基于遙感技術(shù)的灘涂圍墾區(qū)土地開發(fā)利用方式演變分析
—以浙江省上虞市為例

劉志偉，周慧娜，俞　佳

(浙江省水利發(fā)展規(guī)劃研究中心，浙江　杭州　310012)

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基于遙感技術(shù)的灘涂圍墾區(qū)土地開發(fā)利用方式演變分析
—以浙江省上虞市為例

劉志偉，周慧娜，俞佳

(浙江省水利發(fā)展規(guī)劃研究中心，浙江杭州310012)

摘要：以上虞市灘涂圍墾區(qū)為研究對象，通過對1991—2014年多期遙感影像的處理與數(shù)據(jù)采集，提取出較長系列的數(shù)據(jù)集進(jìn)行土地開發(fā)利用變化趨勢的對比分析，為研究區(qū)域性土地開發(fā)利用提供了可借鑒的路徑。

關(guān)鍵詞：圍墾；土地開發(fā)利用；遙感技術(shù)

浙江省地處我國東南沿海，陸域面積10.18萬km2，2014年末常住人口5 508萬人，人口密度541人/ km2，人多地少的矛盾長期以來一直是制約浙江省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的主要因素之一[1]，這一矛盾在經(jīng)濟(jì)要素和人口高度集中的沿海地區(qū)尤為凸顯，向海洋要土地成為浙江特別是沿海地區(qū)破解土地瓶頸、拓展發(fā)展空間的重要途徑。浙江省灘涂圍墾歷史悠久，不同的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展階段，圍墾區(qū)土地開發(fā)利用的方式也隨之變化，先后經(jīng)歷了以農(nóng)業(yè)種植為主、農(nóng)業(yè)種植與漁業(yè)養(yǎng)殖并存、工業(yè)開發(fā)強(qiáng)度加大等多個階段，為分析浙江省灘涂圍墾開發(fā)利用方式的演變歷程，課題組引入遙感技術(shù)，選取位于錢塘江南岸、曹娥江河口，治江圍涂時間較長、圍墾規(guī)模較大的紹興市上虞灘涂圍墾區(qū)為典型區(qū)域之一，通過多期遙感影像的解譯、信息提取和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，分析總結(jié)圍墾區(qū)土地開發(fā)利用的演變規(guī)律，為下一階段提出提高圍墾區(qū)土地利用綜合效益的對策建議提供支撐。

1上虞區(qū)灘涂圍墾概況

新中國成立以來，上虞區(qū)治江圍涂始于1969年的六九丘，此后逐漸自西向東、自南向北推進(jìn)。20世紀(jì)70年代是上虞區(qū)治江圍涂建設(shè)的高峰期，圈圍面積超過總面積的40%，且單項圍涂工程逐漸從萬畝以下發(fā)展到萬畝以上；90年代圍涂規(guī)模次之，以萬畝以上規(guī)模為主。上虞區(qū)圍墾和開發(fā)利用大致可劃分為3個階段：

第一階段(新中國成立至20世紀(jì)70年代末)。以農(nóng)業(yè)種植為主要目的，按照“誰圍墾、誰種植”的原則推進(jìn)灘涂圍墾，期間共圍成0.79萬hm2(11.82萬畝)，由三匯、瀝東、瀝海、三聯(lián)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)墾種。

第二階段(20世紀(jì)80—90年代末)。以規(guī)模化種植、提高經(jīng)濟(jì)效益為中心，調(diào)整工程規(guī)模，共圍成0.84萬hm2(12.66萬畝)，同時，上一階段圍成土地部分轉(zhuǎn)向工業(yè)開發(fā)，形成以七四丘為中心的工業(yè)開發(fā)區(qū)。

第三階段(2000年至今)：與海洋功能區(qū)劃和土地利用總體規(guī)劃等相銜接，為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供新平臺。主要開展世紀(jì)丘和世紀(jì)新丘圍墾，總規(guī)模0.50萬hm2(7.44萬畝)(見表1和圖1)[2]。

注：表中上標(biāo)1的數(shù)據(jù)為小計數(shù)；上標(biāo)2的數(shù)據(jù)為合計數(shù)。

2開發(fā)利用方式演變分析

2.1土地利用類型劃分和分析指標(biāo)選擇

依據(jù)GB/T 21010—2007《土地利用現(xiàn)狀分類》，課題組將圍墾區(qū)土地劃分為耕地、林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水工建筑用地、河流水域、坑塘水面、灘涂、圍區(qū)和其他(即未利用地)等類型。

根據(jù)圍墾區(qū)開發(fā)利用方式演變分析的需要，課題組選擇面積、遙感影像圖斑數(shù)量(NP)、面積加權(quán)分維數(shù)(PAFRAC)、分離度指數(shù)(DIVISION)、香農(nóng)性指數(shù)(SHDI)和香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)等多個指標(biāo)進(jìn)行分析，對上虞圍墾區(qū)多期遙感解譯成果進(jìn)行分類土地的數(shù)據(jù)、統(tǒng)計和指標(biāo)計算，形成較為完整的長時間系列數(shù)據(jù)集，用于區(qū)域土地開發(fā)利用演變的對比分析。

(1)面積：即對每期影像各類用地方式的圖斑逐個進(jìn)行面積量算，是各類用地面積、面積占比、增長速率等其他指標(biāo)的計算基礎(chǔ)。

(2)圖斑數(shù)量(NP)：該指數(shù)反映影像中圖斑的數(shù)量，是標(biāo)志地類破碎化程度的指數(shù)。

(3)面積加權(quán)分維數(shù)(PAFRAC)：該指數(shù)反映地類圖斑的自相似性，1

(4)分離度指數(shù)(DIVISION)：該指數(shù)是指不同地類圖斑個體空間分布的離散程度，0

(5)香農(nóng)性指數(shù)(SHDI)：該指數(shù)反映某類型圖斑數(shù)和該類型面積占總面積比例2個方面，SHDI≥0，無上限。SHDI=0時，表示該區(qū)域只有一種類型；當(dāng)斑塊類型增加或各種類型所占面積比例趨于相似時，該值相應(yīng)增加。

(6)香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)：該指數(shù)同樣反映某類型圖斑數(shù)和該類型面積占總面積比例2個方面，0

2.2遙感影像收集處理

課題組收集了自1991—2014年共20幅上虞圍墾區(qū)不同時序的遙感影像(受遙感圖成像條件的限制，1997年、1998年2004和2013年的影響資料缺失)，通過遙感影像數(shù)據(jù)處理、圍墾區(qū)各類土地信息提取、野外調(diào)查驗證和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等技術(shù)處理，對上虞圍墾區(qū)土地利用開發(fā)方式演變進(jìn)行分析。圖2為2001年原始遙感影像與同期轉(zhuǎn)換后的土地利用現(xiàn)狀圖。

經(jīng)處理轉(zhuǎn)換的多期土地利用現(xiàn)狀，直觀地反映出上虞圍墾區(qū)面積增長以及各類型土地布局的變化。從灘涂圍墾推進(jìn)方向和速率看，上虞區(qū)自西南端的六九丘開始灘涂圍墾建設(shè)，至東北角的世紀(jì)丘和北部的世紀(jì)新丘，總體上呈現(xiàn)自西南向東北推進(jìn)格局。從土地開發(fā)利用的變化情況看，面積增長最快的是以水產(chǎn)養(yǎng)殖為主的坑塘水面，從早期的北部逐漸擴(kuò)展到圍墾區(qū)全范圍較為均勻的分布；其次是交通運(yùn)輸用地與河道水域，隨著圍墾工程的不斷推進(jìn)，路網(wǎng)與河網(wǎng)也同步延伸，逐漸形成縱橫交錯的網(wǎng)狀布局，構(gòu)筑了完備的道路交通與洪澇承泄等基礎(chǔ)設(shè)施；圍墾區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)村及工礦用地集中在南部尤其是東南部靠近上虞城區(qū)的部位，即20世紀(jì)六、七十年代圍成的區(qū)域，經(jīng)過近40 a的開發(fā)建設(shè)，已經(jīng)形成村鎮(zhèn)與工業(yè)園區(qū)相對集中的塊狀布局。經(jīng)課題組實(shí)地調(diào)研踏勘，經(jīng)處理的土地開發(fā)利用現(xiàn)狀圖(2014年)與實(shí)際情況基本吻合。從不同時段看，20世紀(jì)90年代重點(diǎn)在于灘涂圍墾工程建設(shè)，已圍成的土地類型變化不明顯，以水面和耕地為主，村鎮(zhèn)和工礦用地零星分布；自2001年開始，村鎮(zhèn)和工礦用地在南部靠近上虞城區(qū)、北部毗鄰上虞港，擁有區(qū)位和交通優(yōu)勢的七四丘區(qū)塊逐漸增加，2006年以后增加的趨勢更加明顯，并逐漸向北擴(kuò)展至世紀(jì)丘區(qū)塊。上虞圍墾區(qū)不同階段土地利用對比見圖3。

2.3指標(biāo)變化趨勢分析

通過對上述選定的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和對比分析，可以看出，20多年來，圖斑數(shù)量、分離度指數(shù)、香農(nóng)性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)等指標(biāo)隨著時間推移不斷提高，反映出上虞圍墾區(qū)土地遙感影像圖斑的破碎程度和空間分布離散程度逐漸增強(qiáng)，各類型用地所占面積比例趨于相似，空間分布均勻程度有所提高；面積加權(quán)分維數(shù)略有下降，反映出圖斑形狀自相似性越強(qiáng)，說明分析區(qū)域受人類活動干擾程度增強(qiáng)，利用方式趨于多樣。各指標(biāo)變化情況見圖4～8。

自1991年以來，區(qū)域圖斑數(shù)量由159個增加至973個，除2008年略有下降，其余年份均呈增長趨勢。進(jìn)入21世紀(jì)以來，土地利用方式由農(nóng)業(yè)為主轉(zhuǎn)為承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的工業(yè)開發(fā)，進(jìn)一步加劇了圖斑的破碎程度，圖斑數(shù)量增長趨勢明顯加快，反映出土地利用方式更加趨于復(fù)雜(見圖4)。

自1991年以來，區(qū)域圖斑面積加權(quán)分維數(shù)由1.41下降至1.18，總體呈下降趨勢，但受圍墾面積增加和邊線不斷變化，期間經(jīng)歷了多次下降、上升、再下降的波動，特別是21世紀(jì)以來，總體趨勢下降，說明區(qū)域受圍墾建設(shè)和開發(fā)利用等人類活動影響進(jìn)一步加大(見圖5)。

自1991年以來，區(qū)域圖斑分離度指數(shù)由0.76提高趨近于1.00，整體呈波動上升趨勢，1991—2001年波動較大，2007年以后基本維持接近1.00的水平。說明圖斑離散程度加大，反映了新世紀(jì)以來區(qū)域用地方式趨于精細(xì)化(見圖6)。

自1991年以來，區(qū)域圖斑香農(nóng)性指數(shù)由1.35提高至1.81，整體呈波動上升趨勢，1999年以后整體數(shù)據(jù)提升到新的水平。說明各種類型用地所占面積比例趨于相似，反映21世紀(jì)以來區(qū)域由單一用地方式逐步向各類用地方式均衡發(fā)展，即單一以農(nóng)業(yè)為主的發(fā)展模式發(fā)生了改變(見圖7)。

自1991年以來，區(qū)域圖斑香農(nóng)均勻度指數(shù)由0.57提高至0.74，整體呈波動上升趨勢。說明區(qū)域單一用地方式空間分布均勻程度越高，多種用地方式協(xié)調(diào)發(fā)展，波動的數(shù)據(jù)主要是受部分區(qū)域一段時間內(nèi)集中開發(fā)影響(見圖8)。

3結(jié)論與建議

(1) 灘涂圍墾區(qū)開發(fā)利用是一個長期動態(tài)的過程，在這過程中反映各類土地變化的歷史數(shù)據(jù)大多數(shù)存在時序斷裂或者空間碎片化等問題，難以獲取長序列的完整數(shù)據(jù)進(jìn)行演變歷程分析。遙感技術(shù)可以通過對長序列遙感影像的處理轉(zhuǎn)換、實(shí)地驗證、信息提取、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、指標(biāo)測算等工作，利用直觀的影像對比和提取的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開展多維度的定性定量分析。因此，遙感技術(shù)的利用是開展區(qū)域土地開發(fā)利用演變分析較為有效的途徑。

(2)上虞灘涂圍墾和圍墾區(qū)開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展進(jìn)程有很大的相關(guān)性，經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展驅(qū)動圍墾區(qū)土地利用加快演變，土地資源、區(qū)位優(yōu)勢等有利條件又使圍墾區(qū)成為支撐沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要平臺。多年來，上虞區(qū)GDP從1991年16.3億元增加至2011年的526.5億元，經(jīng)歷了快速增長期(1996年GDP是1991年的5.5倍)、快速增長到趨緩的轉(zhuǎn)折期(2001年GDP是1996年的1.6倍)、穩(wěn)步增長且增幅逐漸遞增期(2006年GDP是2001年的1.8倍、2001年GDP是2006年的2倍)3個階段。相應(yīng)的，20世紀(jì)90年代灘涂圍墾規(guī)模較大，主要集中在1994年和1996年；土地開發(fā)利用相對滯后，仍以水面和耕地為主，僅有零星村鎮(zhèn)和工礦用地分布；自2001年開始，耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的趨勢開始顯現(xiàn)，村鎮(zhèn)和工礦用地在七四丘區(qū)塊逐漸增加，2006年以后增加的趨勢更加明顯，并隨圍墾推進(jìn)逐漸向北擴(kuò)展至世紀(jì)丘區(qū)塊。20多年來，上虞區(qū)通過圍墾增加了1.11萬hm2(16.67萬畝)土地，其中，1994年、1996年、2011年和2012年圍墾區(qū)面積增幅較大，之后幾年GDP增長率明顯提高，均高于10%。2010年上虞圍墾區(qū)規(guī)劃為紹興濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)“三區(qū)”之中面積最大、功能最多的杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)，其中西部的江濱區(qū)作為紹興濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的核心區(qū)，圍墾土地已成為上虞區(qū)乃至紹興產(chǎn)業(yè)集聚和轉(zhuǎn)型升級的新高地。

(3)由20世紀(jì)90年代和新世紀(jì)以來2個階段的遙感圖像特點(diǎn)來看，上虞圍墾區(qū)人為影響加大，土地利用方式趨于多樣化、精細(xì)化，對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展支撐能力穩(wěn)步提升，很大程度得益于規(guī)劃和開發(fā)理念的轉(zhuǎn)變和提升，特別是《浙江省灘涂圍墾管理條例》的施行和《浙江省灘涂圍墾總體規(guī)劃》的實(shí)施，有效推動了灘涂圍墾建設(shè)和開發(fā)，但隨著圍墾區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚程度的提高和承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型強(qiáng)度加大，提高圍墾區(qū)土地利用效益、加強(qiáng)圍墾區(qū)和近海的生態(tài)保護(hù)、保障圍墾區(qū)防洪和供水安全等問題需要加強(qiáng)系統(tǒng)研究，通過遙感技術(shù)應(yīng)用，推動灘涂圍墾區(qū)土地開發(fā)和管理的精細(xì)化和規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)圍墾區(qū)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益的全面提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]浙江省統(tǒng)計局.2015年浙江省統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2015.

[2]上虞市水利局.上虞市水利志[M].北京：中國水利水電出版社，1997：158-169.

(責(zé)任編輯郎忘憂)

Evolution Analysis of Land Development and Utilization in Zhejiang Beach Recla Mation Area Based on Remote Sensing Technology:Taking Shangyu in Zhejiang Province for Example

LIU Zhi-wei, ZHOU Hui-na, YU Jia

(Zhejiang Development Planning Research Center of Water Conservancy, Hangzhou 310012, Zhejiang, China)

Key words:reclamation; land development and utilization; remote sensing technology

Abstract:Studying on Shangyu beach reclamation area, this paper extracted a long series of data sets by the remote sensing image processing and data acquisition from 1991 to 2014. A comparative analysis was made on the land development and utilization trends, providing a reference to studying regional land development and utilization.

收稿日期：2015-12-31

基金項目：水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費(fèi)項目(201401010)。

作者簡介：劉志偉(1987-)，男，工程師，大學(xué)本科，主要從實(shí)水利發(fā)展戰(zhàn)略研究。E-mail:liuzw@zjwater.gov.cn

中圖分類號：P748

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-701X(2016)02-0049-04

DOI：10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.02.014