黃小川

摘 要：本文基于2014年?yáng)|莞市第一次全國(guó)地理國(guó)情普查遙感影像和地表覆蓋數(shù)據(jù)，以及2005年、2008年SPOT衛(wèi)星影像和2011年1∶5000航攝影像，結(jié)合2009—2014年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，通過影像解譯獲取地表覆蓋數(shù)據(jù)，從水域面積、河流形態(tài)、河川徑流三個(gè)角度對(duì)東莞市水鄉(xiāng)片區(qū)河流形態(tài)特征變化開展監(jiān)測(cè)與分析。結(jié)果表明，（1）2009—2013年間，水鄉(xiāng)河流狀態(tài)主要水道位置、流向和寬度等特征總體上基本沒有變化；（2）僅有三處人類活動(dòng)明顯改變了水系特征，分別是新建的虎門港麻涌港區(qū)、洪梅鎮(zhèn)沙頭村的圍堰、望牛墩鎮(zhèn)石排村的填河造地；（3）新建港口會(huì)對(duì)獅子洋水質(zhì)造成負(fù)面影響，在潮汐作用下，將間接影響到水鄉(xiāng)片區(qū)水道的水質(zhì)狀態(tài)。圍堰及填河造地限制了水流的自由流通，影響水質(zhì)自凈過程。

關(guān)鍵詞：地理國(guó)情普查 河流形態(tài)特征 生態(tài)變化

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（a）-0099-04

河網(wǎng)水系是地球上最為重要的地域性景觀，城市水系更是人類活動(dòng)與自然過程交互作用最為強(qiáng)烈的地帶之一。[1]改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)東南沿海尤其是珠三角地區(qū)逐漸由傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)區(qū)發(fā)展為高速城市化地區(qū)，城市的快速擴(kuò)張和土地的高強(qiáng)度利用導(dǎo)致城市水系形態(tài)發(fā)生巨大變化，而對(duì)這一變化開展監(jiān)測(cè)和分析，可以為區(qū)域土地利用、水環(huán)境保護(hù)和工程建設(shè)等提供參考和依據(jù)，具有重要意義。

城市河流形態(tài)是地表形態(tài)的重要組成部分，城市河流演化進(jìn)程及其影響因素研究當(dāng)前重要的科學(xué)前沿之一[2]。目前對(duì)于我國(guó)東部人類活動(dòng)影響下的平原河網(wǎng)地區(qū)水系結(jié)構(gòu)的研究主要集中于河網(wǎng)密布的太湖流域、長(zhǎng)江三角洲以及珠江三角洲地區(qū)[1]：陳曉宏等采用珠江三角洲河區(qū)數(shù)十年來的人類活動(dòng)和水文特征資料，通過分析人類活動(dòng)的水文響應(yīng)特征，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)近10年多來水文情勢(shì)發(fā)生了顯著異變[3]；陳德超等利用多期航空影像和水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析上海近年城市化進(jìn)程中河網(wǎng)水系的演變與土地利用變化之間的稱合關(guān)系，得出河網(wǎng)水系消失得主要原因[4]；周洪建等在地形圖、河道普查數(shù)據(jù)、遙感影像等多源數(shù)據(jù)支持下，分析了深圳近30年河網(wǎng)的時(shí)空變化規(guī)律及其與城市化水平的關(guān)系[5]。上述研究多從地理科學(xué)和水文學(xué)的領(lǐng)域展開，在數(shù)據(jù)來源方面，多采用1∶5萬、1∶10萬等中比例尺地形圖和Landsat系列等中低分辨率遙感影像，缺乏高精度數(shù)據(jù)支持；在研究領(lǐng)域方面，多集中在大范圍、長(zhǎng)時(shí)間跨度的河網(wǎng)水系整體變化趨勢(shì)及其演變成因，對(duì)局部區(qū)域、相對(duì)細(xì)微的變化則缺乏相關(guān)研究。

我國(guó)2013年3月啟動(dòng)了第一次全國(guó)地理國(guó)情普查工作，對(duì)陸地國(guó)土范圍內(nèi)的地表自然和人文地理要素的現(xiàn)狀和空間分布情況進(jìn)行摸底調(diào)查，獲取較高精度的地表覆蓋等數(shù)據(jù)和高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，并通過與已有測(cè)繪成果和檔案資料進(jìn)行比對(duì)分析，形成了一批地理國(guó)情專題監(jiān)測(cè)成果，在國(guó)土資源、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)救災(zāi)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。本文選取東莞市水鄉(xiāng)片區(qū)作為研究區(qū)域，在充分了解片區(qū)基本情況的基礎(chǔ)上，利用地理國(guó)情監(jiān)測(cè)信息、歷史資料調(diào)查，對(duì)片區(qū)的河流形態(tài)特征、來水量特征等要素進(jìn)行定量化分析和統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)分析結(jié)果，提出有效的保護(hù)措施與意見。

1 研究區(qū)概況

東莞市水鄉(xiāng)特色發(fā)展經(jīng)濟(jì)區(qū)位于東莞市域西北部，地處珠三角中心腹地，屬東莞市西北部東江北干流、南支流與獅子洋（珠江口）包圍的區(qū)域，包括中堂鎮(zhèn)、望牛墩鎮(zhèn)、麻涌鎮(zhèn)、洪梅鎮(zhèn)、道滘鎮(zhèn)，石龍鎮(zhèn)、萬江街道、石碣鎮(zhèn)、高埗鎮(zhèn)、沙田鎮(zhèn)10個(gè)鎮(zhèn)街和虎門港1個(gè)港區(qū)，區(qū)域總面積510km2，占全市總面積的21%。東莞水鄉(xiāng)片地貌類型的一大特點(diǎn)便是河網(wǎng)密度非常大。其水域面積為珠三角之最，河網(wǎng)密度也居于前列?，F(xiàn)狀河網(wǎng)水域面積約63.7km2，占水鄉(xiāng)片總面積24%，占全市水域面積18%；干流及一級(jí)支流總長(zhǎng)度238km，寬10m以上的河流長(zhǎng)度505km。河網(wǎng)總密度約1.9km/km2（見圖1）。

2 數(shù)據(jù)處理

本文在2014年?yáng)|莞市第一次全國(guó)地理國(guó)情普查遙感影像（優(yōu)于1m分辨率）和地表覆蓋數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用2005年、2008年SPOT衛(wèi)片影像（2.5m分辨率）、2011年1∶5000航攝影像（0.2m分辨率），結(jié)合2009年至2014年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，通過影像解譯獲取地表覆蓋數(shù)據(jù)。

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1.1 源數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

水鄉(xiāng)片區(qū)主要水系水質(zhì)變化監(jiān)測(cè)是以地理國(guó)情普查為基礎(chǔ)，最終的矢量分析成果需統(tǒng)一至2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。由于采用的分析源數(shù)據(jù)資料屬于歷年的數(shù)據(jù)資料，部分?jǐn)?shù)據(jù)采用的是1980西安坐標(biāo)系，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。1980西安坐標(biāo)系至2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，采用東莞市七參數(shù)模型進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

2.1.2 影像配準(zhǔn)

所采用的影像數(shù)據(jù)成果，都經(jīng)過正射校正處理，消除了遙感影像成像時(shí)因材料變形、物鏡畸變、大氣折光、地球曲率、地球自轉(zhuǎn)和地形起伏等因素導(dǎo)致的幾何畸變。但是由于歷史影像分辨率較低或者控制點(diǎn)精度較低等的原因，影像經(jīng)過坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換后，可能出現(xiàn)與2014年影像不完全套合的情況。

如影像存在不套合，則需進(jìn)行影像配準(zhǔn)。采用二次多項(xiàng)式進(jìn)行二次糾正，原始圖像坐標(biāo)（x，y）與參考坐標(biāo)（X，Y）之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

利用多項(xiàng)式模型進(jìn)行幾何校正時(shí)，需對(duì)影像進(jìn)行重采樣。針對(duì)本項(xiàng)目對(duì)影像質(zhì)量要求高而且數(shù)據(jù)量比較大的特點(diǎn)，采用雙線性插值法進(jìn)行重采樣，進(jìn)行亮度值的插值運(yùn)算。

利用已經(jīng)過正射校正處理的2014年地理國(guó)情普查成果影像為基準(zhǔn)對(duì)其他影像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)，每100km2選取4個(gè)同名點(diǎn)，控制點(diǎn)分布須均勻，影像的邊緣也要有控制點(diǎn)分布。校正精度控制在0.5個(gè)像素之內(nèi)。

2.1.3 影像增強(qiáng)

影像增強(qiáng)的主要目的是處理影像、提高影像的視覺效果。通常來說，影像增強(qiáng)就是將原本不清晰的影像變得清晰或者強(qiáng)調(diào)某些感興趣的專題特征，加大影像中不同物體之間的特征差異，達(dá)到提高影像質(zhì)量、豐富影像信息量，滿足信息提取的需要。

針對(duì)本文所使用影像，選取線性對(duì)比度拉伸方法進(jìn)行影像增強(qiáng)，使經(jīng)過增強(qiáng)處理影像對(duì)比度更高、清晰度更高、紋理也更清楚，便于達(dá)到目視解譯的需求。

2.2 內(nèi)業(yè)遙感影像解譯與信息提取

以遙感正射影像為基礎(chǔ)底圖，利用收集的參考數(shù)據(jù)，采用人工解譯的方式，參考基礎(chǔ)地理信息、土地利用、水利普查等資料，按照《地理國(guó)情普查內(nèi)容與指標(biāo)》的要求，開展內(nèi)業(yè)判讀與解譯，并進(jìn)行地表覆蓋分類，分別按照要求形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)層，均以面狀形式存在。

2.2.1 影像判讀訓(xùn)練

在進(jìn)行影像內(nèi)業(yè)判讀時(shí)，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和專業(yè)部門提供資料將是判讀的重要依據(jù)。針對(duì)變化明顯的區(qū)域，為了保證內(nèi)業(yè)圖斑分類提取的精度與速度，判讀人員需根據(jù)建立起來的解譯標(biāo)志樣本，進(jìn)行判讀訓(xùn)練，使得作業(yè)人員盡可能在影像特征明顯的情況下能較準(zhǔn)確的判讀。

2.2.2 地表覆蓋層提取

地表覆蓋層提取按照已有資料的現(xiàn)勢(shì)性、豐富性和準(zhǔn)確性不同，采用全人工提取。

地表覆蓋層提取利用地理國(guó)情普查預(yù)驗(yàn)收已完成的2014年成果，逐年疊加往年的遙感影像。對(duì)于數(shù)據(jù)與影像不匹配的范圍，對(duì)比當(dāng)期與2014年遙感影像，確定其是否發(fā)生變化。對(duì)變化的區(qū)域，按照普查的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)定依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)數(shù)字正射影像，對(duì)地表覆蓋層數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

作業(yè)流程如圖2。

3 水鄉(xiāng)片區(qū)河流形態(tài)特征變化分析

根據(jù)項(xiàng)目分析目標(biāo)，以東莞市水鄉(xiāng)片區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行地理國(guó)情要素解譯，結(jié)合國(guó)土局提供的土地利用現(xiàn)狀圖，參考《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010-2007），對(duì)該水鄉(xiāng)片區(qū)10種土地利用類型進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，分別為耕地（水田、旱地、水澆地）、園地（果園、其他園地）、林地（灌木林地、其他林地、有林地）、草地（其他草地、人工牧草地）、房屋建筑區(qū)（城市、村莊、建制鎮(zhèn)）、道路（公路用地、農(nóng)村道路、鐵路用地）、構(gòu)筑物（港口碼頭用地、水工建筑用地）、人工堆掘地（采礦用地）、荒漠與裸露地表（裸地）、水域（內(nèi)陸灘涂、溝渠、河流水面、坑塘水面）。

利用ArcGIS的統(tǒng)計(jì)工具集，可對(duì)各年土地利用類型進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)，從而進(jìn)行對(duì)比分析，分析2005年、2008年、2011年和2014年水鄉(xiāng)片區(qū)土地利用變化情況，查找出期間的水域面積變化，結(jié)合水鄉(xiāng)片區(qū)水系概化圖，分析河流形態(tài)變化包括主要水道的位置、流向和寬度等特征。

3.1 水域面積變化分析

2005年以來，水鄉(xiāng)片區(qū)水域面積變化不大，如圖3所示。隨著城市化發(fā)展，耕地或林地等土地類型在轉(zhuǎn)化成人工構(gòu)筑物的同時(shí)，形成人工湖、人工河道等人工水域，另一方面，自然河道被房屋和道路建設(shè)取代，因此，水域面積變化在數(shù)據(jù)表現(xiàn)上并不明顯，但在空間表現(xiàn)上，可識(shí)別出被房屋建筑取代的自然河道區(qū)域。

其中，虎門港區(qū)所在的水域面積在2008年至2011年間減少最明顯，如圖4所示，主要由于獅子洋岸邊水工建筑物和港口的修建增多所致。中堂鎮(zhèn)和麻涌鎮(zhèn)的林地密集區(qū)由于城市化建設(shè)，部分水面被房屋建筑物代替。

中堂鎮(zhèn)的橫涌和倒運(yùn)海水道沿岸的坑塘水面被房屋建筑物替代，而麻涌鎮(zhèn)的麻涌水道旁的的坑塘、水澆地被用作耕地，水域面積有所減少。沙田鎮(zhèn)在過去幾年中，由于道路建設(shè)發(fā)展快、房屋住宅區(qū)增多和耕地?cái)U(kuò)張，坑塘水面面積減少，河道中鏈接物增多。在鞋底沙河道中尤為明顯。洪梅鎮(zhèn)淡水河因增加了岸邊園林種植面積，使得河道變窄，水域面積減少。

整體而言，2005—2014年期間，水鄉(xiāng)片區(qū)中游和下游是近幾年開發(fā)利用的主要地區(qū)，水域面積、形態(tài)變化較多。隨著《〈廣東東莞水鄉(xiāng)特色發(fā)展經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展總體規(guī)劃（2013—2030年）〉實(shí)施方案》的印發(fā)，水鄉(xiāng)片區(qū)水域?qū)?huì)有更大的改變。位于洪梅鎮(zhèn)和望牛墩鎮(zhèn)之間的洪望樞紐的建設(shè)將會(huì)使水域面積減少，同時(shí)沿倒運(yùn)海水道、赤滘水道、東莞水道流域形成的四片生態(tài)開發(fā)區(qū)也將使河道發(fā)生變化。水鄉(xiāng)片區(qū)中下游地區(qū)今后仍將是主要的水域變化地區(qū)。

3.2 河流形態(tài)變化分析

根據(jù)水鄉(xiāng)片區(qū)水系概化圖。發(fā)現(xiàn)近10年水鄉(xiāng)片區(qū)河流系統(tǒng)變化很小，主要水道的位置、流向和寬度等特征幾乎沒有變化。對(duì)比2005年和2014年的水系圖，可以發(fā)現(xiàn)三處較明顯的水系變化，如圖5所示。

3.2.1 新建虎門港麻涌港區(qū)

虎門港是珠江灣新興港口，國(guó)家一類口岸和廣東省重要港口，也是東莞市龍頭園區(qū)之一，首批對(duì)臺(tái)直航港口之一。麻涌港區(qū)是虎門港重要組成部分，重點(diǎn)發(fā)展港口運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、臨港工業(yè)、房地產(chǎn)，具體包括糧食、煤炭以及建材等散雜貨運(yùn)輸，麻涌糧油倉(cāng)儲(chǔ)加工、臨港工業(yè)及生態(tài)景觀區(qū)等。

麻涌港區(qū)的建設(shè)改變了原有的濱海岸線，并對(duì)水下地形結(jié)構(gòu)造成影響。輪船貨運(yùn)過程、工業(yè)企業(yè)和房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目都會(huì)對(duì)獅子洋水質(zhì)造成負(fù)面影響，在潮汐作用下，將間接影響到水鄉(xiāng)片區(qū)水道的水質(zhì)狀態(tài)。

3.2.2 圍堰

在對(duì)比2008年和2014年的水系圖和地理國(guó)情要素圖，發(fā)現(xiàn)在洪梅鎮(zhèn)沙頭村新增一處圍堰。通過圍堤和水閘將外河圈為水塘，限制了水流的自由流通。

3.2.3 填河造地

望牛墩鎮(zhèn)石排村一處河流水域在2014年已成為一片陸地。

3.3 河川徑流變化分析

50年代，東江流域尚未開發(fā)，流域處于天然狀態(tài)，徑流的補(bǔ)給主要是降雨。流域降雨年內(nèi)分配不均勻，其中4～9月汛期雨量占年雨量的80%，枯季雨量?jī)H占20%。徑流的年內(nèi)變化很大，枯季月平均流量一般在100～300m3/s之間，正常年份咸潮上溯至南支流的赤嶺河段，北干流的西洲河段（咸潮界以含氯度0.5‰計(jì)）。1955年是東江三角洲的特旱年，咸水線上溯到莞城和增城的紫坭、新塘附近。

60～80年代，流域綜合治理的各項(xiàng)水利工程相繼投入使用，新豐江、楓樹壩、白盆珠三大水庫(kù)分別于1959年、1973年、1985年投入運(yùn)行。三大水庫(kù)控制集雨面積占博羅站控制面積的46.4%，其建成對(duì)調(diào)節(jié)東江中下游的洪枯流量發(fā)揮了極其重要的作用。通過調(diào)蓄發(fā)電，調(diào)節(jié)了年際和年內(nèi)的徑流分配，枯水流量增加，中水時(shí)間延長(zhǎng)，有利于頂潮壓咸。50年代末開始聯(lián)圍筑閘，集中了下泄流量。多種因素使咸潮界逐年下移，退至南洲、板樟一線。

80年代中后期至90年代，三角洲網(wǎng)河區(qū)特別是南、北支流進(jìn)行了大規(guī)模的清礁疏浚，人工挖沙，使得河底高程及河床縱比降發(fā)生了很大的變化。河床下切，使水深增大，低潮位水面落差減小，削弱漲潮流上溯的阻力，潮汐進(jìn)退順暢，三角洲網(wǎng)河區(qū)的潮汐運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)。

4 結(jié)論與建議

本文基于地理國(guó)情普查等數(shù)據(jù)，采用定量與定性的方法分析水鄉(xiāng)片區(qū)的水質(zhì)形態(tài)變化特征，取得較好效果。根據(jù)變化分析結(jié)果，結(jié)合該區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程與規(guī)律。

（1）2009—2013年間，水鄉(xiāng)河流狀態(tài)主要水道位置、流向和寬度等特征總體上基本沒有變化。

（2）僅有三處人類活動(dòng)明顯改變了水系特征，分別是新建的虎門港麻涌港區(qū)、洪梅鎮(zhèn)沙頭村的圍堰、望牛墩鎮(zhèn)石排村的填河造地。

（3）新建港口會(huì)對(duì)獅子洋水質(zhì)造成負(fù)面影響，在潮汐作用下，將間接影響到水鄉(xiāng)片區(qū)水道的水質(zhì)狀態(tài)。圍堰及填河造地限制了水流的自由流通，影響水質(zhì)自凈過程。

根據(jù)以上分析結(jié)果，提出具有實(shí)效性、針對(duì)性的水環(huán)境保護(hù)建議：

（1）在城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中，應(yīng)增強(qiáng)水資源保護(hù)意識(shí)，統(tǒng)一規(guī)劃，專項(xiàng)整治，減少設(shè)施減少對(duì)河網(wǎng)水系的侵占，著力保護(hù)現(xiàn)有生態(tài)，修復(fù)水源地。

（2）可進(jìn)一步將地理國(guó)情普查成果與珠三角地區(qū)已有基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)等結(jié)合，建立完善的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，發(fā)揮地理信息成果在國(guó)民生活中的重要作用，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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