河湖水域岸线监测的方法及应用——以江苏扬中市为例

王炳君，姜 帅，吕立刚

（1. 南京国图信息产业有限公司，江苏 南京 210036；2. 南京财经大学 公共管理学院，江苏 南京 210023；3.自然资源部海岸带开发与保护重点实验室，江苏南京 210017）

0 引言

河流湖泊富含的资源功能和生态功能，是洪水的通道、水资源的载体、生态环境的重要组成部分。随着社会经济的快速发展，违法围垦湖泊、挤占河道、蚕食水域、滥采河砂等问题突出，严重威胁着防洪安全、供水安全和生态安全[1]。近年来，各地着力加强河湖管理，河湖管理涉及水域岸线、采砂、排污口设置等方面，水域岸线又是保障供水安全与防洪安全的重要屏障，对维系良好的生态环境、保证航运功能具有重要作用[2-3]。

根据2020 年1 月自然资源部印发的《自然资源调查监测体系构建总体方案》，明确了土地、森林、草原、水等自然资源的调查监测的内容和性质，根据监测的尺度范围和服务对象，分为常规监测、专题监测和应急监测。专题监测是对地表覆盖和某一区域、某一类型自然资源的特征指标进行动态跟踪，掌握地表覆盖及自然资源数量、质量等变化情况[4]。河湖水域岸线专题监测，主要监测岸线后方一定距离内的土地利用、自然资源、工程信息等情况，可以通过土地、水资源、林业等不同自然资源的调查手段获取多年份的调查数据，对多年的调查数据成果进行统计分析，以达到监测的目的。长期以来对河湖水域岸线的研究和管理比较匮乏，水域岸线处于水陆交互带，承载着临岸港口、工业和城镇等人类活动[5-8]，不合理的开发会导致岸线的生物屏障遭到破坏，影响岸线周围的生态系统健康和沿岸社会经济的可持续发展[9-10]。因此，在充分利用相关自然资源监测成果，开展河湖水域岸线专题监测试点，探索一套可复制、可推广的水域岸线专题监测技术方法、工作流程和指标体系，对于加快建立自然资源统一调查、监测制度积累经验，更好地统一行使全民所有自然资源资产所有者职责和统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责[4]，服务生态文明建设具有重要意义。

本研究在探讨河湖水域岸线监测方法和流程的基础上，以江苏省水域岸线专题监测试点的典型水网区域扬中市为例，以遥感影像、土地利用等作为监测数据源，充分利用已有基础水域岸线资料，提取水域岸线以及岸线空间范围内的各种地类、自然资源、工程建设数据等，对扬中水域岸线近5 年的岸线资源进行动态监测，以期为其他主要河流岸线调查监测的开展提供路线和技术支持，进而为实现全面掌握水域岸线生态承载能力，维持岸线保护和开发平衡提供科学支撑。

1 河湖水域岸线监测方法与流程

河湖水域岸线专题监测主要是基于资料收集成果，利用高清遥感影像、实景三维模型、实地调查等技术手段，开展水域岸线现状调查。通过测区踏勘、像片控制测量、倾斜航空摄影等外业采集数据，进行内业解译判读，编制调查成果。根据水域岸线现状调查成果，确定监测指标，监测水域岸线及岸线空间内的资源变化，对监测结果进行统计分析，为日后的岸线资源开发利用提供科学的理论依据，以维护水域陆地的交互平衡。

整体上，河湖水域岸线监测的技术路线包括基础数据的准备、专题监测、基于监测的指标分析、成果输出四个主要流程（图1）。其中专题监测是工程的主体，包括了资料分析整合、范围对象确定、监测指标确定以及基础调查。在整个流程过程中涉及到的主要技术包括探索岸线地质稳健程度的干涉测量、建设岸线实景三维模型的倾斜摄影测量、搭建二三维平台的二三维一体化技术以及用于外业勘察的“5G 互联网+”外业举证调查技术。针对技术流程的四个重要步骤做的详细阐述如下。

图1 河湖水域岸线监测技术路线

1.1 数据准备

一是从自然资源、水利等部门收集水域岸线资源专题监测的基础资料，主要来源于自然资源部、林业、水利等部门，资料内容主要包括：（1）土地利用现状数据、水利普查成果、森林资源调查成果等；（2）含农村集体土地所有权地籍调查成果、林权登记成果、用地审批资料及其他材料；（3）含生态保护红线、永久基本农田、生态公益林、湿地保护和其他自然保护区划定成果数据，监测区域涉及的公园审批、规划文件等[11]。二是水域岸线专题监测相关规范、政策以及法律法规的收集。三是水域岸线相关研究的文献期刊的收集。根据监测区域实际情况，分析区域水域岸线的分布、变化情况等。准备工作也包括基础的处理，分析收集到的数据资料，对数据进行矢量化处理、数据格式转换、坐标转换等空间图形处理，统计汇总现状数据，检查分析，填写相关调查表，更新完善统计结果，编制现状调查成果。

1.2 专题监测

基于收集到的资料及实地调研，采用文献研究法和调查研究法分析得出水域岸线资源调查监测指标、水域岸线资源调查数据库标准和水域岸线资源调查监测内容以及技术规范等。主要涵盖监测范围对象的确定（监测范围、岸线空间范围）、监测指标的确定（岸线基础空间地貌、岸线自然资源概况、岸线土地利用情况、岸线水资源开发利用、岸线地质灾害隐患）、基础调查（调查的数据整合、解译判读、数据标准化、调查底图制作、外业核查）、监测技术研究（基础空间统计分析技术、倾斜摄影测量技术、“5G 互联网+”外业举证调查技术、雷达数据干涉测量技术、二三维平台搭建技术）。

1.3 指标分析

统计分析监测指标的动态变化，对水域岸线变化进行动态监测。针对各个指标，主要应用传统的空间统计分析技术，从数量、空间分布的变化情况上进行拓展分析，如密度分析、统计分析。综合探索监测时段内自然资源、地形地貌、岸线发育、水资源开发利用的变化情况。

1.4 成果输出

制作各类专题图件、编制相关文档，按汇交要求整理成果，提交至自然资源部门进行审核，审核通过后，提交验收。其中，数据库成果的建设要综合调查监测成果，在数据库标准基础上，建设水域岸线二三维调查监测数据库，实现对调查监测成果的统一管理与应用；图件成果制作要符合相关标准的规定；表格成果数据真实可信，记录全面。

2 河湖水域岸线监测的方法应用——以江苏省扬中市为例

扬中市，江苏省辖县级市，由镇江市代管。位于镇江市东部江心，长江中下游，苏南现代化建设示范区内，是南京都市圈范围内的县级城市，北面与扬州、泰州隔江相望，南面与镇江、常州一衣带水。扬中市是长江中的一个岛市，为江中沙洲，属长江三角洲冲积平原，地势低平，水系发育，水网密度高，海拔2～4.5 m，相对高差在2～3 m 左右。河湖岸线的生态承载能力和开发适宜度，关系着扬中的人居环境和经济发展，因此，为了结合地方实际进一步深化自然资源分类标准以及自然资源调查监测技术方法、工作流程、指标体系等方面的探索，江苏省选取扬中市开展水域岸线专题监测试点工作。

2.1 监测范围与岸线空间范围确定

2.1.1 监测范围划定。开展水域岸线专题监测首先要明确水域岸线的划定范围，扬中市长江沿江岸线资源极为丰富，总计沿江岸线长度约96.1 km，其中深水岸线约54 km。市内河道纵横，水系复杂，其中以贯通长江主江与夹江的六条通江大港为代表，即东新港（4.4 km）、联丰港（9.4 km）、六圩港（9.5 km）、三茅大港（8.5 km）、团结港（4.1 km）、新坝大港（9.18 km）。本研究选取了扬中市全部长江岸线以及六条大港中的三茅大港、六圩港为研究范围，开展现状调查与专题监测的工作，具体位置如图2 所示。

图2 扬中市水域岸线监测范围

2.1.2 岸线空间范围确定。河湖水域岸线是一种空间资源，根据临水控制线和外缘控制线划定水域岸线的空间范围。其中，临水控制线一般以常水位或水陆交界线为界，外缘控制线多以河堤背水坡堤脚线外一定范围的边线为界，基于“扬中市河道管理范围和水利工程管理与保护范围划定成果”，结合岸线实际特征，明确水域岸线范围的划定原则。（1）外缘控制线划定标准。长江段沿江岸线：江堤背水坡堤脚线向外150 m；通江大港市内河段：河道堤背水坡堤脚线向外10 m；（2）临水控制线划定标准。长江段沿江岸线：原则以江堤迎水坡堤脚线向水侧200 m 为准，实际监测范围根据需求调整；通江大港市内河段：理论上的临水控制线应在岸边线向水侧适当的距离范围内。但鉴于市内河道宽度相对狭窄，目力清晰可及两岸，实际上岸边线向水侧的全部区域均纳入了监测范围。长江段外缘控制线的距离划定原则为200 m，可根据实际情况适当调整控制线范围，未覆盖的岸线陆域则需将控制线边界调整至水边界处。以滩涂养殖区为例，因岸线资源复杂多变，长江水体又具备潮汐变化，岸线范围内部分区域的滩涂被开发利用，导致长江堤岸与水域的距离较远（最远可达2 km）。此类区域则应根据实际情况调整，扩大监测范围。依据以上原则岸线空间划定如图3 所示。

图3 扬中市岸线空间划定原则示意图

2.2 监测指标确定

通过调查岸线空间，发现岸线空间范围内占比最多的是岸线后方的土地，同时结合实际情况以及参考《长江岸线资源调查技术规程》，确定水域岸线调查和监测的内容一致，也就是临水控制线和外缘控制线以及两线划定的岸线空间内的河道、自然物资源、管理现状等，因此，选取的指标按照满足长期且持续监测的要求，充分利用已有的遥感、土地利用、其他调查数据等，具体监测指标如表1 所示。

表1 水域岸线专题监测指标

2.3 岸线要素内业解译判读

本研究的监测数据主要来源于内业处理获取的矢量数据，考虑到监测的连续性问题，因此选用的数据为2015 年和2019 年的两期遥感影像、土地利用数据以及各种专题数据，通过利用三调成果进行要素归类转换建立了基础调查自然资源图斑，必要时利用不同时相影像对森林资源、湿地资源、水资源、耕地资源等进行内业解译判读的方法提取出水域岸线的相关监测指标信息。

2.3.1 内业解译判读。解译判读2015 年和2019 年两期遥感影像，提取出水域岸线、岸线土地利用、岸线自然资源、岸线周边的工程设施等信息：（1）水域岸线信息。根据岸线划定原则，解译出临水控制线和外缘控制线，并结合实际对岸线空间范围内的资源进行分类。（2）森林资源数据处理。在最新DOM 基础上，根据森林资源分类，结合森林资源调查数据，参考解译标志，进行判读勾绘，提取图斑的范围。对不能确定范围或分类的图斑，可以先查看三调相同地理位置处图斑的举证照片，若不存在举证照片，或无法根据照片特征判断地类，则做好标记，为外业调查做准备。（3）湿地资源数据处理。根据湿地分类标准，进行判读勾绘，提取图斑的范围，边界不能确定的图斑做好标记。（4）水资源数据处理。主要解译遥感影像上的地表水，利用水利部门河湖划界成果数据，对于缺少图形数据的河流、湖泊、水库，在最新DOM 基础上，根据上述地表水分类，参考解译标志，进行判读勾绘，提取图斑的范围，对边界不能确定的图斑做好标记。（5）岸线土地利用数据处理。对比2015 年的土地利用数据和2019 年的第三次国土调查数据，对解译出的岸线土地利用数据进行修正。

2.3.2 数据标准化。由于原林业、水利等部门信息化建设水平不一，导致各类自然资源已有调查、管理资料格式不一，介质不同，缺乏统一空间参考，需要针对已有资料情况采用不同技术方法进行数据处理[12]。（1）坐标系转换，为了便于后期各类自然资源数据之间叠加分析，将收集到的矢量数据的坐标系统统一转换为2000 国家大地坐标系。（2）数据格式转换。各类自然资源已有成果所采用的数据格式不统一，主要包括AutoCAD、ArcGIS、Mapinfo 等，为了便于后期各类自然资源数据之间叠加分析，需要将数据格式统一转换为ArcGIS 格式。扬中市林业调查数据、土地资源数据均为ArcGIS 格式，水利普查数据为AutoCAD 格式。利用ArcGIS 软件的CAD to Geodatabase 工具将水利普查数据转换为ArcGIS 格式。

2.3.3 调查底图制作。在内业解译判读成果的基础上，按照调查底图制作要求，基于正射影像，叠加空间专题信息、判读解译成果等信息，对矢量数据进行符号配置，并有选择性地对部分名称、属性进行标注，制作现状调查底图[13]。同时，在内业解译判读的过程中，对发现的异常地物，在调查底图上做好标记，并记录标记点位置，便于实地考察时使用。

2.4 岸线要素外业核查

外业核查主要借助自然资源二三维平台的图片和视频融合功能，根据底图上标记的位置，在实地拍摄图片和视频，传输到二三维平台中，查看实地是否存在如违规建筑等异常现象。（1）导入标记点位。将底图上标记的位置事先导入平台中，以三维建模的环岛江堤公路管理所管辖的前进河通江闸口区域为例，外业工作人员根据标记的点位置去实地考察，用外业采集软件拍摄图片和视频，并传输到平台中。外业监测点位的选择是通过在线地图查看对应行政区内当前在线的设备位置及用户，左侧的详细信息栏展现当前在线设备的用户名、联系电话、最后活动时间等信息，同时，系统支持对用户的指定查询。（2）监测图片、视频查看。结合扬中的三维建模场景，点击界面上的监测点位，展示该位置的实景图片。用户可以结合三维实景和实际图片查看该位置的土地利用、自然资源、工程建设等信息。

2.5 岸线监测结果与分析

2.5.1 岸线空间地貌及利用类型变化。对比分析2015 年和2019 年两期的水域岸线，也就是外缘控制线和临水控制线，分析岸线的空间位置、长度、类型的变化情况。结果显示，外缘控制线和临水控制线的变化很小，三茅街道、新坝镇、油坊镇、八桥镇、开发区等多个区都有细微变化。本研究中外缘控制线和临水控制线在长江段是沿江堤背水坡堤脚线向外延伸一定距离，在通江大港市内是沿河道岸边线向外延伸一定距离，2015 —2019 年之间背水坡堤脚线和河道岸边线的变化很小，因此手动解译出来的两期外缘控制线和临水控制线区别很小。2015 年岸线资源总面积为116 523.94 m2，2019 年岸线资源总面积为116 729.58 m2，总面积增加205.64 m2。同时为进一步了解岸线变化情况、不同岸线类型的分布特征，通过遥感影像解译的方式对岸线带进行了划分，划分为生产生活岸线、港口码头岸线、生态保护岸线、生态游憩岸线、工业岸线、过江通道岸线、生态水源地岸线。根据分类结果对岸线进行分类别统计，2015 年与2019 年港口码头岸线长度分别为4 840.78 m 和4 835.74 m，工业岸线长度分别为5 127.35 m 和5 136.49 m，过江通道均为岸线4 020.57 m，生产生活岸线分别为72 401.62 m和72 546.44 m，生态保护岸线分别为13 681.41 m 和13 711.69 m，生态水源地岸线分别为10 840.80 m 和10 836.21 m，生态游憩岸线分别为5 611.41 m 和5 615.44 m。变化量以生产生活岸线增加最多，港口码头岸线略有减少（图4）。

图4 扬中市2015 年和2019 年岸线类型空间分布图

2.5.2 岸线自然资源变化。总体来看，森林资源、水资源呈增长趋势，而耕地资源与湿地资源呈减少趋势。耕地资源中旱地资源锐减，水田数量基本保持不变，水浇地数量增加。2015 年岸线空间内的耕地面积为7 321 529.36 m2，2019 年为4 606 330.99 m2，耕地面积减少2 715 198.37 m2。其中，三茅街道内的耕地减少最多，其他区域也有所减少。随着岸线资源的开发利用，各种基础设施建设、工程设施建设需要大量土地，耕地被逐渐占用，是导致耕地面积逐年减少的主要原因。耕地资源的减少可侧面反映出2015 年至2019 年对岸线的土地开发利用在减少，岸线空间得到有效保护。两期岸线的森林资源都以乔木林为主，竹林地稀少；2015 年森林面积为762 067.98 m2，2019 年森林面积为4 731 562.49 m2，相较2015 年增加了3 969 494.51 m2。其中，2015 年岸线空间范围内只有乔木林，2019 年岸线空间范围内有乔木林、竹林和其他林地。两期的水资源数量基本持平，变化数量有限，2015 年地表水资源总面积为16 333 509.87 m2，2019 年地表水资源总面积为16 894 658.39 m2，地表水资源总面积减少15 261 148.51 m2。湿地资源呈负增长，变化量较大。2015年湿地面积为5 036 716.23 m2，2019 年湿地面积为3 392 929.08 m2，比2015 年减少1 643 787.15 m2。湿地作为岸线区域的重要生态资源，其数量面积的减退应当得到重视。

2.5.3 岸线土地利用变化。根据每年的外缘控制线和临水控制线，基于2015—2019 年的土地利用数据，裁剪出对应年份的岸线资源利用数据，分析岸线资源利用中各种地类的变化情况。2015 年岸线区域内的土地利用类型以河流水面、内陆滩涂、水田所占面积最大。其中河流水面面积11 879 176.57 m2，占岸线区域总面积的29.73%；内陆滩涂面积5 032 000.27 m2，占岸线面积12.59%；水田4 436 813.59 m2，占岸线面积的11.10%。2019 年，河流水面面积11 634 753.73 m2，占岸线区域总面积的29.06%；内陆滩涂面积3 389 719.58 m2，占岸线面积8.47%；水田3 091 993.40 m2，占岸线面积的7.72%。对比2015 年和2019 年两年的岸线土地利用，发现岸线空间内水域及水利设施用地占比最多，其它地类占比较小。重点分析水域及水利设施用地的变化情况，岸线空间内水域及水利设施用地面积2015 年为22 746 642.32 m2，2019 年为21 861 572.71 m2，面积减少了885 069.61 m2，分布的主要变化为新坝镇和开发区的部分设施撤除，新增街道在三茅街道（图5）。

图5 扬中市2015 年与2019 年岸线土地利用对比图

2.5.4 岸线水资源开发利用变化。针对岸线开发利用情况，主要通过取水口、排污口、涵洞、泵站等分布资料来实现岸线开发利用概况的监测。但排污口、取水口等资料相对缺失，数据不足于支撑年际的动态变化监测。涵洞与泵站的建设是根据区域的旱涝情况、水利水电概况、农田灌溉需求以及饮用水需求来设计建设的，因此其空间分布能够在一定程度上综合反映出区域水资源开发利用的整体概况。故而在研究过程中通过从水利部收集到的涵洞、泵站等水利设施的分布来反映开发利用情况。2010—2015 年泵站工程个数新增166个，主要分布在油坊镇、三茅街道、新坝镇沿岸地区；2016—2020 年泵站工程个数新增173 个，主要集中在八桥镇，油坊镇的泵站数量减少（图6a）。2010—2015 年涵洞工程个数新增245 个，主要分布在八桥镇、新坝镇与油坊镇；2016—2020 年涵洞工程个数新增236 个，主要集中在开发区和八桥镇，剩下的分布在新坝镇、三茅街道、油坊镇（图6b）。综合来看，2015 年至2019 年的水资源开发情况与利用情况均有不同的变化，投入建设的力度与分布亦有不同。对比分析可知，扬中市开发区的岸线水资源开发力度较大，应适当开展岸线保护措施以满足生态文明建设的要求。

图6 扬中市2015 年和2019 年岸线泵站（a）和涵洞（b）对比图

2.5.5 岸线地质灾害隐患变化。通过2015 年的地质灾害防治规划相关资料获取第一期灾害分布数据。具体包括岸线易发程度，岸线易发地分布情况如图7 所示。2019 年岸线地质灾害数据的获取，采用了合成孔径雷达技术反演了扬中市岸线区域的地面沉降速率，整体结果表明，沿江岸线区域的水域岸线地带整体呈现下降趋势，沉降速率约11 cm/a（其中a 表示年），部分地区在2019—2020 年年际沉降速率高达20 cm（考虑为工程建设开发）。地面沉降是地质坍塌、滑坡灾害发生的主要成因之一，通过进一步结合岸线区高程坡度信息，划定扬中市岸线地带坍塌灾害高危点，并逐一对各灾害易发点进行调查核实，明确各点位沉降主要原因。进一步对岸线地区进行整体划分，将沿江岸线按照易发、中易发、不易发分为三种类型。最终，明确灾害易发点16 个，易发岸线段38 808.87 m，中易发岸线段14 789.46 m，不易发岸线段32 471.84 m。

图7 扬中市2015 年2019 岸线灾害预警分布图

3 结论与讨论

基于本研究所构建的岸线空间地貌、自然资源、土地利用、水资源开发利用、地质灾害等方面的监测指标，较为全面地监测了岸线利用状况，为岸线生态保护与合理开发规划岸线区提供基础资料。

以江苏省水域岸线专题监测试点的典型水网区域扬中市为例，通过监测分析2015 年和2019 年两期的水域岸线发现，岸线空间外缘控制线和临水控制线的变化很小，生产生活岸线增加最多，港口码头岸线略有减少；森林资源、水资源呈增长趋势，而耕地资源与湿地资源呈减少趋势，湿地资源作为岸线区域的重要生态系统，其数量面积的减退应当得到重视；水资源开发情况与利用情况均有不同的变化。沿江岸线区域的水域岸线地带整体呈下降趋势，沉降速率约11 cm/a，部分地区在2019—2020 年年际沉降速率高达20 cm（考虑为工程建设开发）。在实证研究中所采用的河湖水域岸线调查方法、专题监测方法、数据库标准均通过实践验证，具有较强的可行性和科学性，对自然资源部制定自然资源调查监测的相关标准以及实施调查监测工作具有参考价值。