皖江地区湖泊水域面积变化遥感监测

娄 径, 解华明, 王 俊

((1.安徽省经济研究院，安徽 合肥 230001; 2.安徽建筑大学 环境工程系，安徽 合肥 230601)

皖江地区湖泊水域面积变化遥感监测

娄 径1, 解华明2, 王 俊1

((1.安徽省经济研究院，安徽 合肥 230001; 2.安徽建筑大学 环境工程系，安徽 合肥 230601)

湖泊水域萎缩将会导致湖区的生态系统功能退化，改变湖泊生态环境与水域类型结构，使水生生物量及其种类构成发生变化，引起湖区生态环境的恶化。利用从1989—2012年之间共7个年份的遥感影像，提取皖江流域8个主要湖泊各年份的丰水期水域面积,计算各湖泊水域面积年变化信息，探讨各种人类社会经济活动对湖泊水域面积变化的影响程序。

湖泊面积变化;遥感监测;人类活动

内陆湖泊是气候变化、环境变异的指示器，其形成与消失、扩张与收缩及其引起的生态环境的演化过程都是全球或区域气候变化、人类活动共同作用的结果[1]。湖泊水域萎缩, 将会导致湖区的生态系统功能退化，改变湖泊生态环境与水域类型结构，使水生生物量及其种类构成发生变化，引起湖区生态环境的恶化。

在气候湿润的长江流域，湖泊水域面积近几十年发生了较大变化[2-3]。太湖流域主要湖泊的水域面积自20世纪70 年代一直处于萎缩状态，并且水域面积变化大的湖泊围垦强度也高[4]；长江中游江汉平原自20世纪50年代初—70年代初,湖泊面积和数量大幅度减少，70年代初至2000年减少速度明显减慢，这些情况刚好与该地区围湖造田运动的强度相吻合[5-9]。

本文利用从1989—2012年之间共7个年份的遥感影像，提取皖江流域8个主要湖泊各年份的丰水期水域面积，计算各湖泊水域面积年变化信息。探讨各种人类社会经济活动对皖江湖泊水域面积变化的影响，以期更深入地了解和认识人类活动因素与湖泊水域动态变化之间的响应关系，对城市湖泊资源的合理开发、利用和保护具有重要意义。

1 研究区与数据

1.1 研究区概况

皖江地区主要湖泊是长江中下游湖泊湿地重点分布区之一，主要由华阳河湖群及菜子湖群组成，华阳河湖群由相互通连的龙感湖、黄大湖、泊湖等湖泊组成，菜子湖群包括菜子湖、白荡湖、枫沙湖、陈瑶湖。其中龙感湖是国家级自然保护区，其它几个湖泊属于省级水禽自然保护区。皖江地区主要湖泊湿地面积占安徽省湖泊湿地面积的1/3，处于暖温带向亚热带的过渡地带，是南北候鸟迁徙的重要通道，尤其是鹤类、鹳类和雁鸭类的重要迁徙停歇地[10]。这些湖泊在调蓄洪水、调节气候、维持生物多样性、农业生产、湿地科研与观光旅游等方面具有重要的生态、经济和社会效益。皖江湖泊群地跨宿松县、太湖县、望江县、怀宁县、东至县、桐城市、枞阳县和安庆市辖区。

随着该地区的人口增长和经济的发展，带来自然和人为的破坏，湖泊面积逐年减少，湖体日益萎缩，影响湖泊调节洪水的能力，给该地区渔业养殖、候鸟迁徙造成了湖泊生态环境与生物资源破坏。

本文选择龙感湖、黄大湖、泊湖、武昌湖、菜子湖、破罡湖、白荡湖和升金湖8个较大湖泊作为研究目标，如图1所示。

1.2 遥感数据获取

由于对湖泊的野外考察和定点观测范围有限，大范围、全面深入的湖泊面积变化研究只能通过遥感技术来实现。研究所采用的美国陆地资源卫星数据TM传感器和ETM+传感器，以及中国的环境减灾卫星数据CCD传感器数据，分辨率都为30 m。尽量选择丰水期(长江流域丰水期为5—10月)的无云影像。如果在丰水期可以获取多个时间点的无云数据，则选择湖泊面积最大月份的影像。因为各个湖泊所处气候条件基本一致，所以各湖泊最大水面积时间也是基本一致的。

图1 皖江沿江主要湖泊地理位置Fig.1 Major lakes location along Wanjiang River

表1 遥感数据获取情况

1.3 水体提取方法

利用归一化差异水体指数(NDWI)进行水体信息的提取[11]。NDWI根据不同地类在不同波段中的波谱特点，利用比值计算快速提取水体信息。其公式如下：

NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR)

(1)

式中:Green代表绿光波段，NIR代表近红外波段。

由于水体的反射从可见光到中红外波段逐渐减弱，在近红外和中红外波长范围内吸收性最强，几乎无反射，因此用可见光波段和近红外波段的反差构成NDWI可以突出影像中的水体信息。由于植被在近红外波段的反射率一般最强，因此采用绿光波段与近红外波段的比值可以最大程度地抑制植被的信息，从而达到突出水体信息的目的。

2 湖泊面积变化分析

通过遥感影像的水体面积信息提取，得到如表2所示的各时期皖江地区主要湖泊面积，利用表2生成1989—2012年皖江地区主要湖泊面积变化趋势图(图2)。

2.1 湖泊面积变化总特征

从表2和图2可以看出，1989—2012年间皖江地区湖泊水域面积出现明显萎缩,8大湖泊水体总面积由1 401.75 km2下降到1 129.91 km2,共减少271.84 km2,减少幅度达19.4%。

在不同时期，湖泊水域面积萎缩程度也不同。从1989年—1995年，皖江地区湖泊水域面积变化较大，达到153.77 km2。除了菜子湖和白荡湖面积基本未发生变化之外，其余湖泊面积萎缩比例基本相同。

而从1995年—2000年之间，湖泊水域面积基本未发生变化，通过遥感影像得到水域总面积甚至还增加了58 km2，其主要原因应该是这两个年份气候条件差异造成的，特别是1998年长江流域的特大洪水，对皖江地区湖泊影响较大。

从2000年开始一直到2009年，各湖泊水域面积都持续减小，地区湖泊总面积也不断减小，共减少了375.70 km2，减少幅度达到了28.77%；在这一时期湖泊面积萎缩中，各湖泊萎缩面积比例差异较大，在时间上也不同步，但它们所处的水文和气候条件基本一致，这反应了它们在这一轮萎缩中受到人为因素影响较大。

表2 1989—2012年皖江地区主要湖泊面积

图2 1989—2012年皖江地区主要湖泊面积变化趋势图Fig.2 Area variation trend chart of major lakes in Wanjiang region from 1989 to 2012

从2009年—2012年，各湖泊水域面积都出现了不同程度地增加，湖泊总面积也恢复到2007年的水平，

但与90年代和2000年初，面积还是有较大幅度地减小。2012年相对于1989年，皖江地区湖泊总面积减小了271.84 km2，减小幅度为19.39%。

从上述分析可以看出, 皖江地区湖泊水域面积总体的变化趋势是减少的, 但在不同时期也会出现不同的变化特征。

2.2 各湖泊面积变化特征

(1) 龙感湖、黄大湖和泊湖面积变化特征。龙感湖、黄大湖、泊湖同属华阳河湖群，且相互通连，所以它们的面积变化趋势也相似。这三个湖泊面积都在150 km2以上，是皖江省级湿地自然保护区的最重要组成部分，因此它们面积变化对该地区生态环境具有深远意义。

在1989—2012年间龙感湖面积一直在萎缩，从339.66 km2萎缩到只有212.70 km2，面积减小了37.38%，达到1/3强。其黄大湖和泊湖与龙感湖情况基本类似，分别萎缩了54.17 km2、45.96 km2，占到了总面积的18.27%和22.9%。

从图3、图4中可以清楚地看出龙感湖面积萎缩的规律，在湖泊北部水较浅的地区，水面逐渐消失和被陆地分割，逐渐变成了众多不连续的小水体。

图3 1989—2012年龙感湖面积变化图谱Fig.3 Area variation maps of Longgan lake area from 1989 to 2012

图4 1989—2012年龙感湖面积变化矢量图Fig.4 Vector diagram of Longgan lake area from 1989 to 2012

(2) 升金湖、菜子湖面积变化特征。升金湖和菜子湖也是皖江地区较大的湖泊，面积都在100 km2以上，其中升金湖是国家级自然保护区，是永久性淡水湖泊湿地。从表2中可以看出，升金湖各个时间段总面积变化都较小，都不超过10%。这与升金湖地区很早就被划为自然保护区(1997年国务院批准建立“安徽省升金湖国家级自然保护区”)，并对该地区湿地生态环境进行保护分不开的。菜子湖从1989—2012年之间面积变化也不大，各个时间段总面积基本未发生变化。这主要原因应该为菜子湖相对于其它几个湖泊，水体深度较大；且菜子湖周边主要为山地和丘陵，周边植被生态环境良好，流土流失较小。

(3) 武昌湖、破罡湖和白荡湖面积变化特征。从1989—2012年之间，武昌湖、破罡湖和白荡湖水域面积一直在缓慢萎缩，虽然出现了个别年份水面面积增加的现象，但水域面积一直呈减少趋势。在这23年间，武昌湖、破罡湖和白荡湖分别了萎缩32.08 km2、15.04 km2、11.09 km2，占比29.71%、25.08%和22.92%。

3 湖泊面积变化的影响因素分析

影响皖江地区湖泊面积变化有自然因素，也有人类活动因素，但主要还是人为因素造成的。具体体现在以下几个方面[12-16]。

(1) 围湖造田。围垦是湖泊水域急剧减少的主要原因。围垦多发生在水体浅、湖岸平坦、滩涂沼泽多的湖泊地区。皖江地区湖泊湖水都很浅，易于围垦，湖区大规模围垦始于20世纪50年代，到20世纪80年代规模减小，并有部分围垦地退田还湖，湖泊面积暂时有所恢复，但很容易沼泽化导致水域消失。近年由于土地开发复垦活动，部分浅水区的湖泊水面被开发成了农田。

(2) 泥沙淤积。安庆沿江湖泊所在水系发源于大别山区，山区的滥伐森林和毁林开荒导致生态环境急剧恶化，水土流失严重，直接导致湖泊泥沙的淤积和湖床的抬高，泥沙淤积加剧了湖泊水体面积萎缩和沼泽化进程。

(3) 湖泊沼泽化。由于自然和人为原因，皖江地区湖泊植物种类发生更替，一些沉水植物大幅度减少，浮水植物和挺水植物群落发展较快，在收割利用情况下，挺水植物和浮叶植物的残留量远远大于沉水植物，加速了湖泊沼泽化，促进了湖泊淤积的进程。

4 结论

(1) 在1989—2012年间皖江地区湖泊水域面积出现明显萎缩,总的减少幅度达19.4%。在不同时期，湖泊水域面积萎缩程度也不同。从1989年—1995年皖江地区湖泊水域面积萎缩较大，从1995年—2000年各湖泊水域面积变化较小，从2000年—2009年各湖泊水域面积都持续减小。

(2) 从2000年—2009年这一时期湖泊面积萎缩中，各湖泊萎缩面积比例差异较大，在时间上也不同步，反应了它们在这一轮萎缩中受到人为因素影响较大。

(3) 龙感湖、黄大湖和泊湖面积萎缩非常大，分别达到了37.38%、18.27%和22.9%；而升金湖、菜子湖面积变化较小，都不超过10%。武昌湖、破罡湖和白荡湖水域面积一直在缓慢萎缩。

(4) 皖江地区湖泊面积变化的人为因素主要是围湖造田、泥沙淤积和湖泊沼泽化。

[1] 杨世伦.我国三大淡水湖泊面积的演变趋势[J].自然杂志,1991(8):598-599.

[2] Kameyama S,Zhang J,Wang Q,et al.An approach to estimate the water level and volume of Dongting Lake using Terra/MODIS data[J].ACTA GEOGRAPHICA SINICA-CHINESE EDITION,2004,59(1):88-94.

[3] 魏显虎,杜耘,Yasunori NAKA YAMA,等. 基于RS/GIS的四湖地区湖泊水域百年变迁研究[J].长江流域资源与环境,2005(3):293-297.

[4] 杨英宝,江南,殷立琼,等.东太湖湖泊面积及网围养殖动态变化的遥感监测[J].湖泊科学,2005,17(2):133-138.

[5] 张毅,孔祥德,邓宏兵,等.近百年湖北省湖泊演变特征研究[J].湿地科学,2010,8(1):15-20.

[6] Sener E,Davraz A,Sener S.Investigation of Aksehir and Eber Lakes (SW Turkey) Coastline Change with Multitemporal Satellite Images[J].Water Resources Management,2010,24(4):727-745.

[7] 范亚民,何华春,崔云霞,等.淮河中下游洪泽湖水域动态变化研究[J].长江流域资源与环境,2010,19(12):1397-1403.

[8] Huang S,Li J,Xu M.Water surface variations monitoring and flood hazard analysis in Dongting Lake area using long-term Terra/MODIS data time series[J].Natural Hazards,2012,62(1):93-100.

[9] 姜加虎,黄群.洞庭湖近几十年来湖盆变化及冲淤特征[J].湖泊科学,2004,16(3):209-214.

[10] 周葆华,操璟璟,朱文中.安庆沿江湖泊湿地自然保护区生物多样性及保护对策[J].安徽农业科学,2008,36(26):11467-11469.

[11] 徐涵秋.利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)提取水体信息的研究[J]. 遥感学报,2005(5):589-595.

[12] 金宝石,周葆华.安庆沿江湖泊近20年水域多时相动态演变[J].国土资源遥感, 2008(3):74-77.

[13] 卢松,陆林,凌善金,等.湖区农户对湿地资源和环境的感知研究——以安徽省安庆沿江湖群为例[J].地理科学,2003,23(6):762-768.

[14] 金宝石.安庆沿江湿地自然保护区水系分布与特征研究[J].中国农学通报,2008,24(7):445-449.

[15] 王奇,詹贤达,王会.我国粮食安全与水环境安全之间的关系初探——基于粮食产量与化肥施用的定量关系[J].中国农业资源与区划,2013(1):81-86.

[16] 尚敏,吕伟.农业水循环与水环境遥感应用研究进展[J].中国农业资源与区划,2016(2):223-225.

(责任编辑：于继红)

Study on Lakes Area Variations in Wanjiang Region UsingRemote Sensing Monitoring

LOU Jing1, XIE Huaming2, WANG Jun1

(1.AnhuiEconomicResearchInstitute,Hefei,Anhui230001; 2.EnvironmentEngineeringDepartment,AnhuiJiangzhuUniversity,Hefei,Anhui230601)

The decrease of lake area will cause the change of lake ecological environment and water type structure, leading to the change of the aquatic biomass and species composition. consequently the ecosystem of the lake district functionally degrades. The main objective of this study was to explore the impact of human activities on lake area variations in the humid area. Based on LANDSAT TM images for the period from 1989 to 2012，this paper extracted annual water area of 8 major lakes during flood period in Wanjiang region，calculated the annual water area change information of each lake，and discussed the influence that kinds of human social and economic activities change the water area of lakes.

Lake area variations; Remote sensing monitoring; Human activities

2016-04-28;改回日期:2016-05-19

娄径(1972-)，男，副研究员,地理学专业,研究方向为资源环境区划与管理。E-mail：lj3979@163.com

P343.3

A

1671-1211(2016)05-0792-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.028

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160914.1400.002.html 数字出版日期:2016-09-14 14:00