基于遙感的重慶三峽庫(kù)區(qū)水蝕荒漠化監(jiān)測(cè)

張海珍，馬澤忠，2，王福海

（1.重慶市土地勘測(cè)規(guī)劃院，重慶400020；2.重慶工商大學(xué)，重慶400060）

重慶三峽庫(kù)區(qū)西起江津，東至巫山，地處長(zhǎng)江中上游結(jié)合部，主要由川東隆起褶皺帶、大巴山褶皺帶以及川鄂湘黔褶皺帶構(gòu)成，地勢(shì)起伏大，土地結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喀斯特地貌分布廣泛，流水的侵蝕、溶蝕十分發(fā)育。另外，該地區(qū)地少人多，土薄地瘠，人地矛盾十分突出，陡坡耕種現(xiàn)象嚴(yán)重，土地墾殖率高，森林覆蓋率低下，使得該區(qū)成為我國(guó)水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)2006年重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失面積為27 547.7km2，占重慶三峽庫(kù)區(qū)幅員面積的58.8%［2］。嚴(yán)重的水土流失造成該地區(qū)土地退化、沙化甚至石化，不僅使原本就十分脆弱的生態(tài)環(huán)境更加脆弱，同時(shí)也容易造成下游水庫(kù)泥沙的淤堵，嚴(yán)重威脅到三峽水利工程的安全運(yùn)營(yíng)。遙感技術(shù)以其信息量大，獲取速度快，覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，成為進(jìn)行土地荒漠化監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)分析必不可少的重要手段［3－4］。采用航空遙感影像對(duì)該地區(qū)的水蝕荒漠化進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)，以掌握該地區(qū)的土地退化情況，為庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 技術(shù)思路

基于遙感及GIS技術(shù)，在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上對(duì)重慶三峽庫(kù)區(qū)2003及2009年的遙感正射影像進(jìn)行解譯，生成前后兩時(shí)相的水蝕荒漠化分布圖。然后通過(guò)空間疊加分析對(duì)2003－2009年的水蝕荒漠化動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 重慶三峽庫(kù)區(qū)水蝕荒漠化監(jiān)測(cè)流程

2 數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)源

重慶三峽庫(kù)區(qū)水蝕荒漠化監(jiān)測(cè)使用的數(shù)據(jù)包括遙感正射影像數(shù)據(jù)、野外考察數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)文字及圖件資料。

2.1.1 航空遙感影像數(shù)據(jù)

包括2003年以及2009年的正射遙感影像數(shù)據(jù)，其中2003年為TM數(shù)據(jù)，影像分辨率為30M，為1：5萬(wàn)分幅。2009年的為0.5m分辨率的航空正射遙感影像數(shù)據(jù)，影像獲取時(shí)間2009年3－5月，為1：1萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)分幅。兩期數(shù)據(jù)均采用西安1980平面直角投影坐標(biāo)系。影像覆蓋長(zhǎng)江兩岸25km之內(nèi)的范圍，涉及行政區(qū)共20個(gè)，如圖2。

2.1.2 野外考察數(shù)據(jù)

圖2 研究區(qū)范圍

2.1.3 其他數(shù)據(jù)：包括研究區(qū)地質(zhì)、地貌、土壤分布、坡度數(shù)據(jù)、DEM以及土地利用現(xiàn)狀等數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

為保證數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確，以及多種數(shù)據(jù)的空間一致性，分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了完整性檢查、質(zhì)量檢查、鑲嵌拼接、空間投影等處理。

3 遙感影像解譯

3.1 水蝕荒漠化程度分級(jí)

水蝕荒漠化是一個(gè)復(fù)雜漸進(jìn)的過(guò)程，其影響因素包含了自然和人為因素，自然因素如地質(zhì)構(gòu)造、土壤、降雨等，人為因素包括陡坡耕作，伐林、開(kāi)荒、修路采礦等因素。從表現(xiàn)形式上看則主要反映為地表形態(tài)的改變，如地表裸露程度，切溝、沖溝密集程度等。在充分收集和分析前人工作成果的基礎(chǔ)上，以科學(xué)性、可操作性和遙感影像的可解譯性原則出發(fā)將水蝕荒漠化程度劃分為無(wú)、輕度、中度及重度4級(jí)（見(jiàn)表1）。

表1 水蝕荒漠化程度分級(jí)

3.2 水蝕荒漠化程度解譯

以行政區(qū)為單位，根據(jù)已經(jīng)建立的影像解譯標(biāo)志，采用人機(jī)交互方式分別對(duì)2003年及2009年的水蝕荒漠化程度進(jìn)行解譯。鑒于水蝕荒漠化過(guò)程的復(fù)雜性，在解譯的過(guò)程中遵循局部與整體、自然因素與人類活動(dòng)相結(jié)合的原則，對(duì)水蝕荒漠化程度進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的判別，勾繪圖斑并賦予圖斑屬性。然后在GIS軟件中建立拓?fù)潢P(guān)系并進(jìn)行編輯和修改，生成各行政區(qū)兩期的水蝕荒漠化程度解譯矢量數(shù)據(jù)。利用GIS軟件對(duì)各行政區(qū)不同時(shí)期的水蝕荒漠化程度解譯矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理，生成2003年及2009年研究區(qū)水蝕荒漠化程度解譯矢量數(shù)據(jù)（如圖3）。

圖3 重慶三峽庫(kù)區(qū)2003年、2009年水蝕荒漠化遙感解譯結(jié)果

4 水蝕荒漠化狀態(tài)分析

4.1 水蝕荒漠化現(xiàn)狀分析

重慶三峽庫(kù)區(qū)水蝕荒漠化存在以下特點(diǎn)：

（1）由于特殊的地理和氣候條件，區(qū)域內(nèi)的水蝕荒漠化現(xiàn)象比較明顯，水蝕荒漠化的面積占區(qū)域總面積的38%，且主要表現(xiàn)為輕度荒漠化，重度水蝕荒漠化區(qū)域也有一定程度的出現(xiàn)，但比例比較小，在區(qū)域總面積中占1.5%左右。

（2）水蝕荒漠化的區(qū)域差異比較明顯，主要分布在區(qū)域的東北部的川鄂褶皺山地，而西南部由于地處四川盆地邊緣，地形起伏不大，氣候及土壤資源相對(duì)較好，水蝕荒漠化區(qū)域也相對(duì)較少。

同時(shí)，計(jì)算所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均累計(jì)沉降量，分析平均累計(jì)沉降量與時(shí)間的變化規(guī)律。如圖3所示，監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)，建筑物整體有0.6 mm左右的上升，這是因?yàn)榈罔F施工方式引起的暫時(shí)性上升，隨后，建筑物整體處于沉降階段。可以看出，從監(jiān)測(cè)開(kāi)始的第5天到第150天左右，建筑物都處于沉降過(guò)程，并且沉降量和監(jiān)測(cè)時(shí)間呈線性相關(guān)關(guān)系。150天以后建筑物沉降曲線趨于平緩，表明建筑物沉降量已幾乎不再變化，建筑物處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）水蝕荒漠化程度從東往西逐漸減輕，巫山、奉節(jié)、巫溪、開(kāi)縣等地方水蝕荒漠化程度相對(duì)較重，中度和重度荒漠化比較普遍，西南部的水蝕荒漠化區(qū)域則多為輕度。

4.2 水蝕荒漠化動(dòng)態(tài)變化分析

對(duì)研究區(qū)兩期的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，提取研究區(qū)兩時(shí)相內(nèi)水蝕荒漠化程度變化信息并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。重慶三峽庫(kù)區(qū)2003，2009年水蝕荒漠化變化見(jiàn)表2。

表2 重慶三峽庫(kù)區(qū)2003年、2009年水蝕荒漠化面積萬(wàn)m2

從表2可以看出2003年到2009年間，區(qū)域內(nèi)的水蝕荒漠化情況發(fā)生了一定程度的變化，主要表現(xiàn)為輕度、中度以及重度水蝕荒漠化區(qū)域都有所減少，以輕度水蝕荒漠化區(qū)的減少面積最多，而重度水蝕荒漠化區(qū)域減少比率則最大，且變化多發(fā)生在研究區(qū)的東北部。

對(duì)水蝕荒漠化類型之間的轉(zhuǎn)變進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（表3）。

表3 重慶三峽庫(kù)區(qū)2003－2009年水蝕荒漠化變化萬(wàn)m2

可以發(fā)現(xiàn)：（1）不同程度水蝕荒漠化的轉(zhuǎn)變主要為相鄰程度類型之間的相互轉(zhuǎn)變，間隔程度之間的轉(zhuǎn)變則主要發(fā)生在逆向轉(zhuǎn)變上。（2）水蝕荒漠化變化的區(qū)域主要集中在無(wú)水蝕荒漠化、輕度水蝕荒漠化區(qū)以及中度水蝕荒漠化區(qū)域中，重度水蝕荒漠化區(qū)的變化則不是很明顯。具體表現(xiàn)如下：

①無(wú)水蝕荒漠化

無(wú)水蝕荒漠化區(qū)域主要從輕度荒漠化區(qū)以及中度荒漠化區(qū)域轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)，重度水蝕荒漠化區(qū)變?yōu)闊o(wú)水蝕荒漠化區(qū)的面積則相對(duì)比較小。同時(shí)，部分無(wú)水蝕荒漠化區(qū)也分別轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度及中度水蝕荒漠化區(qū)。但從總體上來(lái)看，在這幾年間，無(wú)水蝕荒漠區(qū)的面積是呈上升趨勢(shì)的，也是幾種類型中唯一面積增加的類型。

②輕度水蝕荒漠化

總體來(lái)說(shuō)，輕度水蝕荒漠化區(qū)域的面積在這幾年間有一定程度的減少。從2003年到2009年有9 800多萬(wàn)m2的輕度水蝕荒漠化區(qū)域變成無(wú)水蝕荒漠化區(qū)，有4 000多萬(wàn)m2的輕度水蝕荒漠化區(qū)變?yōu)橹卸人g荒漠化區(qū)，2項(xiàng)面積占了輕度水蝕荒漠化轉(zhuǎn)出面積的98%以上。從另一方面來(lái)看，無(wú)水蝕以及中度水蝕荒漠化區(qū)也是輕度水蝕荒漠化區(qū)的主要來(lái)源，在轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度水蝕荒漠化區(qū)的10 000多萬(wàn)m2中有32%來(lái)自于無(wú)水蝕荒漠化區(qū)，有66%的面積來(lái)自中度水蝕荒漠化區(qū)。可以說(shuō)，輕度水蝕荒漠化區(qū)域在幾種類型中是最具敏感性的一類區(qū)域，主要是因?yàn)樵擃悈^(qū)域如果稍加保護(hù)和治理就能得到很好的恢復(fù)和改善，同樣，如果稍不經(jīng)意也會(huì)繼續(xù)惡化，而輕度水蝕荒漠化區(qū)在這幾年間的變化情況也很好的反映了這一點(diǎn)。

③中度水蝕荒漠化

對(duì)中度水蝕荒漠化區(qū)的轉(zhuǎn)變方式進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)：中度水蝕荒漠化區(qū)主要轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)水蝕荒漠化區(qū)以及輕度水蝕荒漠化區(qū)，且以轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度水蝕荒漠化區(qū)為主，轉(zhuǎn)變面積占轉(zhuǎn)變總面積的42%，其次為無(wú)水蝕荒漠化區(qū)，占21%。中度荒漠化區(qū)的來(lái)源同樣以輕度荒漠化區(qū)為主，同時(shí)來(lái)自于重度水蝕荒漠化以及無(wú)水蝕荒漠化區(qū)的面積也分別達(dá)1 886萬(wàn)m2以及1 400萬(wàn)m2。中度水蝕荒漠化區(qū)域的這種變化更進(jìn)一步說(shuō)明區(qū)域生態(tài)環(huán)境的不穩(wěn)定性及脆弱性。

④重度水蝕荒漠化

從2003年到2009年，重度荒漠化區(qū)主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱酥卸人g荒漠化區(qū)，并有少部分轉(zhuǎn)為輕度水蝕荒漠化區(qū)以及無(wú)水蝕荒漠化區(qū)，其中轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸葏^(qū)域的占三者面積總和的82%。從來(lái)源情況來(lái)看，重度水蝕荒漠化區(qū)主要由中度水蝕荒漠化區(qū)轉(zhuǎn)變而來(lái)，無(wú)水蝕荒漠化區(qū)域以及輕度水蝕荒漠化區(qū)域也有部分區(qū)域惡化轉(zhuǎn)變?yōu)橹囟人g荒漠化區(qū)，但是都比較少。

5 結(jié)論及建議

通過(guò)2003及2009年航空正射遙感影像對(duì)重慶三峽庫(kù)區(qū)水蝕荒漠化進(jìn)行解譯，并對(duì)兩時(shí)相的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。表明：（1）重慶三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)的水蝕荒漠化情況存在比較明顯的地域性，且從東北到西南方向逐漸減輕。（2）從總體上看，幾年來(lái)水蝕荒漠化情況處于變好的狀態(tài)，但是不能否認(rèn)這種變化并不是很顯著。另外，三峽庫(kù)區(qū)蓄水對(duì)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期影響尚不明朗，因此對(duì)該區(qū)域的水蝕荒漠化的監(jiān)測(cè)和治理必須做為一項(xiàng)長(zhǎng)期、持續(xù)的工程從政策層面上進(jìn)行貫徹和落實(shí)，包括繼續(xù)推進(jìn)生態(tài)林保護(hù)、退耕還林還草；發(fā)展生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)對(duì)土地及資源的可持續(xù)利用，減少環(huán)境壓力；減少農(nóng)藥、化肥的投入及使用；建立長(zhǎng)期、連續(xù)的監(jiān)測(cè)機(jī)制等。

［1］ 胡 勇，張 晟，鄭 堅(jiān)，等.三峽庫(kù)區(qū)水土流失狀況及防治對(duì)策［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（3）：1 147－1 149.

［2］ 白文起.重慶庫(kù)區(qū)石漠化治理［J］.重慶國(guó)土房產(chǎn)，2009，1：50.

［3］ 李亞云，楊秀春，朱曉華，等.遙感技術(shù)在中國(guó)土地荒漠化監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2009，28（1）：55－62.

［4］ 趙英時(shí).遙感應(yīng)用分析原理與方法［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.