江苏省大中型水库开发占用遥感监测研究

梁文广 ，钱 钧 ，王轶虹 ，张 祯 ，杨 印 ，王冬梅 ，王春美 ，王丽萍

（1. 江苏省水利科学研究院湖泊所/江苏省水利遥感工程研究中心，江苏 南京 210017；2. 江苏省水利科学研究院，江苏 南京 210017；3. 江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏 淮安 223100）

0 引言

水库具有防洪、灌溉、供水、养殖、旅游和生态环境保护等多种功能，是水资源的重要载体之一，水库的安全运行对于地区经济社会发展具有重要的作用。目前江苏省拥有各类水库共计 909 座，其中大型水库 6 座，中型水库 43 座。由于江苏省经济发达，人口聚集，城市化进程快，土地开发利用程度高，水库多处于自然风光秀丽的地区，对水库周边的开发强度不断加大，侵占水库周边区域的开发活动较多，对水库的管理和保护压力较大。

2011 年 10 月 1 日起《江苏省水库管理条例》实施。随着河、湖长制的实施，对水库的监管将更加严格，对水库的管理和保护要求会更高。但是由于历史原因、经济发展和管理体制等多个因素的局限，水库的管理和保护依旧存在诸多问题，迫切需要了解水库开发占用现状，制定全省统一的水库管理与保护规划，科学、合理、有序利用库区资源。

目前针对水库开发占用的相关研究较少。陈锴[1]通过查阅资料、问卷调查和邮件交流等多种形式全面调查浙江省大中型水库消落区，初步摸清基本情况，然后在此基础上采用系统分析、类比、定量定性研究等方法开展研究，分析其总体状况及存在的主要问题，并结合工程应用经验和前人研究成果，为浙江省水库消落区的治理和管理提供理论指导。许凌燕[2]结合浍河水库的基本情况、水源现状、工农业用水情况及综合利用现状等方面，对全浍河水库水资源开发和占用现状进行了分析，指出浍河水资源开发利用存在灌溉管理粗放、水淤积严重、生态环境恶化、水资源管理不规范等方面的问题，并在此基础上提出了相应的水资源可持续利用对策。苏平[3]研究了洪潮江水库在农业灌溉、工业用水、水电生产、旅游开发等领域的开发占用情况，分析了生态环境、开发管理等方面的问题，提出了改善和优化供水结构，提高水资源效益，建设美丽水库水生态环境的设想。张琦[4]结合薄山水库实际情况，强调在开发占用水库现有水资源的同时，要加强保护、综合开发，确保有序利用。戴连栋等[5]对南京市水库开发占用、管理保护现状及发展趋势进行分析。余国忠等[6]以南湾水库为例，从库区及其周边区域 2 个方面分析了水库经济开发活动对水库产生的生态破坏和环境污染问题。以上这些研究主要从定性方面对水库开发占用进行分析，缺乏定量的相关研究，不利于水库开发占用的准确分析。

为此选取江苏省 10 座典型大中型水库，采用高分遥感监测和外业调查相结合的方法，开展 2012—2016 年库区管理范围内开发占用监测与分析，定量分析江苏省大中型水库开发占用现状与变化特点，以期为江苏省大中型水库管理与保护规划的制定提供参考依据。

1 遥感监测研究区

遥感监测研究区选取的 10 座水库名录如表 1 所示，分布图如图 1 所示，其中南京、徐州、淮安、扬州、镇江等市各 1 座，常州市 2 座，连云港市 3 座。10 座水库中，大型水库有 4 座，中型水库有 6 座。选取的典型水库分布较均衡，且库区占用典型，在全省大中型水库中具有较好的代表性。

表1 全省 10 座典型大中型水库名录

2 遥感监测数据与方法

2.1 数据源

图1 遥感监测研究区的大中型水库分布图

本研究所用的数据类型包括高分遥感影像、水库监测范围线、水位和行政区划数据。

高分遥感影像数据包括研究区 2012—2016 年的4 期高分遥感影像，其中 2012，2014 和 2016 年采用江苏省基础测绘 0.3 m 航片 DOM 影像，2015 年采用国产高分二号 0.8 m 卫片影像数据。

水库监测范围线采用研究区 1∶10 000 DEM，结合《江苏省水库管理条例》中相关规定，对大坝保护范围、水库管理范围线进行提取[7]，作为研究区水库监测范围。

水位数据为与遥感影像同期的水库水位数据，便于开展遥感判读与综合分析。

2.2 监测方法

遥感监测具体步骤如下：

1）提取水库开发占用及年度变化。以高分遥感影像为基础，第 1 年度即 2012 年，提取监测范围内开发占用图斑，即以 ArcGIS 软件为平台，以 2012 年0.3 m 空间分辨率航片为基础数据，采用目视解译、人工提取的方法，提取开发占用图斑；其他年度，利用当年高分影像和上一年度高分影像进行对比，提取年度变化区域。形成水库 2012 年开发占用数据，2012—2014，2014—2015 和 2015—2016 年变化图斑数据。根据提取的库区开发占用及年度变化图斑，制作水库监测范围内开发占用及年度变化图，并计算中心地理坐标、面积，划分行政区划，制作表格，形成水库监测范围内开发占用及年度变化图、表等初步成果。图 2 为水库典型开发占用类型遥感影像。

图2 水库典型开发占用遥感影像

2）开展外业调查核实。将 2012—2016 年江苏全省水库开发占用初步监测成果（主要包括变化编号、所属行政区划、地理坐标、面积和开发占用及2 期变化对比图片）分发到相应县级水利（水务）局，由各县级水利（水务）局负责外业调查核实。调查单位利用 GPS 外业查找每一处开发占用及变化区域，现场调查核实的主要内容包括开发占用及变化区域是否属实、项目名称、责任主体、相关审批情况、面积、情况说明等，并拍摄现场照片。

3）进行成果整理。对外业调查核实成果进行整理，剔除水域没有变化的区域，对开发占用及变化进行分类。结合江苏省水库开发占用现状，可分为7 个大类 33 个小类，具体分类如表 2 所示。

表2 开发占用分类表

3 遥感监测结果分析

3.1 开发占用现状分析

将 2012 年水库开发占用现状数据与 2012—2014，2014—2015 和 2015—2016 年变化数据进行合并，得到 2016 年水库开发占用现状数据。

3.1.1 数量分析

2016 年江苏省典型大中型水库管理范围开发占用数量与百分比如图 3 所示。从数量看，10 座典型大中型水库管理范围内开发占用共计 3 174 处，按照 7 个大类分类，开发占用数量从高到低依次为农业生产、城乡居住、其他、基础设施建设、工矿企业、商业开发、水利建设，其中农业生产、城乡居住和其他占全部开发占用数量的 83.3%，从中可以发现，按照开发占用数量，江苏省典型水库开发占用类型以农业生产、城乡居住等为主。

图3 2016 年江苏省典型大中型水库管理范围内开发占用数量与百分比（7 个大类）

按照 33 个小类划分，开发占用数量从多到少前 10 类排序如图 4 所示，前 10 类开发占用数量总计 2 839 处，占全部开发占用数量（3 174 处）的89.4%。开发占用最多的为耕地，占全部开发占用数量的 31.1%，其次依次为民房、林地、圈圩、其他，分别占全部开发占用数量的 15.2%，12.6%，10.5%，7.7%，这 5 类共计 2 447 处，占全部开发占用数量的 77.1%。

图4 2016 年江苏省典型大中型水库管理范围内开发占用数量排序（33 个小类）

3 174 处开发占用中，《江苏省水库管理条例》实施前形成的有 576 处，占全部开发占用数量的 18.1%。

3.1.2 面积分析

2016 年江苏省典型大中型水库管理范围内开发占用面积与百分比如图 5 所示，开发占用面积共计6 851.6 万 m2。按 7 个大类划分，开发占用面积由多到少依次为农业生产、其他、城乡居住、商业开发、工矿企业、水利建设、基础设施。从开发占用面积看，水库开发占用以农业生产、其他和城乡居住为主，这 3 种类型开发占用面积占全部开发占用面积的 86.7%。

按照 33 个小类划分，开发占用面积从多到少前10 类排序如图 6 所示，前 10 类开发占用的面积总计 6 420.1 万 m2，占全部开发占用面积（6 851.6 万 m2）的 93.7%。其中，耕地占用最多，占全部占用面积的 43.2%；其次依次为圈圩、林地、其他、民房，分别占全部占用面积的 18.5%，7.7%，5.9%，5.3%，这 5 类占用面积总计 5 522.2 万 m2，占全部占用面积的 80.6%。

《江苏省水库管理条例》实施前形成的占用面积只有 1 881.0 万 m2，占全部占用面积的 27.5%。

从统计数据可以看出，江苏省大中型水库管理范围内开发占用以农业生产、城乡居住为主，大部分为《江苏省水库管理条例》实施后所形成。

3.2 开发占用变化分析

图5 2016 年江苏省典型大中型水库管理范围内开发占用面积与百分比（7 个大类）

图6 2016 年江苏省典型大中型水库管理范围内开发占用面积排序（33 个小类）

通过多期高分遥感影像结合外业调查，获取了江苏省 10 座大中型水库管理范围内 2012—2014，2014—2015 和 2015—2016 年 3 次开发占用变化监测。考虑到第 1 次即 2012—2014 年为 2 a 的时间跨度，其他 2 次均为 1 a。为便于对比分析，把 2012—2014 年变化新增数量和面积均除以 2，得到 2012—2014 年年均变化值，便于与其他 2 次开展对比分析。

3.2.1 总体情况分析

2012—2014 年年均，2014—2015，2015—2016 年，开发占用新增数量依次为 131，146 和 420 处，2015—2016 年新增数量比 2012—2014 年年均增加了 221%。从开发占用总面积看，新增面积依次为221.7 万，143.8 万 和 164.6 万 m2，2015—2016 年新增面积比 2012—2014 年年均减少了 25.8%。3 次监测开发占用新增数量增加明显，但总面积减少。通过进一步分析 3 次开发占用变化类型，发现 2012—2014 年年均开发占用面积主要集中在砂厂、码头等占地规模较大的类型，虽然数量相对较少，但总面积大；2015—2016 年新增民房数量较多，但规模小，因此总面积较少。

3.2.2 分类分析

江苏省典型大中型水库开发占用变化面积分类统计如图 7 所示。从 7 个大类看，3 个年度变化面积增加的有水利建设和农业生产，其中水利建设 3 a分别增加了 0.74 万，3.29 万和 2.03 万 m2，增加了176%，表明水库水利建设不断加强；农业生产增加迅猛，3 a 分别增加了 10.92 万，58.12 万和 87.52 万 m2，增长了 702%，表明库区占用农业生产活动在迅速增加。

图7 江苏省典型大中型水库开发占用变化面积分类统计（7 个大类）

3 个年度新增面积明显减少的有基础设施、城乡居住、商业开发和其他。其中基础设施开发占用面积从 37.82 万 m2减少到 3.28 万 m2，减少了 91.3%；城乡居住由 5.97 万 m2减少到 3.26 万 m2，减少了45.3%；商业开发由 23.89 万 m2减少到 6.93 万 m2，减少了 71.0%；其他由 105.49 万 m2减少到 22.71 万 m2，减少了78.5%。基础设施、城乡居住、商业开发减少，反映了近几年水库管理和保护不断加强。

工矿企业年度开发面积增加总体保持稳定，3 a分别新增 36.93 万，32.76 万和 38.84 万 m2，增加了5.2%。工矿企业给水库的水环境、水生态及防洪安全带来许多问题，需要进一步加大管理保护力度。

4 结语

利用高分遥感对江苏省典型大中型水库管理范围 2012—2016 年开发占用监测与分析，结果表明：

1）利用高分遥感开展水库开发占用动态监测，能够快速、准确地掌握水库开发占用现状及变化情况，是水库监管的一种高效、先进的技术手段，具有良好的推广应用前景；

2）由于水库年内水位变化大，利用高分遥感开展水库不同年份开发占用变化监测受到水位变化的影响较大，需要结合同期水位数据对遥感影像进行综合判读。

考虑到高分遥感时效性不理想及二维影像监测成果不直观的问题，下一步，计划引入无人机倾斜摄影测量三维技术，实现库区开发占用三维实时采集，建立江苏省大中型水库遥感动态监管信息系统，实现对全省大中型水库开发占用三维立体动态监测、数据更新和管理，提升江苏省智慧水利建设，为水库的管理、保护、规划及法规的制定提供基础数据和技术手段支撑。