文|朱鶴 黃詩峰 楊昆 楊永民 李蓉

水利部防洪抗旱減災工程技術研究中心/中國水利水電科學研究院

一、引言

鄱陽湖是我國第一大淡水湖，位于江西省，面積3960km2。鄱陽湖是長江干流重要的調蓄性湖泊，在長江流域中發(fā)揮著調蓄洪水和保護生物多樣性等特殊功能，對維系區(qū)域和國家生態(tài)安全具有重要作用。20世紀50至80年代，鄱陽湖受自然變化和人類開發(fā)利用影響，呈現(xiàn)出湖泊岸線萎縮、容積減少、環(huán)湖城鎮(zhèn)和耕地侵占湖泊、洪水頻發(fā)、水生態(tài)破壞和水環(huán)境惡化等問題。1998年大洪水之后，湖區(qū)開展了大范圍的 “雙退” 和 “單退” 工程, 使湖區(qū)在汛期的蓄水面積擴大。隨著湖泊治理相關舉措的實施，情況得到穩(wěn)步改善。2003年后三峽水庫的建成蓄水，調節(jié)江河水泥，對兩湖地區(qū)水文、形態(tài)和生態(tài)環(huán)境帶來一定影響。[1-2]研究近五十年來鄱陽湖水體、圍墾、岸線萎縮至退耕還湖等一系列變化觀測，能夠為鄱陽湖流域治理和合理開發(fā)利用決策提供參考。

遙感技術能夠遠距離探測地物，具備對湖泊形態(tài)、水文、生態(tài)、環(huán)境、人類開發(fā)利用等特征進行動態(tài)監(jiān)測、可實現(xiàn)湖泊特征演變規(guī)律的分析。20世紀至今，衛(wèi)星遙感技術突飛猛進，能提供多種光譜載荷、多種時空分辨率組合的數(shù)據源，從多角度、多時空尺度為湖泊監(jiān)測提供有效支撐。

本文基于遙感技術，查明近五十年環(huán)湖圍墾、岸線萎縮至退耕還湖等一系列變化，認清鄱陽湖的近五十年演變特征，深入了解鄱陽湖近五十年變遷，分析鄱陽湖演變特征、原因和趨勢，指導未來鄱陽湖治理和合理開發(fā)利用，特別支撐三峽工程運行后調整治湖思路。

二、數(shù)據源

本次研究使用的數(shù)據源包括衛(wèi)星遙感數(shù)據和水文數(shù)據，遙感數(shù)據包括 1967 年美國鎖眼偵查衛(wèi)星（KH-8）影像以及20 世紀70 年代以來的陸地衛(wèi)星（Landsat）以及我國高分一號衛(wèi)星，水文資料采用湖口站數(shù)據。

遙感影像：參考湖口站水位，盡量保證影像日期對應水位變化不大，從20世紀60年代開始至2010年，每10年收集1期遙感影像，2013后收集多期高分系列遙感衛(wèi)星影像，2016-2017年每月收集1期高分一號遙感影像。具體包括1967年KH-8影像1期，1977年Landsat-2 MSS影像1期，1988年、1995年、2000年Landsat-5 TM影像各1期，2013年高分一號遙感影像1期，2016至2018年每月1期高分一號遙感影像。

水文數(shù)據：針對遙感影像日期，收集同日湖口站監(jiān)測水位數(shù)據，計算每日平均水位數(shù)據。

輔助資料：收集20世紀50年代鄱陽湖圩垸、蓄洪區(qū)分布圖作為參考資料，輔助重點變化區(qū)域監(jiān)測工作。

三、研究方法

圍繞鄱陽湖近五十年演變特征、原因和趨勢分析的目標，基于近五十年遙感影像，對鄱陽湖近五十年湖區(qū)變化進行遙感監(jiān)測，將同水位下相鄰時間兩期遙感監(jiān)測的湖面范圍做疊加對比分析，展布變化區(qū)域分布、統(tǒng)計變化面積，分析變化規(guī)律和原因。對鄱陽湖重點開發(fā)利用區(qū)域進行遙感監(jiān)測，通過對比前后湖區(qū)邊界，確定近五十年來的重點開發(fā)利用區(qū)域，結合歷史圩垸、蓄滯洪區(qū)分布等基礎信息，提取近五十年重點開發(fā)利用區(qū)域變化。

1.水體范圍遙感提取

針對不同影像條件（光譜、時間、空間分辨率，影像質量等）采用水體范圍提取方法，以波段閾值、水體指數(shù)[3]、面向對象分割方法為主，再輔以人工修正。由于1967年美國鎖眼衛(wèi)星所拍攝的影像為全色影像，且對水體敏感性不高，因而采用單波段閾值法，配合人工編輯來提取。

2.水位-面積關系變化分析

基于2016-2017年每月監(jiān)測水位與水面面積數(shù)據，構建近兩年水位-面積關系曲線。將20世紀70年代至2013年每期遙感監(jiān)測面積匹配同日水位，與近兩年水位-面積關系曲線對比，分析近五十年來同水位下鄱陽湖水面面積變化。[4-5]

3.同水位下鄱陽湖近五十年變化遙感監(jiān)測

通過同水位下相鄰時間兩期遙感監(jiān)測的湖區(qū)范圍做疊加對比分析，展布變化區(qū)域分布、統(tǒng)計變化面積，分析變化規(guī)律和原因。

將變化較大區(qū)域作為重點關注區(qū)，展布變化區(qū)域分布、統(tǒng)計變化面積，進一步人工判別變化區(qū)域土地利用類型，結合20世紀50年代鄱陽湖圩垸、蓄洪區(qū)分布圖和政策，分析變化原因。依次完成所有歷史時刻變化區(qū)域分析工作，建立完整的近五十年鄱陽湖重點變化區(qū)域遙感監(jiān)測序列。

四、鄱陽湖近五十年水體范圍變化情況

根據前述遙感水體提取方法，收集1967-2018年近五十年來的遙感影像，選擇同水位范圍（湖口水文站監(jiān)測同日水位相差不超過0.55m）的遙感影像，對鄱陽湖水體范圍變化進行監(jiān)測。圖1、圖2是鄱陽湖近五十年同水位下水體范圍變化和水面面積變化情況，1977-1995年鄱陽湖水面面積持續(xù)減少，由3705.31km2減少至3369.15km2，將近20年間共計減少336.16km2。1988年大洪水后，鄱陽湖開展了大范圍的“雙退”和“單退”工程使水面面積明顯擴大，至2000年，水面面積增長至3666.71km2。2003年后三峽水庫建成蓄水，鄱陽湖水面面積再次下降，直至2013年后穩(wěn)定在3425km2左右?？傮w來看，20世紀90年代前水面持續(xù)萎縮，2000年有所恢復，之后持續(xù)繼續(xù)萎縮，直至2013年開始趨于穩(wěn)定。

圖1 鄱陽湖近五十年同水位下水體范圍變化情況

圖2 鄱陽湖近40年同水位下水面面積變化圖

五、鄱陽湖近五十年重點開發(fā)利用區(qū)變化情況

近五十年來，鄱陽湖周邊的永修縣、新建縣、都昌縣、波陽縣以及余干縣存在多個水面范圍變化較大的區(qū)域，經初步判讀，均存在不同程度的人類開發(fā)利用。以5個重點變化區(qū)域為關注對象，本次選擇同水位范圍對應的遙感影像，進行監(jiān)測和分析。遙感影像采集時間為1967年、1977年、1988年、1995年、2000年、2013年、2016年、2018年，對應湖口水位均在16 m左右(相差不超過0.55m)，與前文中近五十年鄱陽湖湖區(qū)變化遙感監(jiān)測對應水位范圍一致。圖3是鄱陽湖重點開發(fā)利用區(qū)分布圖，顯示了鄱陽湖五十年變化程度較大的開發(fā)利用區(qū)域。

圖3 鄱陽湖重點開發(fā)利用區(qū)

1.都昌縣湖圩

圖4是都昌縣湖岸圩垸歷年變化圖,都昌縣湖岸圩垸于20世紀70至80年代間出現(xiàn)筑壩、圍湖耕地現(xiàn)象。1967-1977年期間均為水體，1988年開始出現(xiàn)筑壩和耕地，1995年至今均為耕地。

圖4 都昌縣湖岸圩垸歷年變化圖

2.波陽縣湖圩

圖5是波陽縣湖岸圩垸歷年變化圖，波陽縣湖岸圩垸于1967-1988年期間均為荒地，1995-2000年變?yōu)樗w，2000年后出現(xiàn)圍湖耕地現(xiàn)象，2013年至今均為耕地。

圖5 波陽縣湖岸圩垸歷年變化圖

3.余干縣康山蓄洪區(qū)圩垸

圖6是余干縣康山蓄洪區(qū)歷年變化圖，余干縣康山蓄洪區(qū)于1995-2000年期間出現(xiàn)筑壩、圍湖耕地現(xiàn)象。1967-1995年期間均為水體，2000年至今變?yōu)楦亍?/p>

圖6 余干縣康山蓄洪區(qū)歷年變化圖

4.新建縣黃湖蓄洪區(qū)

圖7是新建縣黃湖蓄洪區(qū)歷年變化圖，新建縣黃湖蓄洪區(qū)于1995-2000年期間出現(xiàn)圍湖耕地現(xiàn)象。1967-1988年期間均為水體，1995年變?yōu)樗w，2000年至今變?yōu)楦亍?/p>

圖7 新建縣黃湖蓄洪區(qū)歷年變化圖

5.永修縣斜方洲塘蓄洪區(qū)

圖8是永修縣斜方洲塘蓄洪區(qū)歷年變化圖，永修縣斜方洲塘蓄洪區(qū)于1960年至今出現(xiàn)圍湖耕地現(xiàn)象。1967-1995年期間均為耕地，2000年變?yōu)樗w，2013年變?yōu)楦兀?016年變?yōu)樗w，2018再轉變?yōu)楦睾蜑┑亍?/p>

圖8 永修縣斜方洲塘蓄洪區(qū)歷年變化圖

六、結論

據鄱陽湖近五十年來水體變化遙感監(jiān)測與分析，20世紀90年代前湖泊水面呈現(xiàn)萎縮趨勢，2000年湖面有所恢復，之后繼續(xù)萎縮。湖面變化現(xiàn)象受人類開發(fā)利用活動影響明顯。其中，開發(fā)利用活動以20世紀60到80年代最強，之后強度有所下降，1998年后開發(fā)利用活動得到抑制，湖面范圍有所恢復，之后局部地區(qū)略有開發(fā)，但開發(fā)利用強度不高。

1）20世紀60到80年代，湖面范圍持續(xù)萎縮，人類開發(fā)利用情況較強，集中在都昌、波陽、余干縣，在湖區(qū)周邊出現(xiàn)許多修筑攔水壩、攔水養(yǎng)殖等人為侵占湖泊的情況。

2）20世紀80到90年代，圍湖現(xiàn)象依然存在，在湖邊各縣區(qū)均出現(xiàn)不同程度的圍湖活動，湖邊攔水區(qū)也逐步形成穩(wěn)定的耕作區(qū)，90年代中期，開發(fā)活動延伸至蓄洪區(qū)，有侵占蓄洪區(qū)的現(xiàn)象。

3）20世紀90年代后期，特別是1998年后，“退垸還湖”政策實施效果明顯，圍湖情況得到抑制，至2000年湖面范圍全面恢復。

4）2000年至今，局部地區(qū)又有圍湖跡象，但圍湖區(qū)域不多，范圍也較小。