１９９３—２０２３ 年黃河中游岸線利用時空變化分析

摘 要：利用遙感技術對黃河岸線利用類型進行動態監測，有助于了解沿黃生態廊道建設進程。以黃河中游為研究對象，基于１９９３—２０２３ 年Ｌａｎｄｓａｔ－５ ＴＭ、Ｌａｎｄｓａｔ－８ ＯＬＩ 影像，以５ ａ 為間隔提取岸線利用信息，對黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略實施后岸線利用時空變化特征進行了分析，并探討了黃河廊道生態保護成效。結果表明：１９９３—２０２３ 年黃河中游生活岸線占比由２．１２％增至１６．９６％，生態岸線占比呈波動上升態勢，在２０２３ 年達到３９．６８％；黃河中游３ 個河段岸線利用差異較大，其中晉陜峽谷段以生態岸線為主，汾渭平原段以農業岸線為主，三門峽至桃花峪段由以農業岸線為主轉變為以生態岸線為主；２０１８—２０２３ 年生態岸線和生活岸線占比增大、農業岸線占比減小，各河段生態岸線變化率均為正。

關鍵詞：河流廊道；生態保護；岸線利用；黃河中游

中圖分類號：Ｘ１７１．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２５．０４．０１６

引用格式：董震，楊高，鄧榮鑫，等．１９９３—２０２３ 年黃河中游岸線利用時空變化分析［Ｊ］．人民黃河，２０２５，４７（４）：１００－１０５．

河流岸線通常指臨水控制線與外緣控制線之間的帶狀區域，是水域與陸地生態系統之間的過渡帶，具有洪水調節、污染物控制、生境和生物載體等自然生態功能，以及農業生產、休閑游憩等社會服務功能［１－２］ 。然而，作為水陸之間生物、物理和化學組分相互影響的交錯帶，河流岸線生態環境較為脆弱，極易受自然因素和人類活動干擾［３］ 。由于河流岸線資源具有獨特的經濟價值，因此大部分河流岸線出現過度開發現象，河流岸線空間可持續發展形勢日益嚴峻［４－５］ 。監測和評價河流岸線利用現狀，保護和修復受損的河流廊道生態系統，已成為當今河流岸線空間管控的重要內容［６］ 。

河流岸線利用變化的時空特征與生態環境狀況評價作為河流管理的重要內容，受到國內外有關學者的關注。殷守敬等［５］ 提出了基于高分遙感影像的河流岸線位置提取方法與類型劃分體系，并應用于２０１７ 年長江干流生態岸線監測；Ｓｉｎｇｈ 等［７］ 利用ＲＳ 和ＧＩＳ 技術對Ｃｈａｍｂａｌ 河岸線的非法采砂點進行了持續監測，對比分析了未開采和非法開采岸線的侵蝕特征；梁之豪等［８］ 分析了黃河北干流岸線土地利用時空變化特征，并利用馬爾柯夫模型對其土地利用結構進行了預測。雖然在河流岸線利用現狀監測和岸線分區等方面取得了一些研究成果，但是對于河流岸線利用的生態效應未進行深入探討。段學軍等［９］ 通過長江經濟帶中下游岸線利用現狀評估，發現河流岸線的生態敏感性較高；Ｍａｒｙ?Ｌａｕｙé 等［１０］ 通過烏拉圭河流岸線利用狀況的綜合評價，探究了河岸森林與農作物對河流生態完整性的影響；Ｌｉ 等［１１］ 通過長江江蘇段河岸生態系統健康狀況評價，確定了沿岸生態保護的重點區域。相關研究表明，岸線利用監測與評價已成為當下河流廊道生態狀況評價的重要內容，河流岸線利用時空變化評價，能夠在一定程度上反映河流廊道生態保護成效，為河流岸線空間管控提供決策支持。

黃河中游地區作為我國重要的生態屏障和經濟地帶，對我國生態安全和經濟發展具有重要影響［１２－１３］ 。黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略實施后，黃河中游沿岸實施了多項生態保護工程，以復蘇黃河廊道生態環境，實現人水和諧共生，如沿黃生態廊道示范工程、山水林田湖草沙一體化保護和修復工程項目等［１４］ 。然而，由于生態保護成效評估工作仍未全面開展，因此這些生態保護工程的治理效果尚不清楚。本文基于黃河中游１９９３—２０２３ 年Ｌａｎｄｓａｔ 系列影像數據，以５ ａ 為間隔提取７ 期黃河中游岸線信息，并對３０ ａ間河流岸線類型特征及生態保護工程實施后河流岸線利用變化進行分析，揭示黃河中游生態廊道建設狀況，從而為黃河流域生態保護措施的針對性實施提供科學依據。

１ 研究區概況

黃河中游全長１ ２０６ ｋｍ，自內蒙古河口鎮至河南桃花峪，屬半干旱與半濕潤氣候過渡帶，夏季多雨，冬季干燥寒冷，年降水量為３２０ ～８３６ ｍｍ。黃河中游地勢西北高、東南低，地貌復雜多樣，包括黃土丘陵溝壑區、土石山區、黃土高塬溝壑區、河谷平原區，流域內耕地和草地分布廣泛。根據黃河中游地勢地貌、水文情勢及岸線利用狀況等［１５］ ，將其劃分為河口鎮—禹門口的晉陜峽谷段（ＪＳ 河段）、禹門口—三門峽的汾渭平原段（ＦＷ 河段）、三門峽—桃花峪段（ＳＴ 河段）。

２ 數據處理與研究方法

２．１ 數據獲取及預處理

考慮植被生長狀況及影像受云量的影響，選取黃河中游１９９３—２０２３ 年６ 月中旬的Ｌａｎｄｓａｔ － ５ ＴＭ、Ｌａｎｄｓａｔ－８ ＯＬＩ 影像作為遙感數據源，軌道號分別為１２４／３６、１２５／３６、１２６／３６、１２６／３５、１２６／３４、１２６／３３、１２６／３２，用于提取黃河中游岸線利用信息。利用ＥＮＶＩ５．３軟件，對獲取的影像數據進行輻射校正、幾何校正、影像拼接和裁剪等預處理。

２．２ 研究方法

２．２．１ 歸一化差異水體指數法

選取徐涵秋［１６］ 提出的改進歸一化差異水體指數法（ＭＮＤＷＩ）提取水體。該方法適用于區分陰影和水體，對建筑區水體信息具有較好的提取效果，同時也可將河道中一些含水量較高的沙洲和小微水體提取出來，特別是灘地和水體界限較明顯。改進的歸一化差異水體指數ＳＭＮＤＷＩ計算公式為

ＳＭＮＤＷＩ ＝ （ｂ１ － ｂ２） ／ （ｂ１ ＋ ｂ２） （１）

式中：ｂ１ 為綠光波段，為Ｌａｎｄｓａｔ－５ ＴＭ、Ｌａｎｄｓａｔ－８ ＯＬＩ影像中的第２、第３ 波段；ｂ２為中紅外波段，為Ｌａｎｄｓａｔ－５ＴＭ、Ｌａｎｄｓａｔ－８ ＯＬＩ 影像中第５、第６ 波段。

２．２．２ 遙感影像解譯及岸線利用分類

當前岸線利用分類研究主要考慮岸線的開發利用方式、自然條件及生態功能［１７］ 。本文根據黃河中游岸線利用狀況及自然因素，并參考《全國河道（湖泊）岸線利用管理規劃技術細則》，將岸線利用類型劃分為農業岸線、生態岸線、水域岸線、生活岸線和其他岸線５ 個一級類型，見表１。基于１９９３—２０２３ 年Ｌａｎｄｓａｔ－５ＴＭ、Ｌａｎｄｓａｔ － ８ ＯＬＩ 影像數據， 利用ＡｒｃＧＩＳ、ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ 軟件，通過目視解譯的方法分別生成黃河中游７期岸線利用二級分類數據，包括林地、草地、旱地、水田、城鎮用地等，解譯總體精度達到９２．１％，Ｋａｐｐａ 系數為０．９１６。

需要注意的是，如果岸線存在兩種及以上的利用類型，則按照優先級高低賦予其類型屬性，岸線利用類型優先級從高到低依次為生態岸線、水域岸線、生活岸線、農業岸線、其他岸線。

３ 結果與分析

３．１ 黃河中游岸線利用類型變化

近３０ ａ 黃河中游岸線以生態岸線和農業岸線為主，見表２，多年平均占比分別為３７．６８％、３２．７４％。農業岸線在２００８ 年達到最大占比３７．４０％，之后隨著黃河廊道生態保護措施的實施，以河防工程為基礎，水沙調控為核心，因地制宜實施退耕還林還草政策，農業岸線占比大幅度下降，在２０２３ 年降低為最小值２５．８１％。生活岸線在１９９３ 年占比僅為２．１２％，２０２３ 年占比為１６．９６％，呈明顯上升趨勢。其中，２００８ 年之前生活岸線占比保持在８％以內，２０１３ 年生活岸線占比顯著增大，２０１３ 年之后生活岸線占比緩慢上升，說明黃河沿岸城鎮化水平不斷提高。水域岸線占比在１９９３—２０２３ 年呈下降趨勢，說明黃河中游水利工程的興建有效減輕了泥沙沉積，使沿岸裸露沙洲減少，河床不被抬高，黃河中游泥沙淤積問題得到了一定程度緩解。２０１８ 年水域岸線占比與２０１３ 年相比明顯增大，說明該時期黃河中游沿岸可能存在泥沙淤積問題。生態岸線在１９９３ 年占比最小，為３５．１０％，之后呈緩慢增大趨勢，在２００８ 年達到最大值４０．７２％。２００８—２０１８ 年生態岸線占比出現小幅度下降，同時農業岸線占比也呈減小趨勢，黃河中游沿岸城鎮化發展是兩者下降的主要原因。黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略實施后，２０２３ 年生態岸線占比增大至３９．６８％，說明黃河中游岸線生態保護成效顯著。其他岸線占比呈緩慢下降趨勢，由７．２１％減小至１．３４％，說明隨著經濟社會的發展，其他岸線向另外幾種類型岸線轉變。

黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略實施前（１９９３—２０１８ 年），黃河中游農業岸線、生活岸線、水域岸線、生態岸線、其他岸線占比平均值分別為３３．９０％、８．３９％、１５．７１％、３７．３５％、４．６５％；實施后（２０２３年），生態岸線和生活岸線占比呈增大趨勢，農業岸線占比呈顯著減小趨勢。說明黃河生態保護工程的實施，使得黃河中游岸線的生態環境得到一定程度改善，黃河廊道生態保護取得了初步成效。

３．２ 黃河中游各河段岸線利用類型變化

近３０ ａ 黃河中游各河段以農業岸線、生態岸線為主，見圖１。

１）ＪＳ 河段。１９９３—２０２３ 年該河段以生態岸線為主，其平均占比為４９．３８％，生態岸線占比呈波動下降趨勢；生活岸線占比增長最為顯著，而農業岸線占比呈小幅度波動下降趨勢；２０１８ 年之前水域岸線占比波動較大，２０１８ 年、２０２３ 年該河段水域岸線占比趨于穩定；其他岸線占比則以１９９８ 年為拐點呈先上升后下降變化趨勢。

２）ＦＷ 河段。１９９３ 年、１９９８ 年農業岸線和水域岸線占比基本持平，２００３—２０１３ 年兩者占比差距愈來愈大，２０１８ 年后兩者占比又趨于持平，１９９３—２０２３ 年兩者的平均占比分別為４６．０２％、３４．０７％；近３０ ａ 生活岸線占比緩慢上升，到２０２３ 年占比約為１０％；生態岸線占比呈先下降后上升變化趨勢，２００３ 年占比最小，２０１３ 年后占比持續上升；其他岸線占比呈波動下降趨勢，２０２３ 年占比僅為約２％。

３）ＳＴ 河段。１９９３—２００８ 年農業岸線占比較大，２０１３ 年后生態岸線占比超過農業岸線，且兩者差距越來越大， ２０２３ 年該河段生態岸線占比超過５０％；１９９３—２００８ 年，生活岸線占比先增大后減小，受小浪底工程建設影響，２００３ 年生活岸線占比達到最大值，２０１３ 年后生活岸線占比趨于平穩；１９９３ 年、１９９８ 年該河段水域岸線占比平均值約為３０％，２００３ 年后水域岸線占比平均值僅為７％左右；１９９３—２０２３ 年其他岸線占比呈波動下降趨勢。

３．３ 岸線利用年際變化分析

３．３．１ ２０１８—２０２３ 年黃河中游及各河段岸線利用變化分析

黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略實施以來，黃河中游岸線利用類型年變化率絕對值：其他岸線＞農業岸線＞生活岸線＞生態岸線＞水域岸線，見表３。２０１８—２０２３ 年，正變化的岸線利用類型為生活岸線、生態岸線和水域岸線，其中生活岸線年增長率最大，為１．３３％，其次為生態岸線，年增長率為０．７７％，水域岸線僅增加１１．６９ ｋｍ。２０１８—２０２３ 年黃河中游農業岸線、其他岸線為負變化，年變化率分別為－３．４２％、－４．３０％。從分段看，生態岸線、水域岸線和生活岸線都為正變化，生態岸線年變化率ＦＷ 河段＞ＪＳ 河段＞ＳＴ河段，ＦＷ 河段為游蕩性河段，是重點植被恢復河段；各分段的水域岸線變化率較小，年變化率約為１％；ＪＳ河段、ＳＴ 河段生活岸線變化率較小，而ＦＷ 河段年變化率達１１．７２％，這與沿岸河防工程建設有關。各分段都為負變化的是農業岸線，年變化率為－２．３０％左右；其他岸線除ＪＳ 河段為正變化外，其余河段為負變化。總體來看，２０１８—２０２３ 年黃河中游沿岸各分段生態岸線年變化率均為正變化，岸線占比呈上升趨勢，這與黃河中游沿岸植被恢復和生態保護政策的實施有關。

３．３．２ 黃河中游岸線利用類型結構分析

２０１８ 年和２０２３ 年黃河中游及各河段岸線利用類型占比相差不大，岸線利用類型結構具有一定穩定性。黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略實施后，黃河中游岸線利用類型主要為生態岸線、農業岸線和生活岸線。２０１８ 年，黃河中游岸線利用類型以生態岸線、農業岸線為主，其次為生活岸線，占比分別為３７．０７％、３０．２６％、１５．４３％。２０１８—２０２３ 年，黃河中游農業岸線占比明顯減小，生態岸線和生活岸線占比增大，水域岸線和其他岸線占比基本保持不變；黃河中游３ 個河段農業岸線占比均減小，平均減小了４．３５％，生態岸線占比均增大，平均增大了３．１１％；ＦＷ 河段生活岸線占比增大明顯，農業岸線占比減小明顯。總體來看，２０１８—２０２３ 年，黃河中游、ＪＳ 河段和ＳＴ 河段岸線利用類型以生態岸線為主，且呈增加態勢，ＦＷ 河段以農業岸線和水域岸線為主，但生態岸線占比也呈增大態勢。說明河流生態廊道建設項目開展后，黃河中游沿岸生態環境問題得到一定程度緩解。

３．３．３ 黃河中游岸線利用類型空間變化

從２０１８—２０２３ 年黃河中游岸線利用類型空間變化區域來看，部分河段岸線利用類型變化顯著，見圖２。生態岸線：ＪＳ 河段生態岸線空間變化集中在該河段上下游，ＦＷ 河段上游生態岸線變化顯著，ＳＴ 河段生態岸線呈連續變化；生活岸線：ＪＳ 河段生活岸線空間變化主要發生在中游以上，ＦＷ 河段生活岸線空間變化呈零散分布，ＳＴ 河段生活岸線空間變化零散分布在中游以下河段；農業岸線：ＪＳ 河段農業岸線空間變化集中在上中游，ＦＷ 河段農業岸線呈連續變化，ＳＴ 河段農業岸線空間變化集中在小浪底水庫周邊及下游地區；水域岸線：ＪＳ 河段水域岸線空間變化集中在中游，ＦＷ 河段中上游水域岸線空間變化顯著且連續，ＳＴ 河段水域岸線空間變化零散出現在該河段下游；其他岸線：ＪＳ 河段為其他岸線發生變化的主要河段，ＦＷ、ＳＴ河段其他岸線空間變化零散出現在河段上游。

４ 討論

２０ 世紀９０ 年代以來，隨著黃河廊道生態保護政策的實施，黃河中游岸線利用趨于多樣化與生態化。１９９３—２００３ 年，黃河中游生態岸線占比小幅度增大，農業岸線占比波動較大，生活岸線占比持續增大，其他岸線占比下降顯著，可能與黃河上游徑流量減少、黃河中游水土保持以及壩灘聯治等有關［１８］ 。２００３—２０１３年，受小浪底水利樞紐建設、水庫調水調沙等影響，大量河灘地被開墾種植，農業岸線占比達到峰值［１９］ 。黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略實施前，黃河中游生態岸線占比波動較大，這與黃河中游防護林體系建設、退耕還林還草等政策的實施有關，說明人們已經意識到黃河廊道生態保護的重要性，進行了生態廊道建設。另外，氣候變暖致使植被生長期延長，黃河上游畜牧量增加、工農業用水激增等，導致中游沿岸地下水位下降、草地退化，這可能是２０１８—２０２３ 年黃河中游ＪＳ 河段生態岸線、其他岸線占比增大的原因。２０１８—２０２３ 年，黃河中游農業岸線占比大幅度減小，生態岸線和水域岸線占比增大，除黃河生態廊道建設外，退耕還林還草有效減少了耕地面積，為沿岸生態環境的持續改善發揮了巨大作用［２０］ 。２０１８—２０２３ 年黃河中游水域岸線占比增大，一方面受大型水利工程徑流調節影響，另一方面與退耕還林還草政策、水源和濕地保護以及降水增加有關［２１］ 。

在黃河生態保護治理過程中，可以根據河流廊道生態本底差異，實行分段治理，宜農則農，宜林則林，采取因地制宜的方法對岸線空間進行合理規劃。對于河道變化頻繁、水土流失嚴重的生態脆弱區域，在生態保護治理中應重點關注。黃河中游ＦＷ 河段和ＳＴ 河段作為黃河沿岸重點農業生產區，需要對農業岸線進行合理規劃，積極探索生態可持續發展與經濟高質量發展的平衡點。黃河中游ＪＳ 河段沿岸有大面積少數民族聚居地及農牧區，在做好沿岸生態環境保護和修復的同時，要著力搞好鄉村振興和耕地資源保護，發展生態農業，穩步推進沿岸社會經濟高質量發展。

５ 結論

１９９３—２０２３ 年黃河中游岸線利用類型變化顯著，整體開發利用率呈上升趨勢，表現為生活岸線占比顯著增大，其他岸線占比持續減小；生態岸線占比隨著黃河廊道生態保護工程的實施而穩步上升；農業岸線占比自２０１３ 年起迅速下降；水域岸線占比波動下降，黃河中游沿岸泥沙問題得到有效治理，黃河生態廊道建設按照相對平穩的速度推進。

黃河中游各分段岸線利用差異明顯。ＪＳ 河段以生態岸線為主，其多年平均占比為４９．３８％；ＦＷ 河段以農業岸線為主；ＳＴ 河段生態岸線占比在２０１３ 年超過農業岸線占比，并快速增大，初步實現了沿岸生態環境保護及可持續發展的目標。

近３０ ａ 黃河中游生活岸線和生態岸線占比增大顯著。黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略實施以來，黃河中游岸線利用正變化率由大到小依次為生活岸線（１．３３％）、生態岸線（０．７７％）和水域岸線（０．４０％）。２０１８—２０２３ 年各河段生態岸線占比均增大，其中ＦＷ 河段年變化率最大。

黃河中游整體存在岸線開發利用程度高，生活岸線占比增大顯著，農業岸線占比較大，沿岸生態空間被擠占嚴重的問題。２０１８ 年后，各河段沿岸主要朝著生態化方向發展，農業岸線占比顯著減小，黃河中游沿岸生態狀況明顯好轉。

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【責任編輯 呂艷梅】

基金項目：國家自然科學基金資助項目（３２３０１４１９）；河南省重點研發與推廣專項（科技攻關）（２５２１０２３２０２２５）