1976-2008年黄河三角洲湿地变化的遥感监测

第30卷第5期2011年05月地理科学进展PROGRESSINGEOGRAPHYVol.30,No.5May,2011收稿日期：2010-07；修订日期：2011-05.基金项目：国家自然科学基金项目(50709044)；国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07526-002)。作者简介：陈建(1985-)，男，硕士研究生，研究方向为水环境学、湿地生态等。E-mail:[e-mail]通讯作者：王世岩(1974-)，男，博士，高级工程师，主要从事湿地生态、退化湿地修复、GIS技术在水环境中的应用及环境评价等方面的研究。E-mail:[e-mail]585-592页1976-2008年黄河三角洲湿地变化的遥感监测陈建，王世岩，毛战坡(中国水利水电科学研究院，北京100038)摘要：基于景观生态学原理，借助遥感(RS)和地理信息系统(GIS)等技术手段，对1976、1986、2000和2008年的遥感数据进行了处理和分析；探讨了1976年以来现代黄河三角洲湿地的变化特征。结果表明：自1976年以来，现代黄河三角洲湿地总面积呈下降趋势，1976-2008年湿地总面积减少了8.5%，其中自然湿地面积呈显著减少变化，1976-2008年减少了44.5%；现代黄河三角洲典型湿地类型——芦苇湿地的面积也呈减少趋势，面积减少了23.0%；与此相反，人工湿地的面积大幅度增加，1976-2008年增加了70.7倍。现代黄河三角洲湿地1976、1986、2000和2008年的分形维数分别为1.4636、1.4858、1.5046和1.4841，这表明该区域内湿地受到人为因素影响较大。现代黄河三角洲芦苇湿地分布质心呈逐渐向河口方向偏移特征，其中1976-1986年芦苇湿地分布质心偏移较大，1986-2000间次之，2000-2008年基本没有变化。关键词：黄河三角洲；湿地；分形维数；分布质心1引言湿地被称为“地球之肾”，是自然界最富生物多样性的生态系统和人类最重要的生存环境之一。湿地在调节气候、涵养水源，保护生物多样性和为人类提供生产、生活资源方面发挥了重要作用[1-2]。黄河三角洲湿地是《拉姆萨尔国际湿地公约》缔约国要求注册的国际重要湿地之一，是世界范围内河口湿地生态系统中极具代表性河口湿地之一，也是我国暖温带最完整、最广阔、最年轻的湿地生态系统。作为东北亚内核和环西太平洋鸟类迁徙的“中转站”、越冬地和繁殖地，黄河三角洲湿地在世界生物多样性保护中具有重要地位。但由于进入河口地区水沙资源量急剧减少、导流堤建设等造成河流渠道化，以及河口三角洲农业开发和城市化等影响，黄河河口出现了黄河河道断流、淡水湿地萎缩、植被生态功能退化、物种多样性衰减等生态环境问题，对黄河三角洲湿地生态系统稳定和区域经济社会可持续发展产生了威胁[3-5]。现代黄河三角洲是黄河三角洲湿地较为集中的区域，近几年有关黄河三角洲湿地景观变化的研究较多，这些研究多侧重于近20年黄河三角洲湿地面积、边界及格局的变化，而对现代黄河三角洲湿地更长时间序列的变化研究较少，而且利用分形、质心变化来反映湿地景观空间变化的研究也较少[6-10]。因此，本研究除了分析1976-2008年30多年来现代黄河三角洲各类湿地面积变化，还计算了湿地的分形维数及并分析了质点空间变化特征，以期更全面、更详细的反映现代黄河三角洲湿地的时空变化规律。研究现代黄河三角洲湿地动态变化，揭示不同类型湿地动态变化特征，对于识别湿地退化规律及开展湿地生态恢复等研究具有重要意义。2研究区域概况黄河三角洲位于渤海湾与莱州湾之间，是1855年黄河改道入渤海以来，由黄河泥沙淤积、填海造陆所形成的一片陆面三角洲。黄河三角洲是世界上增长速度最快的三角洲，与长江三角洲、珠江三角洲并列为中国三大三角洲。黄河三角洲按年代可分为古代黄河三角洲、近代黄河三角洲和现代黄河三角洲。本研究所指黄河三角洲为现代黄河三角洲(图1)，是指1934年黄河分流点下移，开始形成的以垦利县渔洼为顶点的三角洲，北起挑河湾，南地理科学进展30卷5期至宋春荣沟口[11]。黄河三角洲属于暖温带季风型大陆性气候，四季分明，气温适中，雨热同期，光照充足。区域内多年平均降水量613.6mm，年均气温12.8℃。在长期河、海、陆相互作用下，黄河三角洲形成了比较完整而独特的区域生态系统，形成了比较典型的河口湿地生态系统。黄河三角洲湿地是中国最年轻的河口湿地，有中国暖温带最广阔、最完整的河口新生湿地生态系统，是东北亚内陆河环西太平洋鸟类迁徙的重要“中转站、越冬地和繁殖地”，具有原始的生态系统特征，是物种保护、候鸟迁徙和河口生态演替研究的重要地点。黄河三角洲湿地生态系统也是中国长江、珠江和黄河三大江河三角洲中唯一具有重要生态保护价值的区域，黄河三角洲湿地的生态平衡已成为黄河健康生命的重要标志[4]。黄河三角洲现已发展成为中国大型石油化工生产基地(胜利油田)和农牧渔业综合开发地区，在环渤海地区发展中具有重要的战略地位。国家高度重视黄河三角洲可持续发展，并制定了《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》。在此形势下，研究黄河三角洲湿地30多年来的变化特征，探究其空间变化规律，必将为黄河三角洲地区开发建设与生态保护的有机科学结合提供必要的科学支持。3信息获取与研究方法3.1数据源与数据处理方法3.1.1数据源研究采用了4期遥感影像数据，分别为1976年LandsatMSS影像，1986、2000、2008年的LandsatTM/ETM影像。通过野外实地调查、GPS解译标志构建，并结合区域地形图、土壤图、植被图等相关资料进行4个时期黄河三角洲地区遥感影像数据的专题解译，并利用野外GPS定位点进行解译精度验证分析。3.1.2数据处理方法首先，在ERDAS遥感处理软件中对遥感影像数据进行专业技术预处理，包括波段合成、影像融合、研究区截取以及空间信息增强等，得到统一范围和空间投影的遥感影像数据。在影像波段合成方面，为了充分利用已有影像数据资料，使所需要地物的标志更加明显突出，选择适合湿地调查的7、5、3波段合成影像；在影像融合中，为提高解译时遥感影像的视觉效果，提高湿地解译精度，对几何校正后ETM影像数据第8波段和多光谱影像进行分辨率融合处理。影像分辨率融合操作利用ERDASIMAGINE软件提供的分辨率融合模块(ResolutionMerge)实现。其次，通过建立湿地分类系统，并基于野外GPS定位信息构建各类型湿地遥感专题解译标志，对4期遥感影像数据按照建立的湿地分类系统以及相应的解译标志进行专题解译。在解译过程中，首先利用ENVI软件对遥感影像进行面向对象的初步信息提取，建立区域各类型湿地分布状况的初步认识，之后通过目视解译方法进行详细的专题遥感分类解译。本文采用了误差矩阵法[12]计算解译精度，计算公式为：Pr=()∑Aij/A×100%,Pi=()∑Aij/Ai×100%(1)式中：Pr为解译的总体精度；Pi为各类型湿地的解译精度；Aij为第i个类型解译正确的图斑数；A为样区总图斑数；Ai为第i个湿地类型图斑数。按照公式(1)，通过野外GPS实地调查获得的黄河三角洲各类型湿地信息，将GPS定位点所对应图1现代黄河三角洲地理位置示意图Fig.1ThelocationofthemodernYellowRiverDelta黄河黄河故道自然保护区行政区01020km现代黄河三角洲河口区垦利县东营(西城)东营(东城)利津县鱼洼广饶县58630卷5期陈建等:1976-2008年黄河三角洲湿地变化的遥感监测的遥感影像处的湿地解译结果与该区域GPS湿地定位信息、区域1∶1万地形图信息上所反映的湿地信息进行计算，得到总体解译精度为96.5%。最后，利用ArcGIS9对解译后的矢量数据进行拓扑关系构建、属性信息提取等处理，提取各类型湿地面积，对湿地斑块面积、斑块数、斑块长度等进行统计，为研究区域湿地变化提供最终分析数据。研究区域数据处理技术流程见图2。3.2现代黄河三角洲湿地分类3.2.1湿地类型及分布现代黄河三角洲湿地类型丰富，景观类型多样。根据Ramsar湿地分类系统、《中国湿地调查纲要》，并参照以往黄河三角洲湿地相关研究[11,13]，按照黄河三角洲湿地的生态特征，将现代黄河三角洲湿地类型进行了三级划分，首先将湿地划分为自然湿地和人工湿地两大类。在自然湿地中，再划分出滨海湿地、河流湿地、沼泽湿地等类型；人工湿地划分出水库坑塘湿地、沟渠湿地等。之后再对进行三级划分。湿地类型划分及各类型分布特征见表1。3.2.2湿地遥感解译标志遥感图像所显示的是某一区域特定地理环境的统一体，是地表各种地物光谱的综合信息，为了从遥感影像上解译各种湿地类型，在充分运用数字图像处理技术增强湿地类型特征基础上，结合野外GPS定位信息以及区域地形图、基础地理资料等背景资料，建立各类型湿地的遥感影像专题解译标志(表2)，然后由点及面进行详细解译，勾绘各类湿地图斑及各大类的范围线。4结果与分析4.1湿地面积变化分析现代黄河三角洲湿地面积变化情况见表3。可以看出，1976-2008年现代黄河三角洲总湿地面积总体呈现下降趋势，湿地总面积减少9988.61hm2，占8.5%。其中，1976-1986年变化显著，湿地总面积减少17817.69hm2，占15.1%，这主要是因为农田开垦、油田开发、城市建设等人为活动使自然湿地被大量占用[6,13,19]；1986-2000年变化不大，湿地面积减少了4769.66hm2，占4.8%；2000-2008年，湿地呈现增加态势，面积增加了12598.74hm2，占13.3%，这期间湿地面积增加主要是因为近几年对黄河三角洲湿地的保护有所加强及人工湿地的大面积增加；在湿地保护及恢复方面，在2002年开始实施了湿地恢复工程，特别是2008年在黄河调水调沙期间进行了湿地人工生态补水[5]，调水调沙首次与生态图2数据技术处理流程图Fig.2Dataprocessingflowchart
数据源（遥感影像、调查资料、地形图等）建立湿地分类系统遥感影像处理：几何校正、信息增强、影像合成、影像融合、信息提取遥感影像解译：建立湿地类型解译标志、详细解译湿地类型面积等统计分析野外定位、修改解译图软件分析表1现代黄河三角洲湿地类型和分布Tab.1ThetypesanddistributionofthewetlandsinthemodernYellowRiverDelta湿地类型主要地理位置色调形状纹理图形低潮滩滨海地带蓝色大连片平滑多边形中潮滩滨海地带深灰色大连片平滑多边形河道湿地黄河河道内蓝色长条状平滑长条形河滩地黄河两侧白色块状均匀呈块沼泽湿地河口及滨海带黑色块状不均匀多边形芦苇湿地河道两侧及滨海带淡绿色块状不均匀多边形盐碱湿地地势低洼处灰白色大片不均匀多边形坑塘湿地地势低洼处深蓝色块状不均匀呈块形水田可灌溉区域蓝绿色连片有纹理呈块形沟渠湿地沟渠及排水沟蓝、淡蓝线状不均匀长线形养殖池及盐田沿海区域及近河口地带深蓝、蓝色连片有纹理呈块形表2现代黄河三角洲湿地类型解译标志Tab.2InterpretationmarksofthewetlandsinthemodernYellowRiverDelta一级分类二级分类三级分类分布低潮滩主要分布低潮时水深不超过的永久性滨海浅水域滨海湿地中潮滩沿海高潮位与低潮位之间的潮浸地带河道湿地黄河及各河流河道内河流湿地河滩地黄河现行流路两侧以淡水补给为主的季节性积水区沼泽湿地沼泽湿地河道及河口等河滩地、潮间带、潮上带及内陆盐渍地草甸湿地芦苇湿地黄河等河流的河漫滩及滨海河口、滩涂地带自然湿地其他盐碱湿地散布于整个三角洲区域水库坑塘库塘湿地黄河等河流中上游地势低洼地区上农下田水田分布在有水源保证和灌溉设施的耕地区域沟渠沟渠湿地为农业沟渠及排水沟，主要分布于农业区人工湿地盐田含养殖池主要分布于沿海区域及近河口地带587地理科学进展30卷5期调度相结合，实施有组织地向河口湿地生态补水。通过生态调度，向自然保护区1、3号闸累积过流1355.6万m