基于國情普查的濕地資源遙感監(jiān)測與演化分析

竇小楠，郭 莉，宋碧波，朱 琳，張 冬

（1.河南省基礎地理信息中心，河南 鄭州 450003；2.國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應用中心，北京100000；3. 駐馬店市國土資源局，河南 駐馬店 463000）

基于國情普查的濕地資源遙感監(jiān)測與演化分析

竇小楠1，郭 莉2，宋碧波1，朱 琳1，張 冬3

（1.河南省基礎地理信息中心，河南 鄭州 450003；2.國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應用中心，北京100000；3. 駐馬店市國土資源局，河南 駐馬店 463000）

以鄭州市金水區(qū)為試點，以第一次國情普查成果、多年份遙感影像數(shù)據(jù)、1∶10 000 DLG以及第二次濕地資源調(diào)查等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)為基礎，構(gòu)建了金水區(qū)5個監(jiān)測年份的濕地資源數(shù)據(jù)庫。根據(jù)濕地類型、分布以及影響的不同，利用空間變化分析和轉(zhuǎn)移變化分析，重點研究了金水區(qū)的時空動態(tài)變化特征，為濕地資源的保護、管理提供了科學的決策依據(jù)。

地理國情監(jiān)測；濕地監(jiān)測；景觀格局

地理國情監(jiān)測的目的是通過對自然和人文地理要素進行動態(tài)、定量化和空間化的監(jiān)測[1]，統(tǒng)計分析其變化量、變化頻率、分布特征、地域差異和變化趨勢等，為黨委、政府規(guī)劃決策提供科學依據(jù)，為企業(yè)和公眾提供持續(xù)的地理國情信息服務[2]。濕地是地理國情的主要組成部分，也是重要的地理國情監(jiān)測對象，近年來，河流、湖泊等濕地動態(tài)變化較強，受到水源短缺、人口增長、社會經(jīng)濟發(fā)展等各種自然因素和人為因素的影響，越來越多的濕地轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)用地和城市用地，濕地資源面臨巨大壓力[3]。

為進一步掌握河南省濕地資源現(xiàn)狀，了解濕地資源的動態(tài)消長情況，本文選擇鄭州市金水區(qū)作為試點區(qū)域。金水區(qū)是鄭州市行政區(qū)域，近年來又新增了一個鄭東新區(qū)，開挖了兩個人工湖，黃河在金水區(qū)的北部，濕地變化較為明顯。通過對金水區(qū)多個年份的歷史濕地資源進行分析，同時結(jié)合相應時期的社會經(jīng)濟、人文數(shù)據(jù)，從地理空間的角度反映濕地資源的變化情況，了解濕地資源的動態(tài)消長規(guī)律，分析濕地要素變化的影響因子及發(fā)展趨勢，逐步實現(xiàn)對全省濕地資源的科學管理和全面、客觀地分析評價，為濕地資源的保護、管理和合理利用提供科學、準確的基礎數(shù)據(jù)和決策依據(jù)[4]。

1 監(jiān)測要素的確定與獲取

1.1 監(jiān)測要素和監(jiān)測年點的確定

根據(jù)濕地類型劃分和已有資料情況，本次濕地資源監(jiān)測的地理空間要素主要包括各類天然、人工濕地斑塊的位置、面積、數(shù)量和所屬濕地類型等。其中，天然濕地包括河流濕地（永久性河流、季節(jié)性或間歇性河流、洪泛平原濕地）、湖泊濕地（永久性淡水湖、永久性咸水湖、季節(jié)性淡水湖、季節(jié)性咸水湖）、沼澤濕地（蘚類沼澤、草本沼澤、灌叢沼澤、森林沼澤、淡水泉/綠洲濕地）；人工濕地包括庫塘、運河、輸水河、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、稻田/冬水田。

根據(jù)已有資料情況，可用于分析研究的數(shù)據(jù)包括高分辨率航空航天遙感數(shù)據(jù)、第一次地理國情普查數(shù)據(jù)、1∶10 000基礎地理信息數(shù)據(jù)和較早年份的DRG等測繪地理信息數(shù)據(jù)[5]。監(jiān)測年點選取1996年、2001年、2008年、2010年、2015年5個年份，跨度共計20 a。

1.2 監(jiān)測要素獲取

1.2.1 技術(shù)流程

監(jiān)測要素獲取技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 監(jiān)測要素獲取技術(shù)流程圖

1.2.2 技術(shù)方法

1）基于國情普查數(shù)據(jù)提取濕地要素。2015年的濕地要素主要基于國情普查數(shù)據(jù)進行提取。通過對比《地理國情普查數(shù)據(jù)規(guī)定與采集要求》和《河南省濕地資源調(diào)查實施細則》可知，國情普查數(shù)據(jù)中的濕地信息主要集中在水系要素層、地表覆蓋層、濕地保護區(qū)層和沼澤區(qū)層等。從上述圖層中提取濕地要素，處理后按濕地分類進行重新歸類，并根據(jù)濕地監(jiān)測數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)對相關(guān)屬性信息進行賦值。

2）基于高分辨率遙感影像提取濕地要素。監(jiān)測年份若沒有國情普查數(shù)據(jù)，則可基于高分辨率遙感影像對濕地要素進行提取[6]，并借助鄰近年份的基礎地理信息數(shù)據(jù)，輔助判定濕地類別及邊界。若監(jiān)測年份沒有基礎地理信息數(shù)據(jù)，則根據(jù)影像的質(zhì)量，優(yōu)先采用遙感影像自動解譯，結(jié)合人工后期編輯的方法提取要素[4]；在影像自動分類效果較差，無法滿足使用要求時，才通過人工目視解譯提取濕地要素。

2 濕地資源演化分析

本文通過分析5個監(jiān)測年份濕地的總體變化趨勢、各類濕地的動態(tài)轉(zhuǎn)化情況，建立了空間變化分析和轉(zhuǎn)移變化分析等模型，預測了濕地資源的未來發(fā)展趨勢；從水源補給、溫度、降雨量等自然因素和人口、經(jīng)濟、政策、保護管理措施等人為因素兩個方面研究了濕地資源增減變化的驅(qū)動因子，得出主要威脅因素及濕地變化對氣候、人類生活等方面帶來的影響；證實了濕地保護的必要性和迫切性。

2.1 空間變化分析

為了更加直觀地揭示金水區(qū)濕地空間變化，本文引入空間密度分析模型：利用GIS的空間分析功能對金水區(qū)濕地區(qū)域與非濕地區(qū)域進行空間賦值，進行柵格化，生成20 m×20 m的格網(wǎng)[7]；采用鄰域分析中的焦點統(tǒng)計功能，計算該格網(wǎng)中濕地的面積；分別對金水區(qū)1996年、2001年、2008年、2010年、2015年的濕地區(qū)域進行分析，并制作濕地密度圖，如圖2所示。

圖2 金水區(qū)濕地密度圖

由圖2可知，金水區(qū)濕地密集區(qū)集中在該區(qū)中部及東部，主要影響原因包括黃河、賈魯河、金水河、龍湖及庫塘等，密度達到60%以上。

2.2 轉(zhuǎn)移變化分析

1）濕地增長率分析。對該區(qū)域5種濕地類型的面積、面積增長量及增長率進行統(tǒng)計，如表1所示。

根據(jù)對面積增長量的分析，各類濕地隨時間變化的折線圖如圖3所示，5類濕地中水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積變化幅度最大，其他4類濕地面積變化較為平緩。

表1 金水區(qū)濕地面積變化統(tǒng)計表

圖3 金水區(qū)濕地增長量統(tǒng)計圖

2）濕地景觀分析。景觀格局指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀空間格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面特征的簡單定量指標，可分為斑塊水平指數(shù)、斑塊類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)3個層次。通過對金水區(qū)濕地景觀要素進行計算、統(tǒng)計和分析，從不同角度分析了景觀格局的景觀要素數(shù)量、面積、空間分布和景觀配置等。它既是景觀差異性的具體表現(xiàn)，又是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果[5]。本文選取景觀水平指數(shù)對金水區(qū)濕地景觀格局進行分析。

表2 金水區(qū)濕地景觀水平指數(shù)

由表2可知，金水區(qū)2001年濕地的PRD和SHDI較1996年有所下降，主要是由于水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積占比較大，反映了當時大力發(fā)展經(jīng)濟的現(xiàn)狀。金水區(qū)2008 年與2010年的SHDI分別為1.103和1.160；這兩 個觀測年份濕地的PRD和SHDI較2001年已有明顯改善，雖然水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積占比依舊較大，但作為城市景觀和水運建造的庫塘和運河等面積比重開始增加。同時FN1較2001年也有所減少，兩個指標共同反映了2008～2010年城市的基礎建設和城鎮(zhèn)化建設力度加大。

3）濕地轉(zhuǎn)移矩陣分析。濕地轉(zhuǎn)移矩陣可以獲取不同時間段內(nèi)各類濕地之間、濕地與其他類型用地之間的相互轉(zhuǎn)化情況，在此基礎上可推測濕地轉(zhuǎn)化的驅(qū)動因子。

表3 1996～2015年濕地轉(zhuǎn)移矩陣/km2

監(jiān)測年份用地類型的轉(zhuǎn)換主要表現(xiàn)在永久性河流與洪泛平原濕地之間的相互轉(zhuǎn)換，永久性河流、洪泛平原濕地向水產(chǎn)養(yǎng)殖場的轉(zhuǎn)換，以及其他地類與水產(chǎn)養(yǎng)殖場、永久性河流、洪泛平原濕地、庫塘和輸水河等之間的相互轉(zhuǎn)換，總體上濕地增加量大于減少量。

3 濕地時空動態(tài)變化特征

3.1 經(jīng)濟發(fā)展影響濕地變化

1996～2001年，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以水產(chǎn)養(yǎng)殖為主要目的的人工濕地明顯增加，反映為金水區(qū)中部和東北部濕地密度增加。2001～2008年，由于東部的城鎮(zhèn)化發(fā)展，使得一些水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積減少；同期，鄭東新區(qū)迅速發(fā)展，新增了如意湖和部分城市運河，表現(xiàn)為東部濕地密度減少，中南部濕地密度增加。2010～2015 年，東北部的城鎮(zhèn)化進程繼續(xù)快速發(fā)展，使以農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖為目的的庫塘面積持續(xù)減少；同時，鄭東新區(qū)龍湖區(qū)域和龍子湖區(qū)域形成規(guī)模，使得整個區(qū)域中部和東部的濕地密度趨于整體化。

3.2 城市擴張影響濕地變化

為增強鄭州中心城市功能，加快全省城市化進程，拉大城市框架，2001年起，鄭州市規(guī)劃建設了一個城市新區(qū)——鄭東新區(qū)。鄭東新區(qū)融合大面積綠地、流動的水系等多種元素，使鄭州市更具生命活力。到2008年，鄭東新區(qū)基本建設完成，庫塘濕地面積增加了209.825%，主要是作為城市景觀的湖泊明顯增加，如鄭東新區(qū)的如意湖。2008年，人工濕地較2001年面積增加了45.912%，主要是新區(qū)新增了人工河流，如昆麗河；同年水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積減少了16.478 km2，較2001年下降了37.601%，主要是由于鄭東新區(qū)建設及城鎮(zhèn)化發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積大量減少。

3.3 政策支持影響濕地變化

隨著社會的發(fā)展，城市人口迅速增長，對濕地的影響不容忽視。在城市化過程中，城市水面率逐步降低，不透水面積逐步擴大，導致城市濕地系統(tǒng)逐步消失。鄭州市專門出臺了相關(guān)的濕地保護政策，演化分析結(jié)果顯示，人工濕地建設較好，尤其是鄭東新區(qū)，濕地增長十分明顯；同時，對沿黃濕地進行了很好的保護，沿黃濕地中的水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積明顯減少。

4 結(jié) 語

通過對5個監(jiān)測年份數(shù)據(jù)的采集分析可以看出，金水區(qū)濕地在過去20 a間的變化是巨大的：①濕地總面積雖然減少，但是各類濕地面積分布趨于合理；②濕地類型由單一倚重水產(chǎn)養(yǎng)殖場，轉(zhuǎn)變?yōu)橹攸c發(fā)展適宜人類居住的人工庫塘和運河；③濕地的斑塊由大多數(shù)為單獨分散的較小水域轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟀邏K形式存在，從而提高了濕地斑塊的穩(wěn)定性。由以上變化可以看出，金水區(qū)的濕地職能由最初追求經(jīng)濟發(fā)展、大力推進水產(chǎn)養(yǎng)殖，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹荚谔岣呷司邮孢m度的景觀濕地。雖然濕地總面積減少，但是新建的龍子湖區(qū)通過運河與流經(jīng)老城的金水河和熊耳河、賈魯河、東風渠等連通，形成更加完整的城市生態(tài)水系。

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P237

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1672-4623（2017）07-0036-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.011

竇小楠，碩士研究生，工程師，主要從事遙感影像處理、地理信息系統(tǒng)建設等工作。

2016-09-07。