司法視角下的洞庭湖區(qū)矮圍遙感監(jiān)測(cè)

鄒 娟 賀秋華,2 余姝辰,2 余德清,2 羅建強(qiáng) 鄒河海

(1. 湖南省自然資源事務(wù)中心, 湖南 長(zhǎng)沙 410004;2. 洞庭湖區(qū)生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

作為中國(guó)最大的通江淡水湖、長(zhǎng)江最重要的調(diào)蓄湖泊,洞庭湖因?yàn)殚L(zhǎng)江來(lái)水來(lái)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?cè)谥逓┲虊ㄖ?從而形成了堤垸[1-2]。歷史上洞庭湖區(qū)對(duì)堤垸還有“圍”“障”“托”等稱呼,在中國(guó)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(yuǎn)古時(shí)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(zhǎng)江來(lái)沙較多引起泥沙淤積嚴(yán)重,為圍垸提供了可能,以及由于外來(lái)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(jì)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(jì)地位、有效抵御洪水和保護(hù)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(wèn)題[8-11]。對(duì)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(yùn)用ArcGIS的空間分析技術(shù),對(duì)洞庭湖民國(guó)前期(1921～1930年)、民國(guó)后期(1930～1949年)、解放初期(1950～1963年)、20世紀(jì)70年代(1963～1980年)和現(xiàn)狀(80年代至今)5個(gè)時(shí)期的堤垸演變進(jìn)行了研究,詳細(xì)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(cè)、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(gè)堤垸的詳細(xì)介紹,整理了面積大于20 km2的52個(gè)主要堤垸(包括11個(gè)重點(diǎn)堤垸、26個(gè)分蓄洪垸、15個(gè)一般堤垸)的信息,包括縣別、面積、堤長(zhǎng)、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(diǎn)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(jī)交互式解譯方法,通過(guò)遙感調(diào)查修編手段開展洞庭湖區(qū)11個(gè)重點(diǎn)垸和24個(gè)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(diǎn)垸耕地主要集中在“四水”、遠(yuǎn)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(lè)等[13]以洞庭湖區(qū)20個(gè)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?dòng)矢量化的方法,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(gè)不同時(shí)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(jiǎn)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(duì)洞庭湖堤垸的總體數(shù)量和空間分布及其格局變化進(jìn)行研究,未見對(duì)其中每個(gè)堤垸詳細(xì)的圍筑時(shí)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(duì)違法行為進(jìn)行取證時(shí),受歷史違法事實(shí)已然存在,難以獲得其歷史違法的具體時(shí)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(shí)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(xì)的修筑時(shí)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(jìn)行影像的選擇：①影像獲取時(shí)間為矮圍堤壩和中間構(gòu)筑物修筑前后10年左右的時(shí)間;②影像質(zhì)量較好,云量覆蓋低于10%,且主要研究對(duì)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(shí)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(jì)60年代的美國(guó)軍事鎖眼衛(wèi)星(KH-4B)、高分二號(hào)(GF-2)、SPOT-5、無(wú)人機(jī)航攝、環(huán)境一號(hào)(HJ-1)等影像數(shù)據(jù)開展監(jiān)測(cè),詳細(xì)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(shí)間,不需要達(dá)到很高的幾何精度,只要能判斷出趨勢(shì)、得出結(jié)論就行,因此處理影像時(shí)的控制點(diǎn)從湖南省不動(dòng)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(duì)于附近野外控制點(diǎn)的中誤差和接邊限差不大于1個(gè)像素,最大誤差不超過(guò)3個(gè)像素。不同分辨率影像之間接邊時(shí),按低分辨率的接邊差要求執(zhí)行,且不需進(jìn)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(dá)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(dá)20 km2、被稱作“私家花園”的矮圍為研究對(duì)象,利用不同時(shí)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(shí)間

2.1.1北閘修建與拆除時(shí)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(dòng)土痕跡,見圖1(a),說(shuō)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(shí)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(méi)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(shuō)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(yùn)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(shí)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(shí)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(gè)水閘,其修建時(shí)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(shí)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(guó)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(yǔ)

隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展,積累了不同時(shí)間的不同分辨率的遙感影像數(shù)據(jù),為司法檢察機(jī)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(shí)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(rèn)識(shí)到受過(guò)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(jìn)一步發(fā)展。