富的后備土地資源。高分遙感觀察［3］及野外實(shí)地調(diào)查表明，有大面積的適耕山丘崗地處于荒閑狀態(tài)。

另外，遙感圈定長(zhǎng)江中下游僅荊江、洞庭湖、洪湖、鄱陽(yáng)湖4個(gè)大分蓄洪區(qū)面積就達(dá)6 000km2以上，若實(shí)施長(zhǎng)江大分洪道工程以取代分蓄洪區(qū)功能，加之考慮國(guó)家和地方基本農(nóng)田建設(shè)等因素，土地利用的潛力則更大。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于美國(guó)陸地衛(wèi)星、中巴資源衛(wèi)星、法國(guó)地球觀測(cè)衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，建立了“成因－成因形態(tài)－物質(zhì)形態(tài)”相結(jié)合的地貌遙感三級(jí)綜合分類(lèi)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)江流域1∶50 000～1∶250 000尺度的地貌遙感解譯。借助地理信息系統(tǒng)，構(gòu)建了長(zhǎng)江流域三維遙感演示系統(tǒng)，從微觀到宏觀多角度審視地貌物質(zhì)形態(tài)組構(gòu)，提高了地貌解譯精度。利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)多時(shí)相優(yōu)勢(shì)，提取了流域內(nèi)近700個(gè)縣級(jí)以上城市近30a的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展信息。從超大尺度、宏觀方略性上，揭示長(zhǎng)江流域地貌等基礎(chǔ)地質(zhì)環(huán)境因子對(duì)國(guó)土資源空間開(kāi)發(fā)與保護(hù)的約束性關(guān)系。

分析認(rèn)為解決長(zhǎng)江流域的水患問(wèn)題，除了類(lèi)三峽式的巨型工程外，還需充分利用符合自然生態(tài)的方法，提出順應(yīng)地貌的新的長(zhǎng)江大分洪思維。新發(fā)現(xiàn)了湖北嘉魚(yú)（斧頭湖）—陽(yáng)新（網(wǎng)湖）的長(zhǎng)江大分洪道天然選線。宏觀研究表明，開(kāi)辟長(zhǎng)江大分洪道，并實(shí)施與之相配套的500×108m3小微型蓄水系統(tǒng)，順應(yīng)地貌發(fā)育規(guī)律和地質(zhì)環(huán)境條件，支撐起“后三峽時(shí)代”的長(zhǎng)江流域新型水利事業(yè)，能有效進(jìn)行長(zhǎng)江流域水患根治。

長(zhǎng)江流域土地利用潛力極大。適宜水、旱農(nóng)業(yè)耕作的紅層盆地、巖溶盆地及花崗巖丘崗地區(qū)風(fēng)化殘積層分布空間廣闊，開(kāi)發(fā)新增耕地可以置換城市新增用地。大分洪道實(shí)施置換出的蓄滯洪區(qū)和平原區(qū)旱澇保收的基本農(nóng)田建設(shè)，可提供土地挖潛的重要途徑。從地貌遙感研究等角度分析，城市化應(yīng)不存在土地瓶頸制約。

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Comprehensive remote sensing research on landform，flood protection and land use potential in Yangtze River basin

CHEN You－ming1， YANG Juan1， SHU Qian1，HUANG Yan1， LI Xue－liang2， XIAO Zheng－h(huán)ui2

（1.Institute of Geological Survey of Anhui Province，Hefei 230001，China；2.School of Chemical Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）

The remote sensing demonstration system of 3Dvisualization of the Yangtze River basin based on Skyline digital earth model is constructed by using American landsat ETM remote sensing data and so on.Based on software platforms of ERDAS，ARCGIS，MAPGIS and so on，the remote sensing information of landform and city expansion in the Yangtze River basin is extracted.16 770 basic landform units in total are found by adopting the remote sensing three－level classification of genesis－genetic morphology－physical form.From the micro level to macro level，the landform genetic types，structures and distribution characteristics of the Yangtze River basin and their constraints to the land use and flood control are obtained.A novel discovery that there is a long latitudinal valley terrain between Futou Lake of Jiayu City and Wang Lake of Yangxin County in Hubei Province is made through the remote sensing visual system.By making use of this valley，the large floodway between Futou Lake and Wang Lake through the Yangtze River can be constructed.The full length of the floodway would be 139km，and it would be 152km shorter than the bend around Wuhan Yangtze River.By the construction of the Yangtze River floodway and the implementation of small and miniature water storage project，the ultimate goal of flood radical solution could be realized.The research results of geomorphologic constraint show that the land use potential is great and the land bottlenecks of city construction in the Yangtze River economic zone would not exist in the future.

Yangtze River basin；remote sensing of landform；large floodway of Yangtze River；small and miniature water storage project；land use potential

P931.1；TP753

A

1003－5060（2014）06－0736－09

10.3969／j.issn.1003－5060.2014.06.020

2014－02－25；

2014－04－18

國(guó)土資源部地質(zhì)大調(diào)查專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目（1212010510704）；安徽省國(guó)土資源科技資助項(xiàng)目（2011－K－11）

陳有明（1960－），男，安徽潛山人，安徽省地質(zhì)調(diào)查院高級(jí)工程師；

李學(xué)良（1961－），男，湖北黃梅人，博士，合肥工業(yè)大學(xué)教授，碩士生導(dǎo)師.

（責(zé)任編輯 張淑艷）