司法视角下的洞庭湖区矮围遥感监测

邹 娟 贺秋华,2 余姝辰,2 余德清,2 罗建强 邹河海

(1. 湖南省自然资源事务中心, 湖南 长沙 410004;2. 洞庭湖区生态环境遥感监测湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410004)

0 引言

作为中国最大的通江淡水湖、长江最重要的调蓄湖泊,洞庭湖因为长江来水来沙形成的泥沙淤积而抬高湖床,新生大量的滩地和洲土,人们在洲滩筑堤垦殖,从而形成了堤垸[1-2]。历史上洞庭湖区对堤垸还有“围”“障”“托”等称呼,在中国的其他地区,也称这种农业土地利用模式为“圩”[3]。洞庭湖区的围垸垦殖,可追溯至远古时代,应有6 000多年历史了。但稽查目前所存史料,关于洞庭湖区筑堤挽垸的明确记载,却始于宋、元[4-5]。由于受洪涝灾害影响，历史上长江来沙较多引起泥沙淤积严重,为围垸提供了可能,以及由于外来移民增多,需在洞庭湖区筑堤定居,这些因素导致了洞庭湖区筑堤围垸的发生[6]。洞庭湖区围垸垦殖，是自然和人力共同作用所致，在经济发展中发挥了巨大的历史作用,在奠定“湖南熟、天下足”的经济地位、有效抵御洪水和保护湖区农业、有效安置移民和流民等方面发挥了积极作用[7]。但是洞庭湖区自1949年以后的大规模修筑堤防也导致了泥沙淤积变化、汛期洪水位变化、湖域面积及湖容积变化、湖泊调蓄功能变化、洪涝灾害发生频率、环境地质灾害隐患增加等生态环境方面的问题[8-11]。对于历史上洞庭湖区围垸的数量和空间分布等情况,许多学者开展了相关的研究,如吉红霞[7]以《洞庭湖历史变迁地图集》为基础,运用ArcGIS的空间分析技术,对洞庭湖民国前期(1921～1930年)、民国后期(1930～1949年)、解放初期(1950～1963年)、20世纪70年代(1963～1980年)和现状(80年代至今)5个时期的堤垸演变进行了研究,详细分析了其空间格局的变迁规律及其成因。夏甜[1]基于1989年编制的《湖南省洞庭湖区基本资料汇编》第四分册、1992年编印的《湖南省洞庭湖区堤垸图集》和2013版的《洞庭湖志》等书籍上有关洞庭湖区各个堤垸的详细介绍,整理了面积大于20 km2的52个主要堤垸(包括11个重点堤垸、26个分蓄洪垸、15个一般堤垸)的信息,包括县别、面积、堤长、始建年代、包含的小垸等。李江辉等[12]为了掌握洞庭湖区重点垸、蓄洪垸的土地利用现状,基于2015年最新遥感影像,参考土地年度变更调查成果,采用人机交互式解译方法,通过遥感调查修编手段开展洞庭湖区11个重点垸和24个蓄洪垸土地利用调查,揭示出主要土地利用类型为耕地,重点垸耕地主要集中在“四水”、远离洞庭湖湖泊的平原、丘陵及低山地区,蓄洪垸耕地主要集中在洞庭湖区平原及岗地地区。王卷乐等[13]以洞庭湖区20个县(市、区)为研究区域,利用卫星遥感数据、水利工程图等资料,基于面向对象和自动矢量化的方法,提取得到湖区堤垸2013年的空间分布,并生成湖区堤垸在三个不同时期(1949—1998年,1998—2008年,2008—2013年)的空间变化数据集。此外,湖南省委省政府及有关部门也高度重视、密切关注洞庭湖的变化,将洞庭湖的千年沧桑,编制成《洞庭湖历史变迁地图集》(以下简称《图集》),其中就包括了洞庭湖的堤垸演变图组[14]。然而,以往的研究大都是对洞庭湖堤垸的总体数量和空间分布及其格局变化进行研究,未见对其中每个堤垸详细的围筑时间开展研究。尤其是当水体中围筑的堤垸影响到水体的生态环境,公安检察等司法部门要对违法行为进行取证时,受历史违法事实已然存在,难以获得其历史违法的具体时间,缺乏相应的执法依据。本文以洞庭湖区一典型非法围垸为例,利用多源遥感数据开展其相关水闸修建拆除和内部道路修建时间的推演,以期为司法检察等政府部门提供相关执法参考,并为卫星遥感技术在司法取证等方面提供应用示范。

1 数据源及处理

1.1 影像数据源

为了追溯矮围堤坝和中间构筑物详细的修筑时间,本文在广泛收集目前现有影像的前提下按照以下原则进行影像的选择：①影像获取时间为矮围堤坝和中间构筑物修筑前后10年左右的时间;②影像质量较好,云量覆盖低于10%,且主要研究对象不被云遮挡;③影像以高分辨率为主,低分辨率为辅,在获取时间接近的情况下优先使用高分辨率。根据以上原则,本文主要利用20世纪60年代的美国军事锁眼卫星(KH-4B)、高分二号(GF-2)、SPOT-5、无人机航摄、环境一号(HJ-1)等影像数据开展监测,详细情况见表1。

表1 影像数据情况表

1.2 影像数据处理

由于只需要获得矮围围筑的时间,不需要达到很高的几何精度,只要能判断出趋势、得出结论就行,因此处理影像时的控制点从湖南省不动产统一登记基础数据建设形成的正射影像(digital orthophoto map,DOM)中采集。正射影像相对于附近野外控制点的中误差和接边限差不大于1个像素,最大误差不超过3个像素。不同分辨率影像之间接边时,按低分辨率的接边差要求执行,且不需进行接边改正。

2 典型矮围围筑情况反演

如前所述,受历史上“以粮为纲”思想的影响,洞庭湖区围垦了大大小小的矮围达上百处,分布于东洞庭湖、南洞庭湖、目平湖和七里湖等[15-16]。为了研究卫星遥感技术应用于司法取证的可行性,以位于东洞庭湖与南洞庭湖交界处的一处围筑面积达20 km2、被称作“私家花园”的矮围为研究对象,利用不同时相和分辨率的遥感影像数据开展矮围围筑情况反演。

2.1 矮围周围的水闸修建与拆除时间

2.1.1北闸修建与拆除时间

北闸修建与拆除的遥感影像如图1所示。由图1可知,2009年11月24日卫星影像上难见北闸踪影,2010年11月7日卫星影像可见正在修建的动土痕迹,见图1(a),说明北闸修建于2010年11月7日前后。2012年12月的航摄影像、2016年12月9日的卫星影像均可清晰见到北闸[图1(b)～图1(c)],但2017年10月29日的GF-2卫星影像则显现北闸已被拆除,见图1(d)。

2.1.2东闸修建与拆除时间

东闸修建与拆除的遥感影像如图2所示。由图2可知,2014年10月6日航摄影像上没有见到东闸影纹,见图2(a),2015年9月17日的GF-2卫星影像显示因正在修建的东闸致使大堤存在缺口,见图2(b),说明东闸修建于2015年9月17日前后。2016年12月9日卫星图像反映东闸尚在运行,见图2(c),2017年10月29日的GF-2卫星影像显示,东闸已被拆除,见图2(d)。

图2 矮围东闸修建与拆除影像图

2.1.3西闸修建与拆除时间

西闸修建与拆除的遥感影像如图3所示。由图3可知,西闸的修建与拆除时间同东闸(图3)。在2015年9月17日之前,矮围的东闸与西闸尚未修建,仅北闸与洞庭湖连接。

由以上分析可知,矮围共有北闸、东闸和西闸3个水闸,其修建时间始于2010年11月,止于2015年9月17日前后。

2.2 矮围中间道路修建时间

2.2.1矮围中近南北向道路

近南北向道路系1960年为种植芦苇而修建。下塞湖州滩及其中部道路在1954年的航摄影像上尚不见踪影,见图4(a),但在1967年10月美国锁眼军事卫星影像上已有显示,见图4(b)。

图4 矮围中近南北道路修建影像图

2.2.2矮围中北东角近南北向的“S”形道路

2009年11月24日,HJ-1/A卫星图像隐约显示该“S”形道路,见图5(a),2010年11月7日SPOT-5卫星图像上有清晰道路影纹,且显示沿路修建了较低的大堤,见图5(b)。

图5 矮围中“S”形道路修建影像图

3 结束语

随着卫星遥感技术的发展,积累了不同时间的不同分辨率的遥感影像数据,为司法检察机关开展有关司法取证提供了数据保障。本文以洞庭湖区某一典型矮围四周水闸的修建和拆除以及矮围中间道路的修建时间为例,证明了多源遥感数据用于司法取证的可行性和便利性,为其他类似司法取证提供了参考。但是也要认识到受过去卫星遥感技术发展速度慢和发射卫星频次少、卫星影像覆盖范围窄以及卫星影像分辨率低等影响,并不能满足所有的司法取证需求,且难以获得历史违法行为精确到月甚至日的影像数据,这些都有待后续遥感技术的进一步发展。