!"卷第#期
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内容摘要：
!"卷第#期
!$$%年&月
资源科学
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)342,!$$%
文章编号:5$$676#""(!$$%)$#7$5657$#
收稿日期:!$$%7$87!$;修订日期:!$$%7$%78$
基金项目:黄河三角洲发育演化过程地学虚拟与数字反演研究(编号:9$865$&8).
作者简介:刘高焕(5&#&:),男,内蒙古人,研究员,主要从事地理信息系统与遥感应用研究.
!;"#$%:1 @1A3<B2CD2DE
黄河三角洲土地利用动态监测与海岸带综合管理
刘高焕5,刘庆生5,叶庆华!,常军8
(5F中国科学院地理科学与资源研究所,北京5$$5$5;!F中国科学院青藏高原研究所,北京5$$$"#;
8F山东师范大学, 济南!#$$59)
摘要:通过分析黄河三角洲体的发育过程,新生湿地自然生态演替过程(5&"9:!$$$)以及9$年人类对土地
利用的变化过程(5&#%:5&&%),研究黄河三角洲体景观的"空间格局与变化过程",探索景观信息的时空特征.通过
建立现代亚三角洲体在多重水沙两相河流和弱潮海洋动力系统的相互作用下的发育过程,分析了近,现代黄河三
角洲体海岸带发育演化过程的基本"脉搏",反演并模拟黄河三角洲体海岸带演变过程的动力环境,分析了黄河三
角洲潮滩和水下三角洲的发育演化规律.将黄河三角洲土地生产力和生态环境条件(地形地貌,土壤质地,土壤盐
碱度,土地养分,灌溉条件等)相结合,建立了黄河三角洲土地适宜性评价系统.
关键词:黄河三角洲;生态变化;土地利用;遥感
&研究区
研究区为黄河三角洲,位于东经55"G$$H(:55&G
!$H(和北纬8%G#$H.:8"G5$H.之间,属暖温带半湿
润大陆性季风气候.总的气候特点是光照充足,热
量丰富,四季分明,气温适中,雨热同期,风能资源丰
富.但降水年内分配不均且蒸发量大,常有旱,涝,
风,霜,雹和风暴潮等自然灾害,是风暴潮的多发区.
处于开发初期的黄河三角洲,是我国东部沿海
最年轻的陆地,有丰富的油气资源,广阔的陆地和海
洋资源,湿地系统完整,原生系统完备,是进行区域
可持续发展研究的理想区域.河流摆动,海岸侵蚀,
河口淤积,植被演替,土壤发育等自然过程,在我国
乃至世界都是独一无二的,是进行遥感动态监测,影
像质量评价和多元复合分析的最佳区域.
'黄河三角洲生态变化遥感监测
'(&土地盐渍化监测
'(&(&遥感分类方法对数字图像进行必要的拉
伸和增强处理,以提高图像的可判读性.为充分利
用遥感数据资源,提高盐碱地分类精度,运用综合分
类法来提取盐碱地信息.综合分类法主要体现在以
下几个方面:多季相影像数据综合,挖掘影像的时间
信息;监督分类与非监督分类综合,挖掘影像的光谱
信息;分类后处理过程中,则运用影像空间或结构信
息,进行地学相关规律综合分析.
'(&('分类方案盐碱地在标准假彩色合成影像
上呈现不规则的由暗到亮白色片状分布或与林地,
草地,庄稼地插花分布.光板地表面有一层厚厚的
盐霜,成片分布在沿海地区.在野外土壤调查和数
据分析的基础上,根据影像所反映的景观特点和盐
碱地遥感监测的目的,确定分类方案如表5.
表&分类方案
)#*%+&,-$%.#%$/$012%#..$3$2#0$-/2%#..+.
类别含义
光板地分布区海拔小于!I,土壤含盐量!F$J以上,基本
无植物,表层有5DI:!DI厚的盐霜
重盐碱地表层有明显的盐结皮,仅生长有稀疏的翅碱蓬,蒿
类等天然耐盐植物
轻盐碱地土壤含盐量$F%J:5F$J,与耕地插花分布
非盐碱地包括林草地,耕地(表层土壤含盐量$F!J左右)以
及居民工矿用地
水体指陆地水域,包括:河流水面,水库水面和坑塘水
面,养虾池,潮沟以及苇地等湿地
遥感影像分类后处理,根据野外调查与实测资
料进行人工修正.最后进行分类的精度评价,即比
较实地数据与分类结果,以确定分类过程的准确程
度.最常用的精度评价方法是基于误差矩阵((AA0A
KCLA<M)的方法,用来简单比较参照点和分类点.我
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们采用分层随机采样法,对这期分类影像和经过后
处理的分类结果进行评价,发现初始分类图精度在
!"#左右,而经过处理后的最终分类结果的精度可
达$"#左右.
在裁取的影像范围内,总面积为%"!,&'&()公
顷,非盐碱地占&'(!#,盐碱地占!%(!#,而使用
*"""年!月*日成像的+,-./,01234遥感影像数
据得到的分类结果中,盐碱地只占'"#,一方面说
明在研究区内,盐碱地的比重在大量上升.另一方
面不同的影像分辨率的影像分类的结果会有较大的
差异(分维理论).光板地,重盐碱地,轻盐碱地面积
都有不同程度的扩大,且河口区西部的部分轻盐碱
地变成了重盐碱地(表*).
表!!""#年中巴资源卫星影像分类结果
$%&'(!)'%**+,+-%.+/01(*2'.+0!""#&3)4567+8%9(
类别
面积
(5)"&67*)
所占
(#)
水体'($%%('8
非盐碱地**(!"'8()%
光板地)*('**"('!
重盐碱地&(&88('$
轻盐碱地)8(&)*$(8!
合计%"(!&)""
!:!土地利用分类与动态监测
为黄河三角洲的可持续发展服务,有必要研究
黄河三角洲土地利用9土地覆被及其环境因素(包括
人为干扰)的时空变化过程,明确变量之间的时空耦
合关系,以地学信息图谱的理论和方法为基础,探讨
+:;;多时空尺度集成研究的可能途径.
!:!:#数据处理为了便于进行空间数据之间的
地图代数运算和编码重组与提炼,综合,能够在空间
上反映出各类土地利用时序变化情况,将土地利用
变化分类编码设定为)"类以内,对黄河三角洲土地
利用类型进行分类.同时考虑到不同时期黄河三角
洲陆地的延伸与蚀退,将一部分海域划定在研究范
围内;另外由于盐碱地在整个研究区内特殊的地位
和作用,又将盐碱地单独从其他用地类型中提取出
来.这样将土地利用的二级分类编码进行重新组合
后,综合成)"类一级分类编码(表').
选取<月=)"月份)<$&年,)<<)年,)<!万地形图选择地面控制点对
所用影像进行统一校正.)!万)来源于)(1A('.%
编码土地利用类型
土地利用分类二级编码
(见《土地利用现状调查技术规程》,)<$&)
"海域
)耕地'),'*,'','&,'!,'%
*园地&),&*
'林地%),%*,%',%&,%!,%%,%8,%$,%<
&牧草地!),!*,!'
!居民点及工矿用地)",)),)*,)',)&,)!
%交通用地*),*',*&,*%,*8,*$
8水域8),8*,8',8&,8!,8%,88,8$,8<,$$
$未利用地或者难利用地$",$),$*,$',$!,$8
<盐碱地$&,$%
先对影像数据进行非监督分类生成模板,再对
这一模板进行编辑和修订以训练判别函数,即选择
野外调查过的采样地点作为训练样本,添加到模板
中,将原来不合理的训练样本删除或者合并,编辑完
后计算训练样本的各种统计值(包括均值,方差,协
方差等光谱统计特征)来对模板进行评价,再进一步
进行编辑.
监督分类与非监督分类都是基于影像光谱特征
的,尽管在影像数据预处理和编辑分类模板时做了
大量工作,但是分类结果还是出现不同植被类型的
混分现象.因为不同植物,农作物生长季节的不同,
导致地表覆被的季节性变化很大,而且由于同一地
块可能生长不同植物,所以导致了混合像元的出现;
另外,因为有些农作物刚刚收割或者在土壤中还没
有出苗,所以耕地的光谱特征差异很大,常常同时会
与长势很好的芦苇群落或者植被覆盖度低的盐生植
物群落混分.所以仅仅从某一景影像上来看,很难
仅凭借其光谱特征把所有的景观类型划分出来.但
是耕地的田块分割明显,人工耕作的痕迹很容易判
别出来.所以,使用目视解译先把耕地提取出来,并
将其作成掩膜,采用感兴趣区域( @A),对分类有误
的像素进行重新赋值.既可以采用空间逻辑运算利
用掩膜对分类结果进行修正,也可以根据实际情况
使用一些邻域分析函数来"去伪存真",消除类别噪
声,如"上下文分析法",众数函数,最大值函数,最小
值函数等.还直接采用 @A进行人工修正,直到处
理完所有发现的问题为止.采用分层随机采样法,
对四期分类影像和经过后处理的分类结果都进行了
评价,发现初始分类影像精度在%!#左右,而经过
后处理的最终分类结果精度可达<"#以上.
!:!:!土地利用动态变化分析通过图谱分析的
*8)资源科学*$卷第!期
理论和方法,利用图谱单元对不同时期土地利用类
型的"记忆"功能,通过构建土地利用"空间与过程"
的时空复合体模型,即土地利用!土地覆被变化图
谱,并在此基础上通过信息再综合与再提取,得到
"涨势"系列图谱,"落势"系列图谱,"涨势"变化过程
图谱,盐碱地利用时空演变模式图谱,以及土地利用
时空演变模式图谱等,分析这"#年来黄河三角洲土
地利用变化主要的时空演变方式,结论如下:
($)从各期图谱单元分类排序表中,我们看到耕
地始终占据了各类图谱单元的首位,主要分布在研
究区南部和西部,说明农业生产活动在黄河三角洲
的空间分布始终是占据首位的,农业是当地人们生
存依托的保障.
(%)耕地和牧草地的不断盐渍化与新垦殖耕地
和新开发牧草地不断向未利用地,难利用地和盐碱
地转移,矛盾突出,在空间分布上主要集中在$&''
年海岸线以内的以宁海为顶点的黄河三角洲堆积体
上.这里时常耕,牧,渍,碱交迭,生态形势十分复
杂.(()在$)'*年+$)&"年间,土地利用方式的改
变以垦殖和开发草地,未利用地和湿地为主,而耕
地,牧草地的次生盐渍化的图谱单元位列其次,但是
到了$)&"年+$))$年间,耕地,牧草地退化为盐碱
地就成为图谱单元序列表中面积最大的一种土地利
用转换方式,同时人们对盐碱地的垦殖和放牧也跻
身于图谱单元序列表中的前列.到了$))$年+
$))*年期间,对盐碱地,难利用地的垦殖与放牧成
了土地利用变化方式的主旋律,形成耕地,牧草地退
化与垦殖并举的局面(表").
表!!"年来黄河三角洲土地利用类型
#$%&'!($)*+,'-.$)/'0)&$,1!"2'$3,0)4'&&56708'09'&1$
(,$#"-.%,/)
用地类型$)'*年$)&"年$))$年$))*年
海域$%0'&%0*(%0""%0(*
耕地$)0)%("0$1(%0&"(#0%'
园地#0#%#0$$#0"$#0)(
有林地%0$%%01)$0)*%0&"
牧草地)0(1*0&&"01$10*&
居民工矿#0&&%0&""0#'"0*'
交通#0#"#0#"#0$$$0"*
水域$*0*$$&0("$&0$1$%0""
未利用地$(0&"%0'$(01""0*)
盐碱地*0##$$0#1$%0)'$"0#&
总计&$0()&$0()&$0()&$0()
土地利用率()01''10'*'"0$*'&01'
土地垦殖率%"0'$"%0$("#0&*(&0($
:;<海岸带动态监测与预测
:;<;=海岸线提取利用卫星遥感影像研究海岸
线的动态变化,存在着海岸线如何确定的问题.海
岸线位置的变化受潮汐,海岸地形等因素的影响,而
在遥感影像上直接获取的海岸线只是海岸线在卫星
成像时的瞬时水边线.为了真实反映海岸线的动态
变化,必须有一个统一的参照标准.黄委会勘察设
计院分析比较了多种方法之后认为同月同潮位法较
为理想,但满足同月同潮位条件的遥感影像较少,因
此获取相应的遥感资料比较困难.我们采用一般高
潮线方法来提取海岸线.
一般高潮线是指海洋潮流发生一般高潮时,海
水所淹没的平均界线,也就是小潮高潮线.研究表
明,一般高潮线法与同月同潮位法相比,两种方法的
分析结果基本相近,能够满足宏观分析所需的精度.
同时,一般高潮线可以通过对遥感影像的分类处理
与目视解译相结合来确定,因此简单易行,不需要进
行修正.而且,在一定的时间内,这个平均值受潮汐
及海平面的影响较小,可以看作一个常值.
在采用非监督分类方法对影像进行预分类的基
础上,选取训练样区,运用监督分类方法提取水体,
以分类后的影像为基础来提取出所需的一般高潮
线.一般来讲,一般高潮线介于高潮滩与中潮滩之
间,由于潮滩物质成分的差异以及暴露于水上时间
的长短而导致含水量的不同,必然在光谱特征上有
所变化,在遥感影像上表现出不同的灰阶和彩色特
征信息,因此潮滩地貌特征和植被的发育程度是重
要的解译标志.
:;<;:海岸线演变将提取后的海岸线信息与
234563789影像解译出的海岸线叠合,可以清晰地
看出黄河三角洲地区海岸线的演变过程,图%是对
*个时相的数据分别进行处理后得到的黄河三角洲
海岸线演变图.
从*个时相的一般高潮线的分析可以看出:
$)&"年以前,研究区内河口地区岸线增长较快,沙
嘴迅速向海突伸;而钓口河河口地区岸线则不断蚀
退.$)&"年+$))*年间,河口地区岸线有增长的趋
势,但不是很快,这说明黄河河口在天然状态下淤积
和侵蚀处在平衡中.$))*年1月黄河人为改道北
汊后,在北汊外淤积出一个小沙嘴.到$)))年*月
沙嘴北侧被冲出一条潮沟,到%###年$#月潮沟越
来越宽.这一阶段北汊小沙嘴向海延伸了约
'0(:.,造陆面积约$)0%:.%;但大沙嘴顶端却蚀退
(1$%&卷第'期刘高焕等:黄河三角洲土地利用动态监测与海岸带综合管理
图!黄河口地区"###年!#月$日海岸线
%&'(!)*+,-+..&/0*120..*34&5067*8-9&/"###
图"黄河口地区海岸线演变(!:;9+/'0&/!:;<="###
了约" !@7(!:::年<月至"###年!#月蚀退约
# $@7).在整个研究时段内,黄河口地区共造陆约
$$#@7",平均每年造陆约!$ A@7".
!海岸带综合管理
针对黄河三角洲地区的综合开发与可持续发
展,应用地学信息空间分析方法,构建了黄河三角洲
生态环境空间格局与变化过程的研究体系,并对黄
河三角洲发育演化,海岸带蚀淤变化,土地结构变
化,土地盐碱化等,进行了系列分析.
海岸带是大气,海洋与陆地动力系统相互作用
的地带,由于复杂的动力作用不同,使海岸带环境不
同程度地具有"成带"或"层化"现象,因而形成了丰
富多彩的环境区域.现代海岸带一般包括海岸,海
滩和水下岸坡三部分.根据生态学理论,应用卫星
影像数据,结合考虑其资源,社会经济因素,对海洋
带生物环境进行宏观性区划,把海岸带分为:
(!)柽柳林防护林区:天然柽柳林在黄河三角洲
东部,东北沿海一带生长高大,茂密,对其进行封育,
可形成黄河三角洲地区抵御风沙,改善生境条件的
绿色屏障.
(")浅海滩涂养殖区:该区域沿着海岸线呈带状
分布,可以有效地保护浅海海域的水产资源,提高海
域水产生产能力,一池多用,提高抗灾能力.
($)湿地生态保护区:该区域位于黄河入海口及
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M0&N&/':J'6&>8.-860O60,,,!:;;(]
[$]李韵珠(区域土壤盐渍化状况分析[Q](土壤肥料,!::",(C):
A=!#([RH28/IS98(J/+.P,&,*160&*/+.,*&.,+.&/&-P[Q](!"#$%&'(
)*+,#$#-*+%,!::",(C):A=!#(]
[B]李文银,张永武(聚类分析在山西省盐碱土土属分类中的应
用初探[Q](土壤学报,!:A+-&*/*1>.8,-&/'+/+.P,&,*/,+.&/0,*&.
>.+,,&1&>+-&*/&/F9+/Y&[Q](./,&0*("$"1#/&!#'#/&,!:A37>2>FC515[%]"!"#$%&'"(
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[+]叶庆华,刘高焕,田国良,等"黄河三角洲土地利用时空复合变
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