近40年椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化的遙感調(diào)查

張登榮， 許思瑩， 謝斌， 吳文淵， 路海峰

(1.杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院，杭州　311121; 2.浙江省城市濕地與

區(qū)域變化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州　311121)

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近40年椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化的遙感調(diào)查

張登榮1,2， 許思瑩1,2， 謝斌1,2， 吳文淵1,2， 路海峰1,2

(1.杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院，杭州311121; 2.浙江省城市濕地與

區(qū)域變化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州311121)

摘要：利用1971年和1981年2版次地形圖數(shù)據(jù)以及1981年、1990年、2001年和2011年4期遙感影像數(shù)據(jù)對(duì)近40 a來(lái)椒江—臺(tái)州灣的灘涂圍墾土地利用變化進(jìn)行了調(diào)查。依據(jù)上述資料，利用GIS空間分析功能，獲得了5期灘涂圍墾土地利用現(xiàn)狀及各期次之間的灘涂圍墾土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣。調(diào)查結(jié)果表明，近40 a來(lái)，椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾總體上呈增加趨勢(shì)，土地利用變化的類(lèi)型逐漸增多。1971—1990年間灘涂圍墾土地利用類(lèi)型多為耕地、養(yǎng)殖場(chǎng)和圍墾用地； 1990年以后，灘涂處于圍墾開(kāi)發(fā)利用熱潮，光灘及圍墾用地等多向耕地、居住用地、港口碼頭及養(yǎng)殖場(chǎng)等類(lèi)型轉(zhuǎn)化，而原本耕地及養(yǎng)殖場(chǎng)用地則多轉(zhuǎn)化為居住用地。2001—2011年間，有80.77%的灘涂轉(zhuǎn)化為圍墾用地，光灘面積減少程度大，椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾擴(kuò)張速度達(dá)到各時(shí)期最大值。

關(guān)鍵詞：椒江—臺(tái)州灣; 灘涂圍墾; 土地利用變化; 遙感

0引言

灘涂作為水產(chǎn)養(yǎng)殖和發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基地，是開(kāi)發(fā)海洋、發(fā)展海洋產(chǎn)業(yè)的寶貴財(cái)富。發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略[1]，灘涂圍墾成為推動(dòng)沿海經(jīng)濟(jì)建設(shè)、緩解人地矛盾的重要手段。浙江省作為海洋經(jīng)濟(jì)大省，近年來(lái)，相關(guān)部門(mén)對(duì)椒江—臺(tái)州灣地區(qū)進(jìn)行了大量的灘涂圍墾，沿海地區(qū)土地利用方式發(fā)生了較大變化。了解灘涂圍墾的現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化對(duì)于國(guó)家戰(zhàn)略的順利實(shí)施具有重要意義。

應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)土地利用/覆被變化(land use and land cover change，LUCC)進(jìn)行研究，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多成功先例。在國(guó)外，早在1993年國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(international geosphere-biosphere program，IGBP)和國(guó)際全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃(international human dimensions programmer on global environmental change，IHDP)共同擬定發(fā)表了《土地利用覆蓋變化科學(xué)研究計(jì)劃》，并將其列為全球變化的核心項(xiàng)目[2-3]。研究人員將遙感(RS)與GIS技術(shù)相結(jié)合，利用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)資料，對(duì)早期沿海、河口地區(qū)的灘涂圍墾和填海造地狀況進(jìn)行了調(diào)查，并對(duì)圍填類(lèi)型的變換做了研究分析[4-5]。在國(guó)內(nèi)，從方法學(xué)角度，研究人員利用主成分分析(principal component analysis，PCA)方法[6]、決策樹(shù)法[7-8]、動(dòng)態(tài)度模型和馬爾科夫模型(Markov)[9]等進(jìn)行灘涂圍墾區(qū)的土地利用變化研究。在數(shù)據(jù)源方面，研究人員利用多時(shí)相的TM/ETM[10-13],QuickBird和IRS[14]系列衛(wèi)星等遙感數(shù)據(jù)及數(shù)字海圖[15]、歷史地形圖和地方志[16]等資料進(jìn)行灘涂圍墾區(qū)的土地利用類(lèi)型解譯，并且結(jié)合GIS技術(shù)分析其影響因素和發(fā)展趨勢(shì)[17]。

但上述對(duì)椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾的土地利用變化研究還相對(duì)有限，時(shí)間跨度也較短； 而近年來(lái)椒江—臺(tái)州圍墾工程建設(shè)發(fā)展迅速，圍墾用地變化明顯。為此，本文基于RS和GIS技術(shù)，利用1971年和1981年地形圖數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行目視解譯，結(jié)合ArcGIS軟件計(jì)算土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，探討分析了近40 a來(lái)椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾現(xiàn)狀及其土地利用變化趨勢(shì)和原因。

1研究區(qū)概況

椒江—臺(tái)州灣研究區(qū)位于浙江省東部沿海中段，屬臺(tái)州市管轄，東臨東海，臺(tái)州灣為椒江入?？?，呈喇叭形狀(圖1)。灘涂圍墾土地利用變化研究區(qū)域以1971年岸線(xiàn)為邊界，對(duì)1971—2011年間解譯的各類(lèi)型土地利用面積取并集，從而得到研究區(qū)本次灘涂圍墾的遙感解譯區(qū)域范圍，面積為231.32 km2。

圖1研究區(qū)地理位置及解譯區(qū)域

Fig.1Geographic location of study area and

interpretation region

2數(shù)據(jù)源及其處理

2.1數(shù)據(jù)源

研究中采用的數(shù)據(jù)包括地形圖數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)的選擇需考慮到數(shù)據(jù)的存檔情況、價(jià)格因素、成像時(shí)間、數(shù)據(jù)質(zhì)量、波譜分辨率及空間分辨率等因素[18]。其中空間分辨率、成像時(shí)間、數(shù)據(jù)質(zhì)量及價(jià)格是本次研究主要考慮的因素。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　數(shù)據(jù)資料一覽表

2.2數(shù)據(jù)處理及信息提取

以地形圖為基準(zhǔn)，對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何糾正(糾正精度： 平地1個(gè)像素，丘陵2個(gè)像素，山地3個(gè)像素)和鑲嵌處理； 采用HSV變換對(duì)SPOT5圖像進(jìn)行融合。此外，參考文獻(xiàn)[19]對(duì)獲取的多期遙感影像進(jìn)行了潮位校正處理。

參考國(guó)家《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21010—2007)》[20]、Anderson遙感土地利用體系[21]以及賀秋華對(duì)沿海灘涂利用土地分類(lèi)的研究[22]，結(jié)合研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀和覆被特征，制定了本次研究的土地利用分類(lèi)體系(表2)。其中，光灘與圍墾用地的區(qū)別主要在于是否存在具有清晰輪廓的圍墾區(qū)(圍墾區(qū)堤壩在遙感影像上的色調(diào)為白色，外圍呈藍(lán)色調(diào)的水體和呈灰色調(diào)的灘涂，表現(xiàn)出明顯的人為痕跡和規(guī)則的幾何特征)。

表2　椒江—臺(tái)州灣土地利用分類(lèi)

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣用于描述各種土地利用類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換情況。土地間的相互轉(zhuǎn)化比率可以清楚地反映2個(gè)時(shí)期之間的土地相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，土地間轉(zhuǎn)化的面積可以反映土地開(kāi)發(fā)利用的情況。因此，本研究依據(jù)上述分類(lèi)體系建立解譯標(biāo)志，通過(guò)目視解譯出各期次的灘涂圍墾土地利用現(xiàn)狀，然后利用ArcGIS軟件計(jì)算出相鄰期次土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，最后得到土地利用的轉(zhuǎn)化面積和轉(zhuǎn)化率。

3灘涂圍墾分析

3.1各期灘涂圍墾利用現(xiàn)狀

根據(jù)各種土地利用類(lèi)型的影像特征，對(duì)椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用進(jìn)行了解譯，得到椒江—臺(tái)州灣1971年、1981年、1990年、2001年及2011年各時(shí)期的灘涂圍墾土地利用現(xiàn)狀遙感解譯圖(圖2)。

圖2椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用現(xiàn)狀圖

Fig.2Land use status of Jiaojiang-Taizhou Estuary

根據(jù)解譯結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，得到具體各期灘涂圍墾土地利用現(xiàn)狀及面積百分比，如表3所示。

表3　各年灘涂圍墾土地利用現(xiàn)狀

從表3可以看出，1971—2011年間港口碼頭用地、居住用地、耕地、養(yǎng)殖場(chǎng)及沼澤地面積均為上升趨勢(shì)，其中1990—2001年間上述各類(lèi)用地面積增加幅度較大，說(shuō)明在此階段灘涂圍墾土地利用程度加劇。1971—2011年間各時(shí)間段河流或海域及光灘的總面積持續(xù)遞減，[1971，1981)年間面積減少了12.80%(指該時(shí)間段的末年相對(duì)于起始年的減少幅度，下同)，[1981，1990)年間面積又減少了15.52%，[1990，2001)年間面積繼續(xù)減少28.96%，[2001，2011]年間面積的減少則達(dá)到了79.83%，說(shuō)明在[2001，2011]年間光灘及河流或海域轉(zhuǎn)化率高，圍墾用地土地利用呈波動(dòng)變化，但總體為上升趨勢(shì)； 在[1990，2001)年間圍墾用地面積略有減少，在[2001，2011]年間圍墾用地面積劇增，說(shuō)明此階段灘涂圍墾活動(dòng)劇烈。

3.2灘涂圍墾用地變化分析

椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化以1990年為分界點(diǎn)。1990年以前相互轉(zhuǎn)化較少，灘涂圍墾活動(dòng)也不劇烈； 1990年以后相互轉(zhuǎn)化頻繁，轉(zhuǎn)化形式多樣化，人為活動(dòng)是引起土地利用變化的主要原因。[1971，2001)年間的灘涂利用開(kāi)發(fā)主要為耕地及養(yǎng)殖場(chǎng)，[2001，2011]年間灘涂圍墾用地主要轉(zhuǎn)化為居住用地、圍墾用地和養(yǎng)殖場(chǎng)。各期灘涂圍墾土地利用變化面積的轉(zhuǎn)移矩陣見(jiàn)表4—7，表格小括號(hào)內(nèi)為轉(zhuǎn)移類(lèi)型所占比例。

表4　[1971，1981)年間椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化面積轉(zhuǎn)移矩陣

表5　[1981,1990)年間椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化面積轉(zhuǎn)移矩陣

表6[1990,2001)年間椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化面積轉(zhuǎn)移矩陣

Tab.6Area transfer matrix of land use change of reclaimed mud flats in Jiaojiang-Taizhou Estuary from 1990 to 2001

(km2)

表7[2001,2011]年間椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化面積轉(zhuǎn)移矩陣

Tab.7Area transfer matrix of land use change of reclaimed mud flats in Jiaojiang-Taizhou Estuary from 2001 to 2011

(km2)

由表4—7可知，1971—2011年間，灘涂資源的變化表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。其中，[1971，1981)年間灘涂圍墾土地利用主要用于農(nóng)業(yè)耕種和養(yǎng)殖；[1981，1990)年間灘涂開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度小，灘涂圍墾的轉(zhuǎn)化率低，土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化主要為耕地和圍墾用地；[1990，2001)年間浙江省出現(xiàn)灘涂開(kāi)發(fā)利用的熱潮，灘涂開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度提高，土地利用轉(zhuǎn)化類(lèi)型多，灘涂圍墾主要轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖場(chǎng)和耕地，居住用地和港口碼頭用地都有較大幅度的提高，圍墾用地繼續(xù)持有一定面積；[2001，2011]年間，圍墾用地面積突增，土地利用轉(zhuǎn)化率突升，說(shuō)明臺(tái)州正在大力進(jìn)行灘涂圍墾，開(kāi)發(fā)利用灘涂資源。光灘是灘涂圍墾的重要對(duì)象，在[1981，1990)年間光灘圍墾開(kāi)發(fā)利用率約為14%，開(kāi)發(fā)強(qiáng)度不高，在[1990，2001)年間約1/3的光灘主要發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)和建筑工業(yè)等，在[2001，2011]年間光灘處于被圍墾開(kāi)發(fā)利用高漲期，大量的光灘被圍墾形成了圍墾用地，還有部分被圍墾開(kāi)發(fā)用于發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)業(yè)等。

4結(jié)論

以遙感影像為信息源，以GIS為空間分析手段，通過(guò)近40 a椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化遙感調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：

1)椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾以向東邊海域擴(kuò)張為主，圍海造地、人工養(yǎng)殖及農(nóng)業(yè)種植是造成灘涂圍墾土地利用變換的主要原因。

2)1990年是灘涂圍墾土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在此之前，灘涂圍墾土地利用方式主要是農(nóng)業(yè)耕地及養(yǎng)殖場(chǎng)； 在此之后，居住用地及圍墾用地迅速上升，耕地開(kāi)始出現(xiàn)向其他用地類(lèi)型轉(zhuǎn)化。

3)光灘及河流或海域總體呈下降趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)利益為主的人為圍墾活動(dòng)是其面積減少的主要驅(qū)動(dòng)因素。

大量的灘涂圍墾使海岸線(xiàn)發(fā)生很大的變化，眾多的海灣因填?；驀６淖兤湮镔|(zhì)流與能量流，近海環(huán)境因之而變。特別值得注意的是臺(tái)州灣灣口懸浮泥沙濃度較高[23]，但在2011年遙感影像上解譯出的光灘面積小，且與2001年相比面積減少迅猛。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因有可能是由于人為圍墾活動(dòng)劇烈，導(dǎo)致臺(tái)州灣泥沙淤積的環(huán)境改變，影響了泥沙淤積的速率，后續(xù)可考慮針對(duì)人為圍墾活動(dòng)對(duì)臺(tái)州灣泥沙淤積變化的影響開(kāi)展研究。

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(責(zé)任編輯： 刁淑娟)

Land use change of reclaimed mud flats in Jiaojiang-Taizhou Estuary in the past 40 years based on remote sensing technology

ZHANG Dengrong1,2， XU Siying1,2， XIE Bin1,2， WU Wenyuan1,2， LU Haifeng1,2

(1.RemoteSensingandEarthSciencesResearchInstitute，HangzhouNormalUniversity，Hangzhou311121,China;2.ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofUrbanWetlandsandRegionalChange，Hangzhou311121,China)

Abstract:In this paper, not only the topographic maps of 1971 and 1981 but also the remote sensing images of 1981, 1990, 2001 and 2011 were used for investigating the land use change of reclaimed mud flats of Jiaojiang-Taizhou Estuary in the past 40 years or so. Based on the topographic maps and satellite images and supported by the GIS spatial analysis functions, the authors acquired the current land use status of five periods and the land use change matrix between each period of reclaimed mud flats. The remote sensing survey results showed that in the past 40 years or so the trend of reclaimed mud flats of Jiaojiang-Taizhou Estuary was totally exacerbated and the types of land use were gradually increased. From 1971 to 1990, the land use types of reclamation zone mostly were converted into cultivated fields, breeding farms and reclamation land. After 1990, the upsurge of developing the reclamation of mud flats appeared. The beach and the reclamation land were converted into other land use patterns, such as cultivated fields, residential land, port land, and breeding farms. From 2001 to 2011, 80.77% of the beach was converted into the reclamation land. The area of beach was reduced heavily. The expanding speed of reclamation of mud flats achieved the maximum in this period.

Keywords:Jiaojiang-Taizhou Estuary; reclamation of mud flats; land use change; remote sensing

通信作者：謝斌(1983-)，男，講師，主要從事遙感圖像處理與GIS應(yīng)用方面的研究。Email： xiebinbingdiao@gmail.com。

作者簡(jiǎn)介：第一 張登榮(1966-)，男，教授，主要從事遙感地質(zhì)與GIS開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面的研究。Email： zju_rs@126.com。

中圖法分類(lèi)號(hào)：TP 79

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-070X(2016)01-0101-06

基金項(xiàng)目：浙江省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院項(xiàng)目“浙江海洋經(jīng)濟(jì)示范區(qū)1∶5萬(wàn)遙感解譯”(編號(hào)： QSZB-WZDH-1210713DY)和浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)糾正和匹配技術(shù)研究”(編號(hào)： 2012R10039-14)共同資助。

收稿日期：2014-08-27；

修訂日期：2014-12-02

doi:10.6046/gtzyyg.2016.01.15

引用格式： 張登榮，許思瑩，謝斌,等.近40年椒江—臺(tái)州灣灘涂圍墾土地利用變化的遙感調(diào)查[J].國(guó)土資源遙感,2016,28(1):101-106.(Zhang D R，Xu S Y，Xie B,et al.Land use change of reclaimed mud flats in Jiaojiang-Taizhou Estuary in the past 40 years based on remote sensing technology[J].Remote Sensing for Land and Resources,2016,28(1):101-106.)