符 靜，楊 霞，劉 勇

（1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；2.湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070）

三峽庫(kù)區(qū)建成前后洞庭湖濕地動(dòng)態(tài)分析

符 靜1，楊 霞1，劉 勇2

（1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；2.湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070）

在遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的支持下，對(duì)洞庭湖區(qū)TM遙感影像進(jìn)行處理，獲取1999年、2003年、2005年3個(gè)年份的洞庭湖區(qū)濕地類型分布面積，進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，三峽庫(kù)區(qū)攔壩蓄水，枯水期增加下泄量，及時(shí)補(bǔ)給下游河湖，提高了洞庭湖區(qū)冬季水位；長(zhǎng)江上游攔截泥沙，向下游輸沙量減少，入湖泥沙含量降低，洲灘濕地面積增長(zhǎng)變緩，有利于湖泊濕地的調(diào)蓄功能；洞庭湖濕地呈萎縮狀態(tài)，這一現(xiàn)象是水利工程建設(shè)、氣候變化、濕地自然演替以及人類活動(dòng)等多因素長(zhǎng)期共同作用的結(jié)果。

洞庭湖；濕地；三峽庫(kù)區(qū)；遙感

洞庭湖濕地是我國(guó)最大的淡水湖泊濕地之一，對(duì)調(diào)節(jié)長(zhǎng)江流域生態(tài)環(huán)境具有不可替代的功能與作用。2003年6月，隨著舉世矚目的三峽水利樞紐蓄水運(yùn)行，必然會(huì)對(duì)洞庭湖水體產(chǎn)生影響, 進(jìn)而影響其植被生長(zhǎng)[1-3]。

三峽工程對(duì)洞庭湖區(qū)的影響體現(xiàn)在防洪、水力梯度、湖口水位等變化以及土地利用和環(huán)境等方面[4-12]。本文基于現(xiàn)存的研究成果與技術(shù)方法，結(jié)合洞庭湖區(qū)1999年、2003年、2005年3個(gè)時(shí)段的TM遙感影像，借助ENVI4.8、ArcGIS9.3、Excel等軟件，研究三峽工程運(yùn)行后對(duì)洞庭湖區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境的影響。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)地理概況

洞庭湖古稱“云夢(mèng)澤”，是我國(guó)第二大淡水湖，地跨湘、鄂兩省，位于長(zhǎng)江荊江河段以南，介于北緯28°30'~30°20'、東經(jīng)110°40'~113°10'。本文中的洞庭湖濕地僅指湖南省部分[13]，研究區(qū)土地面積為2.58萬(wàn)hm2，2008年全區(qū)總?cè)丝? 171.86萬(wàn)，位置范圍如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

圖1 研究區(qū)位置范圍圖

遙感數(shù)據(jù)選取1999年、2003年、2005年冬季枯水期3期TM遙感影像，軌道號(hào)為123-39、123-40、124-39、124-40，空間分辨率為30 m。輔助數(shù)據(jù)主要有：1987～2008年野外調(diào)查數(shù)據(jù)；湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒、縣志；洞庭湖區(qū)1∶500 萬(wàn)矢量地形圖以及行政區(qū)劃圖等。此外，還包括與地理環(huán)境有關(guān)的多方面的統(tǒng)計(jì)資料。所涉及的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于研究區(qū)長(zhǎng)期研究的積累，部分來(lái)源于國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。

2 研究方法

2.1 影像校正

本文中所采用的3期TM圖像只經(jīng)過(guò)輻射和系統(tǒng)幾何粗校正，因此在分類之前要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正，利用ENVI4.8軟件的Registrastion菜單選用控制點(diǎn)校正的方式進(jìn)行校正。首先利用Google Earth軟件獲得研究區(qū)足夠數(shù)量的控制點(diǎn)坐標(biāo)，再分別對(duì)3個(gè)時(shí)段拼接好的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正，同時(shí)將其他輔助數(shù)據(jù)、參照影像定義到統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系下。

2.2 影像拼接與裁剪

由于研究區(qū)跨越了4個(gè)軌道號(hào)上所獲取的遙感影像，因此需要對(duì)每一時(shí)段的4景TM影像進(jìn)行拼接。利用ENVI4.8中Mosaicking命令實(shí)現(xiàn)鑲嵌配準(zhǔn)。拼接完成后，利用洞庭湖矢量邊界裁切處理，獲得研究區(qū)3個(gè)年份的遙感影像。

2.3 圖像分類與精度驗(yàn)證

借助ENVI4.8軟件，參考野外調(diào)查信息，確定濕地類型解譯標(biāo)志，采用ENVI軟件ROI工具菜單來(lái)定義、管理和編輯分類模板，建立3個(gè)年份所需的訓(xùn)練區(qū)。采用最大似然法對(duì)圖像進(jìn)行監(jiān)督分類，將研究區(qū)劃分為包括自然濕地、人工濕地、非濕地在內(nèi)的8種類別。最后利用ENVI4.8軟件Post Classification下Confusion Matrix命令獲得3個(gè)時(shí)相遙感影像的混淆矩陣，所得3期影像解譯精度總體分別為 85.346%、88.736%、86.798%，符合研究精度要求。

圖2 洞庭湖研究區(qū)濕地利用分布圖

3 結(jié)果與分析

3.1 洞庭湖濕地利用分布

通過(guò)ENVI4.8軟件監(jiān)督分類之后的遙感影像，利用軟件中聚類（clump）分析及過(guò)濾（sieve）刪除合并微小圖斑，再經(jīng)ArcGIS9.3、Photoshop CS軟件處理獲得的研究區(qū)3個(gè)年份的濕地利用空間分布圖（圖2）。

3.2 洞庭湖濕地發(fā)展變化分析

借助ArcGIS9.3軟件ArcMap模塊對(duì)圖像進(jìn)行屬性提取，結(jié)合Excel軟件，在前文分類的基礎(chǔ)上，計(jì)算得出研究區(qū)內(nèi)的濕地類型面積（表1）。

表1顯示， 1999～2005年間，水體、苔草灘地、蘆葦灘地的面積先減少后增加；林地、旱地面積先增加后減少；泥灘地面積一直在減少；水田、建筑用地面積一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)。旱地面積1999年以來(lái)一直居于首位。

1999年，三峽庫(kù)區(qū)蓄水之前，濕地類型以旱地、林地、蘆葦灘地為主，面積分別為7 715.3 km2、6 903.2 km2、3 507.7 km2，所占百分比分別為30.74%、27.49%、7.99%；水田面積為2 005.9 km2，占7.99%；水體1 582.1 km2，占6.3%；泥灘地1 484.8 km2，占5.91%；苔草灘地827.7 km2，占3.29%；建筑用地1 083.0 km2，占4.31%?？傮w而言，1999年天然濕地共計(jì)7 402.3 km2，占總面積的29.47%；人工濕地16 624.4 km2，占66.22%；非濕地1 083.0 km2，占4.31%。

表1 1999～2005年各濕地類型面積/km2

2003年，三峽庫(kù)區(qū)建成后，由于1999年以來(lái)洞庭湖區(qū)氣候變化、濕地自然演替以及人口大幅度增長(zhǎng)的影響，加上庫(kù)區(qū)于2003年6月開(kāi)始蓄水?dāng)r沙，入湖水量、泥沙量不斷減少，致使?jié)竦孛娣e發(fā)生了明顯變化。①人工濕地有了較大幅度增長(zhǎng)，旱地面積仍居首位，增長(zhǎng)到8 773.0 km2，增加1 057.7 km2，占總面積的34.12%；林地增長(zhǎng)為8 179.9 km2，增加1 276.7k m2，增長(zhǎng)面積最多；水田2 418.1 km2，增加412.2 km2；人工濕地累計(jì)增長(zhǎng)2 746.6 km2，增長(zhǎng)率為16.52%。② 天然濕地面積驟減，蘆葦灘地減少為2 119.9 km2，減少面積最多，減少了1 387.8 km2；其次是泥灘地，由1 484.8 km2減少為830.5 km2，減少649.3 km2；水體減少為1 313.8 km2，減少了268.3 km2；苔草灘地減少為358.8 km2，減少468.9 km2，天然濕地累計(jì)減少2 779.3 km2。③非濕地增加至1 714.0 km2，增加631.0 km2。

3.3 洞庭湖濕地類型轉(zhuǎn)移分析

利用ENVI4.8軟件Change Detection命令將洞庭湖區(qū)1999年與2005年的土地利用分布圖疊加，計(jì)算獲得洞庭湖區(qū)1999～2005年的濕地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2）。轉(zhuǎn)移矩陣表明，各濕地類型的轉(zhuǎn)移是相互的。天然濕地中增加的水體面積主要是泥灘地轉(zhuǎn)入82.2 km2，水體轉(zhuǎn)出22.8 km2，凈轉(zhuǎn)入59.4 km2，也有一小部分7.8 km2，來(lái)自退耕還湖，即旱地轉(zhuǎn)入36.9 km2，轉(zhuǎn)出28.1 km2。流失的泥灘地，主要轉(zhuǎn)變?yōu)樗?32.1 km2，水田轉(zhuǎn)入75.4 km2，凈轉(zhuǎn)出356.7 km2，其次是轉(zhuǎn)為旱地396.9 km2，旱地轉(zhuǎn)入210.1 km2，凈轉(zhuǎn)出186.8 km2。損失的蘆葦灘地中，轉(zhuǎn)成旱地1 357.8 km2，旱地轉(zhuǎn)入1 098.9 km2，凈轉(zhuǎn)出258.9 km2，轉(zhuǎn)成水田313.7 km2，水田轉(zhuǎn)入78.5 km2，凈轉(zhuǎn)出235.2 km2。流失的苔草地主要轉(zhuǎn)成蘆葦灘地206.1 km2，轉(zhuǎn)入92.5 km2，凈轉(zhuǎn)出113.6 km2。人工濕地中，水田增加主要來(lái)自旱地420.5 km2，其次是泥灘地、蘆葦灘地。林地轉(zhuǎn)移大多來(lái)自蘆葦灘地159 km2，泥灘地107.7 km2，也有一部分來(lái)自退耕還林87.7 km2。旱地增加主要是蘆葦灘地、泥灘地的轉(zhuǎn)移。

表2 1999～2005年洞庭湖濕地類型轉(zhuǎn)移矩陣/km2

從表中面積的凈變化可以看出，1999～2005年天然濕地中水體面積增加37.15 km2，得益于三峽庫(kù)區(qū)冬季補(bǔ)給河湖水量，提高冬季水位；泥灘地面積減少最多，達(dá)784.23 km2，是因?yàn)槿牒嗌澈矿E減，泥沙淤積降低；蘆葦灘地減少了542.9 km2；苔草灘地減少137.52 km2。人工濕地中，水田增加1 296.76 km2；林地增加了534.38 km2；旱地增加226.52 km2。這表明退田還湖雖是主導(dǎo)，但也有湖灘地被圍墾。這些變化特征表明，洞庭湖濕地發(fā)展變化不僅受三峽工程的影響，也與這些年退耕還林、退耕還濕等國(guó)家政策有關(guān)。

4 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)江三峽水利工程建設(shè)與洞庭湖濕地環(huán)境演變息息相關(guān)。主要表現(xiàn)在：①三峽庫(kù)區(qū)攔壩蓄水，冬季增加下泄流量，及時(shí)補(bǔ)給下游河湖，提高了洞庭湖枯水期水位，改善了湖區(qū)水生棲息環(huán)境，有利于保護(hù)生物多樣性。②長(zhǎng)江上游攔截泥沙，致使下游輸沙量減少，入湖泥沙含量降低，泥沙淤積減緩，洲灘濕地面積的增長(zhǎng)變慢。但有利于湖泊濕地的調(diào)蓄功能、防洪能力提高。③天然濕地向人工濕地轉(zhuǎn)變較大，湖泊呈萎縮狀態(tài)，究其原因是多因素長(zhǎng)期共同作用的結(jié)果，除了深受三峽庫(kù)區(qū)蓄水?dāng)r沙影響外，也與人類活動(dòng)、氣候變化以及濕地自然演替等因素有關(guān)。

鑒于選用的是冬季影像，此時(shí)水田已部分轉(zhuǎn)成旱地，因此旱地分類相對(duì)較多。通過(guò)實(shí)地調(diào)查，湖區(qū)防護(hù)林灘地面積較少，且分布分散，尚未形成規(guī)模，本文將其劃歸為林地一類。為了更好地做好濕地生態(tài)改善與保護(hù)工作，應(yīng)大力加強(qiáng)湖區(qū)防護(hù)林工程建設(shè)，擴(kuò)大湖區(qū)蘆葦經(jīng)濟(jì)林的人工種植面積，通過(guò)立法限制人類活動(dòng)對(duì)濕地環(huán)境的負(fù)面影響。

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P237.9

B

1672-4623（2015）03-0114-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.040

符靜，碩士，主要從事生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與GIS應(yīng)用的研究。

2014-04-24。

項(xiàng)目來(lái)源：湖北省水利重點(diǎn)科技資助項(xiàng)目（TG1316）。