(1.湖南省洞庭湖水利工程管理局，湖南 长沙 410007； 2.湖南省水利水电科学研究院，湖南 长沙 410007； 3.湖南省第二测绘院，湖南 长沙 410119)

为实现流域可持续发展，维护生态平衡，水域占用问题已成为当前水利行业关注的一大热点，构建科学可靠的水域占补平衡保护机制已刻不容缓。然而，构建科学可靠的占补平衡机制，必须以科学的理论、可靠的数据为基础。但是采用传统技术手段获取不同年度、不同地区的水域面积及水域占用的图斑矢量，其工作量、经费成本巨大，这就要求寻找新的技术手段。

遥感是应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。采用遥感技术进行水域占用监测[2]，可根据正射纠正后的不同年度的卫星遥感影像，采集该流域段不同时相的水系矢量数据，再通过空间叠加分析，快速获取不同年度水域占用图斑矢量，大大减少工作量，节约成本。因此，本文采用遥感技术手段，对湘江流域(以长株潭为典型)2014～2017年的水域变化进行监测，并分析该流域段的水域占用特征，为后期构建水域占补平衡机制、制定相应的保护对策、规范河道管理等方面提供扎实的技术支撑。

1 水域占用遥感监测的资料与方法

1.1 遥感监测资料

为了对湖南省长株潭地区的水域占用情况进行遥感监测，收集了2017年长株潭地区基础测绘DLG数据，作为水域提取的基础数据；收集2017年长株潭地区不动产DLG行政区划数据，作为长株潭区域划分的依据；收集该省基础测绘项目的长株潭地区范围DOM成果(高分二号卫星影像数据)，影像分辨率为1 m，现势性为2017年；获取长株潭地区范围Landsat8卫星影像数据，并生成正射影像，影像分辨率为15 m，现势性为2014年。

1.2 遥感监测技术方法

根据获取的卫星遥感影像图，首先对其进行正射纠正，通过遥感目视解译采集水域矢量图斑(只采集面状水域、河流岸堤及河流上的桥梁设施等要素)，并结合空间叠加技术获取水域占用图斑，最后通过空间统计分析水域占用特征。主要技术流程见图1。

(1) 影像正射纠正技术。对获取的卫星遥感影像，利用已有的控制点和DEM资料对全色影像进行正射纠正，然后与多光谱影像进行融合，制作具有地理坐标信息的数字正射影像(DOM)，便于后期的信息提取与分析。卫星影像正射纠正技术采用单片微分纠正的方式[3]，具体作业流程如图2所示。

(2) 影像目视解译技术。采用计算机自动化提取技术可以快速从影像中提取信息，但不可避免地会出现一些误判。高分辨率影像可以清晰地目视分辨地理要素，准确地提取地理空间信息，从而可以结合自动化提取技术，采用人机交互的影像信息提取方式，快速而准确地获取矢量分类数据[4]。遥感监测目视解译技术，通过叠加显示加载的分类成果矢量数据和数字正射影像，目视判读已有矢量数据的位置、范围、类别等信息的正确性，并进行纠正[5]。

图2 卫星影像单片纠正作业流程Fig.2 Chart of monolithic digital differential correction of satellite image

(3) 空间叠加分析技术。叠加分析是将有关主题层组成的数据层面进行叠加，产生一个新数据层面的操作。其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性[6]。叠加分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较。本项目叠加分析技术基于ArcGIS平台的空间分析模块实现，主要涉及视觉信息叠加和多边形叠加两块[7]。视觉信息叠加是将不同侧面的信息内容叠加显示在结果图件或屏幕上，以便研究者判断其相互空间关系，获得更为丰富的空间信息。视觉信息叠加不产生新的数据层面，只是将多层信息复合显示，便于分析。多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作，其结果是将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。

(4) 空间统计分析技术。在区域性分析评价工作中，可将多类数据结合在一起，利用GIS软件的空间分析模块，对整个区域的数据状况进行客观、全面地评价，以反映出区域中的数据评价指标状况以及空间分布情况[8]。

2 结果分析

2.1 水域占补区域统计

根据不同年度的遥感影像成果，通过遥感目视解译方法，采集2014～2017年湘江流域(长株潭段)的水域矢量数据成果(只采集面状水域、河流岸堤及河流上的桥梁设施等要素)，数据格式为SHAPEFILE数据。通过将不同年份长株潭地区水域矢量图层进行叠加分析，提取水域变化矢量图斑，统计2014～2017年长株潭区域水域占补面积。最后，结合2017年长株潭地区不动产DLG行政区划数据，通过目视解译变化图斑，确定水域的具体占补特征。

经统计分析可知，2014～2017年长株潭区域水域占补面积共计3.79 km2。其中，以水域地表覆盖面积10 000 m2以上的图斑为统计单位，2014～2017年长株潭水域的总占用面积为863 301.48 m2，总补增面积为22 289.04 m2。该区域占补失衡，占用面积远大于补增面积。占用类型主要以空地、房屋、道路几种为主，其中，空地所占用的水域面积共计410 373.65 m2，约占水域总占用面积的47%，主要为房屋和道路建设所用；房屋所占用的水域面积共计332 612.84 m2，约占水域总占用面积的39%，主要分住宅、工业区、学校、娱乐场所等；道路所占用的水域面积共计120 314.99 m2，约占水域总占用面积的14%。具体的水域占补情况分布如图3所示。

2.2 水域占用特征分析

基于遥感影像解译的结果，结合2014～2017年长株潭水域占补情况分布图和2017年长株潭地区不动产DLG行政区划数据可确定占补的具体位置。以水域地表覆盖面积10 000 m2以上的图斑为统计单位，该地区水域占用区域主要集中分布在岳麓区、天心区、长沙县、雨花区、望城县、开福区、岳塘区以及天元区等区域。占用类型因各地区区域经济发展、政策等因素的不同而各不相同，如长沙市开福区以道路占用为主；湘潭市岳塘区主要以工业区占用为主等。在湘江流域(长株潭段)研究范围内，有4个区域的占用面积最为明显，即长沙县、岳麓区、开福区、岳塘区。

图3 长株潭区域水域占用情况分布Fig.3 Distribution diagram of water area occupancy inChangsha-Zhuzhou-TanXiangtan Area

(1) 长沙县水域占用特征分析。该区域在2014～2017年度水域占用总面积为110 925.728 m2，占用类型主要为房屋和道路。具体体现在星沙镇中联重科泉塘工业园工业厂房、牛角塘村老屋冲附近住宅、西湖村白毛冲附近道路、高云村毛坡附近道路、莲华村上泅塘附近道路等基础设施的建设上。图4给出了2014～2017年度长沙县水域占用分布情况。

图4 2014～2017年长沙县水域占用情况分布Fig.4 Distribution of water area occupancy in Changsha County

(2) 岳麓区水域占用特征分析。该区域在2014～2017年度水域占用总面积为164 157.382 m2，占用类型主要为房屋、道路。具体体现在一些学校和游乐场所的基础设施建设上，如长沙市中南梅溪湖中学、湖南中医药大学含浦校区、坪塘中学及坪塘集镇欢乐世界附近等。图5给出了2014～2017年度岳麓区水域占用分布情况。

图5 2014～2017年岳麓区水域占用情况分布Fig.5 Distribution of water area occupancy in Yuelu District

(3) 开福区水域占用特征分析。该区域在2014～2017年度水域占用总面积为106 406.588 m2，占用类型主要为道路。具体体现在城镇道路的建设上，如板塘村角菱塘靠中青路处、白霞村中岭立交桥处荷叶村新港镇附近等。图6给出了2014～2017年度开福区水域占用分布情况。

图6 2014～2017年开福区水域占用情况分布Fig.6 Distribution diagram of water area occupancy in Kaifu District

(4) 岳塘区水域占用特征分析。该区域在2014～2017年度水域占用总面积为614 416.818 m2，占用类型主要为住宅和厂房。具体体现在易家湾镇株易高架桥处附近住宅、清水村石灰塘附近工业厂房设施的建设上。图7给出了2014～2017年度岳塘区水域占用分布情况。

图7 2014～2017年岳塘区水域占用情况分布Fig.7 Distribution diagram of water area occupancy in Yuetang District

3 结 语

本文利用遥感技术手段，针对2014～2017年湘江流域(长株潭段)的水域占用情况进行监测，并分析了其水域占用特征。结果表明，住宅区、厂房、学校以及城镇道路等基础设施的建设，是造成该区域水域占用的主要原因。对于水域占用这类问题，采用遥感监测技术手段不但经济实用，且可快速有效地分析出水域占用特征，为后期制定科学的水域占用补偿机制、保护水域安全提供了可靠的技术支撑。