張政東

北京大學(xué) 北京 100871

坑塘自農(nóng)業(yè)時代以來,一直主要承擔(dān)著灌溉功能,隨著城鎮(zhèn)化工業(yè)化的快速發(fā)展,環(huán)境污染逐漸成為中國現(xiàn)今的重點(diǎn)問題,坑塘系統(tǒng)因其獨(dú)特的作用機(jī)制,使得近些年坑塘系統(tǒng)的凈化功能逐漸被重視。很多學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向坑塘,目前在坑塘的定義、景觀研究、凈化效果、保護(hù)和利用方面取得了一些成果?！?-10〕

然而,大多數(shù)學(xué)者都是聚焦于坑塘本身的景觀功能,凈化功能,以及歷史方面的研究,在坑塘系統(tǒng)分布的結(jié)構(gòu)和發(fā)展變化上還沒有相關(guān)研究,而坑塘的發(fā)展變化情況以及背后的成因?qū)τ谏鷳B(tài)治理和生態(tài)修復(fù)工作有著重要意義,因此,本文通過對歷史遙感影像進(jìn)行分析,得到坑塘系統(tǒng)歷史發(fā)展變化趨勢,并分析變化背后的成因,以期得到對未來區(qū)域生態(tài)治理工程以及生態(tài)修復(fù)措施提供理論參考和建議。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況 研究區(qū)域位于大理洱海西畔,東至洱海,西至蒼山,北至沙坪村,南接大理市區(qū),長52千米,寬6千米。該區(qū)域農(nóng)業(yè)文明歷史悠久,4世紀(jì)起白族祖先就在這里繁衍生息,創(chuàng)造了燦爛的新石器文化,是大理市重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地。區(qū)域內(nèi)有著包括大理古城,喜洲等在內(nèi)的多個歷史聚落遺跡,地形西高東低,主要以山地、平原、湖泊三種地貌為主。發(fā)源于蒼山的18條溪流穿過該區(qū)域〔11〕,因此大流域內(nèi)又分為若干個小流域。區(qū)域內(nèi)坑塘眾多,城鎮(zhèn)、村落、農(nóng)田區(qū)域都存在大量的坑塘,成為居民生活中重要的一部分。

2 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

為獲得較為精確的坑塘歷史分布數(shù)據(jù),研究采用衛(wèi)星遙感影像作為數(shù)據(jù)源。為保證研究階段的可對比性,遙感影像盡可能獲取2019年-1969年間以每十年為一階段進(jìn)行研究。考慮植被遮擋水面等因素,盡可能獲取拍攝時間為冬季的遙感影像。

2.1 遙感影像獲取 從美國地質(zhì)勘探局(https：//earthexplorer.usgs.gov/)獲取 Landsat5、Landsat7、Landsat8衛(wèi)星拍攝的2019年、2009年、1999年、1984年C2層級分辨率為30米的四期遙感影像。由于70年代的Landsat1-4衛(wèi)星拍攝的遙感影像分辨率過低,因此沒有獲取70年代的遙感數(shù)據(jù)。

為獲取年代更早年代的且分辨率較高地遙感影像,從美國地質(zhì)勘探局(https：//earthexplorer.usgs.gov/)下載來自美國鎖眼衛(wèi)星KH-1對大理區(qū)域拍攝的黑白遙感影像,由于時代技術(shù)以及拍攝影像清晰度的原因,考慮云層、清晰度、選取了目前大理區(qū)域拍攝最早且較為清晰的遙感影像即1967年12月獲取分辨率為2米的黑白遙感影像共四景。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理 首先對四期Landsat遙感影像進(jìn)行處理,利用ENVI軟件對遙感影像進(jìn)行裁剪,得到范圍略大于研究區(qū)域的遙感影像,然后進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、地理幾何配準(zhǔn)、影像鑲嵌處理、統(tǒng)一轉(zhuǎn)換投影坐標(biāo)為WGS_1984_Albers坐標(biāo)。

然后針對坑塘信息精確提取問題,采用單波段閾值法、監(jiān)督分類法、面向?qū)ο蠓椒ǖ冗M(jìn)行實驗研究,重點(diǎn)采用了面向?qū)ο蠓椒?結(jié)合遙感影像光譜、紋理、形狀等特征,分析坑塘與其他地物之間的差異,結(jié)合谷歌影像與實地調(diào)研,最終實現(xiàn)坑塘信息的精確提取。

對1967年的鎖眼衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行地理幾何配準(zhǔn),影像鑲嵌拼接處理。由于該遙感影像是光學(xué)相機(jī)拍攝的黑白影像,只能采用目視解譯法對坑塘進(jìn)行提取。為能夠精確提取坑塘,目視解譯首先對水面較大且依舊現(xiàn)存的坑塘的水面的顏色、紋理、形狀等特征進(jìn)行研究,并對比坑塘與其他地物之間的差異,結(jié)合谷歌地圖現(xiàn)狀的坑塘位置,最終實現(xiàn)坑塘信息的精確提取。

3 結(jié)果與分析

3.1 現(xiàn)狀分布 2019年,大理洱海海西區(qū)域坑塘共有365個,總面積5171畝,坑塘平均面積達(dá)到9685平方米。從分布上看,坑塘也是主要分布在靠近洱海一側(cè)的農(nóng)業(yè)帶上,大部分分布在村落以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊,南邊下關(guān)鎮(zhèn)區(qū)域坑塘極少。

3.2 坑塘分布?xì)v史變化 從圖1可以看出,1967年到現(xiàn)今,大理海西流域坑塘基本都分布在靠近洱海一側(cè)地勢相對平緩的的農(nóng)業(yè)帶上,整體分布呈現(xiàn)圍繞大理古城,喜洲鎮(zhèn),以及上關(guān)鎮(zhèn)三個人文歷史相對悠久的聚居點(diǎn)集中,同時在其他區(qū)域又相對分散的分布格局。

圖1 1967年-2019年各時期坑塘分布圖

(1)坑塘數(shù)量歷史變化

從坑塘數(shù)量上看,洱海海西區(qū)域1967年共有195個,1984年共有121個,1999年為108個,2009年為214個,2019年增加到356個。即上世紀(jì)60年代到本世紀(jì)初,坑塘出現(xiàn)遞減趨勢,新世紀(jì)以后,坑塘數(shù)量激增,到2019年坑塘數(shù)量達(dá)到90年代末數(shù)量最低時的3.5倍左右。

表2 海西流域坑塘歷史數(shù)據(jù)變化

(2)坑塘面積歷史變化

坑塘總面積從上世紀(jì)60年代到2009年都呈遞減的趨勢,1967年,坑塘面積為3507畝,到2009年的2909畝,42年間,坑塘面積減少了17.1%,減少面積430畝,到了2019年,坑塘面積快速增長,達(dá)到了5172畝,相比2009年坑塘面積增加2263畝,增長率為77.79%。

坑塘平均面積上看,1967年坑塘平均面積為11866平方米,1967年至1984年間,坑塘平均面積迅速增長,2000年以前坑塘平均大小變化不大,為18300㎡左右,到了20世紀(jì)以后,坑塘平均面積降低到9000多平米,由此可見,2000年后坑塘數(shù)量劇增,但是增長的坑塘也以小型坑塘為主,這也說明,坑塘的趨勢從以前的中小型水利設(shè)施開始越來越向小型凈化設(shè)施發(fā)展。

3.3 成因分析

3.3.1 城鎮(zhèn)建設(shè) 利用GIS軟件將各時期的坑塘與村落和城鎮(zhèn)做疊加相交分析,得出各時期城鎮(zhèn)和村落建設(shè)發(fā)展對坑塘的侵占、填埋等的情況。表3顯示,整個海西區(qū)域60年代-90年代,因城鎮(zhèn)建設(shè)而占用坑塘的面積大約維持在每十年120畝-130畝的水平,數(shù)量在30-40個之間,整體呈下降趨勢,進(jìn)入新世紀(jì)之后,城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,村落的擴(kuò)張,使得占用情況變得更加嚴(yán)重,1999年到2009年十年間,被占用的坑塘達(dá)到189.56畝,數(shù)量為47個,到近十年,坑塘占用達(dá)到234.68畝,數(shù)量為62個。而1967年-2019年間的近50年間,城鎮(zhèn)面積擴(kuò)張了大約6倍。由此可見,城鎮(zhèn)建設(shè)和村落擴(kuò)張是導(dǎo)致1967年-1999年間,坑塘整體數(shù)量下降的重要原因之一。

表3 各時期村鎮(zhèn)面積與坑塘占用情況統(tǒng)計

3.3.2 圍墾與填埋 根據(jù)實際調(diào)研與走訪,圍墾與填埋也是上世紀(jì)坑塘數(shù)量和面積持續(xù)減少的重要原因,特別是上世紀(jì)60年代-70年代集體時期,全國開展工業(yè)學(xué)大慶,農(nóng)業(yè)學(xué)大寨運(yùn)動,海西流域作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)帶,響應(yīng)農(nóng)業(yè)學(xué)大寨的號召,當(dāng)?shù)厣a(chǎn)隊開始開墾土地,土質(zhì)肥沃的洱海近岸和存在大量坑塘的沼澤地成為開墾重點(diǎn)。

以喜洲鎮(zhèn)沙村湖塘為例,1967年,沙村湖塘水域面積為1002畝,到1984年17年間共196畝湖塘被改造成農(nóng)田,水域面積變?yōu)?60.7畝。整體水域面積減小近三分之一。

3.3.3 灌溉方式與用水體系的改變 坑塘在洱海一帶有記載以來,主要功能為灌溉功能,村民也有在自家田地中挖坑取塘來作為旱季儲水用的傳統(tǒng),1983年,海西區(qū)域完成分田下戶,為了滿足農(nóng)耕用水需要,海西區(qū)域修建了數(shù)條提水灌溉管道,并在洱?？谂鋫溆斜谜?這套灌溉系統(tǒng)被稱為“萬畝站”,自此,村民耕種灌溉用水從以往大多使用坑塘水變成使用萬畝站從洱海抽水灌溉,坑塘的灌溉功能下降,也使得一部分農(nóng)田里村民用來儲水的灌溉小型坑塘消失,80年代-90年代坑塘數(shù)量進(jìn)一步減少。

3.3.4 環(huán)保理念與政策的變化 1996年和2003年,洱海遭遇兩次大面積藍(lán)藻暴發(fā),大理白族自治州由此決心開始進(jìn)行洱海治理,建設(shè)了一大批環(huán)湖生態(tài)修復(fù)工程,其中濕地建設(shè)是重點(diǎn),2003年-2012年,環(huán)洱海一帶修建了13個生態(tài)濕地,面積共一萬多畝。2015年,大理啟動多塘系統(tǒng)建設(shè),計劃到2017年,大理市將在洱海沿湖各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)建成380個庫塘。2018年,大理市成立洱海生態(tài)環(huán)境“三線”劃定指揮部,正式啟動環(huán)洱海廊道建設(shè)工程,洱海岸線100米內(nèi)被劃為廊道區(qū)域,廊道里規(guī)劃建設(shè)了大量坑塘。因此,1999年-2019年間雖然在城鎮(zhèn)化發(fā)展,坑塘被填埋占用加速的大背景下,海西區(qū)域總體坑塘數(shù)量卻大規(guī)模增長,特別是2015年以后,大量的人工生態(tài)庫塘和洱海生態(tài)廊道的調(diào)蓄坑塘修建,使得這一時期的坑塘數(shù)量幾乎增長了一倍。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論 2019年,大理洱海海西區(qū)域坑塘共有365個,總面積5171畝,坑塘平均面積達(dá)到9685平方米。從分布上看,坑塘也是主要分布在靠近洱海一側(cè)的農(nóng)業(yè)帶上.1967年-2019年近五十年間,坑塘數(shù)量先減少后增多,總面積也是先減少后增多?？犹疗骄娣e呈先增大后減小再增大的趨勢?？犹翑?shù)量和面積再上世紀(jì)減少的主要原因在于農(nóng)業(yè)發(fā)展所進(jìn)行的圍墾,占用；城鎮(zhèn)發(fā)展以及人口增長帶來的村落擴(kuò)張造成坑塘填埋進(jìn)行建筑修建；灌溉方式的改變是一些用來蓄水灌溉的小型坑塘減少的主要原因；2000世紀(jì)以后,坑塘的數(shù)量出現(xiàn)大幅度增長的主要原因是在于洱海治理所帶來的環(huán)保理念改變,這一時期修建了大量的人工生態(tài)坑塘和調(diào)蓄坑塘,特別是2015年以后增長的數(shù)量最多。

4.2 討論 通過遙感影像對坑塘歷史分布變化進(jìn)行研究,能夠得到較為精確的坑塘歷史變化數(shù)據(jù),然而由于坑塘是一個小型的生態(tài)系統(tǒng),因此,對于坑塘中的動植物等研究依舊需要結(jié)合現(xiàn)場踏勘等其他研究方法。從空間尺度上對坑塘變化進(jìn)行研究,并分析背后的成因,這對未來該區(qū)域生態(tài)治理和修復(fù)措施的指定提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

由本文可以看出,近五十年來,坑塘系統(tǒng)的變化發(fā)展主要還是受人類活動的影響,而人工坑塘數(shù)量近年來大幅增加對該地區(qū)的生態(tài)治理的影響,坑塘功能的轉(zhuǎn)變對維持坑塘系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展的影響,以及坑塘系統(tǒng)在城鎮(zhèn)快速發(fā)展人地矛盾加劇的大背景下?lián)问裁唇巧鹊纫幌盗袉栴}都還有待研究。