鄱阳湖近五十年变迁遥感监测与分析

文|朱鹤 黄诗峰 杨昆 杨永民 李蓉

水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心/中国水利水电科学研究院

一、引言

鄱阳湖是我国第一大淡水湖，位于江西省，面积3960km2。鄱阳湖是长江干流重要的调蓄性湖泊，在长江流域中发挥着调蓄洪水和保护生物多样性等特殊功能，对维系区域和国家生态安全具有重要作用。20世纪50至80年代，鄱阳湖受自然变化和人类开发利用影响，呈现出湖泊岸线萎缩、容积减少、环湖城镇和耕地侵占湖泊、洪水频发、水生态破坏和水环境恶化等问题。1998年大洪水之后，湖区开展了大范围的 “双退” 和 “单退” 工程, 使湖区在汛期的蓄水面积扩大。随着湖泊治理相关举措的实施，情况得到稳步改善。2003年后三峡水库的建成蓄水，调节江河水泥，对两湖地区水文、形态和生态环境带来一定影响。[1-2]研究近五十年来鄱阳湖水体、围垦、岸线萎缩至退耕还湖等一系列变化观测，能够为鄱阳湖流域治理和合理开发利用决策提供参考。

遥感技术能够远距离探测地物，具备对湖泊形态、水文、生态、环境、人类开发利用等特征进行动态监测、可实现湖泊特征演变规律的分析。20世纪至今，卫星遥感技术突飞猛进，能提供多种光谱载荷、多种时空分辨率组合的数据源，从多角度、多时空尺度为湖泊监测提供有效支撑。

本文基于遥感技术，查明近五十年环湖围垦、岸线萎缩至退耕还湖等一系列变化，认清鄱阳湖的近五十年演变特征，深入了解鄱阳湖近五十年变迁，分析鄱阳湖演变特征、原因和趋势，指导未来鄱阳湖治理和合理开发利用，特别支撑三峡工程运行后调整治湖思路。

二、数据源

本次研究使用的数据源包括卫星遥感数据和水文数据，遥感数据包括 1967 年美国锁眼侦查卫星（KH-8）影像以及20 世纪70 年代以来的陆地卫星（Landsat）以及我国高分一号卫星，水文资料采用湖口站数据。

遥感影像：参考湖口站水位，尽量保证影像日期对应水位变化不大，从20世纪60年代开始至2010年，每10年收集1期遥感影像，2013后收集多期高分系列遥感卫星影像，2016-2017年每月收集1期高分一号遥感影像。具体包括1967年KH-8影像1期，1977年Landsat-2 MSS影像1期，1988年、1995年、2000年Landsat-5 TM影像各1期，2013年高分一号遥感影像1期，2016至2018年每月1期高分一号遥感影像。

水文数据：针对遥感影像日期，收集同日湖口站监测水位数据，计算每日平均水位数据。

辅助资料：收集20世纪50年代鄱阳湖圩垸、蓄洪区分布图作为参考资料，辅助重点变化区域监测工作。

三、研究方法

围绕鄱阳湖近五十年演变特征、原因和趋势分析的目标，基于近五十年遥感影像，对鄱阳湖近五十年湖区变化进行遥感监测，将同水位下相邻时间两期遥感监测的湖面范围做叠加对比分析，展布变化区域分布、统计变化面积，分析变化规律和原因。对鄱阳湖重点开发利用区域进行遥感监测，通过对比前后湖区边界，确定近五十年来的重点开发利用区域，结合历史圩垸、蓄滞洪区分布等基础信息，提取近五十年重点开发利用区域变化。

1.水体范围遥感提取

针对不同影像条件（光谱、时间、空间分辨率，影像质量等）采用水体范围提取方法，以波段阈值、水体指数[3]、面向对象分割方法为主，再辅以人工修正。由于1967年美国锁眼卫星所拍摄的影像为全色影像，且对水体敏感性不高，因而采用单波段阈值法，配合人工编辑来提取。

2.水位-面积关系变化分析

基于2016-2017年每月监测水位与水面面积数据，构建近两年水位-面积关系曲线。将20世纪70年代至2013年每期遥感监测面积匹配同日水位，与近两年水位-面积关系曲线对比，分析近五十年来同水位下鄱阳湖水面面积变化。[4-5]

3.同水位下鄱阳湖近五十年变化遥感监测

通过同水位下相邻时间两期遥感监测的湖区范围做叠加对比分析，展布变化区域分布、统计变化面积，分析变化规律和原因。

将变化较大区域作为重点关注区，展布变化区域分布、统计变化面积，进一步人工判别变化区域土地利用类型，结合20世纪50年代鄱阳湖圩垸、蓄洪区分布图和政策，分析变化原因。依次完成所有历史时刻变化区域分析工作，建立完整的近五十年鄱阳湖重点变化区域遥感监测序列。

四、鄱阳湖近五十年水体范围变化情况

根据前述遥感水体提取方法，收集1967-2018年近五十年来的遥感影像，选择同水位范围（湖口水文站监测同日水位相差不超过0.55m）的遥感影像，对鄱阳湖水体范围变化进行监测。图1、图2是鄱阳湖近五十年同水位下水体范围变化和水面面积变化情况，1977-1995年鄱阳湖水面面积持续减少，由3705.31km2减少至3369.15km2，将近20年间共计减少336.16km2。1988年大洪水后，鄱阳湖开展了大范围的“双退”和“单退”工程使水面面积明显扩大，至2000年，水面面积增长至3666.71km2。2003年后三峡水库建成蓄水，鄱阳湖水面面积再次下降，直至2013年后稳定在3425km2左右。总体来看，20世纪90年代前水面持续萎缩，2000年有所恢复，之后持续继续萎缩，直至2013年开始趋于稳定。

图1 鄱阳湖近五十年同水位下水体范围变化情况

图2 鄱阳湖近40年同水位下水面面积变化图

五、鄱阳湖近五十年重点开发利用区变化情况

近五十年来，鄱阳湖周边的永修县、新建县、都昌县、波阳县以及余干县存在多个水面范围变化较大的区域，经初步判读，均存在不同程度的人类开发利用。以5个重点变化区域为关注对象，本次选择同水位范围对应的遥感影像，进行监测和分析。遥感影像采集时间为1967年、1977年、1988年、1995年、2000年、2013年、2016年、2018年，对应湖口水位均在16 m左右(相差不超过0.55m)，与前文中近五十年鄱阳湖湖区变化遥感监测对应水位范围一致。图3是鄱阳湖重点开发利用区分布图，显示了鄱阳湖五十年变化程度较大的开发利用区域。

图3 鄱阳湖重点开发利用区

1.都昌县湖圩

图4是都昌县湖岸圩垸历年变化图,都昌县湖岸圩垸于20世纪70至80年代间出现筑坝、围湖耕地现象。1967-1977年期间均为水体，1988年开始出现筑坝和耕地，1995年至今均为耕地。

图4 都昌县湖岸圩垸历年变化图

2.波阳县湖圩

图5是波阳县湖岸圩垸历年变化图，波阳县湖岸圩垸于1967-1988年期间均为荒地，1995-2000年变为水体，2000年后出现围湖耕地现象，2013年至今均为耕地。

图5 波阳县湖岸圩垸历年变化图

3.余干县康山蓄洪区圩垸

图6是余干县康山蓄洪区历年变化图，余干县康山蓄洪区于1995-2000年期间出现筑坝、围湖耕地现象。1967-1995年期间均为水体，2000年至今变为耕地。

图6 余干县康山蓄洪区历年变化图

4.新建县黄湖蓄洪区

图7是新建县黄湖蓄洪区历年变化图，新建县黄湖蓄洪区于1995-2000年期间出现围湖耕地现象。1967-1988年期间均为水体，1995年变为水体，2000年至今变为耕地。

图7 新建县黄湖蓄洪区历年变化图

5.永修县斜方洲塘蓄洪区

图8是永修县斜方洲塘蓄洪区历年变化图，永修县斜方洲塘蓄洪区于1960年至今出现围湖耕地现象。1967-1995年期间均为耕地，2000年变为水体，2013年变为耕地，2016年变为水体，2018再转变为耕地和滩地。

图8 永修县斜方洲塘蓄洪区历年变化图

六、结论

据鄱阳湖近五十年来水体变化遥感监测与分析，20世纪90年代前湖泊水面呈现萎缩趋势，2000年湖面有所恢复，之后继续萎缩。湖面变化现象受人类开发利用活动影响明显。其中，开发利用活动以20世纪60到80年代最强，之后强度有所下降，1998年后开发利用活动得到抑制，湖面范围有所恢复，之后局部地区略有开发，但开发利用强度不高。

1）20世纪60到80年代，湖面范围持续萎缩，人类开发利用情况较强，集中在都昌、波阳、余干县，在湖区周边出现许多修筑拦水坝、拦水养殖等人为侵占湖泊的情况。

2）20世纪80到90年代，围湖现象依然存在，在湖边各县区均出现不同程度的围湖活动，湖边拦水区也逐步形成稳定的耕作区，90年代中期，开发活动延伸至蓄洪区，有侵占蓄洪区的现象。

3）20世纪90年代后期，特别是1998年后，“退垸还湖”政策实施效果明显，围湖情况得到抑制，至2000年湖面范围全面恢复。

4）2000年至今，局部地区又有围湖迹象，但围湖区域不多，范围也较小。