长江安徽段泥沙淤积及湖泊湿地围垦遥感调查与监测
引用本文
杨则东, 陈有明, 黄燕, 杨扬, 王白艳, 张幼莹. 长江安徽段泥沙淤积及湖泊湿地围垦遥感调查与监测[J]. 国土资源遥感, 2010,22(s1): 82-86
YANG Ze-dong, CHEN You-ming, HUANG Yan, YANG Yang, WANG Bai-yan, ZHANG You-ying. Remote Sensing Survey and Monitoring of Sedimentation and Reclamation of Lakes and Wetlands Along the Yangtze River in Anhui Province[J]. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES,2010,22(s1): 82-86
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YANG Ze-dong, CHEN You-ming, HUANG Yan, YANG Yang, WANG Bai-yan, ZHANG You-ying. Remote Sensing Survey and Monitoring of Sedimentation and Reclamation of Lakes and Wetlands Along the Yangtze River in Anhui Province[J]. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES,2010,22(s1): 82-86
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长江安徽段泥沙淤积及湖泊湿地围垦遥感调查与监测
第一作者简介: 杨则东(1953-),男,教授级高工,长期从事环境地质、遥感地质工作,曾公开发表论文30余篇,获得过省部级科技进步、科技成果一、二等奖各一项,三等奖四项。
摘要
近几十年来,随着对长江河道的整治及崩岸的治理,长江安徽段河势趋于稳定,岸崩有所遏制,但与之相伴的河道淤积却有扩展之势。为了解长江安徽段泥沙淤积现状,利用1987~2001年秋季(9~11月)ETM数据,结合该地区1980年以来TM图像与航片资料,对长江河道、沙洲及其湖泊湿地围垦现状进行解译分析,为长江水患防治及环境地质问题的治理提供基础资料。
关键词:
长江河道; 泥沙淤积; 湖泊围垦; 遥感监测
中图分类号:TP79
文献标志码:A
文章编号:1001-070X(2010)增刊-0082-05
Remote Sensing Survey and Monitoring of Sedimentation and Reclamation of Lakes and Wetlands Along the Yangtze River in Anhui Province
Abstract
In recent decades, with the remediation of Yangtze River and the control of bank collapse, the situation of rivers along the Yangtze River in Anhui Province has trended to be stable and the bank collapse has been checked to some extent. However, the concomitant river siltation seems to expand. In order to find out the present situation of sedimentation along the Yangtze River in Anhui Province, this paper made an interpretation and analysis of the Yangtze River sandbank and lake reclamation using ETM satellite images from 1987 to the autumn of 2001 in combination with TM satellite images and airborne data obtained in this area since 1980. The results provide the basic information for harnessing the Yangtze River flood and solving environmental geological problems.
Keyword:
the Yangtze River; Sedimentation; Lake reclamation; Remote sensing monitoring
0 引言
长江安徽段全长约405 km。河床由一系列近南北向的河段与北东东向河段相接, 呈上升式阶梯形状, 总体走向北东向。本文利用1954~2001年航卫片遥感数据, 对长江安徽段泥砂淤积现状和沿岸湖泊变化(尤其对人为围垦情况)进行了调查与监测, 其结果可为长江水患防治及环境治理提供科学依据。
1 各河段淤积特征
根据河道发育的形态, 按13个河段(型)阐述泥沙淤积现状以及沿湖泊湿地的围垦特征。
(1)段窑— 汇口河段。该河段上自江西省湖口县锁江楼, 下至安徽省宿松县汇口, 长约32 km。河段首尾束窄, 河宽约1.2 km; 中段有一沙洲称张家洲(陈家洲), 向左(以面向下游定向)分出一较窄汊江, 使河段整体展宽, 最大宽度达8.0 km之多, 主泓在江西。段内由于抛石护岸和建有6座丁坝, 自1992起, 汊江内分流比明显减少, 张家洲不断向北淤涨, 据2001年ETM图像显示, 现张家洲洲头因淤积上提1 200 m, 左缘向北淤长13 km, 最宽处达1 100 m。因淤积形成的浅滩使汊江弯曲度增加, 过水断面宽度减少到400~500 m。
(2)汇口— 小孤山河段。该河段上起八里江口下至小孤山, 长约31.3 km, 属首尾束窄、中间展宽的顺直微弯分汊型河道。由于自1934年开始相继出现的上、下三号洲不断淤积变大, 造成分流比的改变, 使上三号洲左汊分流比由1960年的16.34%减少到1997年的1.7%。1998年枯水期该处曾断流。据2001年的ETM图像显示, 目前上三号洲左汊进口和出口河段的河宽仍在逐年缩窄, 河床继续抬高, 比1959年已淤高21.7 m。小孤山一带河道淤积已转至右岸江西彭泽。
(3)小孤山— 华阳河口河段。该河段上起小孤山, 下迄华阳河口, 长约30 km, 为首尾束窄, 中间向左展宽的弯曲分汊型河道(为汊江), 主泓在江西彭泽。汊江右侧为搁排洲(棉船洲), 由于淤积, 1959~1987年间搁排洲洲头上提630 m, 左移550 m。据1987~2001年间的TM图像显示, 1987年以后, 搁排洲左缘不断向北淤长, 至1998年最大淤宽已达500~600 m。另外, 汊江内杨湾闸出口上下自20世纪50年代中期开始, 逐渐淤积形成了一个长5.5 km、宽0.7 km的新沙洲, 定名为铁沙洲。左汊江的北岸带相对于搁排洲洲头位置, 也在不断向南淤长, 1959~1992年, 年均淤宽100 m。据2001~2002年卫星图像解译, 在搁排洲右侧, 主汊河道内又出现了一个长约3 km、宽0.5 km的新沙洲。
(4)华阳河口— 吉阳矶。该河段上起华阳河口, 下至吉阳矶, 全长约32.5 km。河道首尾河宽分别为1 100 m和800 m, 中部展宽段约4.5 km, 为顺直分汊型河道。分汊段内有天心洲、新长洲、玉带洲及棉花洲纵列江中, 将水流分为左、中、右3股。由于主泓不稳, 河道内冲淤变化大。卫星图像显示, 棉花洲自20世纪80年代以来, 洲头淤长迅速, 平均年淤长250 m, 至1997年已上提3 km。由于主流右侧的左汊分流比减少, 东兴圩一带的岸滩也产生了淤积。另外, 据近期卫星图像显示, 在棉花洲洲头以上的主流河道内, 又淤积形成了一长3 km、宽1 km的新沙洲。该沙洲的洲尾又有3~4个面积约0.2~0.3 km2不等的小沙洲在淤长, 并与上游新的大洲有合并之势。
(5)吉阳矶— 皖河口河段。该河段上起吉阳矶下迄皖河口, 全长约27.6 km, 为首尾束窄中部向左展宽的鹅头型多汊河道。首尾河宽分别为 1.3 km和1.5 km, 中间最大展宽达10.0 km。其间有复生洲、清洁洲、新长洲和官洲, 将水流分为左汊(东江)、中汊(新中汊)和右汊(南夹江)3汊, 目前左汊为主航道。由于河道内淤积变化大, 自1979年官洲(培文洲)左汊实行人工堵汊后与江岸连接, 自官洲头以上至皖河农场双河闸长约5 km的岸坡普遍淤积, 平均淤宽5~10 m, 最大淤高15~20 m, 这在不同时期的卫星图像上显示极为清晰。官洲与清节洲之间汊江(主汊)因清节洲不断向北淤积扩展而变窄。卫星图像显示, 清节洲洲头现已上提约2 km, 向北拓展约1.5 km, 洲长达7 km。长江主河道右岸, 复生洲与右岸之间的汊江因淤积方向指向下游, 使余棚洲洲尾正在向下游延伸。
(6)皖河口— 前江口(安庆河段)。安庆河段上自皖河口下至前江口, 全长约25 km, 为首尾束窄中间宽的微弯分汊型河道。该河段内自1865年开始, 在安庆市下游淤积形成江心洲。卫星图像显示, 1976年后在江心洲左汊中上部又淤积形成了一个心滩, 至1997年该心滩已发展成为长约5 km、宽约2 km、高程达10.9 m的相对稳定心滩。江心洲右侧汊江基本不能行船。近期图像显示, 汊江右岸新河口一带的岸带正在向北淤长, 已经形成长约5 km、最宽处达1 km的浅滩。
(7)前江口— 新开沟(太子矶河段)。该河段上起前江口下至新开沟, 全长约25.12 km。近百年来, 河段内河势无大变化。但2002年卫星图像显示, 枞阳铁铜洲右侧的主汊内, 已淤积形成2个新沙洲, 其中一个的洲头长约3 km、宽约1 km, 洲尾长约1.5 km、宽约0.6 km。另外, 在铁铜洲左汊江出口处的方家墩至大砥含一带的岸带, 也淤积成一个长约4 km的岸滩, 向主汊扩展最宽处已达0.5 km。
(8)新开沟— 下江口(贵池河段)。贵池河段上自新开沟, 下迄下江口, 全长22.5 km, 为一首尾束窄中间宽的多汊型河道, 首尾束窄处河宽约1.5 km, 最大展宽段达9.0 km。20世纪70年代, 河段内乌落洲出水, 20世纪80年代初, 乌落洲与凤凰洲头及右岸的浅滩淤积连为一体, 淤高在50年代的基础上, 上升12.44 m。近期卫星图像显示, 凤凰洲洲头(乌落洲)已上提3 km、最宽处达2 km。另外, 长沙洲右缘边滩已向南淤宽0.6 km、长约5 km; 左侧的新生洲也有向右缘淤长之势, 而三百丈至殷家沟岸滩自20世纪80年代开始, 产生淤积, 现已向南淤宽0.5 km、长度达5 km。与此同时, 汊江内又有一面积约0.2 km2的新沙洲在形成。
(9)下江口— 羊山矶(大通河段)。大通河段上起下江口, 下迄羊山矶, 全长21.3 km, 为首尾束窄、中段以下逐渐放宽的微弯分汊型河道。首尾河宽分别为 1.8 km和 1.1 km, 最大展宽处为3. 7 km。近期卫星图像显示, 河段内淤积趋势较明显, 主要表现在和悦洲上游的小铁板洲的洲头已上提约2.5 km, 洲右缘向南侧淤长了约0.6 km。
(10)羊山矶— 获港(铜陵河段)。该河段上起羊山矶, 下迄获港镇, 全长55 km, 为首尾窄深单一、中间向左展宽的鹅头型多分汊河道。受20世纪90年代连续3 a大洪水的影响, 成德洲右缘淤长2 km、淤宽最大达250 m; 而洲的左缘中下部边滩, 自20世纪60年代后又淤长出一个新生洲, 现洲长近6 km, 最宽处已近700 m, 由于淤积, 已使成德洲洲头上提1.7 km。早在20世纪50年代, 在成德洲洲尾右缘下方, 已有一个沙洲出水, 后不断淤长扩大, 现已独立为一个新沙洲。河段以下, 在太白洲和太阳洲之间, 由于1992年堵汊, 不但使太白洲左侧汊江逐渐淤浅, 而且使铜陵沙不断向北淤长。另外, 太阳洲洲尾的隆兴洲岸滩也在向主泓方向淤长。
(11)荻港镇— 三山河河口(黑沙洲河段)。该河段上自荻港镇, 下至三山河口, 全长33.23 km。据卫星图像显示, 天然洲因淤积, 左缘正在向北淤长, 宽度达2.5 km, 洲头上提500 m。遥感图像解译及野外调查证实, 无为县白茆镇的三垄, 1964年发生大窝崩后用抛石、沉柳等措施治理, 现在, 在原窝崩处, 在沿岸带已淤积长约11 km, 宽750 m的浅滩。另外, 野外调查发现, 在复兴— 姚王庙一带的岸滩, 也已淤积长约12.5 km, 宽约700 m的浅滩。
(12)三山河口— 东、西梁山(芜湖河段)。该河段上起三山河口下至东、西梁山, 全长43 km。淤积主要表现在繁昌县小洲至芜湖的澛港, 岸滩淤积不断向北扩展, 现宽度至少有1.5 km左右, 淤滩高程已高出平水期江水位约0.3~0.5 m左右。三山河口的江段内, 原鲫鱼虾洲在1986年消失后, 在其右缘下方现已淤长成一个新的潜洲, 高程已达3.9 m, 面积达3.5 km2, 洲尾有向下游淤长之势。其下游则在芜湖市北的曹姑洲, 受四福山回流影响, 在曹姑洲东侧已淤长了一处长约1 km、宽约500 m新沙洲。另外, 芜湖市的一些工程, 如长江大桥和火车轮渡码头, 对下游岸带也产生了一些窄条状的淤积带。
(13)东西梁山— 慈姆山(马鞍山河段)。该河段上起芜湖河段, 下接铜井, 上下两端分别有东西梁山及慈姆山、斗山两组控制节点, 全长36 km, 为两端束窄、中间展宽的顺直分汊型河段。段内主要淤积点有两处, 其一在马鞍山市的港口一带, 由于小黄洲洲头下挫, 主汊和支汊分流比改变, 造成马鞍山薛家凹至电厂一线的岸滩形成一淤积浅滩, 现浅滩长约3 km、宽约400~500 m, 港口码头不能再使用; 其二是小黄洲尾至下游新生洲洲头(江苏境内), 由于小黄洲尾下挫和新生洲洲头上提, 在两洲之间已淤积成一条5 m宽的沙埂, 导致马— 和轮渡在运营时不得不深挖河槽或绕道行驶。
长江安徽段泥沙淤积现状遥感解译结果如图1所示。
 | 图1 长江安徽段泥沙淤积现状遥感解译结果 |
2 泥沙淤积厚度的推算
根据马鞍山、铜陵、安庆及繁昌等处河槽断面水下地形图资料, 采用平滩河槽断面地形对比法计算出湖口— 马鞍山段1966~1998年间泥沙冲淤平均厚度约为59.07 cm, 淤积速率为1.79 cm/a。需要说明的是, 这一速率只是粗略计算, 并不能完全代表全河段的淤积情况。
3 湖泊泥砂淤积及围垦现状遥感监测
长江安徽段沿江湖泊主要有铜陵以西的6大湖区和马鞍山、宣城市的石臼湖、南漪湖等。分布在长江北岸的有华阳湖群 (包括龙感湖、大官湖、黄湖、泊湖等)、武昌湖(包括青草湖)、菜子湖(包括白兔湖、嬉子湖、破岗湖、石塘湖)、白荡湖及陈瑶湖(包括枫沙湖、竹丝湖)等5大湖区; 长江南岸的有黄湓湖区(包括升金湖、大青湖、七里湖等) 、石臼湖及南漪湖。湖面较为广阔, 水生资源丰富, 历来都是安徽省的重要水产基地之一。
3.1 湖泊特征
长江安徽段湖泊在地理位置上, 绝大多数依山面江, 处于山前冲洪积倾斜平原与沿江近代冲积平原的交接部位。入湖河流都在靠山一侧, 沟谷纵横, 湖湾水汊交织, 岸线曲折, 形如马蹄状, 而临江的湖岸, 由于在人类长期经济活动和江水反复冲淤作用下, 已有相当多的天然湖岸改造成了人工湖岸, 岸坡较陡, 岸线顺直或浑园。
长江两岸湖泊多具水体浅、湖岸平坦、滩涂沼泽多的特点, 平均水深不足2 m, 有些地段仅1 m左右, 均属于浅水湖泊。湖泊滩地主要分布于入湖河流的河口, 每年洪水季节, 由于上游水土流失严重, 携带泥沙在入湖河口处迅速淤积, 泥沙不断淤积, 湖滩地逐年扩大, 水面不断缩小, 其中尤以菜子湖群最为突出。长江安徽段湖泊基本特征如表1所示。
 | 表1 长江安徽段湖泊特征 |
3.2 湖泊围垦现状
据不同时期的遥感图像显示, 长江安徽段的湖泊从20世纪50年代开始, 就进行过大规模的围垦, 原先的大湖变成了小湖, 许多小湖现已不复存在(如巢湖南面的白湖)。武昌湖、菜子湖、白荡湖、石臼湖及南漪湖等均有不同程度的围垦。由于淤积及人为围垦, 大大降低了湖泊的拦洪调蓄功能。卫星图像也清晰地显示, 每年上游水土流失, 入湖河流携带的大量泥沙在河口处淤积, 造成汛期湖泊泄洪严重受阻, 水生植物受到破坏, 湖水受到污染。20世纪50年代航片和近期卫星图像所显示的长江安徽段湖泊围垦特征如表2所示。
| 表2 长江安徽段湖泊围垦特征① |
3.3 湖泊围垦所带来的危害
(1)破坏涉离动物栖息。表2显示, 20世纪50~90年代沿江湖泊围垦已达1 302.53 km2, 占原湖泊总面积的46.49%, 少数湖泊几乎全部开垦为农田, 如庐江的白湖原面积为152.0 km2, 经围垦后改为白湖农场; 当涂的丹阳湖原面积为29.33 km2, 现也几乎荡然无存。湖泊围垦首先是湖泊沼泽和滩涂遭到破坏, 而这些地方原本是涉禽动物的重要栖息地, 造成涉禽动物远离他乡。同时, 围垦后农业生产直接导致湿地野生植物数量的减少和野生动物栖息环境的破坏, 部分湖泊经历围湖造田和退田还湖的变迁。还湖后, 湖水面积虽然有所恢复, 但湿地生态系统已发生了不可逆转的变化, 湿地植被已面目全非, 极大地影响了动物的栖息和繁衍。另外, 由于原来湿地丰富的沼泽植被和水域植被被单一的农作物所取代, 食物链结构简单化, 生态系统趋于脆弱。
(2)拦洪调蓄功能下降。湖泊围垦降低了湖泊的蓄积能力, 导致水文状况发生变化。由于围垦, 尤其是入湖河口泥砂沉积区的围垦, 使洪水不能顺利下泄, 造成河床普遍淤高, 如发源于大别山流入菜子湖的大沙河和皖河, 出山口以后部分河段的河底均高于两岸地面1~2 m, 成为地上悬河。又如入南漪湖的水阳江、郎川河也都淤积严重, 迫使湖泊蓄水量减少0.5~0.8亿m3。由于沿江湖泊的人为围垦, 汛期调节径流拦蓄功能的作用减小, 从而使长江汛期洪水位抬高, 高水位持续时间长, 河床淤积速度加快, 洪水对江堤的威胁越来越严重。
(3)加速湖泊的消亡和污染。自然界的湖泊, 有其自身发生、发展、衰老和消亡的必然过程。在湖泊形成的初始阶段, 水体中的营养物质甚少, 但随着湖泊水体不断与外界环境进行物质交换, 从湖体外部输入的营养物质, 除部分被水生植物吸收和湖水流出带走外, 剩余部分就积蓄于湖泊水域中, 使水域中营养物质浓度逐渐升高, 水质变“ 肥” 。一般情况下, 湖泊由贫营养→ 中营养→ 富营养的自然过程极其缓慢, 而以人类活动造成的湖泊富营养化则进程迅速, 经几十年甚至几年就可完成。化肥农药和除草剂的使用, 在带来农业丰收的同时, 也使农业污染越来越严重。由于农业污染面源通常缺少林地的净化, 污染物质随流水直接注入湖泊, 导致湖泊富营养化加剧。
与此同时, 严重的水土流失也直接导致湖泊的萎缩和湖床、河床的抬高, 并导致洪水泛滥。安徽长江段两岸原来林木葱茏, 绿草如茵, 可是到20世纪80年代末, 因滥伐森林、毁林开荒, 生态环境急剧恶化, 水土流失严重。潜水、皖河等主要长江支流, 泊湖、武昌湖及升金湖等主要沿江湖泊, 河床和湖底均抬高1 m以上, 40多年来, 南漪湖的泥沙总量达330万m3。泥沙淤积加快了湖泊沼泽化进程, 沼泽化进程的结果又使挺水植物区向浮水和沉水植物区延伸, 并招致人类围垦活动的加剧。
4 保护措施及建议
(1)实施湖泊湿地恢复与重建工程。长期以来, 由于长江安徽段湖泊与湿地资源遭到围垦等人为的破坏性开发利用, 致使许多湖泊湿地生态系统丧失其固有的结构与功能, 因此有必要采取生物技术、工程技术和各种综合措施, 减缓人为因素所造成的湖泊湿地退化, 尽可能地恢复与重建已被破坏的湖泊湿地生态系统, 使其重新发挥其社会、经济和生态效益。这项工作已成为安徽湖泊湿地保护工作的当务之急。本着统筹规划、先急后缓、以点带面的原则, 此项工作已经率先建立了若干湖泊湿地恢复与重建示范工程, 如菜子湖与陈瑶湖湿地生态恢复示范工程、华阳湖群退田还湖示范工程以及巢湖富营养化治理示范工程等。
(2)恢复植被, 控制水土流失。长江安徽段周边山地和丘陵区的森林资源自1949年后曾遭到4次大规模破坏, 每一次乱砍滥伐都使水土流失面积急剧增加。为了有效保护安徽湖泊湿地生态环境, 应在安徽境内实施天然林保护、退耕还林和植树造林三大生态建设工程, 进一步提高森林覆盖率; 25° 以上的坡耕地应全部退耕还林还草; 要在大型湖泊和水库四周兴建防护林带, 尤其是丘陵平原区湖泊和水库的四周。
(3)优化湖泊湿地植被组成。通过人工方法改变湖泊湿地植物种类组成及其丰富度。如枞阳县陈瑶湖浮水植物(芡实群落)占该湖面积的95%以上, 覆盖度达95%以上, 严重制约着沉水植物的生长, 如果任其发展, 将进一步加速湖泊沼泽化进程。因此, 要通过人工方法清除部分芡实或投放一些草食性鱼类, 以恢复沉水植物的生长。
The authors have declared that no competing interests exist.