三峡库区建成前后洞庭湖湿地动态分析

符 静，杨 霞，刘 勇

（1.湖南师范大学 资源与环境科学学院，湖南 长沙 410082；2.湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430070）

三峡库区建成前后洞庭湖湿地动态分析

符 静1，杨 霞1，刘 勇2

（1.湖南师范大学 资源与环境科学学院，湖南 长沙 410082；2.湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430070）

在遥感和地理信息系统技术的支持下，对洞庭湖区TM遥感影像进行处理，获取1999年、2003年、2005年3个年份的洞庭湖区湿地类型分布面积，进行相应统计分析。结果表明，三峡库区拦坝蓄水，枯水期增加下泄量，及时补给下游河湖，提高了洞庭湖区冬季水位；长江上游拦截泥沙，向下游输沙量减少，入湖泥沙含量降低，洲滩湿地面积增长变缓，有利于湖泊湿地的调蓄功能；洞庭湖湿地呈萎缩状态，这一现象是水利工程建设、气候变化、湿地自然演替以及人类活动等多因素长期共同作用的结果。

洞庭湖；湿地；三峡库区；遥感

洞庭湖湿地是我国最大的淡水湖泊湿地之一，对调节长江流域生态环境具有不可替代的功能与作用。2003年6月，随着举世瞩目的三峡水利枢纽蓄水运行，必然会对洞庭湖水体产生影响, 进而影响其植被生长[1-3]。

三峡工程对洞庭湖区的影响体现在防洪、水力梯度、湖口水位等变化以及土地利用和环境等方面[4-12]。本文基于现存的研究成果与技术方法，结合洞庭湖区1999年、2003年、2005年3个时段的TM遥感影像，借助ENVI4.8、ArcGIS9.3、Excel等软件，研究三峡工程运行后对洞庭湖区湿地生态环境的影响。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区地理概况

洞庭湖古称“云梦泽”，是我国第二大淡水湖，地跨湘、鄂两省，位于长江荆江河段以南，介于北纬28°30'~30°20'、东经110°40'~113°10'。本文中的洞庭湖湿地仅指湖南省部分[13]，研究区土地面积为2.58万hm2，2008年全区总人口1 171.86万，位置范围如图1所示。

1.2 数据来源

图1 研究区位置范围图

遥感数据选取1999年、2003年、2005年冬季枯水期3期TM遥感影像，轨道号为123-39、123-40、124-39、124-40，空间分辨率为30 m。辅助数据主要有：1987～2008年野外调查数据；湖南省统计年鉴、县志；洞庭湖区1∶500 万矢量地形图以及行政区划图等。此外，还包括与地理环境有关的多方面的统计资料。所涉及的数据主要来源于研究区长期研究的积累，部分来源于国际科学数据服务平台。

2 研究方法

2.1 影像校正

本文中所采用的3期TM图像只经过辐射和系统几何粗校正，因此在分类之前要对数据进行几何精校正，利用ENVI4.8软件的Registrastion菜单选用控制点校正的方式进行校正。首先利用Google Earth软件获得研究区足够数量的控制点坐标，再分别对3个时段拼接好的影像数据进行几何精校正，同时将其他辅助数据、参照影像定义到统一的空间坐标系下。

2.2 影像拼接与裁剪

由于研究区跨越了4个轨道号上所获取的遥感影像，因此需要对每一时段的4景TM影像进行拼接。利用ENVI4.8中Mosaicking命令实现镶嵌配准。拼接完成后，利用洞庭湖矢量边界裁切处理，获得研究区3个年份的遥感影像。

2.3 图像分类与精度验证

借助ENVI4.8软件，参考野外调查信息，确定湿地类型解译标志，采用ENVI软件ROI工具菜单来定义、管理和编辑分类模板，建立3个年份所需的训练区。采用最大似然法对图像进行监督分类，将研究区划分为包括自然湿地、人工湿地、非湿地在内的8种类别。最后利用ENVI4.8软件Post Classification下Confusion Matrix命令获得3个时相遥感影像的混淆矩阵，所得3期影像解译精度总体分别为 85.346%、88.736%、86.798%，符合研究精度要求。

图2 洞庭湖研究区湿地利用分布图

3 结果与分析

3.1 洞庭湖湿地利用分布

通过ENVI4.8软件监督分类之后的遥感影像，利用软件中聚类（clump）分析及过滤（sieve）删除合并微小图斑，再经ArcGIS9.3、Photoshop CS软件处理获得的研究区3个年份的湿地利用空间分布图（图2）。

3.2 洞庭湖湿地发展变化分析

借助ArcGIS9.3软件ArcMap模块对图像进行属性提取，结合Excel软件，在前文分类的基础上，计算得出研究区内的湿地类型面积（表1）。

表1显示， 1999～2005年间，水体、苔草滩地、芦苇滩地的面积先减少后增加；林地、旱地面积先增加后减少；泥滩地面积一直在减少；水田、建筑用地面积一直处于增长状态。旱地面积1999年以来一直居于首位。

1999年，三峡库区蓄水之前，湿地类型以旱地、林地、芦苇滩地为主，面积分别为7 715.3 km2、6 903.2 km2、3 507.7 km2，所占百分比分别为30.74%、27.49%、7.99%；水田面积为2 005.9 km2，占7.99%；水体1 582.1 km2，占6.3%；泥滩地1 484.8 km2，占5.91%；苔草滩地827.7 km2，占3.29%；建筑用地1 083.0 km2，占4.31%。总体而言，1999年天然湿地共计7 402.3 km2，占总面积的29.47%；人工湿地16 624.4 km2，占66.22%；非湿地1 083.0 km2，占4.31%。

表1 1999～2005年各湿地类型面积/km2

2003年，三峡库区建成后，由于1999年以来洞庭湖区气候变化、湿地自然演替以及人口大幅度增长的影响，加上库区于2003年6月开始蓄水拦沙，入湖水量、泥沙量不断减少，致使湿地面积发生了明显变化。①人工湿地有了较大幅度增长，旱地面积仍居首位，增长到8 773.0 km2，增加1 057.7 km2，占总面积的34.12%；林地增长为8 179.9 km2，增加1 276.7k m2，增长面积最多；水田2 418.1 km2，增加412.2 km2；人工湿地累计增长2 746.6 km2，增长率为16.52%。② 天然湿地面积骤减，芦苇滩地减少为2 119.9 km2，减少面积最多，减少了1 387.8 km2；其次是泥滩地，由1 484.8 km2减少为830.5 km2，减少649.3 km2；水体减少为1 313.8 km2，减少了268.3 km2；苔草滩地减少为358.8 km2，减少468.9 km2，天然湿地累计减少2 779.3 km2。③非湿地增加至1 714.0 km2，增加631.0 km2。

3.3 洞庭湖湿地类型转移分析

利用ENVI4.8软件Change Detection命令将洞庭湖区1999年与2005年的土地利用分布图叠加，计算获得洞庭湖区1999～2005年的湿地利用转移矩阵（表2）。转移矩阵表明，各湿地类型的转移是相互的。天然湿地中增加的水体面积主要是泥滩地转入82.2 km2，水体转出22.8 km2，净转入59.4 km2，也有一小部分7.8 km2，来自退耕还湖，即旱地转入36.9 km2，转出28.1 km2。流失的泥滩地，主要转变为水田432.1 km2，水田转入75.4 km2，净转出356.7 km2，其次是转为旱地396.9 km2，旱地转入210.1 km2，净转出186.8 km2。损失的芦苇滩地中，转成旱地1 357.8 km2，旱地转入1 098.9 km2，净转出258.9 km2，转成水田313.7 km2，水田转入78.5 km2，净转出235.2 km2。流失的苔草地主要转成芦苇滩地206.1 km2，转入92.5 km2，净转出113.6 km2。人工湿地中，水田增加主要来自旱地420.5 km2，其次是泥滩地、芦苇滩地。林地转移大多来自芦苇滩地159 km2，泥滩地107.7 km2，也有一部分来自退耕还林87.7 km2。旱地增加主要是芦苇滩地、泥滩地的转移。

表2 1999～2005年洞庭湖湿地类型转移矩阵/km2

从表中面积的净变化可以看出，1999～2005年天然湿地中水体面积增加37.15 km2，得益于三峡库区冬季补给河湖水量，提高冬季水位；泥滩地面积减少最多，达784.23 km2，是因为入湖泥沙含量骤减，泥沙淤积降低；芦苇滩地减少了542.9 km2；苔草滩地减少137.52 km2。人工湿地中，水田增加1 296.76 km2；林地增加了534.38 km2；旱地增加226.52 km2。这表明退田还湖虽是主导，但也有湖滩地被围垦。这些变化特征表明，洞庭湖湿地发展变化不仅受三峡工程的影响，也与这些年退耕还林、退耕还湿等国家政策有关。

4 结 语

长江三峡水利工程建设与洞庭湖湿地环境演变息息相关。主要表现在：①三峡库区拦坝蓄水，冬季增加下泄流量，及时补给下游河湖，提高了洞庭湖枯水期水位，改善了湖区水生栖息环境，有利于保护生物多样性。②长江上游拦截泥沙，致使下游输沙量减少，入湖泥沙含量降低，泥沙淤积减缓，洲滩湿地面积的增长变慢。但有利于湖泊湿地的调蓄功能、防洪能力提高。③天然湿地向人工湿地转变较大，湖泊呈萎缩状态，究其原因是多因素长期共同作用的结果，除了深受三峡库区蓄水拦沙影响外，也与人类活动、气候变化以及湿地自然演替等因素有关。

鉴于选用的是冬季影像，此时水田已部分转成旱地，因此旱地分类相对较多。通过实地调查，湖区防护林滩地面积较少，且分布分散，尚未形成规模，本文将其划归为林地一类。为了更好地做好湿地生态改善与保护工作，应大力加强湖区防护林工程建设，扩大湖区芦苇经济林的人工种植面积，通过立法限制人类活动对湿地环境的负面影响。

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1672-4623（2015）03-0114-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.040

符静，硕士，主要从事生态环境评价与GIS应用的研究。

2014-04-24。

项目来源：湖北省水利重点科技资助项目（TG1316）。