2012—2014年江苏省水域面积变化遥感监测研究

梁文广 ，钱 钧 ，高士佩 ，施建明 ，王冬梅 ，钱 程 ，王金东

（1. 江苏省水利科学研究院湖泊所，江苏 南京 210017；2. 江苏省水利科学研究院，江苏 南京 210017；3. 江苏省防汛防旱抢险中心，江苏 南京 211500；4. 江苏省骆运水利工程管理处 湖泊科，江苏 宿迁 223800）

2012—2014年江苏省水域面积变化遥感监测研究

梁文广1，钱 钧2，高士佩2，施建明3，王冬梅1，钱 程1，王金东4

（1. 江苏省水利科学研究院湖泊所，江苏 南京 210017；2. 江苏省水利科学研究院，江苏 南京 210017；3. 江苏省防汛防旱抢险中心，江苏 南京 211500；4. 江苏省骆运水利工程管理处 湖泊科，江苏 宿迁 223800）

高分辨率遥感对地识别能力强，监测成果真实、客观、准确、全面，是水域动态监测的一种先进的技术手段。本研究以江苏省水域面积为监测对象，利用 2012 和 2014 年 2 期 0.3 m 空间分辨率航片，开展 2012—2014 年江苏全省水域面积变化遥感监测研究。经遥感监测，外业调查，数据统计，结果表明：1）2012—2014 年江苏省水域面积总计增加，其中南通、连云港、扬州和泰州共 4 市水域面积减少，南京、无锡、徐州、常州、苏州、淮安、盐城、镇江和宿迁共 9 市水域面积增加；2）2012—2014 年江苏水域面积增加的类型为湖泊和塘坝，减少的类型为河流和水库；3）江苏省水域面积变化主要原因包括河湖监管力度加大、湖泊退圩还湖、长江岸线整治、水库水域岸线开发占用等。通过本研究，利用高空间分辨率遥感影像开展水域面积变化监测，可快速、准确获取大范围区域水域变化信息，为实现水域的动态监管、水行政执法、水资源的管理和保护提供先进的技术手段和基础数据支撑。

江苏省；水域面积变化；遥感监测；航片

0 引言

江苏省地处江淮下游，境内河道纵横交错，拥有河道 2 900 多条，水域面积 ＞ 0.5 km2的湖泊137 个，在册水库 908 座，水面面积占全省总面积的 16.90%。相关资料表明[1]，1978 年江苏省水域面积为 17 748 km2，约占国土面积的 17.50%，到2000 年，衰减为 16 432 km2，约占全省国土面积的16.11%，与 1978 年相比，减少了 1 316 km2，衰减率达 7.4%。其中，淮河、长江、太湖三大流域的水域衰减率分别为 9.9%，7.4% 和 3.1%。由此可见，近几十年来江苏省水域面积减少的趋势是十分显著的。定期开展水域面积的动态监测，对于及时掌握水资源现状，加强水域的管理与保护，维护地区经济社会可持续发展，意义重大。

高分辨率遥感具有高空间分辨率的优势，可以更加准确地识别目标地物，精确量算目标的地理位置、长度和面积等几何位置信息。除此之外，高分辨率遥感具有真实、客观、快速、经济、覆盖全面、大范围动态监测等优势，有利弥补了车船巡查水域监管成本高，覆盖不全面，存在一定的主观性等不足。高分辨率遥感是水域动态监测的一种重要的技术手段，已经在水利行业广泛应用。

目前针对水域遥感监测的相关研究，江苏省起步较早。江苏省水利科学研究院从 2009 年开始，利用 2.5 m 日本 ALOS 影像开展太湖、洪泽湖等全省 13 个省管湖泊岸线利用变化年度遥感监测[2]；从2011 年开始，利用 2.5 m ALOS 及 0.3 m 航片开展长江等 19 条流域性河道管理范围内岸线利用变化年度遥感监测；自 2014 年起，利用 0.3 m 航片开展全省 49 座大中型水库的年度遥感监测。除江苏省外，湖北省水利厅 2016 年开发了湖北省湖泊卫星遥感监测系统，主要采用 2.5，6.0 m 左右的高分遥感影像对全省湖泊水域变化开展定期监测；张婷婷等[3]基于 Landsat TM 和 HJ-1B 多源多期卫星遥感数据，对辽河保护区 1992—2009 年的水域面积变化进行了动态监测；吴川等[4]收集了 2002—2011 年 Landsat TM/ETM 和 HJ-1A/B 卫星遥感影像提取的过去 10 a的水库水域动态信息；蔡辉等[5]以太浦河为研究对象，利用 2014 年国产高分 1 号卫星 2 m 全色/8 m 多光谱影像，结合 GIS 技术，对太浦河流域面积和长度及离岸 200 m 区域内土地资源利用现状进行遥感监测；段远斌[6]通过遥感技术在塔里木河流域水调水管业务中的具体应用，详细介绍系统构架和基于遥感技术在输水水头跟踪、河道跑漫水监测、湖面面积变化监测等实际工作中的应用情况；师俞晨等[7]利用全球首套空间分辨率为 30 m 的全球地表覆盖数据（Globe Land 30）中的 2000 和 2010 年 2 期数据，对我国各流域及降水区域的水域面积、水域率数据进行动态变化分析；孟令奎等[8]通过对国内外目前在遥感洪涝监测研究成果方面文献的梳理，对遥感影像水体提取的主要方法与洪水监测应用进行回顾，并对当前遥感影像用于洪水监测中存在的问题进行分析。以上这些研究主要集中在区域重点河、湖、库某一特定类型水域，且采用的遥感数据空间分辨率较低，缺乏区域内各类型水域的动态变化监测研究。

考虑到水域变化信息对水利管理部门具有较强的应用价值，因此，本研究利用 2012 和 2014 年 2 期0.3 m 高分辨率江苏全省航片，开展 2012—2014 年江苏省水域面积变化监测研究。

1 数据收集与处理

本研究收集的数据资料主要包括江苏省水域面积本底数据、高分遥感影像、水利专题及行政区划数据。

江苏省水域面积本底数据主要为 2012 年江苏省八大类型水域（包括湖泊、河流、水库、塘坝、滞涝圩、沟渠、省管湖泊圈圩和鱼塘）矢量及面积统计等数据[9]。该成果主要采用 2012 年江苏全省 0.3 m空间分辨率航片，参考江苏省水利普查数据和 1∶10 000 水系数据，通过对遥感影像目视解译、人工提取获得。

高分遥感影像采用江苏省测绘局提供的 2012 和2014 年 2 期江苏省航片，该数据为 DOM（数字正射影像图） 产品，空间分辨率为 0.3 m。

水利专题数据主要包括江苏省堤防、水利工程等的数据，河、湖、库管理（保护）范围线等参考资料。

数据处理主要将以上数据转化为相同的地图投影（高斯克吕格）和坐标系统（西安 80 坐标系），便于叠加分析和处理。

2 技术方法分析

在江苏省八大类型水域中，鱼塘和沟渠（即水网渠道）数据量巨大，而滞涝圩主要为滩地和鱼塘，考虑到江苏省水利部门对水域管理和防洪安全的现实需求，鱼塘、沟渠及滞涝圩等 3 类水域均不作为本次变化监测的对象。本次变化监测主要针对湖泊（含省管湖泊圈圩）、河流、水库和塘坝等水域开展。其中监测的湖泊为 161 个；河流包含乡级以上河道及人工运河，共计 11 919 条；水库 1 080 座，塘坝 1 998 座。

水域面积变化监测技术流程如图 1 所示，首先将 2012 年水域数据叠加到 2014 年航片上，结合2012 年航片数据进行比对，提取变化区域；然后针对变化开展外业核查，确认变化是否属实；最后针对确认的变化点，进行整理、统计与分析。

图 1 技术流程

2.1 变化区域提取

考虑到水体构成复杂，船只、桥梁、藻类、水色差异等多种因素直接影响着水域自动提取的精度，水域面积变化监测采用了目视解译、人工提取的方案，以 ArcGIS 软件为平台，将 2012 年 4 类水域矢量数据叠加到 2014 年江苏省 0.3 m 空间分辨率航片上，同时参考 2012 年航片及其他相关数据资料，针对水域范围变化区域进行人工判读，剔除水位变化等因素的影响，提取水域面积增加或减少变化区域。将提取到的每一处变化区域按照行政区划统一编号，计算变化区域中心点地理坐标，制作 2012 和 2014 年水域变化对比图片，形成 2012—2014 年江苏省水域面积变化的初步监测资料。

2.2 外业核查

江苏省水利厅将 2012—2014 年全省水域面积变化的初步监测资料（主要包括变化编号、所属行政区划、地理坐标、面积和 2 期变化对比图片）分发到全省各县级水利（水务）局，由其负责开展水域面积变化的外业调查核实。

调查单位利用 GPS 外业查找水域面积变化区域，现场调查核实的主要内容包括变化区域是否属实、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。

2.3 成果整理与统计

对外业调查核实成果进行整理，剔除水域没有变化的区域，对水域变化区域分类、分市整理，便于下一步分析。

3 结果分析

3.1 总体情况

对 2012—2014 年江苏省各水域面积变化情况进行统计，如表 1 所示。可以得出：2012—2014 年全省水域面积总体是增加的。在各地市中，水域面积减少的地区有 4 个，按照水域面积减少由大到小依次为南通、连云港、扬州和泰州，其中南通水域面积减少最多，达到 22.566 km2；水域面积增加的地区有 9 个，按照增加的水域面积由大到小依次为淮安、宿迁、苏州、盐城、徐州、南京、镇江、无锡、常州，其中淮安水域面积增加最多，为 8.228 km2。

3.2 分类水域面积变化情况

对 2012—2014 年江苏省各类水域面积变化情况进行统计，如表 2 所示。

表 1 2012—2014 年江苏省各地水域面积变化情况 km2

表 2 江苏省各地市分类水域面积变化统计表 km2

从全省变化监测的水域面积变化来看，水域面积增加的类型为湖泊和塘坝，减少的为河流和水库。

对于湖泊，增加面积最大的为苏州（16.679 km2），其次为淮安（5.950 km2）和宿迁（5.335 km2）；减少面积最大的为徐州（0.594 km2）。

对于河流，增加面积最大的为徐州（2.530 km2），其次为淮安（2.148 km2）和盐城（2.022 km2）；减少面积最大的为南通（22.566 km2）、苏州（11.540 km2）。

对于水库，增加面积最大的为镇江（0.031 km2），其次为淮安（0.017 km2）；减少面积最大的为连云港（1.819 km2）、徐州（0.117 km2）。

对于塘坝，增加面积最大的为盐城（0.199 km2），其次为连云港（0.129 km2）和淮安（0.113 km2）；减少面积最大的为南京（0.021 km2）、徐州（0.017 km2）。

3.3 变化原因

结合外业调查，分析江苏省水域面积变化的主要原因。限于篇幅限制，选取了部分水域面积变化较大的典型地区进行展示，具体如表 3 所示。

表 3 2012—2014 年江苏省典型水域面积变化调查情况表（部分）

通过外业调查分析，发现江苏省水域变化的主要原因如下：

1）对于湖泊。多个湖泊实施了退圩（田）还湖，如太湖、洪泽湖、白马湖、滆湖、固城湖等，使得苏州、淮安等多个涉湖地市湖泊水面显著增加。另外由于省管湖泊已经划定了保护范围线，卫星遥感、常规巡查等多种监管手段的运用，对湖泊的空间管控进一步加强，违法占用湖泊水域的行为得到一定遏制，湖泊水面出现增加的趋势。

2）对于河流。水利部门监管力度较大，2011 年较早开展了流域性河道的年度遥感监测，除南通、苏州及扬州外，其他地市河流水面均呈现增加的趋势；苏州、南通等河流水域面积减少的主要原因为长江岸线整治，占用大面积长江水域。

3）对于水库。水库多处于风光秀丽的山区，近几年开发力度加大，而江苏省大中型水库的勘界划线进展缓慢，目前只有横山和大泉水库划定管理范围线；加上水库监管滞后（2014 年开始水库遥感监测），造成侵占水库水域问题突出，2012—2014 年水库水面减少了 1.944 km2，对水库的监管需要进一步加强。

4 结语

2012—2014 年江苏省域范围内水域面积变化监测研究结果表明：利用高空间分辨率遥感开展水域面积变化监测，可快速、准确获取大范围水域变化信息；采用亚米级（0.3 m）航片影像资料，监测成果可更加准确；内业遥感监测结合外业调查，成果更加真实、可信；实现对江苏省域的主要水域全面监测，覆盖面全，应用价值广阔。

由于江苏省国土部门 0.3 m 空间分辨率 1 次/2 a数据采集频率的局限，对于江苏省东部发达地区的水域监测远不能满足需求，随着国产遥感数据的大量出现及无人机技术的快速发展，可考虑运用多种分辨率影像实现年度、季度甚至月度的定期监测，以及局部重点区域的无人机监测，实现水域违法占用早查出，减少执法成本，促进水资源的全方位动态监管。

[1] 杨树滩，仲兆林，华萍. 江苏省适宜水面率研究[J]. 长江科学院院报，2012，29 (7): 31-34.

[2] 樊旭，张晖，梁文广. 遥感技术在高邮湖邵伯湖管理中的应用研究[J]. 中国水利，2013 (18): 45-46.

[3] 张婷婷，李茂堂，范昊明，等. 辽河保护区水域变化遥感监测及驱动力分析[J]. 水利水电技术，2014，45 (1):47-51.

[4] 吴川，张玉龙，许秀贞，等. 基于 Landset TM/ETM 和HJ-1A/B 影像的丹江口水库水域变化监测研究[J]. 长江流域资源与环境，2013，22 (9): 1207-1213.

[5] 蔡辉， 金照青. 太浦河水面和岸线利用遥感监测分析研究[J]. 水利信息化，2015 (3): 42-45.

[6] 段远斌. 基于遥感技术的塔里木河流域业务应用及展望[J]. 水利信息化，2015 (3): 10-14.

[7] 师俞晨，王荣华. 中国陆表水空间展布及动态变化分析[J]. 地理信息世界，2017，24 (1): 121-126.

[8] 孟令奎，郭善昕，李爽. 遥感影像水体提取与洪水监测应用综述[J]. 水利信息化，2012 (3): 18-25.

[9] 高士佩，梁文广，王冬梅，等. 基于遥感技术的江苏省水域面积遥感监测应用[J]. 长江科学院院报，2017，34 (7):132-135.

Research on change of water area in Jiangsu Province from 2012 to 2014 using remote sensing technology

LIANG Wenguang1, QIAN Jun2, GAO Shipei2, SHI Jianming3, WANG Dongmei1,QIAN Cheng1, WANG Jindong4

(1. Lake Research Institute，Hydraulic Research Institute of Jiangsu Province, Nanjing 210017, China;2. Hydraulic Research Institute of Jiangsu Province, Nanjing 210017, China;3. Jiangsu Province Flood Control and Drought Relief Center, Nanjing 211500, China;4. Project Management Division of Luoyun Water Resources Department of Jiangsu Province, Suqian 223800, China)

High resolution remote sensing is a kind of advanced technology for monitoring the water area. It has the advantages of high recognition ability, real monitoring, objective, accurate and comprehensive monitoring. This project researches on the change of water area in Jiangsu province from 2012 to 2014 based on the aerial remote sensing images with the spatial resolution of 0.3 meters. Through remote sensing monitoring and outdoors investigation, it has acquired the following results. Firstly, from 2012 to 2014 the water area in Jiangsu province increased. Specifically, the water area of Nantong, Lianyungang, Yangzhou and Taizhou have decreased, while the water area of Nanjing, Wuxi,Xuzhou, Changzhou, Suzhou, Huai’an, Yancheng, Zhenjiang and Suqian have increased. Secondly, the types of the increased water area in Jiangsu from 2012 to 2014 are lake and small reservoir area. The types of the decreased water area include river and reservoir. Thirdly, the main reasons for the change of water area in Jiangsu include the increasing supervision of rivers and lakes, lakes returning to the valley, the regulation of the Yangtze River shoreline, and the development of reservoirs. In the research, monitoring the water area change with high spatial resolution remote sensing image can grasp the change of large water area rapidly and accurately. In this way, it can provide advanced technology methods and fundamental data support for the management and protection of water area dynamic monitoring, water administration and enforcement, and the water resource.

Jiangsu Province; change of water area; remote sensing; aerial image

TP7；TV213

A

1674-9405(2017)05-0027-05

10.19364/j.1674-9405.2017.05.006

2017-06-30

江苏省水利科技项目（2016029，2015035，2014039，2013001）

梁文广（1981-），男，河北辛集人，高级工程师，博士，主要从事水利遥感应用研究。