濕地土地利用覆蓋變化研究
——以鄱陽湖濕地為例

李子龍，吳夢瑩

（江西財經(jīng)大學(xué)，南昌 330013）

鄱陽湖濕地是中國第一大淡水湖泊濕地，由于人類的大規(guī)模活動，近年來，鄱陽湖濕地土地利用與土地覆蓋發(fā)生了變化，對其生態(tài)環(huán)境以及湖區(qū)人民生活造成了很大的影響。本文采用遙感技術(shù)手段，對鄱陽湖濕地的土地利用覆蓋變化內(nèi)容、方向等情況進行研究，有效監(jiān)測生態(tài)環(huán)境變化情況，進而為環(huán)境管理決策提供支撐。

本文以2015年和2016年的鄱陽湖遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過GIS和RS的技術(shù)，采用土地利用凈變化量、交換變化量、總變化量分析方法，分析了鄱陽湖湖灘土地利用覆蓋年內(nèi)變化的特征，為進一步研究提供了基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

鄱陽湖是中國最大的淡水湖泊，其地理坐標(biāo)大致為東經(jīng)115°31′～117°06′，北緯 28°11′～29°51′[1]。鄱陽湖北部與長江相連，其余三面環(huán)山，外形似葫蘆狀，贛江、撫河、信江、饒河、修水五河注入鄱陽湖，形成地勢起伏較小的沖積平原和內(nèi)湖盆地。

1.2 遙感數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理

Landsat-8衛(wèi)星攜帶有兩個主要載荷，陸地成像儀OLI（Operational Land Imager）和熱紅外傳感器TIRS（Thermal Infrared Sensor）。本文選取研究區(qū)2015年12月30日，2016年3月3日、7月25日、9月27日和12月16日（共4天）天氣晴朗、少云時的OLI影像。數(shù)據(jù)是中科院遙感與數(shù)字地球研究所的landsat-8的共享數(shù)據(jù)，產(chǎn)品級別為L1T（L1T級別數(shù)據(jù)產(chǎn)品是經(jīng)過輻射校正后的數(shù)據(jù)使用地面控制點和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進行精確校正得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品）。對下載的數(shù)據(jù)進行輻射定標(biāo)和大氣校正。

1.3 研究方法

1.3.1 研究思路

（1）確定研究區(qū)域的邊界。首先采用NDWI指數(shù)來對影像計算，通過決策樹的方法，提取大于NDWI值大于0部分，即為水體[2]。對水體的柵格數(shù)進行比較，選擇面積最大的作為研究區(qū)的范圍，在arcgis10.1中通過柵格到矢量的轉(zhuǎn)換來得到研究區(qū)的矢量文件。用得到的研究區(qū)域邊界對預(yù)處理后的影像進行裁剪，即可得到研究區(qū)的遙感影像。

（2）對遙感影像進行監(jiān)督分類。采用最大似然法對研究區(qū)的遙感影像進行監(jiān)督分類[3]。在訓(xùn)練區(qū)，每種類型選擇的樣本數(shù)量大于500個且均勻分布在圖上，土地利用覆蓋分類體系參考王卷樂等使用過的分類體系中有關(guān)的分類[4]。

（3）土地利用覆蓋變化分析。使用土地利用凈變化量、交換變化量、總變化量分析方法對分類后的圖像進行處理并分析。

1.3.2 研究方法

（1）土地利用凈變化量、交換變化量、總變化量分析方法。土地利用凈變化量，即為某種土地類型在兩個不同時期中數(shù)量差值的絕對值。土地利用凈變化量由于簡單、方便，成為土地利用變化分析中常用的一個方法。

土地利用凈變化量（Dj）的計算公式為：

土地利用交換變化量，就是指一個地類在一個地方轉(zhuǎn)換為其他地類，同時在另外的地方又有其他地類轉(zhuǎn)換為該地類[5]。由于目前我國實行非農(nóng)建設(shè)用地耕地“占補平衡”制度，采取“占多少，補多少”的原則，耕地在數(shù)量方面是沒有變化的，但是在空間上發(fā)生了變化，這時采用交換變化量則很清晰地解決這個問題。土地利用交換變化量（Sj）的計算公式為：

凈變化量與交換變化量之和為土地利用總變化量。土地利用總變化量（Cj）的計算公式為：

（2）精度驗證。由于缺乏精度更高的數(shù)據(jù)，不同時期影像監(jiān)督分類的結(jié)果采用自身影像選擇的ROI（感興趣區(qū)）來驗證，以Kappa系數(shù)作為指標(biāo)來評價其精度。

2 結(jié)果與分析

2.1 監(jiān)督分類結(jié)果精度分析

從表1數(shù)據(jù)可知，采用最大似然法對研究區(qū)域的土地進行監(jiān)督分類，把研究區(qū)土地分類為沼澤、內(nèi)陸水體、河湖灘地三種類型后，Kappa系數(shù)的值均大于0.85，表明分類結(jié)果的精度很好，滿足需求[6]。

表1 三種土地利用類型的單時相監(jiān)督分類結(jié)果精度

2.2 土地利用凈變化量、交換變化量、總變化量分析

依據(jù)表1數(shù)據(jù)，按照相應(yīng)公式，人們可以計算出2015年12月到2016年3月土地利用的凈變化量、交換變化量和總變化量，整理得到的結(jié)果如表2所示。

表2 2015年12月到2016年3月鄱陽湖地區(qū)土地利用變化信息

從表2可以看出研究區(qū)范圍內(nèi)，內(nèi)陸水體的總變化量最大，其次是河湖灘地，沼澤的總變化量最少。沼澤的主導(dǎo)變化是凈變化，說明沼澤在該時間段內(nèi)主要變化是數(shù)量的增加。內(nèi)陸水體的主導(dǎo)變化是交換變化，說明主要發(fā)生的變化是空間位置的轉(zhuǎn)移。河湖灘地凈變化量和交換變化量面積相差不大。這說明河湖灘地的面積有較多的增加，其空間位置也發(fā)生了大量的轉(zhuǎn)移。

由于研究區(qū)在2016年7月水位最高，湖水淹沒范圍確定，故研究區(qū)在7月份時，土地覆蓋全部以內(nèi)陸水體的形式存在。因此，由表1可知，從3月到7月，研究區(qū)內(nèi)的土地利用覆蓋變化形式均為凈變化，沼澤和河湖灘地減少的面積均變?yōu)閮?nèi)陸水體。

表3 2016年9月到12月鄱陽湖地區(qū)土地利用變化信息

從表3可以看出研究區(qū)范圍內(nèi)，內(nèi)陸水體的總變化量最大，其次是河湖灘地，沼澤的總變化量最少。三種類型土地的主導(dǎo)變化均為交換變化，說明從2016年9月到12月的時間段內(nèi)，三種土地的主要變化是空間位置的轉(zhuǎn)移。另外，河湖灘地空間位置發(fā)生了大規(guī)模的轉(zhuǎn)移，其面積也發(fā)生了增加。

3 結(jié)論

土地具有空間位置的固定性，因此只有對區(qū)域的土地利用覆蓋進行空間位置定性和定量化的分析，才能更好地研究土地利用覆蓋變化。而遙感技術(shù)的應(yīng)用，為大尺度的土地覆蓋變化研究提供了多時相、低成本、可靠性高的研究數(shù)據(jù)。

本文在對中科院遙感與數(shù)字地球研究所的鄱陽湖landsat-8的共享數(shù)據(jù)預(yù)處理后，對其進行監(jiān)督分類。在監(jiān)督分類的過程中，通過目視解譯，對三種土地類型（沼澤、內(nèi)陸水體、河湖灘地）進行訓(xùn)練區(qū)樣本的選擇，監(jiān)督分類的分類精度很好地滿足了研究需求。但是，由于驗證區(qū)域樣本的采集依然來自原始的影像，驗證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性還有待提高。在有條件的情況下，應(yīng)當(dāng)采取分辨率更高的影像或者實地采集數(shù)據(jù)。

對于鄱陽湖湖灘的土地利用覆蓋，本文采用凈變化量、交換變化量和總變化量分析。傳統(tǒng)的數(shù)量分析方法，由于只研究兩個時期土地利用覆蓋類型數(shù)量的變化，在土地利用覆蓋類型空間位置發(fā)生顯著變化而數(shù)量變化很小時，無法客觀反映土地利用覆蓋變化情況。凈變化量、交換變化量和總變化量考慮到了數(shù)量和空間位置變化的情況，更加全面地反映了土地利用覆蓋變化的情況。

鄱陽湖湖灘的土地利用覆蓋情況，在一年內(nèi)隨著季節(jié)的變化而變化。從3月到9月，隨著水量的增加，部分河湖灘地、沼澤轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)陸水體；從9月到12月，隨著水量的減少，部分水體轉(zhuǎn)變?yōu)楹雍┑睾驼訚桑@與“洪水一片，枯水一線”的景象符合。