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        基于遙感的丁字灣地區(qū)土地利用時(shí)空變化分析及地區(qū)生態(tài)修復(fù)建議

        2021-06-15 07:05:44李亨健張杰胡曉丹王偉強(qiáng)萌麟于劍鋒
        山東國(guó)土資源 2021年6期
        關(guān)鍵詞:鹽田水域林地

        李亨健,張杰,胡曉丹,王偉*,強(qiáng)萌麟,于劍鋒

        (1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 山東 煙臺(tái) 264004;2.山東省自然資源廳,山東 濟(jì)南 250101)

        0 引言

        土地與人們的生活息息相關(guān),密不可分,是人類賴以生存的環(huán)境基礎(chǔ)[1-3]?!叭绾魏侠砀咝У睦妹恳淮缤恋兀玫胤?wù)于人們的生活”成為地區(qū)決策者必須思考的問(wèn)題。以現(xiàn)有土地資源為基礎(chǔ)綜合考慮氣候、水文等因素制定的土地利用規(guī)劃是一個(gè)城市發(fā)展的指南[4]。丁字灣是山東半島南部海域一個(gè)重要的海灣,是山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)9大核心區(qū)之一[5-6],其地理位置優(yōu)越、周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,從省到地方都非常重視該區(qū)域的發(fā)展規(guī)劃。本文選取2005年、2010年、2016年三期TM影像進(jìn)行遙感解譯,計(jì)算2005—2016年丁字灣地區(qū)土地利用的類型動(dòng)態(tài)度指標(biāo)[7-11],分析土地面積轉(zhuǎn)移矩陣[10-15],研究丁字灣地區(qū)土地利用變化特征,并為地區(qū)土地利用規(guī)劃提供建議,助推丁字灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)向人地和諧環(huán)境健康的生態(tài)經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。

        1 研究區(qū)概況

        丁字灣位于膠東半島南部,行政區(qū)劃隸屬海陽(yáng)市、萊陽(yáng)市和即墨市三地市。地理位置優(yōu)越,海陸空交通發(fā)達(dá),西南距青島市區(qū)約65km,北距煙臺(tái)市區(qū)125km。根據(jù)丁字灣藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃確定本次研究區(qū)總面積1104km2,其中陸域面積約720km2,海域面積約380km2。區(qū)內(nèi)地形起伏中等,整體上北部、西部高,向南東微微傾斜,高程一般在20~100m,丘陵區(qū)地形坡度介于5°~15°之間。屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候[16-17],四季分明,雨水充沛,光照充足,年平均氣溫12.5℃(1979—2017年),多年平均降水量628.9mm(1979—2017年)。

        2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

        2.1 數(shù)據(jù)組成及來(lái)源

        調(diào)查區(qū)的遙感地質(zhì)解譯工作,主要采用2005年、2010年、2016年成像的中分辨率遙感圖像,遙感解譯工作采用的衛(wèi)星、成像時(shí)間、分辨率、波段組合以及融合情況如表1所示。合成或融合后的遙感圖像信息豐富、色調(diào)適中、層次分明、無(wú)云霧,較好地反映了研究區(qū)的地質(zhì)地貌、環(huán)境地質(zhì)特征。

        表1 研究區(qū)航天遙感資料一覽表

        2.2 數(shù)據(jù)處理方法

        依據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2011年編制地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)遙感技術(shù)要求,通過(guò)遙感圖像處理,編制了3個(gè)時(shí)點(diǎn)的衛(wèi)星影像圖,系統(tǒng)地建立研究區(qū)地貌、植被、濕地、海岸線、灘涂等內(nèi)容的遙感地質(zhì)解譯標(biāo)志。依據(jù)遙感地質(zhì)解譯標(biāo)志[18-19],對(duì)調(diào)查區(qū)陸域的地質(zhì)構(gòu)造和地貌現(xiàn)狀進(jìn)行了解譯,編制了土地利用類型遙感解譯圖(圖1)。

        遙感圖像處理采用美國(guó)ENVI5.1遙感圖像處理與分析平臺(tái),遙感圖像處理包括波段組合、圖像融合、幾何校正、多功能增強(qiáng)等環(huán)境地質(zhì)信息提取。通過(guò)對(duì)多波段波譜的對(duì)比分析,本次解譯選擇TM741或L8號(hào)752波段組合的圖像,做為遙感解譯或融合處理的基礎(chǔ)圖像。

        1—林地;2—草地;3—耕地;4—建設(shè)用地;5—養(yǎng)殖及鹽田;6—水域;7—海域;8—研究區(qū)范圍圖1 研究區(qū)土地利用類型遙感解譯圖(a—2005年10月,b—2010年10月,c—2016年10月)

        幾何校正在1∶5萬(wàn)數(shù)字地形圖和遙感圖像上,選擇道路交叉點(diǎn)、道路和河流的交叉點(diǎn)、城鎮(zhèn)中街區(qū)的交叉點(diǎn)等,作為遙感圖像的幾何校正點(diǎn)。在地形圖上讀取幾何校正點(diǎn)的XY坐標(biāo)值,賦給遙感圖像相應(yīng)的幾何校正點(diǎn)上,對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何校正處理,形成與1∶5萬(wàn)數(shù)字地形圖完全可以配準(zhǔn)的遙感圖像。

        2.3 研究分析方法

        LUCC體系[7-11]中將土地開(kāi)發(fā)利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地、海洋共7類。由于丁字灣地區(qū)未解譯到沙地、戈壁、鹽堿地、沼澤地、裸土地等利用類型,且解譯的養(yǎng)殖、鹽田土地利用面積較廣,變遷特征明顯,根據(jù)土地利用區(qū)域特征本次研究將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、養(yǎng)殖與鹽田地、海域7個(gè)大類。

        土地利用變化方向一般分為3個(gè)部分:轉(zhuǎn)入部分,未變部分,轉(zhuǎn)出部分[10]。這3個(gè)變化有時(shí)是同步進(jìn)行的有時(shí)是異步進(jìn)行的,本文主要從丁字灣地圖土地利用速度變化,土地利用程度變化,土地利用幅度變化以及土地利用類型轉(zhuǎn)移方向4個(gè)方面研究丁字灣地區(qū)土地利用特征。

        3 結(jié)果分析

        3.1 土地利用類型面積變化分析

        從土地結(jié)構(gòu)組成來(lái)看(表2),研究區(qū)內(nèi)海域所占比例約35%,陸域面積所占比例約65%,陸域土地類型大部分為耕地,約占研究區(qū)總面積的32%,占陸域面積49%,其次為養(yǎng)殖及鹽田地、林地分別占總面積的14%、10%,而建設(shè)用地、草地、水域占地面積占比不足5%。

        表2 丁字灣地區(qū)土地利用面積變化

        海域和水域面積在研究的時(shí)間段內(nèi)呈持續(xù)減少的趨勢(shì),其中海域面積變化最為顯著,2005—2016年減少面積約10km2,占比由35.76%減少至34.92%。從階段性變化來(lái)看2005—2010年變幅較2010—2016年更大,反映了不同時(shí)段人們對(duì)海岸的開(kāi)發(fā)利用程度不同。

        耕地面積、建設(shè)用地、林地、草地面積在2005—2016年間所占比例持續(xù)增加,建設(shè)用地、草地范圍擴(kuò)張明顯,2016年建設(shè)用地總面積47.79km2同比2005年10月增加了5.21km2,所占比例增至4.33%;2016年草地總面積29.91km2同比2005年10月增加了7.55km2,占比增幅0.7%。

        濱海養(yǎng)殖與鹽田地面積約165km2,2005—2010年處于增長(zhǎng)期面積增加3.65km2,而2010—2016年面積減少了4km2,兩期反向變化過(guò)程后土地利用面積幾乎不變,這可能與海岸開(kāi)發(fā)政策變化有關(guān)。

        3.2 土地利用類型動(dòng)態(tài)度分析

        研究區(qū)從2005—2016年間整體土地利用變化速率較小,2005—2010年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度0.24%(表3),2010—2016年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度0.13%。從單一土地利用動(dòng)態(tài)度分析結(jié)果可以看出,草地在2005—2016年間動(dòng)態(tài)度正向最大,2005—2010年達(dá)到3.23%。建設(shè)用地次之,動(dòng)態(tài)度在1%左右。表明草地和建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的速度較高。水域其余土地利用類型變化速率相對(duì)較小,動(dòng)態(tài)度在-0.5%~+0.5%之間。

        表3 丁字灣地區(qū)2005—2016年動(dòng)態(tài)度統(tǒng)計(jì)表

        3.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移特征分析

        借助ArcGIS軟件的空間分析工具,計(jì)算不同土地類型之間的轉(zhuǎn)換面積,得出2005—2010年、2010—2016年的土地轉(zhuǎn)移矩陣(表4、表5)。

        如表4、表5所示,2005—2010年,隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,建設(shè)用地需求增加,使大量耕地、草地、林地被開(kāi)發(fā)利用,造成土地面積的減少。建設(shè)用地面積增長(zhǎng)主要來(lái)自耕地面積的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)移面積1.88km2,水域、林地、草地、海域分別轉(zhuǎn)換了0.06km2,0.11km2,0.28km2,0.04km2。為滿足人民居住生活以及工農(nóng)業(yè)發(fā)展的用水需求,人們過(guò)量的開(kāi)采地下水資源,加之近年來(lái)丁字灣地區(qū)降雨量減少,使得水庫(kù)水位下降、部分河道干涸,5年內(nèi)水域整體范圍縮減了1.41km2,縮減面積大部分被開(kāi)發(fā)利用成為耕地。養(yǎng)殖、鹽田地的面積變化是最為明顯,隨著近海養(yǎng)殖業(yè)、鹽場(chǎng)的興起,村民在灣內(nèi)圍海筑壩,岸線向海擴(kuò)張,5年內(nèi)占用海域面積達(dá)8.22km2。區(qū)內(nèi)耕地面積增長(zhǎng)主要來(lái)自水域面積轉(zhuǎn)換,草地面積的增長(zhǎng)主要來(lái)自養(yǎng)殖、鹽田地面積轉(zhuǎn)換,林地范圍小幅增長(zhǎng)面積變化小于1km2。

        表4 丁字灣地區(qū)2005—2010年轉(zhuǎn)移面積矩陣表

        表5 丁字灣地區(qū)2010—2016年轉(zhuǎn)移面積矩陣表

        2010—2016年,城鎮(zhèn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大,建設(shè)用地面積增長(zhǎng)主要來(lái)源為養(yǎng)殖、鹽田地和耕地,分別轉(zhuǎn)換了1.42km2,1.39km2。6年內(nèi)耕地面積增長(zhǎng)0.39km2,增加面積主要來(lái)源于水域(1.86km2)和養(yǎng)殖、鹽田地(1.5km2)。這一時(shí)段沿海地區(qū)開(kāi)發(fā)利用速度放緩,圍海養(yǎng)殖面積只增加了2.99km2,同時(shí)有4.09km2的養(yǎng)殖、鹽田地轉(zhuǎn)化為草地,轉(zhuǎn)化區(qū)域主要集中在五龍河口附近、呂家灘以南地區(qū),大片養(yǎng)殖區(qū)退還為濱海濕地。林地面積仍有小幅增加,植被覆蓋率的增長(zhǎng)也體現(xiàn)了海陽(yáng)、即墨等地市對(duì)丁字灣地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視。

        3.4 丁字灣地區(qū)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

        目前丁字灣地區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)快速發(fā)展,建設(shè)用地處于向外擴(kuò)張的狀態(tài),帶動(dòng)了海岸帶地區(qū)農(nóng)畜業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、鹽業(yè)的發(fā)展。但同時(shí)區(qū)內(nèi)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、鹽田業(yè)大量開(kāi)采地下水資源,形成了局部采水漏斗,水頭壓力使得海水倒灌,產(chǎn)生了海水入侵(圖2)、地下水污染等地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題[6]。此外養(yǎng)殖業(yè)對(duì)海岸線的改造,又改變了海岸原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu),造成了海岸的侵蝕現(xiàn)象,進(jìn)一步加劇了海水的入侵,對(duì)地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民的身體健康產(chǎn)生了威脅。該區(qū)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中,必須考慮保護(hù)資源環(huán)境,減少土地利用發(fā)展給環(huán)境帶來(lái)的不利影響。

        1—海水入侵界線圖2 丁字灣地區(qū)海水入侵界線圖

        3.5 丁字灣地區(qū)生態(tài)修復(fù)建議

        根據(jù)丁字灣地區(qū)土地開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及國(guó)家相關(guān)政策、法規(guī),提出地區(qū)生態(tài)修復(fù)建議如下:

        (1)地表攔蓄,回灌補(bǔ)源,保護(hù)水域面積??梢栽诤恿髦小⑾掠涡藿〝r河閘壩攔蓄洪水,增加地表水可利用量,在地下水位漏斗區(qū)修建滲井,利用汛期洪水補(bǔ)給地下水,把入海表流也蓄于地下。同時(shí)合理安排取水量,強(qiáng)化用水管理。

        (2)開(kāi)展海灣整治修復(fù),“退圍還海、退養(yǎng)還灘、退耕還濕”,延伸、擴(kuò)大濕地公園范圍。丁字灣內(nèi)的五龍河,水系流域面積廣,生態(tài)物種豐富,是多種潮下帶洄游性和地方性經(jīng)濟(jì)魚蝦類品種繁育的優(yōu)良場(chǎng)所,也是多種珍稀瀕危鳥(niǎo)類的聚集地[20],具有巨大的環(huán)境調(diào)節(jié)功能和生態(tài)效益[21-23],目前在萊陽(yáng)市羊郡、穴坊鎮(zhèn)建立了萊陽(yáng)五龍河濕地公園,占地面積814km2。根據(jù)2018年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)濱海濕地保護(hù)嚴(yán)格管控圍填海的通知》,建議自五龍河入??谙蚨∽譃硟蓚?cè)延伸開(kāi)展“退圍還海、退養(yǎng)還灘、退耕還濕”,逐步修復(fù)已經(jīng)破壞的濱海生態(tài)環(huán)境(圖3)。未來(lái)將灣口地區(qū)整個(gè)納入到濕地公園中,發(fā)展丁字灣生態(tài)旅游經(jīng)濟(jì)。

        (3)研究制定合理的開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃,嚴(yán)格管控灘涂、沙灘、河流水面等生態(tài)脆弱地區(qū)開(kāi)發(fā)利用(如建立自然保護(hù)區(qū),禁止工程建設(shè)等),執(zhí)行占用補(bǔ)償制度,促進(jìn)人地關(guān)系良性循環(huán)。

        4 結(jié)論

        本文通過(guò)分析2005年、2010年、2016年三期TM影像的解譯成果,研究丁字灣地區(qū)土地利用變化特征及其空間分布。研究結(jié)果表明:

        (1)丁字灣地區(qū)土地利用類型以耕地為主,其次為養(yǎng)殖及鹽田地、林地,建設(shè)用地,草地、水域占地面積最少。建設(shè)用地、草地面積、林地在2005—2016年間所占比例持續(xù)增加,草地面積增長(zhǎng)幅度最大。耕地面積先減后增總量變化不大,養(yǎng)殖及鹽田地先增后減幾乎不變。水域、海域面積持續(xù)減少,海域面積減少幅度最大。

        1—五龍河濕地公園;2—建議生態(tài)治理修復(fù)區(qū)圖3 丁字灣生態(tài)修復(fù)治理規(guī)劃區(qū)

        (2)從土地利用類型轉(zhuǎn)換矩陣來(lái)看,土地的轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在“建設(shè)用地與耕地、耕地與水域、養(yǎng)殖鹽田與海域、草地與養(yǎng)殖鹽田”之間。最大轉(zhuǎn)移幅度達(dá)8km2。體現(xiàn)該時(shí)期丁字灣地區(qū)發(fā)展的主要特點(diǎn)圍海、河、湖造陸。

        (3)丁字灣地區(qū)整體土地利用變化速率較小,2005—2010年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度0.24%,2010—2016年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度0.13%。單一動(dòng)態(tài)度草地最大,水域及建設(shè)用地次之。丁字灣地區(qū)開(kāi)發(fā)利用潛力巨大,建議在以后的土地開(kāi)發(fā)利用中,因地制宜地進(jìn)行土地資源的合理配置,追求土地資源利用率最大化。

        (4)丁字灣地區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)快速發(fā)展,建設(shè)用地處于向外擴(kuò)張的狀態(tài),帶動(dòng)了周邊農(nóng)畜業(yè)、養(yǎng)殖及鹽田業(yè)的發(fā)展,加大了地下水資源的開(kāi)采和對(duì)岸線資源的開(kāi)發(fā)利用,帶來(lái)一系列的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策,建議退養(yǎng)還濕,建立灣口濕地公園,發(fā)展旅游經(jīng)濟(jì)。

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