鄒 娟 賀秋華,2 余姝辰,2 余德清,2 羅建強 鄒河海

(1. 湖南省自然資源事務(wù)中心, 湖南 長沙 410004;2. 洞庭湖區(qū)生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測湖南省重點實驗室, 湖南 長沙 410004)

0 引言

作為中國最大的通江淡水湖、長江最重要的調(diào)蓄湖泊,洞庭湖因為長江來水來沙形成的泥沙淤積而抬高湖床,新生大量的灘地和洲土,人們在洲灘筑堤墾殖,從而形成了堤垸[1-2]。歷史上洞庭湖區(qū)對堤垸還有“圍”“障”“托”等稱呼,在中國的其他地區(qū),也稱這種農(nóng)業(yè)土地利用模式為“圩”[3]。洞庭湖區(qū)的圍垸墾殖,可追溯至遠古時代,應(yīng)有6 000多年歷史了。但稽查目前所存史料,關(guān)于洞庭湖區(qū)筑堤挽垸的明確記載,卻始于宋、元[4-5]。由于受洪澇災(zāi)害影響，歷史上長江來沙較多引起泥沙淤積嚴重,為圍垸提供了可能,以及由于外來移民增多,需在洞庭湖區(qū)筑堤定居,這些因素導(dǎo)致了洞庭湖區(qū)筑堤圍垸的發(fā)生[6]。洞庭湖區(qū)圍垸墾殖，是自然和人力共同作用所致，在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了巨大的歷史作用,在奠定“湖南熟、天下足”的經(jīng)濟地位、有效抵御洪水和保護湖區(qū)農(nóng)業(yè)、有效安置移民和流民等方面發(fā)揮了積極作用[7]。但是洞庭湖區(qū)自1949年以后的大規(guī)模修筑堤防也導(dǎo)致了泥沙淤積變化、汛期洪水位變化、湖域面積及湖容積變化、湖泊調(diào)蓄功能變化、洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率、環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害隱患增加等生態(tài)環(huán)境方面的問題[8-11]。對于歷史上洞庭湖區(qū)圍垸的數(shù)量和空間分布等情況,許多學(xué)者開展了相關(guān)的研究,如吉紅霞[7]以《洞庭湖歷史變遷地圖集》為基礎(chǔ),運用ArcGIS的空間分析技術(shù),對洞庭湖民國前期(1921～1930年)、民國后期(1930～1949年)、解放初期(1950～1963年)、20世紀70年代(1963～1980年)和現(xiàn)狀(80年代至今)5個時期的堤垸演變進行了研究,詳細分析了其空間格局的變遷規(guī)律及其成因。夏甜[1]基于1989年編制的《湖南省洞庭湖區(qū)基本資料匯編》第四分冊、1992年編印的《湖南省洞庭湖區(qū)堤垸圖集》和2013版的《洞庭湖志》等書籍上有關(guān)洞庭湖區(qū)各個堤垸的詳細介紹,整理了面積大于20 km2的52個主要堤垸(包括11個重點堤垸、26個分蓄洪垸、15個一般堤垸)的信息,包括縣別、面積、堤長、始建年代、包含的小垸等。李江輝等[12]為了掌握洞庭湖區(qū)重點垸、蓄洪垸的土地利用現(xiàn)狀,基于2015年最新遙感影像,參考土地年度變更調(diào)查成果,采用人機交互式解譯方法,通過遙感調(diào)查修編手段開展洞庭湖區(qū)11個重點垸和24個蓄洪垸土地利用調(diào)查,揭示出主要土地利用類型為耕地,重點垸耕地主要集中在“四水”、遠離洞庭湖湖泊的平原、丘陵及低山地區(qū),蓄洪垸耕地主要集中在洞庭湖區(qū)平原及崗地地區(qū)。王卷樂等[13]以洞庭湖區(qū)20個縣(市、區(qū))為研究區(qū)域,利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、水利工程圖等資料,基于面向?qū)ο蠛妥詣邮噶炕姆椒?提取得到湖區(qū)堤垸2013年的空間分布,并生成湖區(qū)堤垸在三個不同時期(1949—1998年,1998—2008年,2008—2013年)的空間變化數(shù)據(jù)集。此外,湖南省委省政府及有關(guān)部門也高度重視、密切關(guān)注洞庭湖的變化,將洞庭湖的千年滄桑,編制成《洞庭湖歷史變遷地圖集》(以下簡稱《圖集》),其中就包括了洞庭湖的堤垸演變圖組[14]。然而,以往的研究大都是對洞庭湖堤垸的總體數(shù)量和空間分布及其格局變化進行研究,未見對其中每個堤垸詳細的圍筑時間開展研究。尤其是當(dāng)水體中圍筑的堤垸影響到水體的生態(tài)環(huán)境,公安檢察等司法部門要對違法行為進行取證時,受歷史違法事實已然存在,難以獲得其歷史違法的具體時間,缺乏相應(yīng)的執(zhí)法依據(jù)。本文以洞庭湖區(qū)一典型非法圍垸為例,利用多源遙感數(shù)據(jù)開展其相關(guān)水閘修建拆除和內(nèi)部道路修建時間的推演,以期為司法檢察等政府部門提供相關(guān)執(zhí)法參考,并為衛(wèi)星遙感技術(shù)在司法取證等方面提供應(yīng)用示范。

1 數(shù)據(jù)源及處理

1.1 影像數(shù)據(jù)源

為了追溯矮圍堤壩和中間構(gòu)筑物詳細的修筑時間,本文在廣泛收集目前現(xiàn)有影像的前提下按照以下原則進行影像的選擇：①影像獲取時間為矮圍堤壩和中間構(gòu)筑物修筑前后10年左右的時間;②影像質(zhì)量較好,云量覆蓋低于10%,且主要研究對象不被云遮擋;③影像以高分辨率為主,低分辨率為輔,在獲取時間接近的情況下優(yōu)先使用高分辨率。根據(jù)以上原則,本文主要利用20世紀60年代的美國軍事鎖眼衛(wèi)星(KH-4B)、高分二號(GF-2)、SPOT-5、無人機航攝、環(huán)境一號(HJ-1)等影像數(shù)據(jù)開展監(jiān)測,詳細情況見表1。

表1 影像數(shù)據(jù)情況表

1.2 影像數(shù)據(jù)處理

由于只需要獲得矮圍圍筑的時間,不需要達到很高的幾何精度,只要能判斷出趨勢、得出結(jié)論就行,因此處理影像時的控制點從湖南省不動產(chǎn)統(tǒng)一登記基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)形成的正射影像(digital orthophoto map,DOM)中采集。正射影像相對于附近野外控制點的中誤差和接邊限差不大于1個像素,最大誤差不超過3個像素。不同分辨率影像之間接邊時,按低分辨率的接邊差要求執(zhí)行,且不需進行接邊改正。

2 典型矮圍圍筑情況反演

如前所述,受歷史上“以糧為綱”思想的影響,洞庭湖區(qū)圍墾了大大小小的矮圍達上百處,分布于東洞庭湖、南洞庭湖、目平湖和七里湖等[15-16]。為了研究衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用于司法取證的可行性,以位于東洞庭湖與南洞庭湖交界處的一處圍筑面積達20 km2、被稱作“私家花園”的矮圍為研究對象,利用不同時相和分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)開展矮圍圍筑情況反演。

2.1 矮圍周圍的水閘修建與拆除時間

2.1.1北閘修建與拆除時間

北閘修建與拆除的遙感影像如圖1所示。由圖1可知,2009年11月24日衛(wèi)星影像上難見北閘蹤影,2010年11月7日衛(wèi)星影像可見正在修建的動土痕跡,見圖1(a),說明北閘修建于2010年11月7日前后。2012年12月的航攝影像、2016年12月9日的衛(wèi)星影像均可清晰見到北閘[圖1(b)～圖1(c)],但2017年10月29日的GF-2衛(wèi)星影像則顯現(xiàn)北閘已被拆除,見圖1(d)。

2.1.2東閘修建與拆除時間

東閘修建與拆除的遙感影像如圖2所示。由圖2可知,2014年10月6日航攝影像上沒有見到東閘影紋,見圖2(a),2015年9月17日的GF-2衛(wèi)星影像顯示因正在修建的東閘致使大堤存在缺口,見圖2(b),說明東閘修建于2015年9月17日前后。2016年12月9日衛(wèi)星圖像反映東閘尚在運行,見圖2(c),2017年10月29日的GF-2衛(wèi)星影像顯示,東閘已被拆除,見圖2(d)。

圖2 矮圍東閘修建與拆除影像圖

2.1.3西閘修建與拆除時間

西閘修建與拆除的遙感影像如圖3所示。由圖3可知,西閘的修建與拆除時間同東閘(圖3)。在2015年9月17日之前,矮圍的東閘與西閘尚未修建,僅北閘與洞庭湖連接。

由以上分析可知,矮圍共有北閘、東閘和西閘3個水閘,其修建時間始于2010年11月,止于2015年9月17日前后。

2.2 矮圍中間道路修建時間

2.2.1矮圍中近南北向道路

近南北向道路系1960年為種植蘆葦而修建。下塞湖州灘及其中部道路在1954年的航攝影像上尚不見蹤影,見圖4(a),但在1967年10月美國鎖眼軍事衛(wèi)星影像上已有顯示,見圖4(b)。

圖4 矮圍中近南北道路修建影像圖

2.2.2矮圍中北東角近南北向的“S”形道路

2009年11月24日,HJ-1/A衛(wèi)星圖像隱約顯示該“S”形道路,見圖5(a),2010年11月7日SPOT-5衛(wèi)星圖像上有清晰道路影紋,且顯示沿路修建了較低的大堤,見圖5(b)。

圖5 矮圍中“S”形道路修建影像圖

3 結(jié)束語

隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展,積累了不同時間的不同分辨率的遙感影像數(shù)據(jù),為司法檢察機關(guān)開展有關(guān)司法取證提供了數(shù)據(jù)保障。本文以洞庭湖區(qū)某一典型矮圍四周水閘的修建和拆除以及矮圍中間道路的修建時間為例,證明了多源遙感數(shù)據(jù)用于司法取證的可行性和便利性,為其他類似司法取證提供了參考。但是也要認識到受過去衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)展速度慢和發(fā)射衛(wèi)星頻次少、衛(wèi)星影像覆蓋范圍窄以及衛(wèi)星影像分辨率低等影響,并不能滿足所有的司法取證需求,且難以獲得歷史違法行為精確到月甚至日的影像數(shù)據(jù),這些都有待后續(xù)遙感技術(shù)的進一步發(fā)展。