基于遙感的丁字灣地區(qū)土地利用時(shí)空變化分析及地區(qū)生態(tài)修復(fù)建議

李亨健，張杰，胡曉丹，王偉*，強(qiáng)萌麟，于劍鋒

(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 山東 煙臺(tái) 264004；2.山東省自然資源廳，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

土地與人們的生活息息相關(guān)，密不可分，是人類(lèi)賴以生存的環(huán)境基礎(chǔ)[1-3]。“如何合理高效的利用每一寸土地，更好地服務(wù)于人們的生活”成為地區(qū)決策者必須思考的問(wèn)題。以現(xiàn)有土地資源為基礎(chǔ)綜合考慮氣候、水文等因素制定的土地利用規(guī)劃是一個(gè)城市發(fā)展的指南[4]。丁字灣是山東半島南部海域一個(gè)重要的海灣，是山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)9大核心區(qū)之一[5-6]，其地理位置優(yōu)越、周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，從省到地方都非常重視該區(qū)域的發(fā)展規(guī)劃。本文選取2005年、2010年、2016年三期TM影像進(jìn)行遙感解譯，計(jì)算2005—2016年丁字灣地區(qū)土地利用的類(lèi)型動(dòng)態(tài)度指標(biāo)[7-11]，分析土地面積轉(zhuǎn)移矩陣[10-15]，研究丁字灣地區(qū)土地利用變化特征，并為地區(qū)土地利用規(guī)劃提供建議，助推丁字灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)向人地和諧環(huán)境健康的生態(tài)經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

丁字灣位于膠東半島南部，行政區(qū)劃隸屬海陽(yáng)市、萊陽(yáng)市和即墨市三地市。地理位置優(yōu)越，海陸空交通發(fā)達(dá)，西南距青島市區(qū)約65km，北距煙臺(tái)市區(qū)125km。根據(jù)丁字灣藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃確定本次研究區(qū)總面積1104km2，其中陸域面積約720km2，海域面積約380km2。區(qū)內(nèi)地形起伏中等，整體上北部、西部高，向南東微微傾斜，高程一般在20～100m，丘陵區(qū)地形坡度介于5°～15°之間。屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候[16-17]，四季分明，雨水充沛，光照充足，年平均氣溫12.5℃(1979—2017年)，多年平均降水量628.9mm(1979—2017年)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)組成及來(lái)源

調(diào)查區(qū)的遙感地質(zhì)解譯工作，主要采用2005年、2010年、2016年成像的中分辨率遙感圖像，遙感解譯工作采用的衛(wèi)星、成像時(shí)間、分辨率、波段組合以及融合情況如表1所示。合成或融合后的遙感圖像信息豐富、色調(diào)適中、層次分明、無(wú)云霧，較好地反映了研究區(qū)的地質(zhì)地貌、環(huán)境地質(zhì)特征。

表1 研究區(qū)航天遙感資料一覽表

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

依據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2011年編制地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)遙感技術(shù)要求，通過(guò)遙感圖像處理，編制了3個(gè)時(shí)點(diǎn)的衛(wèi)星影像圖，系統(tǒng)地建立研究區(qū)地貌、植被、濕地、海岸線、灘涂等內(nèi)容的遙感地質(zhì)解譯標(biāo)志。依據(jù)遙感地質(zhì)解譯標(biāo)志[18-19]，對(duì)調(diào)查區(qū)陸域的地質(zhì)構(gòu)造和地貌現(xiàn)狀進(jìn)行了解譯，編制了土地利用類(lèi)型遙感解譯圖(圖1)。

遙感圖像處理采用美國(guó)ENVI5.1遙感圖像處理與分析平臺(tái)，遙感圖像處理包括波段組合、圖像融合、幾何校正、多功能增強(qiáng)等環(huán)境地質(zhì)信息提取。通過(guò)對(duì)多波段波譜的對(duì)比分析，本次解譯選擇TM741或L8號(hào)752波段組合的圖像，做為遙感解譯或融合處理的基礎(chǔ)圖像。

1—林地；2—草地；3—耕地；4—建設(shè)用地；5—養(yǎng)殖及鹽田；6—水域；7—海域；8—研究區(qū)范圍圖1 研究區(qū)土地利用類(lèi)型遙感解譯圖(a—2005年10月，b—2010年10月，c—2016年10月)

幾何校正在1∶5萬(wàn)數(shù)字地形圖和遙感圖像上，選擇道路交叉點(diǎn)、道路和河流的交叉點(diǎn)、城鎮(zhèn)中街區(qū)的交叉點(diǎn)等，作為遙感圖像的幾何校正點(diǎn)。在地形圖上讀取幾何校正點(diǎn)的XY坐標(biāo)值，賦給遙感圖像相應(yīng)的幾何校正點(diǎn)上，對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何校正處理，形成與1∶5萬(wàn)數(shù)字地形圖完全可以配準(zhǔn)的遙感圖像。

2.3 研究分析方法

LUCC體系[7-11]中將土地開(kāi)發(fā)利用類(lèi)型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地、海洋共7類(lèi)。由于丁字灣地區(qū)未解譯到沙地、戈壁、鹽堿地、沼澤地、裸土地等利用類(lèi)型，且解譯的養(yǎng)殖、鹽田土地利用面積較廣，變遷特征明顯，根據(jù)土地利用區(qū)域特征本次研究將土地利用類(lèi)型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、養(yǎng)殖與鹽田地、海域7個(gè)大類(lèi)。

土地利用變化方向一般分為3個(gè)部分:轉(zhuǎn)入部分，未變部分，轉(zhuǎn)出部分[10]。這3個(gè)變化有時(shí)是同步進(jìn)行的有時(shí)是異步進(jìn)行的，本文主要從丁字灣地圖土地利用速度變化，土地利用程度變化，土地利用幅度變化以及土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移方向4個(gè)方面研究丁字灣地區(qū)土地利用特征。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用類(lèi)型面積變化分析

從土地結(jié)構(gòu)組成來(lái)看(表2)，研究區(qū)內(nèi)海域所占比例約35%，陸域面積所占比例約65%，陸域土地類(lèi)型大部分為耕地，約占研究區(qū)總面積的32%，占陸域面積49%，其次為養(yǎng)殖及鹽田地、林地分別占總面積的14%、10%，而建設(shè)用地、草地、水域占地面積占比不足5%。

表2 丁字灣地區(qū)土地利用面積變化

海域和水域面積在研究的時(shí)間段內(nèi)呈持續(xù)減少的趨勢(shì)，其中海域面積變化最為顯著，2005—2016年減少面積約10km2,占比由35.76%減少至34.92%。從階段性變化來(lái)看2005—2010年變幅較2010—2016年更大，反映了不同時(shí)段人們對(duì)海岸的開(kāi)發(fā)利用程度不同。

耕地面積、建設(shè)用地、林地、草地面積在2005—2016年間所占比例持續(xù)增加，建設(shè)用地、草地范圍擴(kuò)張明顯，2016年建設(shè)用地總面積47.79km2同比2005年10月增加了5.21km2，所占比例增至4.33%；2016年草地總面積29.91km2同比2005年10月增加了7.55km2，占比增幅0.7%。

濱海養(yǎng)殖與鹽田地面積約165km2，2005—2010年處于增長(zhǎng)期面積增加3.65km2，而2010—2016年面積減少了4km2，兩期反向變化過(guò)程后土地利用面積幾乎不變，這可能與海岸開(kāi)發(fā)政策變化有關(guān)。

3.2 土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度分析

研究區(qū)從2005—2016年間整體土地利用變化速率較小，2005—2010年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度0.24%(表3)，2010—2016年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度0.13%。從單一土地利用動(dòng)態(tài)度分析結(jié)果可以看出，草地在2005—2016年間動(dòng)態(tài)度正向最大，2005—2010年達(dá)到3.23%。建設(shè)用地次之，動(dòng)態(tài)度在1%左右。表明草地和建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的速度較高。水域其余土地利用類(lèi)型變化速率相對(duì)較小，動(dòng)態(tài)度在-0.5%～+0.5%之間。

表3 丁字灣地區(qū)2005—2016年動(dòng)態(tài)度統(tǒng)計(jì)表

3.3 土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移特征分析

借助ArcGIS軟件的空間分析工具，計(jì)算不同土地類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換面積，得出2005—2010年、2010—2016年的土地轉(zhuǎn)移矩陣(表4、表5)。

如表4、表5所示，2005—2010年，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，建設(shè)用地需求增加，使大量耕地、草地、林地被開(kāi)發(fā)利用，造成土地面積的減少。建設(shè)用地面積增長(zhǎng)主要來(lái)自耕地面積的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)移面積1.88km2,水域、林地、草地、海域分別轉(zhuǎn)換了0.06km2，0.11km2，0.28km2，0.04km2。為滿足人民居住生活以及工農(nóng)業(yè)發(fā)展的用水需求，人們過(guò)量的開(kāi)采地下水資源，加之近年來(lái)丁字灣地區(qū)降雨量減少，使得水庫(kù)水位下降、部分河道干涸，5年內(nèi)水域整體范圍縮減了1.41km2，縮減面積大部分被開(kāi)發(fā)利用成為耕地。養(yǎng)殖、鹽田地的面積變化是最為明顯，隨著近海養(yǎng)殖業(yè)、鹽場(chǎng)的興起，村民在灣內(nèi)圍海筑壩，岸線向海擴(kuò)張，5年內(nèi)占用海域面積達(dá)8.22km2。區(qū)內(nèi)耕地面積增長(zhǎng)主要來(lái)自水域面積轉(zhuǎn)換，草地面積的增長(zhǎng)主要來(lái)自養(yǎng)殖、鹽田地面積轉(zhuǎn)換，林地范圍小幅增長(zhǎng)面積變化小于1km2。

表4 丁字灣地區(qū)2005—2010年轉(zhuǎn)移面積矩陣表

表5 丁字灣地區(qū)2010—2016年轉(zhuǎn)移面積矩陣表

2010—2016年，城鎮(zhèn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，建設(shè)用地面積增長(zhǎng)主要來(lái)源為養(yǎng)殖、鹽田地和耕地，分別轉(zhuǎn)換了1.42km2，1.39km2。6年內(nèi)耕地面積增長(zhǎng)0.39km2，增加面積主要來(lái)源于水域(1.86km2)和養(yǎng)殖、鹽田地(1.5km2)。這一時(shí)段沿海地區(qū)開(kāi)發(fā)利用速度放緩，圍海養(yǎng)殖面積只增加了2.99km2，同時(shí)有4.09km2的養(yǎng)殖、鹽田地轉(zhuǎn)化為草地，轉(zhuǎn)化區(qū)域主要集中在五龍河口附近、呂家灘以南地區(qū)，大片養(yǎng)殖區(qū)退還為濱海濕地。林地面積仍有小幅增加，植被覆蓋率的增長(zhǎng)也體現(xiàn)了海陽(yáng)、即墨等地市對(duì)丁字灣地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視。

3.4 丁字灣地區(qū)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

目前丁字灣地區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)快速發(fā)展，建設(shè)用地處于向外擴(kuò)張的狀態(tài)，帶動(dòng)了海岸帶地區(qū)農(nóng)畜業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、鹽業(yè)的發(fā)展。但同時(shí)區(qū)內(nèi)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、鹽田業(yè)大量開(kāi)采地下水資源，形成了局部采水漏斗，水頭壓力使得海水倒灌，產(chǎn)生了海水入侵(圖2)、地下水污染等地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題[6]。此外養(yǎng)殖業(yè)對(duì)海岸線的改造，又改變了海岸原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，造成了海岸的侵蝕現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇了海水的入侵，對(duì)地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民的身體健康產(chǎn)生了威脅。該區(qū)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，必須考慮保護(hù)資源環(huán)境，減少土地利用發(fā)展給環(huán)境帶來(lái)的不利影響。

1—海水入侵界線圖2 丁字灣地區(qū)海水入侵界線圖

3.5 丁字灣地區(qū)生態(tài)修復(fù)建議

根據(jù)丁字灣地區(qū)土地開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及國(guó)家相關(guān)政策、法規(guī)，提出地區(qū)生態(tài)修復(fù)建議如下：

(1)地表攔蓄，回灌補(bǔ)源，保護(hù)水域面積?？梢栽诤恿髦?、下游修建攔河閘壩攔蓄洪水，增加地表水可利用量，在地下水位漏斗區(qū)修建滲井，利用汛期洪水補(bǔ)給地下水，把入海表流也蓄于地下。同時(shí)合理安排取水量，強(qiáng)化用水管理。

(2)開(kāi)展海灣整治修復(fù)，“退圍還海、退養(yǎng)還灘、退耕還濕”，延伸、擴(kuò)大濕地公園范圍。丁字灣內(nèi)的五龍河，水系流域面積廣，生態(tài)物種豐富，是多種潮下帶洄游性和地方性經(jīng)濟(jì)魚(yú)蝦類(lèi)品種繁育的優(yōu)良場(chǎng)所，也是多種珍稀瀕危鳥(niǎo)類(lèi)的聚集地[20]，具有巨大的環(huán)境調(diào)節(jié)功能和生態(tài)效益[21-23]，目前在萊陽(yáng)市羊郡、穴坊鎮(zhèn)建立了萊陽(yáng)五龍河濕地公園，占地面積814km2。根據(jù)2018年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)濱海濕地保護(hù)嚴(yán)格管控圍填海的通知》，建議自五龍河入?？谙蚨∽譃硟蓚?cè)延伸開(kāi)展“退圍還海、退養(yǎng)還灘、退耕還濕”，逐步修復(fù)已經(jīng)破壞的濱海生態(tài)環(huán)境(圖3)。未來(lái)將灣口地區(qū)整個(gè)納入到濕地公園中，發(fā)展丁字灣生態(tài)旅游經(jīng)濟(jì)。

(3)研究制定合理的開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃，嚴(yán)格管控灘涂、沙灘、河流水面等生態(tài)脆弱地區(qū)開(kāi)發(fā)利用(如建立自然保護(hù)區(qū)，禁止工程建設(shè)等)，執(zhí)行占用補(bǔ)償制度，促進(jìn)人地關(guān)系良性循環(huán)。

4 結(jié)論

本文通過(guò)分析2005年、2010年、2016年三期TM影像的解譯成果，研究丁字灣地區(qū)土地利用變化特征及其空間分布。研究結(jié)果表明：

(1)丁字灣地區(qū)土地利用類(lèi)型以耕地為主，其次為養(yǎng)殖及鹽田地、林地，建設(shè)用地，草地、水域占地面積最少。建設(shè)用地、草地面積、林地在2005—2016年間所占比例持續(xù)增加，草地面積增長(zhǎng)幅度最大。耕地面積先減后增總量變化不大,養(yǎng)殖及鹽田地先增后減幾乎不變。水域、海域面積持續(xù)減少，海域面積減少幅度最大。

1—五龍河濕地公園；2—建議生態(tài)治理修復(fù)區(qū)圖3 丁字灣生態(tài)修復(fù)治理規(guī)劃區(qū)

(2)從土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換矩陣來(lái)看，土地的轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在“建設(shè)用地與耕地、耕地與水域、養(yǎng)殖鹽田與海域、草地與養(yǎng)殖鹽田”之間。最大轉(zhuǎn)移幅度達(dá)8km2。體現(xiàn)該時(shí)期丁字灣地區(qū)發(fā)展的主要特點(diǎn)圍海、河、湖造陸。

(3)丁字灣地區(qū)整體土地利用變化速率較小，2005—2010年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度0.24%，2010—2016年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度0.13%。單一動(dòng)態(tài)度草地最大，水域及建設(shè)用地次之。丁字灣地區(qū)開(kāi)發(fā)利用潛力巨大，建議在以后的土地開(kāi)發(fā)利用中，因地制宜地進(jìn)行土地資源的合理配置，追求土地資源利用率最大化。

(4)丁字灣地區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)快速發(fā)展，建設(shè)用地處于向外擴(kuò)張的狀態(tài)，帶動(dòng)了周邊農(nóng)畜業(yè)、養(yǎng)殖及鹽田業(yè)的發(fā)展，加大了地下水資源的開(kāi)采和對(duì)岸線資源的開(kāi)發(fā)利用，帶來(lái)一系列的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策，建議退養(yǎng)還濕，建立灣口濕地公園，發(fā)展旅游經(jīng)濟(jì)。