梁文廣 ，錢 鈞 ，王軼虹 ，張 禎 ，楊 印 ，王冬梅 ，王春美 ，王麗萍

（1. 江蘇省水利科學(xué)研究院湖泊所/江蘇省水利遙感工程研究中心，江蘇 南京 210017；2. 江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210017；3. 江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100）

0 引言

水庫具有防洪、灌溉、供水、養(yǎng)殖、旅游和生態(tài)環(huán)境保護等多種功能，是水資源的重要載體之一，水庫的安全運行對于地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要的作用。目前江蘇省擁有各類水庫共計 909 座，其中大型水庫 6 座，中型水庫 43 座。由于江蘇省經(jīng)濟發(fā)達(dá)，人口聚集，城市化進(jìn)程快，土地開發(fā)利用程度高，水庫多處于自然風(fēng)光秀麗的地區(qū)，對水庫周邊的開發(fā)強度不斷加大，侵占水庫周邊區(qū)域的開發(fā)活動較多，對水庫的管理和保護壓力較大。

2011 年 10 月 1 日起《江蘇省水庫管理條例》實施。隨著河、湖長制的實施，對水庫的監(jiān)管將更加嚴(yán)格，對水庫的管理和保護要求會更高。但是由于歷史原因、經(jīng)濟發(fā)展和管理體制等多個因素的局限，水庫的管理和保護依舊存在諸多問題，迫切需要了解水庫開發(fā)占用現(xiàn)狀，制定全省統(tǒng)一的水庫管理與保護規(guī)劃，科學(xué)、合理、有序利用庫區(qū)資源。

目前針對水庫開發(fā)占用的相關(guān)研究較少。陳鍇[1]通過查閱資料、問卷調(diào)查和郵件交流等多種形式全面調(diào)查浙江省大中型水庫消落區(qū)，初步摸清基本情況，然后在此基礎(chǔ)上采用系統(tǒng)分析、類比、定量定性研究等方法開展研究，分析其總體狀況及存在的主要問題，并結(jié)合工程應(yīng)用經(jīng)驗和前人研究成果，為浙江省水庫消落區(qū)的治理和管理提供理論指導(dǎo)。許凌燕[2]結(jié)合澮河水庫的基本情況、水源現(xiàn)狀、工農(nóng)業(yè)用水情況及綜合利用現(xiàn)狀等方面，對全澮河水庫水資源開發(fā)和占用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出澮河水資源開發(fā)利用存在灌溉管理粗放、水淤積嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境惡化、水資源管理不規(guī)范等方面的問題，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的水資源可持續(xù)利用對策。蘇平[3]研究了洪潮江水庫在農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水、水電生產(chǎn)、旅游開發(fā)等領(lǐng)域的開發(fā)占用情況，分析了生態(tài)環(huán)境、開發(fā)管理等方面的問題，提出了改善和優(yōu)化供水結(jié)構(gòu)，提高水資源效益，建設(shè)美麗水庫水生態(tài)環(huán)境的設(shè)想。張琦[4]結(jié)合薄山水庫實際情況，強調(diào)在開發(fā)占用水庫現(xiàn)有水資源的同時，要加強保護、綜合開發(fā)，確保有序利用。戴連棟等[5]對南京市水庫開發(fā)占用、管理保護現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。余國忠等[6]以南灣水庫為例，從庫區(qū)及其周邊區(qū)域 2 個方面分析了水庫經(jīng)濟開發(fā)活動對水庫產(chǎn)生的生態(tài)破壞和環(huán)境污染問題。以上這些研究主要從定性方面對水庫開發(fā)占用進(jìn)行分析，缺乏定量的相關(guān)研究，不利于水庫開發(fā)占用的準(zhǔn)確分析。

為此選取江蘇省 10 座典型大中型水庫，采用高分遙感監(jiān)測和外業(yè)調(diào)查相結(jié)合的方法，開展 2012—2016 年庫區(qū)管理范圍內(nèi)開發(fā)占用監(jiān)測與分析，定量分析江蘇省大中型水庫開發(fā)占用現(xiàn)狀與變化特點，以期為江蘇省大中型水庫管理與保護規(guī)劃的制定提供參考依據(jù)。

1 遙感監(jiān)測研究區(qū)

遙感監(jiān)測研究區(qū)選取的 10 座水庫名錄如表 1 所示，分布圖如圖 1 所示，其中南京、徐州、淮安、揚州、鎮(zhèn)江等市各 1 座，常州市 2 座，連云港市 3 座。10 座水庫中，大型水庫有 4 座，中型水庫有 6 座。選取的典型水庫分布較均衡，且?guī)靺^(qū)占用典型，在全省大中型水庫中具有較好的代表性。

表1 全省 10 座典型大中型水庫名錄

2 遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)源

圖1 遙感監(jiān)測研究區(qū)的大中型水庫分布圖

本研究所用的數(shù)據(jù)類型包括高分遙感影像、水庫監(jiān)測范圍線、水位和行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。

高分遙感影像數(shù)據(jù)包括研究區(qū) 2012—2016 年的4 期高分遙感影像，其中 2012，2014 和 2016 年采用江蘇省基礎(chǔ)測繪 0.3 m 航片 DOM 影像，2015 年采用國產(chǎn)高分二號 0.8 m 衛(wèi)片影像數(shù)據(jù)。

水庫監(jiān)測范圍線采用研究區(qū) 1∶10 000 DEM，結(jié)合《江蘇省水庫管理條例》中相關(guān)規(guī)定，對大壩保護范圍、水庫管理范圍線進(jìn)行提取[7]，作為研究區(qū)水庫監(jiān)測范圍。

水位數(shù)據(jù)為與遙感影像同期的水庫水位數(shù)據(jù)，便于開展遙感判讀與綜合分析。

2.2 監(jiān)測方法

遙感監(jiān)測具體步驟如下：

1）提取水庫開發(fā)占用及年度變化。以高分遙感影像為基礎(chǔ)，第 1 年度即 2012 年，提取監(jiān)測范圍內(nèi)開發(fā)占用圖斑，即以 ArcGIS 軟件為平臺，以 2012 年0.3 m 空間分辨率航片為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用目視解譯、人工提取的方法，提取開發(fā)占用圖斑；其他年度，利用當(dāng)年高分影像和上一年度高分影像進(jìn)行對比，提取年度變化區(qū)域。形成水庫 2012 年開發(fā)占用數(shù)據(jù)，2012—2014，2014—2015 和 2015—2016 年變化圖斑數(shù)據(jù)。根據(jù)提取的庫區(qū)開發(fā)占用及年度變化圖斑，制作水庫監(jiān)測范圍內(nèi)開發(fā)占用及年度變化圖，并計算中心地理坐標(biāo)、面積，劃分行政區(qū)劃，制作表格，形成水庫監(jiān)測范圍內(nèi)開發(fā)占用及年度變化圖、表等初步成果。圖 2 為水庫典型開發(fā)占用類型遙感影像。

圖2 水庫典型開發(fā)占用遙感影像

2）開展外業(yè)調(diào)查核實。將 2012—2016 年江蘇全省水庫開發(fā)占用初步監(jiān)測成果（主要包括變化編號、所屬行政區(qū)劃、地理坐標(biāo)、面積和開發(fā)占用及2 期變化對比圖片）分發(fā)到相應(yīng)縣級水利（水務(wù)）局，由各縣級水利（水務(wù)）局負(fù)責(zé)外業(yè)調(diào)查核實。調(diào)查單位利用 GPS 外業(yè)查找每一處開發(fā)占用及變化區(qū)域，現(xiàn)場調(diào)查核實的主要內(nèi)容包括開發(fā)占用及變化區(qū)域是否屬實、項目名稱、責(zé)任主體、相關(guān)審批情況、面積、情況說明等，并拍攝現(xiàn)場照片。

3）進(jìn)行成果整理。對外業(yè)調(diào)查核實成果進(jìn)行整理，剔除水域沒有變化的區(qū)域，對開發(fā)占用及變化進(jìn)行分類。結(jié)合江蘇省水庫開發(fā)占用現(xiàn)狀，可分為7 個大類 33 個小類，具體分類如表 2 所示。

表2 開發(fā)占用分類表

3 遙感監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 開發(fā)占用現(xiàn)狀分析

將 2012 年水庫開發(fā)占用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與 2012—2014，2014—2015 和 2015—2016 年變化數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，得到 2016 年水庫開發(fā)占用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

3.1.1 數(shù)量分析

2016 年江蘇省典型大中型水庫管理范圍開發(fā)占用數(shù)量與百分比如圖 3 所示。從數(shù)量看，10 座典型大中型水庫管理范圍內(nèi)開發(fā)占用共計 3 174 處，按照 7 個大類分類，開發(fā)占用數(shù)量從高到低依次為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)居住、其他、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工礦企業(yè)、商業(yè)開發(fā)、水利建設(shè)，其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)居住和其他占全部開發(fā)占用數(shù)量的 83.3%，從中可以發(fā)現(xiàn)，按照開發(fā)占用數(shù)量，江蘇省典型水庫開發(fā)占用類型以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)居住等為主。

圖3 2016 年江蘇省典型大中型水庫管理范圍內(nèi)開發(fā)占用數(shù)量與百分比（7 個大類）

按照 33 個小類劃分，開發(fā)占用數(shù)量從多到少前 10 類排序如圖 4 所示，前 10 類開發(fā)占用數(shù)量總計 2 839 處，占全部開發(fā)占用數(shù)量（3 174 處）的89.4%。開發(fā)占用最多的為耕地，占全部開發(fā)占用數(shù)量的 31.1%，其次依次為民房、林地、圈圩、其他，分別占全部開發(fā)占用數(shù)量的 15.2%，12.6%，10.5%，7.7%，這 5 類共計 2 447 處，占全部開發(fā)占用數(shù)量的 77.1%。

圖4 2016 年江蘇省典型大中型水庫管理范圍內(nèi)開發(fā)占用數(shù)量排序（33 個小類）

3 174 處開發(fā)占用中，《江蘇省水庫管理條例》實施前形成的有 576 處，占全部開發(fā)占用數(shù)量的 18.1%。

3.1.2 面積分析

2016 年江蘇省典型大中型水庫管理范圍內(nèi)開發(fā)占用面積與百分比如圖 5 所示，開發(fā)占用面積共計6 851.6 萬 m2。按 7 個大類劃分，開發(fā)占用面積由多到少依次為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、其他、城鄉(xiāng)居住、商業(yè)開發(fā)、工礦企業(yè)、水利建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施。從開發(fā)占用面積看，水庫開發(fā)占用以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、其他和城鄉(xiāng)居住為主，這 3 種類型開發(fā)占用面積占全部開發(fā)占用面積的 86.7%。

按照 33 個小類劃分，開發(fā)占用面積從多到少前10 類排序如圖 6 所示，前 10 類開發(fā)占用的面積總計 6 420.1 萬 m2，占全部開發(fā)占用面積（6 851.6 萬 m2）的 93.7%。其中，耕地占用最多，占全部占用面積的 43.2%；其次依次為圈圩、林地、其他、民房，分別占全部占用面積的 18.5%，7.7%，5.9%，5.3%，這 5 類占用面積總計 5 522.2 萬 m2，占全部占用面積的 80.6%。

《江蘇省水庫管理條例》實施前形成的占用面積只有 1 881.0 萬 m2，占全部占用面積的 27.5%。

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，江蘇省大中型水庫管理范圍內(nèi)開發(fā)占用以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)居住為主，大部分為《江蘇省水庫管理條例》實施后所形成。

3.2 開發(fā)占用變化分析

圖5 2016 年江蘇省典型大中型水庫管理范圍內(nèi)開發(fā)占用面積與百分比（7 個大類）

圖6 2016 年江蘇省典型大中型水庫管理范圍內(nèi)開發(fā)占用面積排序（33 個小類）

通過多期高分遙感影像結(jié)合外業(yè)調(diào)查，獲取了江蘇省 10 座大中型水庫管理范圍內(nèi) 2012—2014，2014—2015 和 2015—2016 年 3 次開發(fā)占用變化監(jiān)測。考慮到第 1 次即 2012—2014 年為 2 a 的時間跨度，其他 2 次均為 1 a。為便于對比分析，把 2012—2014 年變化新增數(shù)量和面積均除以 2，得到 2012—2014 年年均變化值，便于與其他 2 次開展對比分析。

3.2.1 總體情況分析

2012—2014 年年均，2014—2015，2015—2016 年，開發(fā)占用新增數(shù)量依次為 131，146 和 420 處，2015—2016 年新增數(shù)量比 2012—2014 年年均增加了 221%。從開發(fā)占用總面積看，新增面積依次為221.7 萬，143.8 萬 和 164.6 萬 m2，2015—2016 年新增面積比 2012—2014 年年均減少了 25.8%。3 次監(jiān)測開發(fā)占用新增數(shù)量增加明顯，但總面積減少。通過進(jìn)一步分析 3 次開發(fā)占用變化類型，發(fā)現(xiàn) 2012—2014 年年均開發(fā)占用面積主要集中在砂廠、碼頭等占地規(guī)模較大的類型，雖然數(shù)量相對較少，但總面積大；2015—2016 年新增民房數(shù)量較多，但規(guī)模小，因此總面積較少。

3.2.2 分類分析

江蘇省典型大中型水庫開發(fā)占用變化面積分類統(tǒng)計如圖 7 所示。從 7 個大類看，3 個年度變化面積增加的有水利建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其中水利建設(shè) 3 a分別增加了 0.74 萬，3.29 萬和 2.03 萬 m2，增加了176%，表明水庫水利建設(shè)不斷加強；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增加迅猛，3 a 分別增加了 10.92 萬，58.12 萬和 87.52 萬 m2，增長了 702%，表明庫區(qū)占用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動在迅速增加。

圖7 江蘇省典型大中型水庫開發(fā)占用變化面積分類統(tǒng)計（7 個大類）

3 個年度新增面積明顯減少的有基礎(chǔ)設(shè)施、城鄉(xiāng)居住、商業(yè)開發(fā)和其他。其中基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)占用面積從 37.82 萬 m2減少到 3.28 萬 m2，減少了 91.3%；城鄉(xiāng)居住由 5.97 萬 m2減少到 3.26 萬 m2，減少了45.3%；商業(yè)開發(fā)由 23.89 萬 m2減少到 6.93 萬 m2，減少了 71.0%；其他由 105.49 萬 m2減少到 22.71 萬 m2，減少了78.5%?；A(chǔ)設(shè)施、城鄉(xiāng)居住、商業(yè)開發(fā)減少，反映了近幾年水庫管理和保護不斷加強。

工礦企業(yè)年度開發(fā)面積增加總體保持穩(wěn)定，3 a分別新增 36.93 萬，32.76 萬和 38.84 萬 m2，增加了5.2%。工礦企業(yè)給水庫的水環(huán)境、水生態(tài)及防洪安全帶來許多問題，需要進(jìn)一步加大管理保護力度。

4 結(jié)語

利用高分遙感對江蘇省典型大中型水庫管理范圍 2012—2016 年開發(fā)占用監(jiān)測與分析，結(jié)果表明：

1）利用高分遙感開展水庫開發(fā)占用動態(tài)監(jiān)測，能夠快速、準(zhǔn)確地掌握水庫開發(fā)占用現(xiàn)狀及變化情況，是水庫監(jiān)管的一種高效、先進(jìn)的技術(shù)手段，具有良好的推廣應(yīng)用前景；

2）由于水庫年內(nèi)水位變化大，利用高分遙感開展水庫不同年份開發(fā)占用變化監(jiān)測受到水位變化的影響較大，需要結(jié)合同期水位數(shù)據(jù)對遙感影像進(jìn)行綜合判讀。

考慮到高分遙感時效性不理想及二維影像監(jiān)測成果不直觀的問題，下一步，計劃引入無人機傾斜攝影測量三維技術(shù)，實現(xiàn)庫區(qū)開發(fā)占用三維實時采集，建立江蘇省大中型水庫遙感動態(tài)監(jiān)管信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對全省大中型水庫開發(fā)占用三維立體動態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)更新和管理，提升江蘇省智慧水利建設(shè)，為水庫的管理、保護、規(guī)劃及法規(guī)的制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)手段支撐。