淮河流域中游濕地景觀動(dòng)態(tài)變化研究

胡巍巍

（1.韓山師范學(xué)院 地理與旅游管理系，廣東 潮州 521041）

淮河流域水系復(fù)雜，湖泊眾多，4000多年前，人們就開(kāi)始了治水活動(dòng)，淮河流域先后已興建了許多水利工程[1]。各種水利設(shè)施的興建，使得淮河流域濕地水空間格局由多樣化、復(fù)雜性轉(zhuǎn)為單一化、破碎性，濕地系統(tǒng)組分急劇減少、過(guò)渡帶大量消失，濕地生態(tài)服務(wù)功能下降或不能得到充分利用，從而不利于從根本上解決淮河治理的難題。

1 研究區(qū)概況

淮河流域現(xiàn)有河流、湖泊、灘地、沼澤地和人工濕地（水庫(kù)坑塘、水田）等6種二級(jí)濕地[2,3]。

本文選取中游作為研究區(qū)，如圖1中虛線(xiàn)所示。中游是河湖濕地較多且受人類(lèi)活動(dòng)影響相對(duì)強(qiáng)烈的地區(qū)，水旱災(zāi)害和水污染問(wèn)題最嚴(yán)重。本研究主要分析解放后50年來(lái)，淮河流域中游濕地景觀格局的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，為恢復(fù)和保護(hù)中游濕地，充分發(fā)揮濕地強(qiáng)大的生態(tài)服務(wù)功能提供理論依據(jù)。

圖1 研究區(qū)范圍圖

2 研究方法

將20世紀(jì)50年代、1980年和2000年研究區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。用于提取研究區(qū)濕地景觀信息的數(shù)據(jù)源類(lèi)型主要包括遙感影像、地形圖等。研究區(qū)1980年和2000年的土地利用圖由相同季節(jié)的TM衛(wèi)星遙感影像解譯獲得。對(duì)于無(wú)法獲得遙感影像的時(shí)段，則用地形圖替代，主要是50年代1∶10萬(wàn)地形圖20幅。

2.1 基于地形圖的景觀信息提取

首先對(duì)20世紀(jì)50年代的地形圖中的地物進(jìn)行分析，建立了30種景觀類(lèi)型信息的提取原則，即對(duì)有明顯邊界、地類(lèi)界的景觀類(lèi)型沿其邊界進(jìn)行勾繪，無(wú)地類(lèi)界及其他任何邊界的景觀類(lèi)型沿最低等高線(xiàn)勾繪[4]。對(duì)各景觀類(lèi)型圖斑分別賦以屬性值，在ArcInfo下建立空間拓?fù)潢P(guān)系，建立基于地形圖的1950 s淮河流域中游濕地景觀現(xiàn)狀圖。依據(jù)本研究景觀類(lèi)型分類(lèi)對(duì)基于地形圖提取的30種地物進(jìn)行歸類(lèi)和合并，如在地形圖中，有濕地符號(hào)和蘆葦符號(hào)，將二者在ArcView GIS下分別提取，然后將其統(tǒng)一合并為沼澤濕地。各時(shí)期地形圖中的天然濕地、人工濕地、旱地、林地、草地、人居地等一級(jí)景觀類(lèi)型能夠區(qū)分開(kāi)，同時(shí)濕地景觀的河流湖泊、沼澤濕地、水庫(kù)坑塘和水田的二級(jí)景觀類(lèi)型亦能區(qū)分開(kāi)來(lái)。濕地按照河流、湖泊、沼澤、水庫(kù)坑塘和水田的二級(jí)濕地景觀類(lèi)型進(jìn)行制圖。

2.2 基于遙感影像的景觀信息提取

2.2.1 遙感影像處理

1）遙感圖像波段組合。遙感圖像包含豐富的信息，就某一專(zhuān)業(yè)來(lái)講，只有一部分信息是有用的，其余是“多余”的，因此，依據(jù)不同研究目的，選擇合適的波段組合對(duì)景觀格局信息的提取非常重要。目前，一般采用3個(gè)波段合成的假彩色圖像進(jìn)行景觀格局演變研究。這是因?yàn)椴ǘ蔚脑黾硬粌H會(huì)造成數(shù)據(jù)量的增加，使計(jì)算復(fù)雜化，而且波段信息間的相關(guān)性增加，導(dǎo)致有用信息和噪聲誤差的同步增加。TM圖像較多的波段數(shù)為假彩色合成提供了條件，而本文研究對(duì)象為濕地，因此合理選擇能夠比較全面地反映和識(shí)別各種濕地特征的波段組合，可更有效地提取TM圖像專(zhuān)題信息，有利于不同時(shí)期濕地資源的遙感調(diào)查和監(jiān)測(cè)。TM2、TM3兩個(gè)波段是識(shí)別濕地內(nèi)廣泛存在的不同混濁程度水體的最顯著的波段。另外，各植被類(lèi)型在TM4波段的明顯差別對(duì)于區(qū)分植物已然足夠。所以本文選擇對(duì)各主要濕地類(lèi)型灰度值差異大的TM4、TM3、TM2三個(gè)波段組合作為淮河流域中游濕地目視判別的最佳組合。

2）遙感影像預(yù)處理。為增強(qiáng)視覺(jué)效果和提高分類(lèi)精度，必須先對(duì)TM4、TM3、TM2波段合成的影像進(jìn)行彩色合成增強(qiáng)處理，合成的假彩色圖像再進(jìn)行線(xiàn)性拉伸。通過(guò)增強(qiáng)處理后的圖像色彩鮮艷、地物清晰，便于解譯。該操作在Erdas8.3平臺(tái)支持下完成。為使影像上的地物能與實(shí)際采樣點(diǎn)或其他地圖上的地物相對(duì)應(yīng)，必須對(duì)影像進(jìn)行幾何精校正，這樣還可以消除輸入數(shù)據(jù)帶來(lái)的誤差。本文用選擇控制點(diǎn)的方法，對(duì)3期遙感影像標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成圖像進(jìn)行幾何精校正，采用糾正好的1∶10萬(wàn)地形圖作為控制點(diǎn)來(lái)源，在TM影像上采集30～40個(gè)均勻分布的地面控制點(diǎn)，控制點(diǎn)應(yīng)選擇位置明確的地點(diǎn)，如河流交叉點(diǎn)或彎曲處、道路交叉點(diǎn)、河流與道路交叉點(diǎn)等。校正后的遙感影像分辨率為30 m。最后利用研究區(qū)邊界作切圖處理，裁剪得到淮河流域中游研究區(qū)影像數(shù)據(jù)。遙感影像幾何精校正在MGE的Image Analysis模塊下完成。

2.2.2 遙感影像的景觀信息提取

本文采用目視解譯方法[5]。解譯標(biāo)志的建立是解譯過(guò)程首要的工作。依據(jù)研究區(qū)主要地物影像光譜特征，結(jié)合野外實(shí)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)參考有關(guān)地理圖件及其他輔助資料，對(duì)研究區(qū)影像地物的色調(diào)、密度、形跡、形狀、紋理、大小和空間分布情況進(jìn)行分析整理，總結(jié)出實(shí)質(zhì)性的解譯標(biāo)志[5,6]，并建立淮河流域中游各種地物類(lèi)型的TM4、TM3、TM2波段標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像的解譯標(biāo)志表。

根據(jù)解譯標(biāo)志表所示的判讀標(biāo)志進(jìn)行淮河流域中游濕地景觀交互判讀。首先在ArcView GIS平臺(tái)下依據(jù)解譯標(biāo)志數(shù)字化1980年研究區(qū)各景觀類(lèi)型邊界，并錄入屬性數(shù)據(jù)，生成1980年淮河流域中游景觀現(xiàn)狀圖；然后將1980年景觀現(xiàn)狀矢量圖套合在2000年TM合成影像上，將1980年影像與2000年影像作對(duì)比，提取景觀類(lèi)型相對(duì)于1980年發(fā)生變化的圖斑，修改以線(xiàn)表示的變化圖斑邊界，并重新賦予屬性值，在ArcInfo環(huán)境下建立空間拓?fù)潢P(guān)系，生成基于遙感影像的2000年淮河流域中游景觀現(xiàn)狀圖。

2.3 景觀動(dòng)態(tài)變化分析方法

本文采用劉盛和[7]等的空間測(cè)算模型，它是在土地利用動(dòng)態(tài)度變化模型基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮新增和轉(zhuǎn)移的土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間測(cè)算模型（見(jiàn)圖2）。

圖2 土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間內(nèi)涵

式中，TRLi為第i種土地利用類(lèi)型在監(jiān)測(cè)時(shí)期t1至t2期間的轉(zhuǎn)移速率；IRLi為其新增速率；CCLi為其變化速率；n為區(qū)域內(nèi)土地利用類(lèi)型的分類(lèi)數(shù)，i?(1,n)；LA(t,t1)為監(jiān)測(cè)期初第i種土地利用類(lèi)型的面積；LA(t,t2)為監(jiān)測(cè)期末第i種土地利用類(lèi)型的面積；ULAi為監(jiān)測(cè)期間第i種土地利用類(lèi)型未變化部分的面積；(LA(t,t1)-ULAi)為監(jiān)測(cè)期間轉(zhuǎn)移部分面積，即第i種土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化為其他非i類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積總和；(LA(t,t2)-ULAi)為監(jiān)測(cè)期間新增部分面積，即其他非i土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化為第i種土地利用類(lèi)型的面積總和。

3 淮河中游濕地景觀動(dòng)態(tài)變化過(guò)程分析

各個(gè)數(shù)據(jù)層經(jīng)過(guò)空間化處理，統(tǒng)一采用北京1954坐標(biāo)系高斯-克呂格投影。本研究共獲取3期土地利用數(shù)據(jù)，分別是1950 s、1980年、2000年1∶10萬(wàn)土地利用空間數(shù)據(jù)。土地利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是在GIS支持下空間分析獲得。通過(guò)對(duì)不同時(shí)期的區(qū)域土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加運(yùn)算及空間統(tǒng)計(jì)分析，可以定量化、定位化地識(shí)別出各種土地利用類(lèi)型在不同監(jiān)測(cè)時(shí)段的未變化部分、轉(zhuǎn)移部分及其去向、新增部分及其來(lái)源。

研究區(qū)總面積約為32 085 km2，由表1可知，從1950 s到1980年，淮河中游土地覆被變化明顯，但1980～2000年期間，土地利用的基本格局變化卻很小。所以本文主要研究1950s到1980年期間研究區(qū)景觀動(dòng)態(tài)變化。由于主要是分析濕地景觀動(dòng)態(tài)變化，除了按土地利用一級(jí)分類(lèi)對(duì)淮河中游景觀動(dòng)態(tài)進(jìn)行總體上的分析外，還對(duì)濕地進(jìn)行二級(jí)分類(lèi)，然后對(duì)各二級(jí)濕地類(lèi)型進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)態(tài)變化分析。

表1 研究區(qū)土地利用變化概況

1）基于土地利用一級(jí)分類(lèi)的淮河中游濕地景觀動(dòng)態(tài)變化分析。如表2所示，從1950 s到1980年，淮河流域中游各景觀類(lèi)型變化幅度不同，面積減少的只有旱地和濕地，其余的景觀類(lèi)型面積都增加了。旱地、水田、人居地的變化幅度明顯高于其他景觀類(lèi)型，旱地作為研究區(qū)面積最大的景觀類(lèi)型，與水田、人居地變化方向相反，這在一定程度上說(shuō)明了前者與后兩者之間密切的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，也反映了研究區(qū)主要的景觀轉(zhuǎn)換類(lèi)型。在此期間大量的旱地轉(zhuǎn)變成了水田和人居地，新增面積分別為5 967.69 km2和3 211.24 km2，其次是林地和草地，新增面積分別為197.83 km2和141.67 km2。以水面為主的濕地景觀，相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)該是比較穩(wěn)定的，但卻是面積減少的2種景觀類(lèi)型之一，這是人類(lèi)活動(dòng)影響的結(jié)果。1980～2000年期間，由于人口的增加，人居地面積仍有明顯增加，但轉(zhuǎn)移速率和新增速率分別只有0.13%、0.34%。另外，濕地面積略有增加，其余景觀類(lèi)型面積都略有下降。所有景觀類(lèi)型變化速率都很小，景觀格局相對(duì)穩(wěn)定，變化很小。

1950 s至1980年期間，各景觀類(lèi)型的轉(zhuǎn)移速率都不大，但新增速率差異很大。人居地、水田的新增速率分別高達(dá)19.38%和18.6%，到1980年，水田、人居地的面積都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了濕地，成為研究區(qū)第二和第三大土地利用類(lèi)型，主要都是由旱地轉(zhuǎn)化而來(lái)。旱地的變化幅度最大而變化速率卻最小是因?yàn)楹档刈鳛檠芯繀^(qū)的基質(zhì)景觀，面積比例很大的緣故。林地、草地的變化速率也較大，分別達(dá)到了10.14%和6.9%，且都以新增速率為大，景觀面積增加明顯。濕地的轉(zhuǎn)移速率和新增速率均較小，分別為1.74%和1.64%，轉(zhuǎn)移速率略大，濕地面積縮減?？傊瑥母骶坝^類(lèi)型變化速率可以看出，這期間淮河中游景觀格局動(dòng)態(tài)變化幅度較大。

表2 基于一級(jí)分類(lèi)淮河中游濕地景觀動(dòng)態(tài)變化

2）基于濕地二級(jí)分類(lèi)的淮河中游濕地景觀動(dòng)態(tài)變化分析。

表3 基于濕地二級(jí)分類(lèi)的淮河中游濕地景觀動(dòng)態(tài)變化

由表3可知，1980～2000年期間各濕地景觀變化幅度和速度均很小，變化速度未予計(jì)算。1950 s至1980年期間，淮河流域中游各濕地景觀類(lèi)型變化幅度不同。除了水庫(kù)坑塘的面積增加外，其余濕地景觀類(lèi)型面積都減少了，特別是主要濕地湖泊、河流的面積縮減幅度較大，沼澤地完全消失。水庫(kù)坑塘的大幅增長(zhǎng)，湖面、河道的萎縮減少，使得水庫(kù)坑塘的面積到1980年超過(guò)了河流，成為研究區(qū)第三大濕地類(lèi)型。從轉(zhuǎn)換速度來(lái)看，研究區(qū)各濕地景觀轉(zhuǎn)換速度普遍較高，說(shuō)明各濕地類(lèi)型時(shí)空變化大。綜上所述，各濕地之間的轉(zhuǎn)換量比與非濕地之間的轉(zhuǎn)換量大得多，體現(xiàn)了濕地，特別是天然濕地整體的相對(duì)穩(wěn)定性，也體現(xiàn)了濕地與非濕地之間的差別。湖泊、河流的轉(zhuǎn)換速度雖然稍小，但總的變化幅度較大，表現(xiàn)為大面積的縮減。灘地變化幅度雖小，但其轉(zhuǎn)移、新增速率均達(dá)到4.4%左右，說(shuō)明其在這期間時(shí)空分布變化非常大。人工濕地水庫(kù)坑塘的轉(zhuǎn)移速率達(dá)4.46%，新增速率更高達(dá)18.7%，意味著其不僅時(shí)空分布變化大，且增加了大量的水庫(kù)坑塘，這一變化與另一人工濕地水田的變化類(lèi)似。

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