利用卫星遥感影像数据分析邛海湿地近50年的变迁

杨 军，赵 勇，张红实，李国祥，罗 洪

(1.西昌市林业局，四川 西昌 615000;2.西昌市林产公司，四川 西昌 615000)

1 研究区概况

1.1 基本情况

邛海位于西昌市城东南约5 km(东经102°15'～102°18'、北纬27°25'～27°55')，是四川省第2 大天然淡水湖。水域面积28.31 km2，平均海拔1 510 m 左右，被誉为西昌市的“母亲湖”。邛海为乌蒙山和横断山边缘断裂陷落形成的湖泊湿地，具有相对闭合的地理环境特征，其汇水面山－湖岸－湖滨－湖盆的形态特征具有典型性，孕育了丰富的生物多样性与特有性，是我国西南地区特有的封闭与半封闭湿地类型。在维持区域的生态平衡和保持生物多样性方面具有不可替代的作用。

因20 世纪60 和70年代，邛海周边实施围湖造田、农家乐、网箱养鱼等不合理的开发利用，使邛海水面明显减小、滩涂湿地基本消失，水体污染严重，湿地生态遭到破坏，湿地功能弱化或消失，当前邛海湿地恢复迫在眉睫。

凉山州、西昌市两级党委、政府高度重视邛海湿地保护与生态环境建设，1997年颁发了《凉山彝族自治州邛海保护条例》、编制了《邛海流域环境规划》等规划，1998年以来在邛海流域周边实施了天然林资源保护、退耕还林、官坝河、鹅掌河、小青河小流域综合治理、邛海周边植被恢复工程，现已投入邛海流域生态治理资金近20 亿元，2011年起先后实施了“观鸟岛”、“梦里水乡”、“烟雨鹭洲”、“西波鹤影”4 期湿地恢复工程，开展了“三退三还”(退田还湖、退塘还湖、退房还湖)、截污管网、人工湿地恢复等生态建设工程。

邛海是城市周边弥足珍贵的自然湿地，具有重要的生态服务功能，包括(1)为西昌城区及邛海流域居民生活、生产提供了大量的饮用水资源;(2)调节金沙江流域水文，维护流域水生态安全;(3)调节西昌市区域气候;(4)提供鱼类、甲壳类动物栖息地及产卵区，提供鱼类的营养物;(5)孕育了丰富的生物多样性和特有性，是重要的物种基因库。

1.2 存在的问题

邛海湿地的治理和恢复方面，存在一些问题，比如:1、因技术和资金等原因，邛海湿地管理部门至今仍没有建立邛海湿地历年的地形图、卫星影像的资源库，关于各个历史时期邛海的面积是多大?至今仍是一个空白。仅在《西昌市志》(1996年版)中对邛海的面积进行文字描述:“40年代以来，最大面积为31 km2，相当于4个杭州西湖”;2、邛海湿地图件在西昌市林业局一般采用1993年版的1 比5万地形图进行日常图形管理，在2008年前还没有采用ArcGIS 地理信息系统软件进行图形的管理，在图件管理方面原始和落后。

2 研究方法和材料

2.1 研究方法

利用ArcGIS 软件对邛海湿地历年的地形图和卫星影像资料进行影像配准、叠加和数据库构建、分析，制作历年资料的影像图(图＊＊)。

图1 构建邛海湿地数据库流程图

2.2 研究材料

2.2.1 资料收集

收集包括邛海湿地从1966年到2013年的地形图和卫星影像资料，如邛海区域的1966年1∶10万地形图、1993年1 ∶5万地形图资料、邛海区域的2004年TM、2006年和2009年SPOT 卫星影像、2010年和2013年GOOGLE 卫星影像资料。

表1 各年度卫星影像资料分辨率统计表

2.2.2 影像资料的处理

2.2.2.1 扫描

利用高精度宽幅扫描仪对收集的1∶10万地形图和1∶5万地形图进行高精度整张扫描(扫描存储格式为TIFF 格式，分辨率设置为300 dps)，扫描后用Photoshop 软件对扫描后地形图的色阶、亮度、对比度、彩色进行适当微调，分幅保存图像。

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2.2.2.2 影像配准

利用ArcGIS 9.3 软件的影像配准功能模块，对扫描生成的地形图(1966年和1993年)和卫星影像资料(2004年、2006年、2009年、2010年和2013年)分别进行配准、叠加。

2.2.2.3 构建邛海湿地面积数据库

根据收集的历年地形图和卫星影像资料，分别估算1966年和1993年地形图中邛海面积，建立邛海湿地面积数据库。以此根据资料，新建1966年～1993年、1993年～2009年、2010年～2013年的3次对比实验图层，建立邛海湿地变化的数据库和影像库，编制邛海湿地变化的影像资料。

3 研究结果

3.1 邛海湿地生态环境质量的演变轨迹分析

利用ArcGIS 9.3 软件对1966－2013年各年度邛海湿地水域进行矢量化，并利用计算机求算水域面积和湖岸线长度，详细分析水域变化的原因。

表2 邛海各个历史时期邛海湿地水域面积变化情况统计表

表3 邛海各个历史时期邛海湿地面积变化情况统计表

3.2 邛海流域水土流失

据相关研究资料，邛海流域为水土流失严重的地区，流域所在区域年土壤侵蚀模数达2 750 t·hm－2，全流域年水土流失量为7.78×105t，其中进入邛海约1.4×105t。体现在主要的3 条三溪河:官坝河、鹅掌河、小青河。

3.3 分析各个历史时期邛海湿地生态环境质量的演变轨迹。

3.4 通过本文研究1966年～2009年期间邛海湿地水域原因是受人为干扰因素造成的，在邛海北岸的水域被人工围海造田、修建鱼塘，官坝河、额掌河流域上游仍然存在陡坡耕种、毁林开垦现象，流域内的水土流失较为严重，邛海水域面积呈萎缩趋势，从1966年的28.75 km2减少到2004年的26.84 km2。其中:官坝河河口淤积特别严重，河口从1966年到2013年向西偏移1 100 m，淤积影响范围1 500 m，向前推进710 m，47年间平均每年向湖心推进15 m;

图2 1966年与1993年比较邛海湿地面积变化示意图

表4 1966年与1993年比较邛海水域面积变化及破坏程度统计表

表5 1966 与2009年比较邛海水域面积变化及破坏程度统计表

图3 1966年与2009年比较邛海湿地面积变化示意图

表6 2009年与2013年比较邛海水域面积变化及破坏程度统计表

3.5 2010年～2013年以后，西昌市大力对邛海实施了4 期湿地恢复工程后，湿地面积成扩大趋势，到2013年1月恢复邛海水域面积到28.31 km2，湿地生态环境得到有效保护。

4 小结与建议

4.1 本研究利用遥感和GIS 技术，建立邛海各个历史时期水域面积变化的数据库和影像库，编制了7个历史时期和3个对比时间区间内(1966年与1993年对比、1966年与2009年、2009年与2013年)邛海水域面积变化的数据及影像资料，构建邛海湿地数据库、影像库、数据信息管理系统，积极开展了各历史时期邛海湿地生态环境演变探索研究，为科学管理邛海湿地资源做好科学支撑。科学、系统的反映了邛海从人工围湖造田到实施“三退三还”(退田还湖、退塘还湖、退房还湖)等湿地恢复工程的变迁情况，揭示了邛海湿地生态环境质量的演变轨迹。研究结果表明，用现代GIS 地理信息技术研究湖泊变化是可行的。

4.2 针对邛海周边官坝河、额掌河流域上游流域内水土流失严重的现状，建议及时启动官坝河、额掌河流域综合治理规划，科学对流域开展水利工程治理，修建拦砂坝、谷坊、防洪堤，同时建议:①加大对毁林开垦的打击力度，保护好现存飞播林区和其他造林成果;②规划对官坝河、额掌河流域上游陡坡耕地实施退耕还林工程、荒山造林。

4.3 现已开展的邛海湿地恢复工程进一步提高邛海湿地的生态环境质量，为科学保护高原湿地资源探索出宝贵的治理经验，同时为可持续开发利用发展生态旅游产业打好基础，以达到生态效益、社会效益、经济效益的同步发展。

4.4 本文通过长期研究和分析，一是科学、真实反映了邛海近50年生态环境演变轨迹，二是对邛海管理部门建立了邛海湿地演变的数据库、信息库、GIS数字图形库，可将研究成果纳入到日常保护管理中，三是为政府对邛海保护的决策起科学支撑作用。建议:邛海管理部门积极向科技部门申报利用卫星遥感技术监测邛海周边流域生态环境保护课题研究，通过3a～5 a 时间跟踪研究邛海湿地保护情况。

［1］鲁安新，王丽红，姚檀栋.青藏高原湖泊现代变化遥感方法研究［J］.遥感技术与应用，2006，21(3).

［2］吴秀芹，张洪岩，李瑞改，等.ArcGIS 9 地理信息系统应用与实践［M］.北京:清华大学出版社，2007.

［3］杨军.3S 技术在林业中的应用［J］.四川林勘设计，2003(3).