基于遙感的丁字灣地區土地利用時空變化分析及地區生態修復建議

李亨健，張杰，胡曉丹，王偉*，強萌麟，于劍鋒

(1.山東省第三地質礦產勘查院, 山東 煙臺 264004；2.山東省自然資源廳，山東 濟南 250101)

0 引言

土地與人們的生活息息相關，密不可分，是人類賴以生存的環境基礎[1-3]。“如何合理高效的利用每一寸土地，更好地服務于人們的生活”成為地區決策者必須思考的問題。以現有土地資源為基礎綜合考慮氣候、水文等因素制定的土地利用規劃是一個城市發展的指南[4]。丁字灣是山東半島南部海域一個重要的海灣，是山東半島藍色經濟區9大核心區之一[5-6]，其地理位置優越、周邊經濟發展迅猛，從省到地方都非常重視該區域的發展規劃。本文選取2005年、2010年、2016年三期TM影像進行遙感解譯，計算2005—2016年丁字灣地區土地利用的類型動態度指標[7-11]，分析土地面積轉移矩陣[10-15]，研究丁字灣地區土地利用變化特征，并為地區土地利用規劃提供建議，助推丁字灣地區經濟向人地和諧環境健康的生態經濟方向發展。

1 研究區概況

丁字灣位于膠東半島南部，行政區劃隸屬海陽市、萊陽市和即墨市三地市。地理位置優越，海陸空交通發達，西南距青島市區約65km，北距煙臺市區125km。根據丁字灣藍色經濟區規劃確定本次研究區總面積1104km2，其中陸域面積約720km2，海域面積約380km2。區內地形起伏中等，整體上北部、西部高，向南東微微傾斜，高程一般在20～100m，丘陵區地形坡度介于5°～15°之間。屬暖溫帶季風型大陸性氣候[16-17]，四季分明，雨水充沛，光照充足，年平均氣溫12.5℃(1979—2017年)，多年平均降水量628.9mm(1979—2017年)。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據組成及來源

調查區的遙感地質解譯工作，主要采用2005年、2010年、2016年成像的中分辨率遙感圖像，遙感解譯工作采用的衛星、成像時間、分辨率、波段組合以及融合情況如表1所示。合成或融合后的遙感圖像信息豐富、色調適中、層次分明、無云霧，較好地反映了研究區的地質地貌、環境地質特征。

表1 研究區航天遙感資料一覽表

2.2 數據處理方法

依據中國地質調查局2011年編制地質和環境地質遙感技術要求，通過遙感圖像處理，編制了3個時點的衛星影像圖，系統地建立研究區地貌、植被、濕地、海岸線、灘涂等內容的遙感地質解譯標志。依據遙感地質解譯標志[18-19]，對調查區陸域的地質構造和地貌現狀進行了解譯，編制了土地利用類型遙感解譯圖(圖1)。

遙感圖像處理采用美國ENVI5.1遙感圖像處理與分析平臺，遙感圖像處理包括波段組合、圖像融合、幾何校正、多功能增強等環境地質信息提取。通過對多波段波譜的對比分析，本次解譯選擇TM741或L8號752波段組合的圖像，做為遙感解譯或融合處理的基礎圖像。

1—林地；2—草地；3—耕地；4—建設用地；5—養殖及鹽田；6—水域；7—海域；8—研究區范圍圖1 研究區土地利用類型遙感解譯圖(a—2005年10月，b—2010年10月，c—2016年10月)

幾何校正在1∶5萬數字地形圖和遙感圖像上，選擇道路交叉點、道路和河流的交叉點、城鎮中街區的交叉點等，作為遙感圖像的幾何校正點。在地形圖上讀取幾何校正點的XY坐標值，賦給遙感圖像相應的幾何校正點上，對遙感圖像進行幾何校正處理，形成與1∶5萬數字地形圖完全可以配準的遙感圖像。

2.3 研究分析方法

LUCC體系[7-11]中將土地開發利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地、海洋共7類。由于丁字灣地區未解譯到沙地、戈壁、鹽堿地、沼澤地、裸土地等利用類型，且解譯的養殖、鹽田土地利用面積較廣，變遷特征明顯，根據土地利用區域特征本次研究將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、養殖與鹽田地、海域7個大類。

土地利用變化方向一般分為3個部分:轉入部分，未變部分，轉出部分[10]。這3個變化有時是同步進行的有時是異步進行的，本文主要從丁字灣地圖土地利用速度變化，土地利用程度變化，土地利用幅度變化以及土地利用類型轉移方向4個方面研究丁字灣地區土地利用特征。

3 結果分析

3.1 土地利用類型面積變化分析

從土地結構組成來看(表2)，研究區內海域所占比例約35%，陸域面積所占比例約65%，陸域土地類型大部分為耕地，約占研究區總面積的32%，占陸域面積49%，其次為養殖及鹽田地、林地分別占總面積的14%、10%，而建設用地、草地、水域占地面積占比不足5%。

表2 丁字灣地區土地利用面積變化

海域和水域面積在研究的時間段內呈持續減少的趨勢，其中海域面積變化最為顯著，2005—2016年減少面積約10km2,占比由35.76%減少至34.92%。從階段性變化來看2005—2010年變幅較2010—2016年更大，反映了不同時段人們對海岸的開發利用程度不同。

耕地面積、建設用地、林地、草地面積在2005—2016年間所占比例持續增加，建設用地、草地范圍擴張明顯，2016年建設用地總面積47.79km2同比2005年10月增加了5.21km2，所占比例增至4.33%；2016年草地總面積29.91km2同比2005年10月增加了7.55km2，占比增幅0.7%。

濱海養殖與鹽田地面積約165km2，2005—2010年處于增長期面積增加3.65km2，而2010—2016年面積減少了4km2，兩期反向變化過程后土地利用面積幾乎不變，這可能與海岸開發政策變化有關。

3.2 土地利用類型動態度分析

研究區從2005—2016年間整體土地利用變化速率較小，2005—2010年綜合土地利用動態度0.24%(表3)，2010—2016年綜合土地利用動態度0.13%。從單一土地利用動態度分析結果可以看出，草地在2005—2016年間動態度正向最大，2005—2010年達到3.23%。建設用地次之，動態度在1%左右。表明草地和建設用地擴張的速度較高。水域其余土地利用類型變化速率相對較小，動態度在-0.5%～+0.5%之間。

表3 丁字灣地區2005—2016年動態度統計表

3.3 土地利用類型轉移特征分析

借助ArcGIS軟件的空間分析工具，計算不同土地類型之間的轉換面積，得出2005—2010年、2010—2016年的土地轉移矩陣(表4、表5)。

如表4、表5所示，2005—2010年，隨著城鎮化的快速發展，建設用地需求增加，使大量耕地、草地、林地被開發利用，造成土地面積的減少。建設用地面積增長主要來自耕地面積的轉換，轉移面積1.88km2,水域、林地、草地、海域分別轉換了0.06km2，0.11km2，0.28km2，0.04km2。為滿足人民居住生活以及工農業發展的用水需求，人們過量的開采地下水資源，加之近年來丁字灣地區降雨量減少，使得水庫水位下降、部分河道干涸，5年內水域整體范圍縮減了1.41km2，縮減面積大部分被開發利用成為耕地。養殖、鹽田地的面積變化是最為明顯，隨著近海養殖業、鹽場的興起，村民在灣內圍海筑壩，岸線向海擴張，5年內占用海域面積達8.22km2。區內耕地面積增長主要來自水域面積轉換，草地面積的增長主要來自養殖、鹽田地面積轉換，林地范圍小幅增長面積變化小于1km2。

表4 丁字灣地區2005—2010年轉移面積矩陣表

表5 丁字灣地區2010—2016年轉移面積矩陣表

2010—2016年，城鎮規模進一步擴大，建設用地面積增長主要來源為養殖、鹽田地和耕地，分別轉換了1.42km2，1.39km2。6年內耕地面積增長0.39km2，增加面積主要來源于水域(1.86km2)和養殖、鹽田地(1.5km2)。這一時段沿海地區開發利用速度放緩，圍海養殖面積只增加了2.99km2，同時有4.09km2的養殖、鹽田地轉化為草地，轉化區域主要集中在五龍河口附近、呂家灘以南地區，大片養殖區退還為濱海濕地。林地面積仍有小幅增加，植被覆蓋率的增長也體現了海陽、即墨等地市對丁字灣地區生態環境保護的重視。

3.4 丁字灣地區對生態環境的影響

目前丁字灣地區城鄉建設快速發展，建設用地處于向外擴張的狀態，帶動了海岸帶地區農畜業、養殖業、鹽業的發展。但同時區內工業、農業、養殖業、鹽田業大量開采地下水資源，形成了局部采水漏斗，水頭壓力使得海水倒灌，產生了海水入侵(圖2)、地下水污染等地質環境問題[6]。此外養殖業對海岸線的改造，又改變了海岸原有的地質結構，造成了海岸的侵蝕現象，進一步加劇了海水的入侵，對地區工農業生產、居民的身體健康產生了威脅。該區未來的經濟發展中，必須考慮保護資源環境，減少土地利用發展給環境帶來的不利影響。

1—海水入侵界線圖2 丁字灣地區海水入侵界線圖

3.5 丁字灣地區生態修復建議

根據丁字灣地區土地開發利用現狀及國家相關政策、法規，提出地區生態修復建議如下：

(1)地表攔蓄，回灌補源，保護水域面積。可以在河流中、下游修建攔河閘壩攔蓄洪水，增加地表水可利用量，在地下水位漏斗區修建滲井，利用汛期洪水補給地下水，把入海表流也蓄于地下。同時合理安排取水量，強化用水管理。

(2)開展海灣整治修復，“退圍還海、退養還灘、退耕還濕”，延伸、擴大濕地公園范圍。丁字灣內的五龍河，水系流域面積廣，生態物種豐富，是多種潮下帶洄游性和地方性經濟魚蝦類品種繁育的優良場所，也是多種珍稀瀕危鳥類的聚集地[20]，具有巨大的環境調節功能和生態效益[21-23]，目前在萊陽市羊郡、穴坊鎮建立了萊陽五龍河濕地公園，占地面積814km2。根據2018年國務院發布的《關于加強濱海濕地保護嚴格管控圍填海的通知》，建議自五龍河入海口向丁字灣兩側延伸開展“退圍還海、退養還灘、退耕還濕”，逐步修復已經破壞的濱海生態環境(圖3)。未來將灣口地區整個納入到濕地公園中，發展丁字灣生態旅游經濟。

(3)研究制定合理的開發利用規劃，嚴格管控灘涂、沙灘、河流水面等生態脆弱地區開發利用(如建立自然保護區，禁止工程建設等)，執行占用補償制度，促進人地關系良性循環。

4 結論

本文通過分析2005年、2010年、2016年三期TM影像的解譯成果，研究丁字灣地區土地利用變化特征及其空間分布。研究結果表明：

(1)丁字灣地區土地利用類型以耕地為主，其次為養殖及鹽田地、林地，建設用地，草地、水域占地面積最少。建設用地、草地面積、林地在2005—2016年間所占比例持續增加，草地面積增長幅度最大。耕地面積先減后增總量變化不大,養殖及鹽田地先增后減幾乎不變。水域、海域面積持續減少，海域面積減少幅度最大。

1—五龍河濕地公園；2—建議生態治理修復區圖3 丁字灣生態修復治理規劃區

(2)從土地利用類型轉換矩陣來看，土地的轉移主要發生在“建設用地與耕地、耕地與水域、養殖鹽田與海域、草地與養殖鹽田”之間。最大轉移幅度達8km2。體現該時期丁字灣地區發展的主要特點圍海、河、湖造陸。

(3)丁字灣地區整體土地利用變化速率較小，2005—2010年綜合土地利用動態度0.24%，2010—2016年綜合土地利用動態度0.13%。單一動態度草地最大，水域及建設用地次之。丁字灣地區開發利用潛力巨大，建議在以后的土地開發利用中，因地制宜地進行土地資源的合理配置，追求土地資源利用率最大化。

(4)丁字灣地區城鄉建設快速發展，建設用地處于向外擴張的狀態，帶動了周邊農畜業、養殖及鹽田業的發展，加大了地下水資源的開采和對岸線資源的開發利用，帶來一系列的地質環境問題，根據國家相關政策，建議退養還濕，建立灣口濕地公園，發展旅游經濟。