基于高分遥感和DEM的洪泽湖开发利用监测与管理

王冬梅，刘劲松，梁文广

（1.江苏省水利科学研究院，210017，南京；2.江苏省水利厅，210029，南京）

基于高分遥感和DEM的洪泽湖开发利用监测与管理

王冬梅1，刘劲松2，梁文广1

（1.江苏省水利科学研究院，210017，南京；2.江苏省水利厅，210029，南京）

针对洪泽湖开发利用分布广、数量多、类型复杂、单个面积小等主要特点，采用高分遥感作为监测方法，利用DEM提取正常蓄水位与堤防结合确定湖泊边界，解决了不同时期影像中洪泽湖范围不同的问题；对比分析了ALOS、航片及高分2号等3种高分辨率数据在洪泽湖开发利用监测中的效果及各自特点，总结洪泽湖开发利用变化趋势及管理对策，为相关工作开展提供借鉴。

高分遥感；洪泽湖；开发利用；监测；管理

一、背景介绍

洪泽湖是淮河流域最大的湖泊型水库，是我国五大淡水湖之一，南水北调东线工程重要的调蓄湖泊和苏北地区主要的水源地，具有调蓄洪水、提供水资源、提供生物栖息地、提供物质生产、调节气候、养殖、航运、休闲旅游等功能，在周边地区经济社会持续发展中起着重要作用。

但是，近年随着江苏社会经济的发展，周边开发利用急剧增多，洪泽湖面临的最严峻问题就是水域圈圩养殖面积扩大致使湖面萎缩严重、湖区非法采砂增多、沿湖开发无序，造成水质、水生态及水环境不断恶化。传统管理主要依靠人员进行陆域和水域的定期巡查，沿岸周边地形复杂，有湿地、鱼塘、滩地、围网等，且杂草、芦苇丛生，人员很难到达，经费有限，存在诸多限制。

与传统人工管理手段相比，遥感具有多项优势：一是监测范围大，二是受地面条件限制少，三是成果直观、科学。湖泊开发利用的遥感监测主要进行湖区利用类型的准确分类和两期影像变化的提取。从遥感影像上提取水体的方法主要有两类：一是基于高分辨率影像数据的水体信息直接提取；二是基于中低分辨率影像数据结合相关算法提取。目前湖泊遥感领域研究主要集中在中低分辨率影像数据信息提取，高分辨率相关研究与应用较少。

洪泽湖现状开发利用主要类型为沿岸的圈圩、房屋、围网养殖等，其中圈圩养殖的鱼塘圩埂高出水面，且与湖面互不连通，减小了湖泊面积，是被禁止的；而洪泽湖因为水位落差较大，湖区的围网是低埂养殖，圩埂只是为了稳定围网低于正常蓄水位，与湖区联通，不占用湖泊面积，是允许的。因此，需要对两者进行准确区分和管理。房屋类别主要是养殖看护房或者养殖大棚等，一般在10 m2左

右，面积较小。针对其开发利用分布广、数量多、类型复杂、单个面积小等特点，为准确监测到开发利用并提取准确位置信息，采用高分辨率影像进行信息的直接提取方式，以满足湖泊管理的需求。最初选用空间分辨率为2.5 m的卫星影像如ALOS、P5等作为数据源，随着近两年国产卫星的分辨率提高，逐渐采用亚米级的影像如高分2号作为数据源。在基础测绘获取全省航片的年度，也可采用0.5 m的航片作为数据源。

二、监测方法

1.湖泊边界的确定

利用高分辨率影像进行大型湖泊监测存在着湖泊边界难以准确界定的问题。一方面，湖泊边界在丰水期和枯水期变动很大，尤其是洪泽湖同时还发挥着水库的功能，蓄水期水位与枯水期水位相差更大；另一方面，高分影像时间分辨率较低，每年度仅能够覆盖一次，时间跨度较大，很难保证本年度与上一年度影像日期相同或相近，这就导致两个年度的影像在同一地区可能时间、水位不同，湖泊范围变化也较大。所以完全以影像为基础进行水体提取和监测缺乏统一的标准。

利用1∶10 000的DEM在ArcGis环境下进行插值，根据管理需要以洪泽湖正常蓄水位13.31 m（1985国家高程基准，废黄河13.5 m）基准提取高程线，洪泽湖周边滞洪区筑有迎湖挡洪堤的以挡洪堤为界，挡洪堤基本沿高程12.33 m左右填筑，顶高程约15.81 m，东部边界由洪泽湖大堤等主堤防确定。

2.数据分析与处理

首先收集2010年ALOS影像、2012年基础测绘航片、2015年高分2号影像等3个年度的洪泽湖影像，以2012年基础测绘DOM成果为参考，进行影像配准，统一到2000国家大地坐标系，保证所有数据具有统一的空间参考系。

然后采用目视解译法，分别对比2010年与2012年影像、2012年与2015年影像，标注变化区域，得到洪泽湖开发利用两期监测成果。为排除影像纹理影响和水位变化导致的误判，对每处变化进行现场调查，确认变化的原因和性质。

最后对确认的变化点按照开发利用类型如圈圩、围网房屋、旅游景观等进行分类统计，汇总到湖泊管理单位作为违法查处的参考依据。

三、监测结果

根据监测结果分析统计，2010—2012年洪泽湖确认变化点93处，面积约32 km2，基本上为新增圈圩或原有圈圩的加高加宽 （如图1），即洪泽湖湖区萎缩面积。在基于目视解译的洪泽湖开发利用监测过程中，ALOS影像等2 m左右分辨率的影像基本能够分辨圈圩的鱼塘、滩地等类型，对于鱼塘旁边的房屋因为面积较小基本无法分辨，对于占用性质不同的鱼塘养殖和围网养殖无法区分开。而0.5 m航片可以清晰地监测出新增房屋，并区分出圈圩和围网，解决了洪泽湖管理的难题。

图12010 年ALOS与2012年航片监测的滩地上的新增圈圩

2012—2015年期间确定变化点353处，面积约38 km2，圈圩变化仍然是主要类型（图2），其他还有光伏、风电等项目（如图3）。从图2中高分2号的影像上可以清楚地分辨出湖泊滩

地被圈圩，但是对该处及周边的利用类型是圈圩和围网的区分不是很清晰，只有依据与周边现状圈圩的关系进行分析。加之圩埂上都种植树木，围网附近也有水草生长，为类别区分增加了一定难度。对于风电、光伏等项目可以清晰监测。

图3 2015年高分2号监测到的洪泽湖沿岸的风电、光伏项目

四、管理措施

洪泽湖水位落差较大，在干旱年份和季节，圈圩迅速向湖区中心发展，湖泊萎缩趋势明显，如不及时清退，不仅会降低洪泽湖的蓄洪能力，还会减少水资源供给能力，永久性地破坏湖泊天然的水环境。数据显示，1930—1961年，洪泽湖面积减少了130.3 km2；1961—1971年，洪泽湖面积减少了31.99 km2；1971—2001年，洪泽湖面积减少了154.93 km2。如不加以监管，洪泽湖最终会像里下河腹部地区的一些湖泊一样，由大型湖泊慢慢萎缩直至消亡。

依据遥感监测成果，2012年以来，江苏省水利厅严厉打击洪泽湖非法圈圩，保护湖泊现存水面，目前已经完成了三期清障52.6 km2，恢复湖泊原状地形，确保洪泽湖的水域面积不减少。不仅如此，省水利厅联合涉湖相关部门通过建立洪泽湖管理与保护联席会议制度，统一认识，协同合作，严格执法。同时，以保护洪泽湖水环境为前提，对风电和光伏项目的审批严格把关，开展风电和光伏等项目对湖泊水环境影响研究和评价。

五、对策思考

目前，高分遥感技术进行湖泊开发利用变化监测最大的限制来自于高分辨率数据源的问题。监测结果表明，航片分辨率高，细微变化监测效果显著，但费用高，每2～3年需安排基础测绘一次。而低于1 m分辨率的影像对于洪泽湖水域变化辨别和监测能力较差。高分2号等卫星影像费用较低，但幅宽较小、重访周期较长，加之受江苏7—9月的梅雨季节影响，在此期间很难获取地表信息，要获取完整的江苏主要湖泊影像，则时间跨度较长，基本上每年才能完整覆盖江苏一次。针对这一问题，随着近几年无人机技术发展，其灵活机动、云层下飞行等特点，与之结合可以弥补遥感技术的不足，解决局部数据的完整性和实效性的问题。

洪泽湖开发利用的趋势及对策有以下几点：

①新增圈圩形成迅速。新增圈圩大都分布在滩地和鱼塘之间，采用大型机械夜间施工极其隐蔽，且人工巡查不易到达，在遥感年度监测发现的时候，已经形成了一段时间并开始养殖，给执法增加了一定难度。洪泽湖管理委员会正在试点网格化管理制度，把湖区范围划分成10 km2大小的网格，定责定人进行监管。②光伏和风电项目增多。由于国家政策鼓励和节能补贴，光伏和风电等清洁能源不断增多，而在江苏地区土地资源紧缺的情况下，这些项目就向水域转移。虽然这些项目对湖泊面积影响较小，但是遮挡了光照或产生噪音，对水生动植物的正常生长有一定影响。③湖泊开发粗放、无序。沿湖开发主要以圈圩这种粗放式利用为主，景观旅游等项目基本以政府为主导，类型多样，但没有形成统一的规划，比较散乱。目前洪泽湖周边市县已经开始意识到这一点，并大力推进退圩还湖规划编制工作。退圩还湖实施后，一方面可清退历史圩区、扩大湖泊面积，另一方面可统一规划环湖路、沿岸景观和岸线功能区，重塑湖泊湖滨带，提升岸线和投资环境，形成规模效应，促进沿湖地区经济发展，也杜绝了圈圩等粗放的湖泊利用模式。 ■

［1］张晗，等.基于混合像元分解的武汉市湖泊面积变化监测［J］.长江科学院院报，2011（5）.

［2］范亚民，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（12）.

［3］徐萌，等.苏北大型湖泊水域的EOS/MODIS遥感监测［J］.气象科技，2007（4）.

［4］颉耀文，王君婷.基于TM影像和DEM的白碱湖湖面变化模拟［J］.遥感技术与应用，2006（4）.

［5］齐述华，等.基于数字高程模型的鄱阳湖淹水范围制图研究［J］.武汉大学学报，2010（7）.

［6］王海波，马明国.基于遥感的湖泊水域动态变化监测研究进展［J］.遥感技术与应用，2009（5）.

责任编辑 安天杭

Monitoring of development and utilization status of Hongze Lake based on high resolution remote sensing//

Wang Dongmei，Liu Jinsong，Liang Wenguang

High resolution remote sensing has been adopted for monitoring of main features of development and utilizationofHongzeLake，suchasintensivedevelopmentaroundthelakeandwidelydistributedsites，complexity of types and small in size.Boundary of the lake is defined based on normal storage level defined by Digital Elevation Model（DEM）together with embankment.It may help to answer the questions of different scopes of Hongze Lake reflected by image in varied period of time.Management measures for dealing with change tendency of Hongze Lake are summarized through comparative analysis of monitoring results of Advanced Land Observing Satellite（ALOS），images and No.2 and No.3 high resolution data and their respective features.

high resolution remote sensing；Hongze Lake；development and utilization；monitoring；management

TV882.9+X83

B

1000-1123（2016）10-0050-03

2016-03-25

王冬梅，所长，高级工程师。