宋 松，吳志峰，曹 崢，孫芳蒂，楊錦鑫，張棋斐

［1.廣州大學(xué) 地理科學(xué)與遙感學(xué)院，廣州 510006；2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州），廣州 511458］

水體兼具自然、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)屬性，是地表最活躍的土地利用類型（方國(guó)華 等，2006；黃莎 等，2019；張凡凡 等，2019）。地表水體豐度及其時(shí)空分布揭示了水資源可利用量與開(kāi)發(fā)利用的難度（Ji et al., 2018）。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)第五次評(píng)估報(bào)告與世界水資源發(fā)展報(bào)告均明確指出，氣溫每上升1℃，全球?qū)⒂薪?%的人口要面對(duì)可再生水資源減少20%的情況（IPCC, 2014）。此外，水體具有廣泛的生態(tài)環(huán)境作用，在氣候調(diào)節(jié)、空氣凈化、污染防治、洪水蓄滯、生態(tài)維護(hù)等方面意義重大，尤其對(duì)于城市區(qū)域，合理的地表水面率在洪澇防控及微氣候塑造、環(huán)境質(zhì)量改善等方面作用顯著（楊凱 等，2004；劉洋 等，2019；蔣祺 等，2019）。水體范圍及其季節(jié)性變遷反映區(qū)域水文水力連通性動(dòng)態(tài)，影響水體中物質(zhì)流、能量流與信息流的傳遞過(guò)程，進(jìn)而影響區(qū)域水污染防控、洪澇災(zāi)害防治及水生態(tài)修復(fù)等工作（Trigg et al., 2013; Ward et al.,2013; Tan et al., 2019）。其中，季節(jié)性水體是重要的蓄滯洪空間，大量的季節(jié)性水體范圍被侵占流失將導(dǎo)致蓄滯洪能力下降、行洪路徑受阻，相同致災(zāi)條件下洪水量級(jí)與風(fēng)險(xiǎn)將顯著提升（Alsdorf et al.,2010; Klein et al., 2014）。劇烈的氣候變化疊加高強(qiáng)度人類活動(dòng)嚴(yán)重干擾水體時(shí)空分布，導(dǎo)致淡水資源的脆弱性和暴露度提升，流域洪澇風(fēng)險(xiǎn)不斷攀升，威脅區(qū)域水、能源和糧食安全，引起一系列水文水資源問(wèn)題，尤其以經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)、人口持續(xù)增長(zhǎng)的超級(jí)城市群區(qū)域最為顯著（IPCC, 2014；韓雁 等，2018；張凡凡 等，2019；Dolan et al., 2021）?；浉郯拇鬄硡^(qū)已上升為國(guó)家重大戰(zhàn)略，區(qū)內(nèi)人口數(shù)量分別是東京、紐約和舊金山灣區(qū)的1.5、3和9倍，洪澇、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害多發(fā)，資源型缺水與水質(zhì)型缺水并存，部分河段水資源開(kāi)發(fā)利用率已逼近國(guó)際警戒線（李巖巖，2009；楊遠(yuǎn)東 等，2019；王鈞 等，2020）。探討粵港澳大灣區(qū)水體分布、淹沒(méi)頻率及其變化，將為緩解區(qū)域水矛盾、夯實(shí)區(qū)域水安全保障提供新的視角和思路。

在地表水域不斷萎縮、水資源約束趨緊、水環(huán)境質(zhì)量惡化的嚴(yán)峻形勢(shì)下，開(kāi)展高時(shí)空精度地表水體變遷歷史重建及趨勢(shì)預(yù)估對(duì)于洪澇防控、水資源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展及區(qū)域生態(tài)環(huán)境響應(yīng)等工作具有重要意義。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在時(shí)間、空間及光譜上具有廣域覆蓋能力，觀測(cè)結(jié)果具有客觀性和科學(xué)性，在地表水資源全球化、快捷化、定量化、周期化監(jiān)測(cè)等方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)（阿布都米吉提·阿布力克木 等，2016；周巖 等，2019）。水體遙感監(jiān)測(cè)發(fā)展大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：1）邊界、數(shù)量、分布等基本要素監(jiān)測(cè)階段（丁莉東 等，2006；孟令奎 等，2012）；2）長(zhǎng)序列歷史變遷過(guò)程與空間格局重建階段（陳德超 等，2002；吳素云 等，2017；李靖 等，2019）；3）多學(xué)科交叉視角下的要素識(shí)別、機(jī)理解析與方法挖掘階段（阿布都米吉提·阿布力克木等，2016；李玲玲 等，2020；Pickens et al., 2020;Yang et al., 2020）。在水體提取的技術(shù)手段上也經(jīng)歷了由人工目視解譯向機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等自動(dòng)化方法轉(zhuǎn)變，目前已邁入地球大數(shù)據(jù)云平臺(tái)支持下的多源數(shù)據(jù)融合與深度挖掘技術(shù)的創(chuàng)新攻堅(jiān)階段（吳傳慶 等，2006；慎利 等，2013；洪亮 等，2019；周巖 等，2019）。隨著遙感技術(shù)的時(shí)空分辨率及光譜分辨率不斷提高，遙感反演和估算的精度大幅提升，全方位、全天候的水文與水資源過(guò)程監(jiān)測(cè)已逐步推進(jìn)。然而，受制于下墊面多樣性、陸表水體變化過(guò)程的復(fù)雜性以及遙感技術(shù)自身的局限性，當(dāng)前尚未實(shí)現(xiàn)永久水體與季節(jié)性水體的標(biāo)準(zhǔn)化提取，陸地水體的高頻、長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料仍十分寶貴。

基于大空間尺度、長(zhǎng)時(shí)間序列遙感影像的地表水資源監(jiān)控、評(píng)估及過(guò)程反演等工作已在全球范圍廣泛開(kāi)展，客觀全面、準(zhǔn)確系統(tǒng)地揭示了各級(jí)時(shí)空尺度下地表水資源的基本狀況及長(zhǎng)期趨勢(shì)（錢(qián)文婧等，2011；劉瑞杰，2020）。已有研究指出，受水利工程建設(shè)影響20 世紀(jì)80 年代以來(lái)全球永久水體不斷擴(kuò)張，水體凈損失區(qū)集中在中亞及中東區(qū)域（Pekel et al., 2016；段巍巍 等，2017）。洲際、國(guó)家及區(qū)域尺度的陸表水體提取與分析在水體變遷的時(shí)空特征、驅(qū)動(dòng)因素及其生態(tài)環(huán)境響應(yīng)方面取得一系列進(jìn)展（Zou et al., 2018; Busker et al., 2019; Prigent et al., 2016），水庫(kù)、湖泊等微觀尺度水體變遷及生化過(guò)程演變研究逐漸深入（王銘 等，2015；谷娟等，2018；高耶 等，2019）。受數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)挖掘能力所限，區(qū)域及流域地表水體的監(jiān)測(cè)與變遷研究多聚焦于年際變化，季節(jié)、月度等更精細(xì)時(shí)間尺度上的研究尚不多見(jiàn)，區(qū)域水體尤其是季節(jié)性水體的識(shí)別、動(dòng)態(tài)刻畫(huà)缺乏支撐與標(biāo)準(zhǔn)。地表水體作為最活躍的地表覆被類型，其分布范圍與時(shí)空動(dòng)態(tài)等變化頻繁，影響區(qū)域水文水資源安全，因此，區(qū)域尺度地表水體范圍、水體淹沒(méi)頻率及其時(shí)空變化研究亟需開(kāi)展，尤其針對(duì)人類活動(dòng)影響顯著區(qū)域，其水體季節(jié)性變遷的時(shí)空規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)因素識(shí)別對(duì)于區(qū)域洪澇災(zāi)害防控、水資源精細(xì)化管理及生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)具有重要意義?；诖?，本研究以人類活動(dòng)影響顯著的粵港澳大灣區(qū)為研究區(qū)，探討區(qū)域地表水體范圍及淹沒(méi)頻率的時(shí)空變遷過(guò)程，識(shí)別區(qū)域永久性與季節(jié)性等水體范圍，辨析水體范圍及其淹沒(méi)頻率變遷的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素，以期為粵港澳大灣區(qū)水生態(tài)與水環(huán)境安全提供參考和借鑒。

1 研究區(qū)概況

粵港澳大灣區(qū)位于珠江流域下游，屬海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，區(qū)內(nèi)降水豐沛河網(wǎng)密布，河網(wǎng)密度高達(dá)全國(guó)的5倍，水面率約為14%（圖1）。下游三角洲河網(wǎng)區(qū)丘陵、臺(tái)地、殘丘星羅棋布，水道縱橫交錯(cuò)，分八大口門(mén)入海，構(gòu)成“三江匯集，八口出?！钡乃蹈窬?。粵港澳大灣區(qū)濱海的地理區(qū)位、低平的地貌特征、濕熱的氣候條件與復(fù)雜的河網(wǎng)水系格局，為區(qū)域生態(tài)建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供水資源保障的同時(shí)，也造就洪澇潮咸等多樣的水資源挑戰(zhàn)。作為改革開(kāi)放的前沿陣地，區(qū)內(nèi)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密度約為全國(guó)的9倍，城鎮(zhèn)化率超過(guò)85%，城市建設(shè)緊鄰骨干河網(wǎng)水系，地表水體與建設(shè)用地鑲嵌交融。在行政區(qū)域上，包括香港、澳門(mén)兩大特別行政區(qū)及廣東省內(nèi)的廣州、深圳、珠海等9 市，推進(jìn)粵港澳大灣區(qū)建設(shè)已上升為國(guó)家戰(zhàn)略之一。復(fù)雜的自然背景、水文情勢(shì)，再加上經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展帶來(lái)的高強(qiáng)度負(fù)荷，致使大灣區(qū)地表水體日趨破碎，水環(huán)境質(zhì)量不斷降低，洪澇風(fēng)險(xiǎn)急劇攀升，水安全威脅愈加緊迫。

圖1 粵港澳大灣區(qū)土地利用覆被（2020年）Fig.1 Land use and land cover of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in 2020

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于30 m 分辨率的1999-2020 年全球月尺度及年尺度水體動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)GLAD（Global Land Analysis & Discovery①https://glad.umd.edu/dataset/global-surface-water-dynamics），該數(shù)據(jù)庫(kù)基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine）利用研究時(shí)段內(nèi)Landsat 5、7、8的340萬(wàn)景影像制提取而成。與傳統(tǒng)的基于相元統(tǒng)計(jì)的水體分布制圖相比，該數(shù)據(jù)庫(kù)針對(duì)水體變動(dòng)區(qū)域采用基于概率樣本的無(wú)偏估計(jì)，制圖精度和可靠性大幅提升（Pickens et al., 2020）。本研究基于2001—2020年水體淹沒(méi)頻率分布數(shù)據(jù)開(kāi)展長(zhǎng)序列水體淹沒(méi)頻率時(shí)空動(dòng)態(tài)演變及其驅(qū)動(dòng)力分析（2010 與2012 年部分區(qū)域影像缺失未納入研究序列）。同時(shí)，收集2000—2020年每5 a時(shí)間間隔的中國(guó)多時(shí)期土地利用覆被數(shù)據(jù)集（CNLUCC），以及高精度數(shù)字高程模型、第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)、廣東省河網(wǎng)水系圖等專題資料，用以輔助粵港澳大灣區(qū)水體分布及頻率提取、圖像矯正及精度驗(yàn)核等工作。

2.2 水體淹沒(méi)頻率

水體淹沒(méi)頻率反映某一位置被淹沒(méi)時(shí)間占總體時(shí)間的比值（Wu et al., 2015），指在研究時(shí)段內(nèi)（通常為1 a），某一位置被水體淹沒(méi)的天數(shù)與研究時(shí)段內(nèi)總天數(shù)的比例，其計(jì)算公式為：

式中：F（Frequency）為水體淹沒(méi)頻率；Di為像元屬性為水體的天數(shù)；N為研究時(shí)段內(nèi)總天數(shù)（本研究為365 d）。

2018—2019年開(kāi)展的全國(guó)第三次全國(guó)土地調(diào)查結(jié)果顯示，粵港澳大灣區(qū)河渠、湖泊、水庫(kù)、基塘等水體面積共計(jì)6 630 km2，與GLAD 數(shù)據(jù)庫(kù)中的2018、2019年頻率在20%以上的水體面積較為接近（6 900 km2）。GLAD數(shù)據(jù)庫(kù)采用時(shí)間變動(dòng)法初步劃分的近20年來(lái)粵港澳大灣區(qū)多年永久水體面積約為1 988 km2，與90%以上水體淹沒(méi)頻率所占面積相當(dāng)。故以20%與90%的水體淹沒(méi)頻率作為臨界點(diǎn)，將區(qū)域內(nèi)水體覆蓋范圍劃分為易澇區(qū)、季節(jié)性水體及永久水體3種類型（表1）。

表1 粵港澳大灣區(qū)地表水體類型劃分依據(jù)（2000—2020年）Table 1 The criteria of the land surface water body classification of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area during 2000-2020

2.3 數(shù)據(jù)處理與驗(yàn)證

水體淹沒(méi)頻率誤差主要來(lái)源于影像質(zhì)量及分類方法。根據(jù)研究區(qū)范圍，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)、投影變換、掩膜提取等預(yù)處理，結(jié)合區(qū)域地形圖、河網(wǎng)水系圖、土地利用圖及第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)資料，校準(zhǔn)并輸出區(qū)域年尺度及月尺度水體淹沒(méi)頻率空間分布，提取最大、永久及季節(jié)性水體邊界，并分別與第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)以及典型時(shí)期谷歌影像進(jìn)行疊置分析與空間統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算水體淹沒(méi)頻率分類的準(zhǔn)確率。

水體邊界吻合度的分析過(guò)程中，首先在形狀輪廓上任選2點(diǎn)，建立基線，然后計(jì)算此線的中點(diǎn)到達(dá)周?chē)悬c(diǎn)的距離，輪廓吻合度計(jì)算公式為：

式中：D為輪廓總體吻合度；Dai為參考點(diǎn)至水體提取邊界的距離；Dri為參考點(diǎn)至實(shí)測(cè)水體邊界的距離；n為線段總數(shù)。

斑塊類型或位置誤差主要來(lái)源于圖像質(zhì)量及解譯判讀。采取隨機(jī)抽樣調(diào)查的方式驗(yàn)證最終水體提取精度并校準(zhǔn)提取結(jié)果。精度驗(yàn)證過(guò)程中，首先將精度劃分為11 個(gè)等級(jí)（0～10），其中0 表示斑塊類型完全不正確，10為斑塊類型完全正確。完全正確的斑塊占所有斑塊的比例即為總體精度：

式中：P為總體精度；N10為得分為10分的分類完全正確的斑塊數(shù)量；N為所有斑塊數(shù)量。

以區(qū)域內(nèi)面積最大的水體白盆珠水庫(kù)為例，白盆珠水庫(kù)永久水體邊界均位于第三次國(guó)土調(diào)查邊界內(nèi)，平均水體邊界與第三次國(guó)土調(diào)查邊界吻合度約為95%。豐水期谷歌地球影像與最大水體邊界吻合度較高，水體淹沒(méi)頻率分類準(zhǔn)確率約在97%（圖2-a），枯水期谷歌影像水體范圍均在永久水體邊界內(nèi)，水體淹沒(méi)頻率分類準(zhǔn)確率約在94%（圖2-b）?；诨浉郯拇鬄硡^(qū)全域的隨機(jī)樣點(diǎn)驗(yàn)證結(jié)果表明，水體淹沒(méi)頻率分類的準(zhǔn)確率約為92%。

圖2 白盆珠水庫(kù)邊界與影像對(duì)比（a.永久水體、最大水面及三調(diào)邊界對(duì)比；b.水體淹沒(méi)頻率；c.高蓄水位邊界與最大水面邊界對(duì)比；d.低蓄水位邊界與永久水面邊界對(duì)比）Fig.2 Boundary and image comparison of Baipenzhu reservoir (a.boundary of permanent water body, maximum water body and the boundary from the Third national water resources survey; b.water frequency; c.boundary of the high storage level; d.boundary of the low storage level)

2.4 彈性分析方法

水體變遷對(duì)變化環(huán)境響應(yīng)敏感性可采用彈性分析法（Sankarasubramanian et al., 2001）探討。該方法應(yīng)用廣泛、操作簡(jiǎn)單、物理意義明確，是定量分析長(zhǎng)期水體變遷對(duì)氣候及人類活動(dòng)干擾響應(yīng)的可靠方法。鑒于水體面積主要受降水、蒸散發(fā)、氣溫及城鎮(zhèn)發(fā)展等因素的影響，蒸散發(fā)與氣溫變遷高度正相關(guān)，故水體變遷可用降水、氣溫及城市化發(fā)展等因素描述。

式中：A為水體面積；P為降水量；T為年均溫；U為城鎮(zhèn)面積；水體面積隨時(shí)間變遷對(duì)降水、區(qū)域蒸散發(fā)及人類活動(dòng)干擾的彈性系數(shù)可看作之間的線性回歸系數(shù)。因此，依據(jù)式（4）進(jìn)行線性回歸，即可得到該彈性系數(shù)的最小二乘無(wú)偏估計(jì)。各要素隨時(shí)間的變遷可以概化為：

引入彈性系數(shù)：

式中：εP、εT、εU彈性系數(shù)，分別為水體面積變遷對(duì)降水、區(qū)域蒸散發(fā)及城市化變遷的彈性系數(shù)。若彈性系數(shù)εP為2，則表明在其他因變量不變的情況下，降水每增加1%將引起水體面積增長(zhǎng)2%。降水對(duì)水體面積的相對(duì)貢獻(xiàn)率（C）可表示為：

在進(jìn)行彈性分析的過(guò)程中對(duì)各序列數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用的標(biāo)準(zhǔn)化方法為：

3 結(jié)果與討論

3.1 地表水面積時(shí)間分布變遷

近20年來(lái)，粵港澳大灣區(qū)地表水體面積呈微弱的下降趨勢(shì)，年最大、平均及永久水體衰減率約為50、31 與11 km2/a。研究時(shí)段內(nèi)粵港澳大灣區(qū)年最大、平均及永久水體面積分別在9 385～11 388，6 730～7 671 與2 628～3 003 km2之間波動(dòng)（圖3-a），最大水體面積波動(dòng)幅度較大，約為21%，平均及永久水體面積波動(dòng)幅度均在14%左右。根據(jù)水體淹沒(méi)頻率統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)內(nèi)季節(jié)性水體占最大水體面積的比例高達(dá)45%，永久水體較易澇區(qū)面積占比略高（分別為29%與26%）（圖3-b）。區(qū)內(nèi)自然湖泊數(shù)量較少，地表水體覆蓋以水庫(kù)和坑塘為主，占比高達(dá)70%，其次為河流。

圖3 粵港澳大灣區(qū)歷年最大與平均水體面積（a）和平均水體淹沒(méi)頻率分布（b）Fig.3 Water extent change(a) and water frequency distribution(b) of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

3.2 水體淹沒(méi)頻率及水面率的空間動(dòng)態(tài)

3.2.1 地表水水體淹沒(méi)范圍及頻率空間特征 粵港澳大灣區(qū)永久水體僅占區(qū)域面積的5.05%，季節(jié)性水體占比約為7.87%，平均水面率約為12.92%。在空間分布上，包括東莞、佛山、中山、珠海、澳門(mén)、香港等行政區(qū)在內(nèi)的珠三角河網(wǎng)區(qū)水面率較高，均在20%以上，尤其澳門(mén)地區(qū)水體約占地表總面積的2/3。港澳地區(qū)永久水體占全部水體的比例高達(dá)75%～85%，其余9市永久水體占比僅為全部水體的25%～40%。位于區(qū)域東部及西北部的惠州、深圳、肇慶等地區(qū)，各種水體比例遠(yuǎn)低于大灣區(qū)平均水平，尤其是惠州地區(qū)，永久水面率僅為2.15%（表2）。

表2 粵港澳大灣區(qū)各行政區(qū)地表水體特征（2001—2020年平均值）Table 2 Spatial dynamics of land surface water area and ratio of each administrative division (averaged from 2001-2020)

從空間動(dòng)態(tài)角度，粵港澳大灣區(qū)東翼的惠州、深圳及香港地區(qū)季節(jié)性水面率及總體水面率呈上升趨勢(shì)，其余地區(qū)均以下降趨勢(shì)為主（圖4）。尤其是珠江下游核心區(qū)域，如佛山、中山、珠海、澳門(mén)等區(qū)域，其易澇區(qū)的擴(kuò)張與水面率縮減趨勢(shì)最為劇烈，導(dǎo)致洪澇風(fēng)險(xiǎn)不斷升級(jí)的同時(shí)水資源水環(huán)境壓力愈加突出（見(jiàn)圖4）。

圖4 粵港澳大灣區(qū)各行政單元水體變遷（前期與后期）Fig.4 Water surface dynamic of GBA in each administrative division (2001-2010 to 2011-2020)

3.2.2 地表水體淹沒(méi)頻率與城市擴(kuò)張 粵港澳大灣區(qū)水體淹沒(méi)頻率的城鄉(xiāng)差異明顯，城市區(qū)域各頻率水體的占比遠(yuǎn)低于全區(qū)平均水平，尤其是2011—2020年由耕地、森林及水域等用地類型轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地的城市擴(kuò)張區(qū)域，大量永久水體與季節(jié)性水體被侵占填埋，其中約90%永久水體消失，超過(guò)1/3季節(jié)性水體萎縮，導(dǎo)致城市擴(kuò)張區(qū)域內(nèi)各種水體占比較老城區(qū)為低（表3）。從時(shí)間變遷角度看，近20年粵港澳大灣區(qū)水面率明顯降低，季節(jié)性水體與永久水體下降幅度均在3%左右，易澇區(qū)減少約5%。老城區(qū)永久水面率迅速降低，季節(jié)性水體略有增長(zhǎng)。

表3 新老城區(qū)地表水占比變遷（前期與后期）Table 3 Temporal dynamics of land surface water ratio of urban and total region (2001-2010 to 2011-2020)

3.3 典型地表水演變

3.3.1 水庫(kù) 受氣候變化與人類活動(dòng)等因素的影響，2001—2020年研究區(qū)內(nèi)除白盆珠水庫(kù)以外的大中型水庫(kù)水體淹沒(méi)頻率均呈波動(dòng)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，大量季節(jié)性水體及易澇區(qū)轉(zhuǎn)化為永久水體，促使永久水體大幅增長(zhǎng)。研究時(shí)段后期較前期水庫(kù)永久水體擴(kuò)張約6.6%，最大水體及平均水體增長(zhǎng)幅度均在2.4%左右，季節(jié)性水體萎縮約5%，易澇區(qū)略有增長(zhǎng)（圖5）。

3.3.2 基塘 粵港澳大灣區(qū)基塘系統(tǒng)廣泛發(fā)育于低洼易澇的西江及北江沿岸，典型基塘區(qū)水體淹沒(méi)頻率及水體面積以退化趨勢(shì)為主（表4、圖6）。研究時(shí)段后期，粵港澳大灣區(qū)基塘各等級(jí)水體面積平均萎縮15%左右，水體淹沒(méi)頻率與人類干擾程度呈明顯正相關(guān)，城市化等人類活動(dòng)較弱的西北部地區(qū)（基塘1 區(qū)）水體萎縮相對(duì)較慢，永久水體略有擴(kuò)張。以廣佛交界處為代表的人類活動(dòng)干擾強(qiáng)烈的珠三角腹地區(qū)域（基塘4 區(qū)），永久水體萎縮接近40%，基塘區(qū)水體高度破碎化的同時(shí)，邊界呈人工痕跡明顯的規(guī)則幾何形態(tài)，河涌彎曲細(xì)化，公路、渠道等線性元素深入基塘內(nèi)部，鄉(xiāng)村建設(shè)與城鎮(zhèn)擴(kuò)張蠶食基塘空間，最終導(dǎo)致基塘系統(tǒng)空間格局簡(jiǎn)化、生態(tài)服務(wù)價(jià)值退化及雨洪調(diào)蓄能力弱化。

圖6 基塘區(qū)水體淹沒(méi)頻率變化（2001—2020年）Fig.6 Dynamics of submerged frequency in Key dike-pond region (2001-2020)

3.4 地表水面演變驅(qū)動(dòng)力分析

研究時(shí)段內(nèi)，粵港澳大灣區(qū)總體水體及基塘水體持續(xù)縮減，各類型水體面積與城市發(fā)展水平呈高度負(fù)相關(guān)（表5）。彈性分析表明，對(duì)于粵港澳大灣區(qū)所有水體，最大水體及易澇區(qū)面積受降水及城市發(fā)展的雙重影響，且二者的相對(duì)貢獻(xiàn)差別不大。而粵港澳大灣區(qū)季節(jié)性、永久及平均水體面積對(duì)降水及氣溫改變的彈性系數(shù)均未達(dá)到顯著性水平，僅對(duì)城市化響應(yīng)顯著，城市化的彈性系數(shù)在0.40～0.74波動(dòng)，反映降水及氣溫的影響微弱，城鎮(zhèn)擴(kuò)張是影響季節(jié)性、永久及平均水體面積的主導(dǎo)因素。

表5 區(qū)域水面變遷的驅(qū)動(dòng)力分解（2001—2020年）Table 5 Driving force decomposition of the local water area(2001-2020)

基塘系統(tǒng)受城市化干擾最為敏感。最大基塘水體面積及易澇區(qū)面積對(duì)降水及城市發(fā)展響應(yīng)均較顯著，尤其是最大基塘水體面積主要受控于城市化發(fā)展，基塘易澇區(qū)受降水與城市化影響相當(dāng)。季節(jié)性與平均水體面積縮減主要?dú)w因于城市發(fā)展，氣溫增長(zhǎng)也有一定影響。永久水體面積的萎縮僅對(duì)城市發(fā)展響應(yīng)顯著。

湖庫(kù)水體面積變遷受城市化及氣溫等因子的影響作用較小，降水變化對(duì)湖庫(kù)最大、永久及平均水體面積的促進(jìn)作用明顯，降水每增長(zhǎng)1%，最大、永久及平均水體面積分別增長(zhǎng)0.82%、0.47%及0.85%。受人工調(diào)蓄等作用的影響，湖庫(kù)易澇區(qū)及季節(jié)性水體面積的擴(kuò)張機(jī)制較為復(fù)雜，對(duì)降水、城市化及氣溫變化均不敏感。

4 結(jié)論與展望

本研究基于GLAD 全球水體淹沒(méi)頻率數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合全國(guó)第三次土地調(diào)查等數(shù)據(jù)資料，以粵港澳大灣區(qū)為例，分析區(qū)域水體淹沒(méi)頻率的時(shí)空變異規(guī)律，識(shí)別水體范圍及淹沒(méi)頻率變遷的驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)果表明，1）2001—2020 年粵港澳大灣區(qū)水體淹沒(méi)范圍及頻率不斷衰減，最大、平均及季節(jié)性水體面積衰減速率分別為50、31與11 km2/a；2）水體淹沒(méi)頻率及其變遷具有明顯的空間差異、城鄉(xiāng)差異及水體類型差異，珠三角腹地地區(qū)水體淹沒(méi)頻率衰減趨勢(shì)最為強(qiáng)烈，新增城市擴(kuò)張區(qū)水體急劇萎縮，基塘系統(tǒng)大量流失；3）區(qū)域水體變遷的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素為城市化引起的土地利用變化，大中型湖庫(kù)面積增長(zhǎng)主要受降水變遷控制。

隨著氣候變化的加速推進(jìn)與區(qū)域城市的進(jìn)一步擴(kuò)張，粵港澳大灣區(qū)地表水體將面臨更加嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。GLAD 數(shù)據(jù)庫(kù)基于Landsat 系列衛(wèi)星挖掘水體淹沒(méi)頻率，提供可靠度較高的水體數(shù)據(jù)庫(kù)，但受原始影像質(zhì)量所限，空間分辨率僅為30 m，可進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但在極端洪水事件監(jiān)測(cè)、洪水應(yīng)急支撐服務(wù)等方面精度依舊不夠，同時(shí)，在云影去除等方面具有一定的不確定性。此外，粵港澳大灣區(qū)為典型的多云多雨地區(qū)，高質(zhì)量光學(xué)影像成像比例低，更高時(shí)空精度的水體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)亟需新方法、新數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，如低空無(wú)人機(jī)遙感、地面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)、人工智能及人工野外勘測(cè)等方法。鑒于此，基于多元遙感影像融合，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度挖掘等方法開(kāi)展河湖水庫(kù)、基塘濕地等地表水體的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為國(guó)家重大區(qū)域戰(zhàn)略的推進(jìn)提供更可靠的水資源與水安全保障是未來(lái)粵港澳大灣區(qū)發(fā)展必須要解決的問(wèn)題之一。