基于遥感的重庆三峡库区水蚀荒漠化监测

张海珍，马泽忠，2，王福海

（1.重庆市土地勘测规划院，重庆400020；2.重庆工商大学，重庆400060）

重庆三峡库区西起江津，东至巫山，地处长江中上游结合部，主要由川东隆起褶皱带、大巴山褶皱带以及川鄂湘黔褶皱带构成，地势起伏大，土地结构复杂，喀斯特地貌分布广泛，流水的侵蚀、溶蚀十分发育。另外，该地区地少人多，土薄地瘠，人地矛盾十分突出，陡坡耕种现象严重，土地垦殖率高，森林覆盖率低下，使得该区成为我国水土流失最严重的地区之一［1］。据统计2006年重庆三峡库区水土流失面积为27 547.7km2，占重庆三峡库区幅员面积的58.8%［2］。严重的水土流失造成该地区土地退化、沙化甚至石化，不仅使原本就十分脆弱的生态环境更加脆弱，同时也容易造成下游水库泥沙的淤堵，严重威胁到三峡水利工程的安全运营。遥感技术以其信息量大，获取速度快，覆盖范围广等优点，成为进行土地荒漠化监测和动态分析必不可少的重要手段［3－4］。采用航空遥感影像对该地区的水蚀荒漠化进行动态变化监测，以掌握该地区的土地退化情况，为库区生态环境保护提供一定的数据参考。

1 技术思路

基于遥感及GIS技术，在野外调查的基础上对重庆三峡库区2003及2009年的遥感正射影像进行解译，生成前后两时相的水蚀荒漠化分布图。然后通过空间叠加分析对2003－2009年的水蚀荒漠化动态变化进行分析。技术路线如图1所示。

图1 重庆三峡库区水蚀荒漠化监测流程

2 数据源及数据处理

2.1 数据源

重庆三峡库区水蚀荒漠化监测使用的数据包括遥感正射影像数据、野外考察数据以及其他相关文字及图件资料。

2.1.1 航空遥感影像数据

包括2003年以及2009年的正射遥感影像数据，其中2003年为TM数据，影像分辨率为30M，为1：5万分幅。2009年的为0.5m分辨率的航空正射遥感影像数据，影像获取时间2009年3－5月，为1：1万标准分幅。两期数据均采用西安1980平面直角投影坐标系。影像覆盖长江两岸25km之内的范围，涉及行政区共20个，如图2。

2.1.2 野外考察数据

图2 研究区范围

2.1.3 其他数据：包括研究区地质、地貌、土壤分布、坡度数据、DEM以及土地利用现状等数据。

2.2 数据处理

为保证数据的完整和准确，以及多种数据的空间一致性，分别对数据进行了完整性检查、质量检查、镶嵌拼接、空间投影等处理。

3 遥感影像解译

3.1 水蚀荒漠化程度分级

水蚀荒漠化是一个复杂渐进的过程，其影响因素包含了自然和人为因素，自然因素如地质构造、土壤、降雨等，人为因素包括陡坡耕作，伐林、开荒、修路采矿等因素。从表现形式上看则主要反映为地表形态的改变，如地表裸露程度，切沟、冲沟密集程度等。在充分收集和分析前人工作成果的基础上，以科学性、可操作性和遥感影像的可解译性原则出发将水蚀荒漠化程度划分为无、轻度、中度及重度4级（见表1）。

表1 水蚀荒漠化程度分级

3.2 水蚀荒漠化程度解译

以行政区为单位，根据已经建立的影像解译标志，采用人机交互方式分别对2003年及2009年的水蚀荒漠化程度进行解译。鉴于水蚀荒漠化过程的复杂性，在解译的过程中遵循局部与整体、自然因素与人类活动相结合的原则，对水蚀荒漠化程度进行客观、准确的判别，勾绘图斑并赋予图斑属性。然后在GIS软件中建立拓扑关系并进行编辑和修改，生成各行政区两期的水蚀荒漠化程度解译矢量数据。利用GIS软件对各行政区不同时期的水蚀荒漠化程度解译矢量数据进行合并处理，生成2003年及2009年研究区水蚀荒漠化程度解译矢量数据（如图3）。

图3 重庆三峡库区2003年、2009年水蚀荒漠化遥感解译结果

4 水蚀荒漠化状态分析

4.1 水蚀荒漠化现状分析

重庆三峡库区水蚀荒漠化存在以下特点：

（1）由于特殊的地理和气候条件，区域内的水蚀荒漠化现象比较明显，水蚀荒漠化的面积占区域总面积的38%，且主要表现为轻度荒漠化，重度水蚀荒漠化区域也有一定程度的出现，但比例比较小，在区域总面积中占1.5%左右。

（2）水蚀荒漠化的区域差异比较明显，主要分布在区域的东北部的川鄂褶皱山地，而西南部由于地处四川盆地边缘，地形起伏不大，气候及土壤资源相对较好，水蚀荒漠化区域也相对较少。

同时，计算所有监测点平均累计沉降量，分析平均累计沉降量与时间的变化规律。如图3所示，监测开始时，建筑物整体有0.6 mm左右的上升，这是因为地铁施工方式引起的暂时性上升，随后，建筑物整体处于沉降阶段。可以看出，从监测开始的第5天到第150天左右，建筑物都处于沉降过程，并且沉降量和监测时间呈线性相关关系。150天以后建筑物沉降曲线趋于平缓，表明建筑物沉降量已几乎不再变化，建筑物处于稳定状态。

（3）水蚀荒漠化程度从东往西逐渐减轻，巫山、奉节、巫溪、开县等地方水蚀荒漠化程度相对较重，中度和重度荒漠化比较普遍，西南部的水蚀荒漠化区域则多为轻度。

4.2 水蚀荒漠化动态变化分析

对研究区两期的矢量数据进行空间叠加分析，提取研究区两时相内水蚀荒漠化程度变化信息并进行统计分析。重庆三峡库区2003，2009年水蚀荒漠化变化见表2。

表2 重庆三峡库区2003年、2009年水蚀荒漠化面积万m2

从表2可以看出2003年到2009年间，区域内的水蚀荒漠化情况发生了一定程度的变化，主要表现为轻度、中度以及重度水蚀荒漠化区域都有所减少，以轻度水蚀荒漠化区的减少面积最多，而重度水蚀荒漠化区域减少比率则最大，且变化多发生在研究区的东北部。

对水蚀荒漠化类型之间的转变进行了统计分析（表3）。

表3 重庆三峡库区2003－2009年水蚀荒漠化变化万m2

可以发现：（1）不同程度水蚀荒漠化的转变主要为相邻程度类型之间的相互转变，间隔程度之间的转变则主要发生在逆向转变上。（2）水蚀荒漠化变化的区域主要集中在无水蚀荒漠化、轻度水蚀荒漠化区以及中度水蚀荒漠化区域中，重度水蚀荒漠化区的变化则不是很明显。具体表现如下：

①无水蚀荒漠化

无水蚀荒漠化区域主要从轻度荒漠化区以及中度荒漠化区域转变过来，重度水蚀荒漠化区变为无水蚀荒漠化区的面积则相对比较小。同时，部分无水蚀荒漠化区也分别转变为轻度及中度水蚀荒漠化区。但从总体上来看，在这几年间，无水蚀荒漠区的面积是呈上升趋势的，也是几种类型中唯一面积增加的类型。

②轻度水蚀荒漠化

总体来说，轻度水蚀荒漠化区域的面积在这几年间有一定程度的减少。从2003年到2009年有9 800多万m2的轻度水蚀荒漠化区域变成无水蚀荒漠化区，有4 000多万m2的轻度水蚀荒漠化区变为中度水蚀荒漠化区，2项面积占了轻度水蚀荒漠化转出面积的98%以上。从另一方面来看，无水蚀以及中度水蚀荒漠化区也是轻度水蚀荒漠化区的主要来源，在转变为轻度水蚀荒漠化区的10 000多万m2中有32%来自于无水蚀荒漠化区，有66%的面积来自中度水蚀荒漠化区。可以说，轻度水蚀荒漠化区域在几种类型中是最具敏感性的一类区域，主要是因为该类区域如果稍加保护和治理就能得到很好的恢复和改善，同样，如果稍不经意也会继续恶化，而轻度水蚀荒漠化区在这几年间的变化情况也很好的反映了这一点。

③中度水蚀荒漠化

对中度水蚀荒漠化区的转变方式进行分析可以发现：中度水蚀荒漠化区主要转变为无水蚀荒漠化区以及轻度水蚀荒漠化区，且以转变为轻度水蚀荒漠化区为主，转变面积占转变总面积的42%，其次为无水蚀荒漠化区，占21%。中度荒漠化区的来源同样以轻度荒漠化区为主，同时来自于重度水蚀荒漠化以及无水蚀荒漠化区的面积也分别达1 886万m2以及1 400万m2。中度水蚀荒漠化区域的这种变化更进一步说明区域生态环境的不稳定性及脆弱性。

④重度水蚀荒漠化

从2003年到2009年，重度荒漠化区主要转变为了中度水蚀荒漠化区，并有少部分转为轻度水蚀荒漠化区以及无水蚀荒漠化区，其中转变为中度区域的占三者面积总和的82%。从来源情况来看，重度水蚀荒漠化区主要由中度水蚀荒漠化区转变而来，无水蚀荒漠化区域以及轻度水蚀荒漠化区域也有部分区域恶化转变为重度水蚀荒漠化区，但是都比较少。

5 结论及建议

通过2003及2009年航空正射遥感影像对重庆三峡库区水蚀荒漠化进行解译，并对两时相的变化进行统计分析。表明：（1）重庆三峡库区内的水蚀荒漠化情况存在比较明显的地域性，且从东北到西南方向逐渐减轻。（2）从总体上看，几年来水蚀荒漠化情况处于变好的状态，但是不能否认这种变化并不是很显著。另外，三峡库区蓄水对该区域生态环境的长期影响尚不明朗，因此对该区域的水蚀荒漠化的监测和治理必须做为一项长期、持续的工程从政策层面上进行贯彻和落实，包括继续推进生态林保护、退耕还林还草；发展生态循环经济，促进对土地及资源的可持续利用，减少环境压力；减少农药、化肥的投入及使用；建立长期、连续的监测机制等。

［1］ 胡 勇，张 晟，郑 坚，等.三峡库区水土流失状况及防治对策［J］.安徽农业科学，2008，36（3）：1 147－1 149.

［2］ 白文起.重庆库区石漠化治理［J］.重庆国土房产，2009，1：50.

［3］ 李亚云，杨秀春，朱晓华，等.遥感技术在中国土地荒漠化监测中的应用进展［J］.地理科学进展，2009，28（1）：55－62.

［4］ 赵英时.遥感应用分析原理与方法［M］.北京：科学出版社，2003.