基于遥感的丁字湾地区土地利用时空变化分析及地区生态修复建议

李亨健，张杰，胡晓丹，王伟*，强萌麟，于剑锋

(1.山东省第三地质矿产勘查院, 山东 烟台 264004；2.山东省自然资源厅，山东 济南 250101)

0 引言

土地与人们的生活息息相关，密不可分，是人类赖以生存的环境基础[1-3]。“如何合理高效的利用每一寸土地，更好地服务于人们的生活”成为地区决策者必须思考的问题。以现有土地资源为基础综合考虑气候、水文等因素制定的土地利用规划是一个城市发展的指南[4]。丁字湾是山东半岛南部海域一个重要的海湾，是山东半岛蓝色经济区9大核心区之一[5-6]，其地理位置优越、周边经济发展迅猛，从省到地方都非常重视该区域的发展规划。本文选取2005年、2010年、2016年三期TM影像进行遥感解译，计算2005—2016年丁字湾地区土地利用的类型动态度指标[7-11]，分析土地面积转移矩阵[10-15]，研究丁字湾地区土地利用变化特征，并为地区土地利用规划提供建议，助推丁字湾地区经济向人地和谐环境健康的生态经济方向发展。

1 研究区概况

丁字湾位于胶东半岛南部，行政区划隶属海阳市、莱阳市和即墨市三地市。地理位置优越，海陆空交通发达，西南距青岛市区约65km，北距烟台市区125km。根据丁字湾蓝色经济区规划确定本次研究区总面积1104km2，其中陆域面积约720km2，海域面积约380km2。区内地形起伏中等，整体上北部、西部高，向南东微微倾斜，高程一般在20～100m，丘陵区地形坡度介于5°～15°之间。属暖温带季风型大陆性气候[16-17]，四季分明，雨水充沛，光照充足，年平均气温12.5℃(1979—2017年)，多年平均降水量628.9mm(1979—2017年)。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据组成及来源

调查区的遥感地质解译工作，主要采用2005年、2010年、2016年成像的中分辨率遥感图像，遥感解译工作采用的卫星、成像时间、分辨率、波段组合以及融合情况如表1所示。合成或融合后的遥感图像信息丰富、色调适中、层次分明、无云雾，较好地反映了研究区的地质地貌、环境地质特征。

表1 研究区航天遥感资料一览表

2.2 数据处理方法

依据中国地质调查局2011年编制地质和环境地质遥感技术要求，通过遥感图像处理，编制了3个时点的卫星影像图，系统地建立研究区地貌、植被、湿地、海岸线、滩涂等内容的遥感地质解译标志。依据遥感地质解译标志[18-19]，对调查区陆域的地质构造和地貌现状进行了解译，编制了土地利用类型遥感解译图(图1)。

遥感图像处理采用美国ENVI5.1遥感图像处理与分析平台，遥感图像处理包括波段组合、图像融合、几何校正、多功能增强等环境地质信息提取。通过对多波段波谱的对比分析，本次解译选择TM741或L8号752波段组合的图像，做为遥感解译或融合处理的基础图像。

1—林地；2—草地；3—耕地；4—建设用地；5—养殖及盐田；6—水域；7—海域；8—研究区范围图1 研究区土地利用类型遥感解译图(a—2005年10月，b—2010年10月，c—2016年10月)

几何校正在1∶5万数字地形图和遥感图像上，选择道路交叉点、道路和河流的交叉点、城镇中街区的交叉点等，作为遥感图像的几何校正点。在地形图上读取几何校正点的XY坐标值，赋给遥感图像相应的几何校正点上，对遥感图像进行几何校正处理，形成与1∶5万数字地形图完全可以配准的遥感图像。

2.3 研究分析方法

LUCC体系[7-11]中将土地开发利用类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地、海洋共7类。由于丁字湾地区未解译到沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地等利用类型，且解译的养殖、盐田土地利用面积较广，变迁特征明显，根据土地利用区域特征本次研究将土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地、养殖与盐田地、海域7个大类。

土地利用变化方向一般分为3个部分:转入部分，未变部分，转出部分[10]。这3个变化有时是同步进行的有时是异步进行的，本文主要从丁字湾地图土地利用速度变化，土地利用程度变化，土地利用幅度变化以及土地利用类型转移方向4个方面研究丁字湾地区土地利用特征。

3 结果分析

3.1 土地利用类型面积变化分析

从土地结构组成来看(表2)，研究区内海域所占比例约35%，陆域面积所占比例约65%，陆域土地类型大部分为耕地，约占研究区总面积的32%，占陆域面积49%，其次为养殖及盐田地、林地分别占总面积的14%、10%，而建设用地、草地、水域占地面积占比不足5%。

表2 丁字湾地区土地利用面积变化

海域和水域面积在研究的时间段内呈持续减少的趋势，其中海域面积变化最为显著，2005—2016年减少面积约10km2,占比由35.76%减少至34.92%。从阶段性变化来看2005—2010年变幅较2010—2016年更大，反映了不同时段人们对海岸的开发利用程度不同。

耕地面积、建设用地、林地、草地面积在2005—2016年间所占比例持续增加，建设用地、草地范围扩张明显，2016年建设用地总面积47.79km2同比2005年10月增加了5.21km2，所占比例增至4.33%；2016年草地总面积29.91km2同比2005年10月增加了7.55km2，占比增幅0.7%。

滨海养殖与盐田地面积约165km2，2005—2010年处于增长期面积增加3.65km2，而2010—2016年面积减少了4km2，两期反向变化过程后土地利用面积几乎不变，这可能与海岸开发政策变化有关。

3.2 土地利用类型动态度分析

研究区从2005—2016年间整体土地利用变化速率较小，2005—2010年综合土地利用动态度0.24%(表3)，2010—2016年综合土地利用动态度0.13%。从单一土地利用动态度分析结果可以看出，草地在2005—2016年间动态度正向最大，2005—2010年达到3.23%。建设用地次之，动态度在1%左右。表明草地和建设用地扩张的速度较高。水域其余土地利用类型变化速率相对较小，动态度在-0.5%～+0.5%之间。

表3 丁字湾地区2005—2016年动态度统计表

3.3 土地利用类型转移特征分析

借助ArcGIS软件的空间分析工具，计算不同土地类型之间的转换面积，得出2005—2010年、2010—2016年的土地转移矩阵(表4、表5)。

如表4、表5所示，2005—2010年，随着城镇化的快速发展，建设用地需求增加，使大量耕地、草地、林地被开发利用，造成土地面积的减少。建设用地面积增长主要来自耕地面积的转换，转移面积1.88km2,水域、林地、草地、海域分别转换了0.06km2，0.11km2，0.28km2，0.04km2。为满足人民居住生活以及工农业发展的用水需求，人们过量的开采地下水资源，加之近年来丁字湾地区降雨量减少，使得水库水位下降、部分河道干涸，5年内水域整体范围缩减了1.41km2，缩减面积大部分被开发利用成为耕地。养殖、盐田地的面积变化是最为明显，随着近海养殖业、盐场的兴起，村民在湾内围海筑坝，岸线向海扩张，5年内占用海域面积达8.22km2。区内耕地面积增长主要来自水域面积转换，草地面积的增长主要来自养殖、盐田地面积转换，林地范围小幅增长面积变化小于1km2。

表4 丁字湾地区2005—2010年转移面积矩阵表

表5 丁字湾地区2010—2016年转移面积矩阵表

2010—2016年，城镇规模进一步扩大，建设用地面积增长主要来源为养殖、盐田地和耕地，分别转换了1.42km2，1.39km2。6年内耕地面积增长0.39km2，增加面积主要来源于水域(1.86km2)和养殖、盐田地(1.5km2)。这一时段沿海地区开发利用速度放缓，围海养殖面积只增加了2.99km2，同时有4.09km2的养殖、盐田地转化为草地，转化区域主要集中在五龙河口附近、吕家滩以南地区，大片养殖区退还为滨海湿地。林地面积仍有小幅增加，植被覆盖率的增长也体现了海阳、即墨等地市对丁字湾地区生态环境保护的重视。

3.4 丁字湾地区对生态环境的影响

目前丁字湾地区城乡建设快速发展，建设用地处于向外扩张的状态，带动了海岸带地区农畜业、养殖业、盐业的发展。但同时区内工业、农业、养殖业、盐田业大量开采地下水资源，形成了局部采水漏斗，水头压力使得海水倒灌，产生了海水入侵(图2)、地下水污染等地质环境问题[6]。此外养殖业对海岸线的改造，又改变了海岸原有的地质结构，造成了海岸的侵蚀现象，进一步加剧了海水的入侵，对地区工农业生产、居民的身体健康产生了威胁。该区未来的经济发展中，必须考虑保护资源环境，减少土地利用发展给环境带来的不利影响。

1—海水入侵界线图2 丁字湾地区海水入侵界线图

3.5 丁字湾地区生态修复建议

根据丁字湾地区土地开发利用现状及国家相关政策、法规，提出地区生态修复建议如下：

(1)地表拦蓄，回灌补源，保护水域面积。可以在河流中、下游修建拦河闸坝拦蓄洪水，增加地表水可利用量，在地下水位漏斗区修建渗井，利用汛期洪水补给地下水，把入海表流也蓄于地下。同时合理安排取水量，强化用水管理。

(2)开展海湾整治修复，“退围还海、退养还滩、退耕还湿”，延伸、扩大湿地公园范围。丁字湾内的五龙河，水系流域面积广，生态物种丰富，是多种潮下带洄游性和地方性经济鱼虾类品种繁育的优良场所，也是多种珍稀濒危鸟类的聚集地[20]，具有巨大的环境调节功能和生态效益[21-23]，目前在莱阳市羊郡、穴坊镇建立了莱阳五龙河湿地公园，占地面积814km2。根据2018年国务院发布的《关于加强滨海湿地保护严格管控围填海的通知》，建议自五龙河入海口向丁字湾两侧延伸开展“退围还海、退养还滩、退耕还湿”，逐步修复已经破坏的滨海生态环境(图3)。未来将湾口地区整个纳入到湿地公园中，发展丁字湾生态旅游经济。

(3)研究制定合理的开发利用规划，严格管控滩涂、沙滩、河流水面等生态脆弱地区开发利用(如建立自然保护区，禁止工程建设等)，执行占用补偿制度，促进人地关系良性循环。

4 结论

本文通过分析2005年、2010年、2016年三期TM影像的解译成果，研究丁字湾地区土地利用变化特征及其空间分布。研究结果表明：

(1)丁字湾地区土地利用类型以耕地为主，其次为养殖及盐田地、林地，建设用地，草地、水域占地面积最少。建设用地、草地面积、林地在2005—2016年间所占比例持续增加，草地面积增长幅度最大。耕地面积先减后增总量变化不大,养殖及盐田地先增后减几乎不变。水域、海域面积持续减少，海域面积减少幅度最大。

1—五龙河湿地公园；2—建议生态治理修复区图3 丁字湾生态修复治理规划区

(2)从土地利用类型转换矩阵来看，土地的转移主要发生在“建设用地与耕地、耕地与水域、养殖盐田与海域、草地与养殖盐田”之间。最大转移幅度达8km2。体现该时期丁字湾地区发展的主要特点围海、河、湖造陆。

(3)丁字湾地区整体土地利用变化速率较小，2005—2010年综合土地利用动态度0.24%，2010—2016年综合土地利用动态度0.13%。单一动态度草地最大，水域及建设用地次之。丁字湾地区开发利用潜力巨大，建议在以后的土地开发利用中，因地制宜地进行土地资源的合理配置，追求土地资源利用率最大化。

(4)丁字湾地区城乡建设快速发展，建设用地处于向外扩张的状态，带动了周边农畜业、养殖及盐田业的发展，加大了地下水资源的开采和对岸线资源的开发利用，带来一系列的地质环境问题，根据国家相关政策，建议退养还湿，建立湾口湿地公园，发展旅游经济。