竇小楠,郭 莉,宋碧波,朱 琳,張 冬
(1.河南省基礎(chǔ)地理信息中心,河南 鄭州 450003;2.國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心,北京100000;3. 駐馬店市國土資源局,河南 駐馬店 463000)
基于國情普查的濕地資源遙感監(jiān)測與演化分析
竇小楠1,郭 莉2,宋碧波1,朱 琳1,張 冬3
(1.河南省基礎(chǔ)地理信息中心,河南 鄭州 450003;2.國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心,北京100000;3. 駐馬店市國土資源局,河南 駐馬店 463000)
以鄭州市金水區(qū)為試點,以第一次國情普查成果、多年份遙感影像數(shù)據(jù)、1∶10 000 DLG以及第二次濕地資源調(diào)查等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),構(gòu)建了金水區(qū)5個監(jiān)測年份的濕地資源數(shù)據(jù)庫。根據(jù)濕地類型、分布以及影響的不同,利用空間變化分析和轉(zhuǎn)移變化分析,重點研究了金水區(qū)的時空動態(tài)變化特征,為濕地資源的保護(hù)、管理提供了科學(xué)的決策依據(jù)。
地理國情監(jiān)測;濕地監(jiān)測;景觀格局
地理國情監(jiān)測的目的是通過對自然和人文地理要素進(jìn)行動態(tài)、定量化和空間化的監(jiān)測[1],統(tǒng)計分析其變化量、變化頻率、分布特征、地域差異和變化趨勢等,為黨委、政府規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù),為企業(yè)和公眾提供持續(xù)的地理國情信息服務(wù)[2]。濕地是地理國情的主要組成部分,也是重要的地理國情監(jiān)測對象,近年來,河流、湖泊等濕地動態(tài)變化較強(qiáng),受到水源短缺、人口增長、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各種自然因素和人為因素的影響,越來越多的濕地轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)用地和城市用地,濕地資源面臨巨大壓力[3]。
為進(jìn)一步掌握河南省濕地資源現(xiàn)狀,了解濕地資源的動態(tài)消長情況,本文選擇鄭州市金水區(qū)作為試點區(qū)域。金水區(qū)是鄭州市行政區(qū)域,近年來又新增了一個鄭東新區(qū),開挖了兩個人工湖,黃河在金水區(qū)的北部,濕地變化較為明顯。通過對金水區(qū)多個年份的歷史濕地資源進(jìn)行分析,同時結(jié)合相應(yīng)時期的社會經(jīng)濟(jì)、人文數(shù)據(jù),從地理空間的角度反映濕地資源的變化情況,了解濕地資源的動態(tài)消長規(guī)律,分析濕地要素變化的影響因子及發(fā)展趨勢,逐步實現(xiàn)對全省濕地資源的科學(xué)管理和全面、客觀地分析評價,為濕地資源的保護(hù)、管理和合理利用提供科學(xué)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)[4]。
1.1 監(jiān)測要素和監(jiān)測年點的確定
根據(jù)濕地類型劃分和已有資料情況,本次濕地資源監(jiān)測的地理空間要素主要包括各類天然、人工濕地斑塊的位置、面積、數(shù)量和所屬濕地類型等。其中,天然濕地包括河流濕地(永久性河流、季節(jié)性或間歇性河流、洪泛平原濕地)、湖泊濕地(永久性淡水湖、永久性咸水湖、季節(jié)性淡水湖、季節(jié)性咸水湖)、沼澤濕地(蘚類沼澤、草本沼澤、灌叢沼澤、森林沼澤、淡水泉/綠洲濕地);人工濕地包括庫塘、運(yùn)河、輸水河、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、稻田/冬水田。
根據(jù)已有資料情況,可用于分析研究的數(shù)據(jù)包括高分辨率航空航天遙感數(shù)據(jù)、第一次地理國情普查數(shù)據(jù)、1∶10 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和較早年份的DRG等測繪地理信息數(shù)據(jù)[5]。監(jiān)測年點選取1996年、2001年、2008年、2010年、2015年5個年份,跨度共計20 a。
1.2 監(jiān)測要素獲取
1.2.1 技術(shù)流程
監(jiān)測要素獲取技術(shù)流程如圖1所示。
圖1 監(jiān)測要素獲取技術(shù)流程圖
1.2.2 技術(shù)方法
1)基于國情普查數(shù)據(jù)提取濕地要素。2015年的濕地要素主要基于國情普查數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。通過對比《地理國情普查數(shù)據(jù)規(guī)定與采集要求》和《河南省濕地資源調(diào)查實施細(xì)則》可知,國情普查數(shù)據(jù)中的濕地信息主要集中在水系要素層、地表覆蓋層、濕地保護(hù)區(qū)層和沼澤區(qū)層等。從上述圖層中提取濕地要素,處理后按濕地分類進(jìn)行重新歸類,并根據(jù)濕地監(jiān)測數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)對相關(guān)屬性信息進(jìn)行賦值。
2)基于高分辨率遙感影像提取濕地要素。監(jiān)測年份若沒有國情普查數(shù)據(jù),則可基于高分辨率遙感影像對濕地要素進(jìn)行提取[6],并借助鄰近年份的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),輔助判定濕地類別及邊界。若監(jiān)測年份沒有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),則根據(jù)影像的質(zhì)量,優(yōu)先采用遙感影像自動解譯,結(jié)合人工后期編輯的方法提取要素[4];在影像自動分類效果較差,無法滿足使用要求時,才通過人工目視解譯提取濕地要素。
本文通過分析5個監(jiān)測年份濕地的總體變化趨勢、各類濕地的動態(tài)轉(zhuǎn)化情況,建立了空間變化分析和轉(zhuǎn)移變化分析等模型,預(yù)測了濕地資源的未來發(fā)展趨勢;從水源補(bǔ)給、溫度、降雨量等自然因素和人口、經(jīng)濟(jì)、政策、保護(hù)管理措施等人為因素兩個方面研究了濕地資源增減變化的驅(qū)動因子,得出主要威脅因素及濕地變化對氣候、人類生活等方面帶來的影響;證實了濕地保護(hù)的必要性和迫切性。
2.1 空間變化分析
為了更加直觀地揭示金水區(qū)濕地空間變化,本文引入空間密度分析模型:利用GIS的空間分析功能對金水區(qū)濕地區(qū)域與非濕地區(qū)域進(jìn)行空間賦值,進(jìn)行柵格化,生成20 m×20 m的格網(wǎng)[7];采用鄰域分析中的焦點統(tǒng)計功能,計算該格網(wǎng)中濕地的面積;分別對金水區(qū)1996年、2001年、2008年、2010年、2015年的濕地區(qū)域進(jìn)行分析,并制作濕地密度圖,如圖2所示。
圖2 金水區(qū)濕地密度圖
由圖2可知,金水區(qū)濕地密集區(qū)集中在該區(qū)中部及東部,主要影響原因包括黃河、賈魯河、金水河、龍湖及庫塘等,密度達(dá)到60%以上。
2.2 轉(zhuǎn)移變化分析
1)濕地增長率分析。對該區(qū)域5種濕地類型的面積、面積增長量及增長率進(jìn)行統(tǒng)計,如表1所示。
根據(jù)對面積增長量的分析,各類濕地隨時間變化的折線圖如圖3所示,5類濕地中水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積變化幅度最大,其他4類濕地面積變化較為平緩。
表1 金水區(qū)濕地面積變化統(tǒng)計表
圖3 金水區(qū)濕地增長量統(tǒng)計圖
2)濕地景觀分析。景觀格局指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀空間格局信息,反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面特征的簡單定量指標(biāo),可分為斑塊水平指數(shù)、斑塊類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)3個層次。通過對金水區(qū)濕地景觀要素進(jìn)行計算、統(tǒng)計和分析,從不同角度分析了景觀格局的景觀要素數(shù)量、面積、空間分布和景觀配置等。它既是景觀差異性的具體表現(xiàn),又是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果[5]。本文選取景觀水平指數(shù)對金水區(qū)濕地景觀格局進(jìn)行分析。
表2 金水區(qū)濕地景觀水平指數(shù)
由表2可知,金水區(qū)2001年濕地的PRD和SHDI較1996年有所下降,主要是由于水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積占比較大,反映了當(dāng)時大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)狀。金水區(qū)2008 年與2010年的SHDI分別為1.103和1.160;這兩 個觀測年份濕地的PRD和SHDI較2001年已有明顯改善,雖然水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積占比依舊較大,但作為城市景觀和水運(yùn)建造的庫塘和運(yùn)河等面積比重開始增加。同時FN1較2001年也有所減少,兩個指標(biāo)共同反映了2008~2010年城市的基礎(chǔ)建設(shè)和城鎮(zhèn)化建設(shè)力度加大。
3)濕地轉(zhuǎn)移矩陣分析。濕地轉(zhuǎn)移矩陣可以獲取不同時間段內(nèi)各類濕地之間、濕地與其他類型用地之間的相互轉(zhuǎn)化情況,在此基礎(chǔ)上可推測濕地轉(zhuǎn)化的驅(qū)動因子。
表3 1996~2015年濕地轉(zhuǎn)移矩陣/km2
監(jiān)測年份用地類型的轉(zhuǎn)換主要表現(xiàn)在永久性河流與洪泛平原濕地之間的相互轉(zhuǎn)換,永久性河流、洪泛平原濕地向水產(chǎn)養(yǎng)殖場的轉(zhuǎn)換,以及其他地類與水產(chǎn)養(yǎng)殖場、永久性河流、洪泛平原濕地、庫塘和輸水河等之間的相互轉(zhuǎn)換,總體上濕地增加量大于減少量。
3.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響濕地變化
1996~2001年,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,以水產(chǎn)養(yǎng)殖為主要目的的人工濕地明顯增加,反映為金水區(qū)中部和東北部濕地密度增加。2001~2008年,由于東部的城鎮(zhèn)化發(fā)展,使得一些水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積減少;同期,鄭東新區(qū)迅速發(fā)展,新增了如意湖和部分城市運(yùn)河,表現(xiàn)為東部濕地密度減少,中南部濕地密度增加。2010~2015 年,東北部的城鎮(zhèn)化進(jìn)程繼續(xù)快速發(fā)展,使以農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖為目的的庫塘面積持續(xù)減少;同時,鄭東新區(qū)龍湖區(qū)域和龍子湖區(qū)域形成規(guī)模,使得整個區(qū)域中部和東部的濕地密度趨于整體化。
3.2 城市擴(kuò)張影響濕地變化
為增強(qiáng)鄭州中心城市功能,加快全省城市化進(jìn)程,拉大城市框架,2001年起,鄭州市規(guī)劃建設(shè)了一個城市新區(qū)——鄭東新區(qū)。鄭東新區(qū)融合大面積綠地、流動的水系等多種元素,使鄭州市更具生命活力。到2008年,鄭東新區(qū)基本建設(shè)完成,庫塘濕地面積增加了209.825%,主要是作為城市景觀的湖泊明顯增加,如鄭東新區(qū)的如意湖。2008年,人工濕地較2001年面積增加了45.912%,主要是新區(qū)新增了人工河流,如昆麗河;同年水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積減少了16.478 km2,較2001年下降了37.601%,主要是由于鄭東新區(qū)建設(shè)及城鎮(zhèn)化發(fā)展,水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積大量減少。
3.3 政策支持影響濕地變化
隨著社會的發(fā)展,城市人口迅速增長,對濕地的影響不容忽視。在城市化過程中,城市水面率逐步降低,不透水面積逐步擴(kuò)大,導(dǎo)致城市濕地系統(tǒng)逐步消失。鄭州市專門出臺了相關(guān)的濕地保護(hù)政策,演化分析結(jié)果顯示,人工濕地建設(shè)較好,尤其是鄭東新區(qū),濕地增長十分明顯;同時,對沿黃濕地進(jìn)行了很好的保護(hù),沿黃濕地中的水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積明顯減少。
通過對5個監(jiān)測年份數(shù)據(jù)的采集分析可以看出,金水區(qū)濕地在過去20 a間的變化是巨大的:①濕地總面積雖然減少,但是各類濕地面積分布趨于合理;②濕地類型由單一倚重水產(chǎn)養(yǎng)殖場,轉(zhuǎn)變?yōu)橹攸c發(fā)展適宜人類居住的人工庫塘和運(yùn)河;③濕地的斑塊由大多數(shù)為單獨分散的較小水域轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟀邏K形式存在,從而提高了濕地斑塊的穩(wěn)定性。由以上變化可以看出,金水區(qū)的濕地職能由最初追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展、大力推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹荚谔岣呷司邮孢m度的景觀濕地。雖然濕地總面積減少,但是新建的龍子湖區(qū)通過運(yùn)河與流經(jīng)老城的金水河和熊耳河、賈魯河、東風(fēng)渠等連通,形成更加完整的城市生態(tài)水系。
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P237
B
1672-4623(2017)07-0036-03
10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.011
竇小楠,碩士研究生,工程師,主要從事遙感影像處理、地理信息系統(tǒng)建設(shè)等工作。
2016-09-07。