天津濱海新區自然資源時空變化及管理

徐帥，李秀梅，張人愉，荊帥軍，劉憲斌

（天津科技大學海洋科學與工程學院 天津市 300457）

自然資源是一切人類社會活動所必需的物質基礎和保障。而當今社會人類面臨著嚴重的資源枯竭和不合理開發利用等一系列問題，從而引發各種危機，影響人們正常的生活[1]。因此，對自然資源的研究和有效管理，有利于人類物質資料的可持續利用及社會和諧文明進步。長期以來，人們對自然資源分類定義不統一，而且由于其空間分布零散，極易受自然和人為因素的影響，統計所需的周期長，這使得傳統的測量統計方法無法快速準確地跟蹤監控，更不能提供實時有效動態信息。

近年來，隨著遙感技術的不斷成熟[2]和Web GIS 的飛速發展[3]，使自然資源的快速準確地觀測統計和數據信息共享成為可能，并且為研究其時空變化規律及趨向、科學規劃及決策提供了方便[4]。然而，基于RS 與GIS 對一定區域內自然資源的統計分析管理，很少有學者研究。本文借助RS和GIS 技術，通過定性和定量相結合的方法，分析近15年來天津濱海新區自然資源的時空變化特征，并利用基于Flex 的富客戶端的WebGIS技術，實現自然資源專題地圖信息的動態共享和管理，為該區域的可持續發展提供有效的參考依據。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

天津濱海新區，地理坐標：北緯38°40′至39°00′，東經117°20′至118°00′，地處華北平原北部，位于山東半島與遼東半島交匯點上、海河流域下游、天津市中心區的東面，渤海灣頂端，瀕臨渤海。擁有海岸線153 km，陸域面積2 270 km2，海域面積3 000 km2，包括原塘沽、漢沽和大港3個行政區以及東麗區、津南區的部分區域[5]（圖1）。

該區自然條件得天獨厚，擁有豐富的自然資源：植被、湖泊河流、灘涂、沼澤、耕地、鹽田、海洋、地熱[6]和未利用地等資源。近期，新區以建設資源節約型、環境友好型城市發展模式和生態城市為戰略目標，被國家“十一五”規劃納入全國總體發展戰略布局[7]，“十二五”期間又被確定建立為自貿區。因此，自然資源的統計分析及其管理，對該區顯得尤其重要。

圖1 天津濱海新區地圖

1.2 數據處理及方法

本研究采用的數據源為2000年、2005年和2010年的Landsat5 TMETM 三景遙感影像，2014年Landsat8 OLI 一景遙感影像以及天津濱海新區1：50000 地形圖。首先，對該研究區進行野外現場調查，依據研究區自然資源屬性特征及其資源分類的標準[8]，確定濱海新區9 類自然資源：植被、湖泊河流、灘涂、沼澤、耕地、鹽田、海洋、地熱和未利用地。然后，將四景遙感影像中對比度較差的影像進行直方圖均衡化、影像融合和去薄云等圖像增強處理，并利用1：50000 地形圖進行幾何精校正，做出研究區范圍掩膜，在ENVI 軟件上運用掩膜裁剪的方法確定出所要研究的遙感影像范圍。其次，選擇合適的波段[9]，如：TM/ETM 中7，4，2 波段進行組合，并配合4，3，2 標準假彩色進行植被解譯；中紅外波段（TM7）處于水的強吸收帶，水體呈黑色，可明顯區別于其它地物；近紅外波段（TM4）對綠色植物最敏感，可突出潮灘植被，利于水域判別，同時可用于陸地植被提取；OLI 中使用5，4，3波段合成標準假彩色，以突出所要分類的地物。采用人工目視解譯[10]和計算機解譯[11]方法，參考高分辨的Google Earth 地圖，依據實地考察數據資料，對濱海新區的地物進行分類，提取出自然資源分類圖（圖2）。

圖2 （a）、（b）、（c）、（d）分別代表2000年、2005年、2010年和2014 天津濱海新區自然資源空間分布圖

2 自然資源變化統計

自然資源的變化包括不同類別的空間位置、面積與數量的變化。面積的變化和空間的變化最能快速直觀準確地反映出自然資源的總體變化。因此，本研究主要通過分析統計不同類別資源面積和空間上的變化，了解自然資源利用結構的變化及變化的總態勢[12]。除此之外，還參照土地利用類型的動態度[13]，定義了自然資源動態度（年變化率），即：一定時間范圍內某種類別的自然資源空間面積變化情況，它定量描述了自然資源的變化速度，對預測未來自然資源變化趨勢有一定的指導意義。

其表達式為：

式中：K 值為研究區該類型自然資源的年變化率；Ua、Ub分別為研究期初及研究期末某一種類型自然資源的空間面積；T 為研究時段間隔。

利用上述資料，對濱海新區四期的自然資源分類圖（圖2）分別進行統計分析，得出天津濱海新區15年間自然資源面積年際變化率（表1）。

通過統計分析2000年、2005年、2010年和2014年四幅自然資源分類圖，結果表明：

（1）植被面積有所增加，2000-2014年約增加了1.849 km2，增加速率為0.120 km2/a，年變化率為2.17%，這與一系列建設生態文明，走可持續發展的政策有關；

表1 天津濱海新區15年間自然資源年變化率、面積變化及年變化速率

（2）鹽田面積有所減少，共減少了約85.632 km2，減少速率為5.709 km2/a，年均變化率為-0.97%；

（3）耕地面積被大幅度占用，減少了約463.501 km2，減少速率為30.900 km2/a，年變化率為-3.20%，2005-2010年變化率最大，主要由于城市化進程所致；

（4）近年來，人工修復河道，因此湖泊、河流有一定增加，2000-2014年共增加了約18.576 km2，速率為1.238 km2/a，年變化率為1.06%；

（5）隨著人口的劇增和人類活動頻繁，沼澤、灘涂等脆弱生態系統遭到了一定程度的破壞，減幅約為86.561 km2和47.858 km2，減少速率為5.770 km2/a 和3.191 km2/a，年變化率為-2.42%和4.57%；

（6）隨著新區大力的開發，各產業結構的調整，對土地的需求增加，未利用地快速減少，2000-2014年約減少了29.049 km2，年變化率為-5.17%；

（7）當土地供不應求以及相關產業的需要，就促進了圍海造田的發展，海洋面積速減，2000年到2014年共圍海造陸約238.835 km2，減少速率為15.922 km2/a；

（8）地熱資源由于地質活動的不確定性以及人為的開采破壞儲層構造[6]，2000-2014年總量有所下降，約減少66.155 km2，年變化率為-0.81%。

3 影響因素分析

自然資源的時空變化是各種影響因素共同作用的結果[14]。總體上可將其分為自然因素與人為因素兩大類：自然因素主要包括氣候、水文、地形、地質構造及自然災害等；人為因素包括人口、經濟和當地政策等相關方面的內容[15]。但由于自然因素的不確定性及周期相對長遠，在短時間內區域自然資源的變化，本文主要以人為因素作為研究對象。

3.1 人口因素

人口是導致各類自然資源的變化的最直接因素。首先，人口數量的多少決定了自然資源的分配；其次，人類的活動改變了自然資源的類型和結構，增加了對自然資源演變的干預程度；再次，人類改造自然，征服自然的技術日益增強，使其越來越滿足人類的生存需要。因此，人口因素是自然資源變化中貢獻最大的參數[16]。

濱海新區人口總數從2000年的118.898 9 萬人，增加到2010年的248.206 5 萬人[17]，增加129.31萬人，年平均增長率為10.88%。截止到2015年預計到達450 萬人[18]，同比2010年約增加了201.793 5 萬人，年平均增長率16.26%。人口每年迅速增長，

隨之給自然資源帶來了巨大壓力，也加大了對土地占有的需求，原有的鹽田、耕地、沼澤、灘涂和一部分的未利用地，不斷被占用。而且對海洋的利用也日益加大，圍海造陸，去滿足人口過度增長所需的生存資源。

3.2 經濟因素

經濟因素是自然資源開發利用的主導因素。其影響著國民生活水平、工業的發展、城鎮與市場的狀況、商業和貿易前景等，從而間接決定了自然資源的數量和分布[19]。近幾年以來，濱海新區深化改革、擴大開放，主動與國際經濟接軌，完善投資條件，力爭創造一流的投資環境，尤其是到2015年實現自貿區的劃定，經濟保持了持續、高速發展。GDP 及相關產業都得到了突飛猛進的增長，表2 是2000-2014年GDP 和相關產業的統計表[20]。

從上述統計表中可以看出：

（1）濱海新區GDP 近年來高速增長，年平均增長率為95.48%；

（2）各產業都有所增加，但是第二、三產業的年增長率較第一產業更大，分別為94.67%和99.68%，增長速度之迅猛，導致自然資源的利用極大地改變，空間分布重新分配；

表2 濱海新區生產總值統計表（億元）

（3）第一產業年平均增長率雖有所增加，但比重變化逐年減少，為-0.78%；第二產業所占的比重非常大，并且穩定在66%~68%之間，工業生產所需的空間土地面積急劇增加，房屋廠房和港口等建筑面積的供給需求也有所增加，直接導致耕地，灘涂、沼澤、未利用地和海洋等自然資源被加重占用，使得它們的空間分布和面積劇烈變化；

（4）隨著服務業及相關旅游休閑娛樂產業的興起，植被等生態自然得到了重視，空間面積有所增加；相反，溫泉成為社會時尚時，加劇了地熱資源的開采，使得部分儲層結構破壞，空間分布有所減少。

自然資源影響了經濟的發展和產業結構的調整；反之，經濟的迅速發展又影響自然資源的分布與數量。因此，經濟因素是導致自然資源時空變化的主要因素[22]。

3.3 政策因素

對于某區域的自然資源利用情況，政府政策引導會起到關鍵的作用。“十一五”規劃以來，天津濱海新區成為國家繼深圳特區、浦東新區后又一個潛在的經濟增長區，又于2009年部署實施“十大戰役”發展戰略，“十二五”期間新區對體制進行了全面的改革和調整，使新區得以高速發展，2015年國家又確定建立自貿區，一系列的政府政策引導，造成目前濱海新區耕地，灘涂、沼澤、未利用地、地熱和海洋等自然資源逐年減少，空間分布急劇變化；植被和河流湖泊在先減少后，重新被人們重視，近年來有所增加。

政策的傾向，也加快了對某種類別自然資源的利用，例如沿海工業的發展，使得天津濱海新區的填海造陸工程成為目前中國國內最大的填海造陸工程，規劃總面積達200 多平方公里。該工程在一定程度上緩解了工業及居住用地的緊缺，滿足了經濟發展、人口增長對土地儲備的需求[23]。該工程的實施，使得原有的灘涂和海洋資源劇減。但是近幾年來，隨著建設環境友好型、資源節約型的美麗濱海政策的實施，植被資源有所增加。

4 自然資源的管理及動態信息共享

本研究利用了目前比較流行的基于Flex 的WebGIS 技術[24]，將ArcGIS Server 提供的各種地圖服務以及利用ArcGIS Viewer for Flex 程序框架和借助Flash Builder 平臺開發的專業GIS 功能，通過REST（Representational State Transfer）接口發布并表示為URL（resource identifier），瀏覽者只需要使用URL 作為參數地址，就可以在瀏覽器中訪問該地圖服務并且使用GIS 功能[25]。

系統分三部分：（1）前臺，即用戶交互端，政府部門可以在線對自然資源專題地圖進行可視化操作，科學管理決策并實現動態信息共享；用戶可以瀏覽并進行專業的GIS 功能操作，對其合理利用有指導意義。（2）中端，即服務層，用于調用遠程數據庫和本地自然資源專題數據庫，返回地圖和要素服務。（3）后臺，即數據庫，管理者可以時時更新，發布最新動態的自然資源信息，并科學安全管理數據。

將自然資源信息通過基于Flex 構建的富客戶端的WebGIS 平臺管理并發布，實現自然資源信息管理和動態共享，為政府部門科學規劃和人類合理利用提供了依據。而且本研究中還設計了科學安全的數據庫系統，將自然資源存儲在本地的數據庫，方便及時進行數據資源的更新管理，其發布運行如（圖3）所示。

圖3 管理及發布數據的運行圖

5 結 語

（1）近15年來，天津濱海新區自然資源變化很大，鹽田、耕地、沼澤、未利用地、海洋、灘涂和地熱逐年減少，而植被和湖泊、河流有所增加。

（2）影響時空變化的因素主要有人口、經濟和政策，人口的劇增是最直接最大的貢獻參數，經濟結構的調整及迅猛的發展是重要的促進因素，政府政策的傾向是外部推動條件。

（3）通過統計分析近年來的自然資源時空變化，實現數據的管理和信息發布共享，為人們認識濱海新區自然資源的狀況及變化，以及科學合理地規劃利用提供了參考依據。

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