三峽庫區建成前后洞庭湖濕地動態分析

符 靜，楊 霞，劉 勇

（1.湖南師范大學 資源與環境科學學院，湖南 長沙 410082；2.湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北 武漢 430070）

三峽庫區建成前后洞庭湖濕地動態分析

符 靜1，楊 霞1，劉 勇2

（1.湖南師范大學 資源與環境科學學院，湖南 長沙 410082；2.湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北 武漢 430070）

在遙感和地理信息系統技術的支持下，對洞庭湖區TM遙感影像進行處理，獲取1999年、2003年、2005年3個年份的洞庭湖區濕地類型分布面積，進行相應統計分析。結果表明，三峽庫區攔壩蓄水，枯水期增加下泄量，及時補給下游河湖，提高了洞庭湖區冬季水位；長江上游攔截泥沙，向下游輸沙量減少，入湖泥沙含量降低，洲灘濕地面積增長變緩，有利于湖泊濕地的調蓄功能；洞庭湖濕地呈萎縮狀態，這一現象是水利工程建設、氣候變化、濕地自然演替以及人類活動等多因素長期共同作用的結果。

洞庭湖；濕地；三峽庫區；遙感

洞庭湖濕地是我國最大的淡水湖泊濕地之一，對調節長江流域生態環境具有不可替代的功能與作用。2003年6月，隨著舉世矚目的三峽水利樞紐蓄水運行，必然會對洞庭湖水體產生影響, 進而影響其植被生長[1-3]。

三峽工程對洞庭湖區的影響體現在防洪、水力梯度、湖口水位等變化以及土地利用和環境等方面[4-12]。本文基于現存的研究成果與技術方法，結合洞庭湖區1999年、2003年、2005年3個時段的TM遙感影像，借助ENVI4.8、ArcGIS9.3、Excel等軟件，研究三峽工程運行后對洞庭湖區濕地生態環境的影響。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區地理概況

洞庭湖古稱“云夢澤”，是我國第二大淡水湖，地跨湘、鄂兩省，位于長江荊江河段以南，介于北緯28°30'~30°20'、東經110°40'~113°10'。本文中的洞庭湖濕地僅指湖南省部分[13]，研究區土地面積為2.58萬hm2，2008年全區總人口1 171.86萬，位置范圍如圖1所示。

1.2 數據來源

圖1 研究區位置范圍圖

遙感數據選取1999年、2003年、2005年冬季枯水期3期TM遙感影像，軌道號為123-39、123-40、124-39、124-40，空間分辨率為30 m。輔助數據主要有：1987～2008年野外調查數據；湖南省統計年鑒、縣志；洞庭湖區1∶500 萬矢量地形圖以及行政區劃圖等。此外，還包括與地理環境有關的多方面的統計資料。所涉及的數據主要來源于研究區長期研究的積累，部分來源于國際科學數據服務平臺。

2 研究方法

2.1 影像校正

本文中所采用的3期TM圖像只經過輻射和系統幾何粗校正，因此在分類之前要對數據進行幾何精校正，利用ENVI4.8軟件的Registrastion菜單選用控制點校正的方式進行校正。首先利用Google Earth軟件獲得研究區足夠數量的控制點坐標，再分別對3個時段拼接好的影像數據進行幾何精校正，同時將其他輔助數據、參照影像定義到統一的空間坐標系下。

2.2 影像拼接與裁剪

由于研究區跨越了4個軌道號上所獲取的遙感影像，因此需要對每一時段的4景TM影像進行拼接。利用ENVI4.8中Mosaicking命令實現鑲嵌配準。拼接完成后，利用洞庭湖矢量邊界裁切處理，獲得研究區3個年份的遙感影像。

2.3 圖像分類與精度驗證

借助ENVI4.8軟件，參考野外調查信息，確定濕地類型解譯標志，采用ENVI軟件ROI工具菜單來定義、管理和編輯分類模板，建立3個年份所需的訓練區。采用最大似然法對圖像進行監督分類，將研究區劃分為包括自然濕地、人工濕地、非濕地在內的8種類別。最后利用ENVI4.8軟件Post Classification下Confusion Matrix命令獲得3個時相遙感影像的混淆矩陣，所得3期影像解譯精度總體分別為 85.346%、88.736%、86.798%，符合研究精度要求。

圖2 洞庭湖研究區濕地利用分布圖

3 結果與分析

3.1 洞庭湖濕地利用分布

通過ENVI4.8軟件監督分類之后的遙感影像，利用軟件中聚類（clump）分析及過濾（sieve）刪除合并微小圖斑，再經ArcGIS9.3、Photoshop CS軟件處理獲得的研究區3個年份的濕地利用空間分布圖（圖2）。

3.2 洞庭湖濕地發展變化分析

借助ArcGIS9.3軟件ArcMap模塊對圖像進行屬性提取，結合Excel軟件，在前文分類的基礎上，計算得出研究區內的濕地類型面積（表1）。

表1顯示， 1999～2005年間，水體、苔草灘地、蘆葦灘地的面積先減少后增加；林地、旱地面積先增加后減少；泥灘地面積一直在減少；水田、建筑用地面積一直處于增長狀態。旱地面積1999年以來一直居于首位。

1999年，三峽庫區蓄水之前，濕地類型以旱地、林地、蘆葦灘地為主，面積分別為7 715.3 km2、6 903.2 km2、3 507.7 km2，所占百分比分別為30.74%、27.49%、7.99%；水田面積為2 005.9 km2，占7.99%；水體1 582.1 km2，占6.3%；泥灘地1 484.8 km2，占5.91%；苔草灘地827.7 km2，占3.29%；建筑用地1 083.0 km2，占4.31%。總體而言，1999年天然濕地共計7 402.3 km2，占總面積的29.47%；人工濕地16 624.4 km2，占66.22%；非濕地1 083.0 km2，占4.31%。

表1 1999～2005年各濕地類型面積/km2

2003年，三峽庫區建成后，由于1999年以來洞庭湖區氣候變化、濕地自然演替以及人口大幅度增長的影響，加上庫區于2003年6月開始蓄水攔沙，入湖水量、泥沙量不斷減少，致使濕地面積發生了明顯變化。①人工濕地有了較大幅度增長，旱地面積仍居首位，增長到8 773.0 km2，增加1 057.7 km2，占總面積的34.12%；林地增長為8 179.9 km2，增加1 276.7k m2，增長面積最多；水田2 418.1 km2，增加412.2 km2；人工濕地累計增長2 746.6 km2，增長率為16.52%。② 天然濕地面積驟減，蘆葦灘地減少為2 119.9 km2，減少面積最多，減少了1 387.8 km2；其次是泥灘地，由1 484.8 km2減少為830.5 km2，減少649.3 km2；水體減少為1 313.8 km2，減少了268.3 km2；苔草灘地減少為358.8 km2，減少468.9 km2，天然濕地累計減少2 779.3 km2。③非濕地增加至1 714.0 km2，增加631.0 km2。

3.3 洞庭湖濕地類型轉移分析

利用ENVI4.8軟件Change Detection命令將洞庭湖區1999年與2005年的土地利用分布圖疊加，計算獲得洞庭湖區1999～2005年的濕地利用轉移矩陣（表2）。轉移矩陣表明，各濕地類型的轉移是相互的。天然濕地中增加的水體面積主要是泥灘地轉入82.2 km2，水體轉出22.8 km2，凈轉入59.4 km2，也有一小部分7.8 km2，來自退耕還湖，即旱地轉入36.9 km2，轉出28.1 km2。流失的泥灘地，主要轉變為水田432.1 km2，水田轉入75.4 km2，凈轉出356.7 km2，其次是轉為旱地396.9 km2，旱地轉入210.1 km2，凈轉出186.8 km2。損失的蘆葦灘地中，轉成旱地1 357.8 km2，旱地轉入1 098.9 km2，凈轉出258.9 km2，轉成水田313.7 km2，水田轉入78.5 km2，凈轉出235.2 km2。流失的苔草地主要轉成蘆葦灘地206.1 km2，轉入92.5 km2，凈轉出113.6 km2。人工濕地中，水田增加主要來自旱地420.5 km2，其次是泥灘地、蘆葦灘地。林地轉移大多來自蘆葦灘地159 km2，泥灘地107.7 km2，也有一部分來自退耕還林87.7 km2。旱地增加主要是蘆葦灘地、泥灘地的轉移。

表2 1999～2005年洞庭湖濕地類型轉移矩陣/km2

從表中面積的凈變化可以看出，1999～2005年天然濕地中水體面積增加37.15 km2，得益于三峽庫區冬季補給河湖水量，提高冬季水位；泥灘地面積減少最多，達784.23 km2，是因為入湖泥沙含量驟減，泥沙淤積降低；蘆葦灘地減少了542.9 km2；苔草灘地減少137.52 km2。人工濕地中，水田增加1 296.76 km2；林地增加了534.38 km2；旱地增加226.52 km2。這表明退田還湖雖是主導，但也有湖灘地被圍墾。這些變化特征表明，洞庭湖濕地發展變化不僅受三峽工程的影響，也與這些年退耕還林、退耕還濕等國家政策有關。

4 結 語

長江三峽水利工程建設與洞庭湖濕地環境演變息息相關。主要表現在：①三峽庫區攔壩蓄水，冬季增加下泄流量，及時補給下游河湖，提高了洞庭湖枯水期水位，改善了湖區水生棲息環境，有利于保護生物多樣性。②長江上游攔截泥沙，致使下游輸沙量減少，入湖泥沙含量降低，泥沙淤積減緩，洲灘濕地面積的增長變慢。但有利于湖泊濕地的調蓄功能、防洪能力提高。③天然濕地向人工濕地轉變較大，湖泊呈萎縮狀態，究其原因是多因素長期共同作用的結果，除了深受三峽庫區蓄水攔沙影響外，也與人類活動、氣候變化以及濕地自然演替等因素有關。

鑒于選用的是冬季影像，此時水田已部分轉成旱地，因此旱地分類相對較多。通過實地調查，湖區防護林灘地面積較少，且分布分散，尚未形成規模，本文將其劃歸為林地一類。為了更好地做好濕地生態改善與保護工作，應大力加強湖區防護林工程建設，擴大湖區蘆葦經濟林的人工種植面積，通過立法限制人類活動對濕地環境的負面影響。

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P237.9

B

1672-4623（2015）03-0114-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.040

符靜，碩士，主要從事生態環境評價與GIS應用的研究。

2014-04-24。

項目來源：湖北省水利重點科技資助項目（TG1316）。