2015—2020年武汉市...面积变化特征和规划应对探索_肖映辉.pdf

第 48 卷第 2 期2023 年 4 月Vol.48 No.2Apr.2023测绘地理信息Journal of Geomatics20152020年武汉市湖泊面积变化特征和规划应对探索肖映辉1，2 王俊琰1，2 詹庆明1，21 武汉大学城市设计学院，湖北 武汉，4300722 武汉大学数字城市研究中心，湖北 武汉，430072Exploration on the Characteristics of Lake Area Variations in Wuhan and Planning Response from 2015 to 2020XIAOYinghui1，2 WANGJunyan1，2 ZHANQingming1，21 School of Urban Design，Wuhan University，Wuhan 430072，China2 Research Centre for Digital City，Wuhan University，Wuhan 430072，China摘要：采用武汉市 2015 年和 2020 年遥感影像提取水体及建成区边界，研究了湖泊面积变化强度与建成区距离的相关性.并通过对面积变化强度较大的湖泊周边开发建设的特征分析，提出相应的规划应对策略，研究的主要结论：武汉市域范围内的大多数湖泊在研究时限内发生了不同程度的收缩，收缩幅度存在空间异质性；距离建成区近的湖泊收缩强度大；湖泊周边道路交通设施增加、可达性提高，带来人类活动强度和建设速度增加，是湖泊收缩的主要因素。关键词：城市湖泊；湖泊保护；遥感监测；兴趣点（point of interest，POI）中图分类号：P208文献标志码：AAbstract：This article uses remote sensing images of Wuhan from 2015 to 2020 to extract the water vector and the boundary of Urban built-up area，and studies the correlation between the variation of lake area and the distance between the boundary line of Urban built-up area and the lake.Through the analysis of the characteristics of the construction and development of the lake area with strong area change intensity，the corresponding planning response is put forward.The study finally reaches the following conclusions：The vast majority of lakes in Wuhan experienced varying degrees of area shrinkage during the study period.There is spatial heterogeneity in the shrinkage of individual lake areas.Lakes close to built-up areas have high shrinkage intensity.The increase of road traffic facilities and the improvement of accessibility in the lake area have increased the intensity of human activities and construction activities，which is the major factor in lake shrinkage.Key words：urban lakes；lake protection；remote sensing monitoring；POI（point of interest）武汉市以“百湖之市”出名，是全国第二批水生态文明建设试点城市之一。武汉市城镇化速度迅猛，湖泊面积变化显著，一直作为学界研究城市水体的重点地区1。早期对于武汉市湖泊的研究因受数据来源的限制处于初步探索阶段2，3；随着遥感技术广泛引进到规划领域，其在研究湖泊形态面积、生态环境等方面得到了广泛运用4-6，武汉市湖泊水体的研究也有所突破7-9。有学者基于湖泊面积景观的变化规律，从政策、经济、法律、公众认知等角度，分析了武汉市湖泊面积变化的社会原因10，11；马建威等12则是通过长时序监测武汉市湖泊面积和对应时期的气象资料、社会经济数据等，提出人地矛盾是造成武汉市湖泊面积萎缩的重要原因。除了定性研究外，也有学者从定量角度挖掘了城市发展程度与湖泊面积减少的相关关系13-14。目前，大量研究指明了人类活动是造成湖泊面积减少的最主要原因，但是重点关注了湖泊的历史问题，缺少了对当下问题的探讨。近年来，武汉市夏季气候异常，接连暴雨后常出现城市内涝，严重时造成重大经济损失，严峻的现实问题给武汉市湖泊保护工作提出了新要求。因此，本文以遥感影像数据为基础，研究现阶段武汉市的湖泊面积变化规律，并根据研究结果，提出武汉市湖泊保护工作的规划对策。DOI：10.14188/j.2095-6045.2022216文章编号：2095-6045（2023）02-0092-05引用格式：肖映辉，王俊琰，詹庆明.20152020 年武汉市湖泊面积变化特征和规划应对探索 J.测绘地理信息，2023，48（2）：92-96（XIAO Yinghui，WANG Junyan，ZHAN Qingming.Exploration on the Characteristics of Lake Area Variations in Wuhan and Planning Response from 2015 to 2020 J.Journal of Geomatics，2023，48（2）：92-96）基金项目：国家自然科学基金（52078389）；中国工程院湖北工作站项目（HB2019B14）。第 48 卷第 2 期肖映辉等：2015-2020年武汉市湖泊面积变化特征和规划应对探索1 研究区域武汉地处江汉平原东部、长江中游，是全国重要的工业基地、科教基地和交通枢纽，全市国土面积为8 569.15 km2，2020年末常住人口 1 232.65万人，平均人口密度高达 1 438.5 人/km2。武汉市内江河纵横、湖港交织，武汉市湖泊保护条例 共收录现存湖泊 166个，总面积占全市国土面积的 8.78%，其中收录于重点保护名录中的湖泊共 58 个15。本文的研究对象为重点保护名录中的 54个湖泊，其余 4个水库型湖泊由于其功能的特殊性，其储水量受人为干预，面积变化规律不符合本次研究的条件。2 数据获取和处理2.1数据获取武汉市 2002 年出台了第一部 湖泊保护条例（下文简称 条例），2005年颁布了 武汉市湖泊保护条例实施细则，2010年通过 武汉市湖泊政治管理办法，2012年通过实施了 武汉市中心城区湖泊“三线一路”保护规划，以及 2015年后对该规划的完整补充等。因此，从 20世纪末到 21世纪 20年代以来，武汉市的湖泊面积变化呈现出先急剧减少后缓慢减少再趋于平稳的规律，而其转折点大约在 21 世纪初16-18。可见，武汉市通过立法手段对全市湖泊进行保护，取得了明显成效。本研究获取 2015 年、2020 年枯水期云量低于5%的武汉市域 Landsat遥感影像作为主要数据源，并同时获取公开的武汉市域范围矢量数据、总体规划和湖泊规划资料以及高德开放平台提供的武汉市域 2015 年 和 2020 年 的 兴 趣 点（point of interest，POI）数据。2.2数据处理对获取的遥感影像数据进行镶嵌剪裁19、辐射定标20、大气校正、几何校正等处理，并对 POI数据进行重分类工作。由高德开放平台获取的 POI数据一共有 23大类，本研究根据需要对 POI数据进行了重分类，将 23大类根据其对应中类的功能进行合并和拆分，重分为居住工业类、商业服务业设施类、公共管理与公共服务设施类、道路与交通设施类、绿地与广场、农业生产园区等 7大类。2.3 遥感影像分类本文参考国家标准和已有的相关研究21，将土地覆被类型分为建设用地、植被、农用地、水体、未利用地 5 大类，每类选取约 2 0003 000 个样本点，采用决策树分类法22进行分类，为了更精确地提取到水体特征，还同时计算了增强归一化差分水体指数（modified normalized difference water index，MNDWI）、归 一 化 差 分 建 筑 指 数（normalized difference built-up index，NDBI）以 及 归 一 化 差 分 植 被 指 数（normalized difference vegatation index，NDVI），投入分类器中用以加强水体的特征，经过统计，最终的分类结果分类精度都在 90%以上，Kappa 系数均大于0.9。在遥感影像分类结果的基础上，单独提取水体EVF 文件，转换为矢量数据进行二次修绘。参考多要素综合判定法23，提取建成区边界。同时为保证建成区矢量的完整性，本文根据两江沿岸的建成情况，以最近的跨江大桥为界，将部分两江水域划入建成区范围。3 研究结果3.1水体矢量和建成区边界提取基于遥感影像分类的结果，提取了 2015年的武汉市建成区，以及 2015 年和 2020 年全市 54 个重点湖泊的矢量数据。提取的结果如图 1 所示，两期湖泊面积变化情况如表 1 所示，湖泊与边界线距离及面积变化强度如表 2所示，各区域划分如表 3所示，典型湖泊的特征分析数据如表 4所示。由表 1可知，5年间，54个研究湖泊的总面积由67 754 hm2减少到了 63 495 hm2，总水面积减少了约4 259 hm2，整体萎缩率约 6.3%，大多数湖泊面积发生了不同程度的萎缩，湖泊面积变化个体差异较大，其 中 面 积 萎 缩 最 严 重 的 童 家 湖，萎 缩 率 达 到26.05%，同时也有部分湖泊面积几乎没有损失，个别湖泊如黄潭湖、柴泊湖、墨家湖、姚子海等面积产生少量增长。图 1武汉市湖泊矢量和建成区边界Fig.1 Lake Vector and the Boundary of Built-Up Area93测绘地理信息2023 年 4 月3.2湖泊面积变化强度特征与区域划分由表 1 可知，位于中心城区的湖泊和非常偏远的湖泊其面积变化率普遍较低，而处于二者之间的湖泊面积变化率相对较高。为了探索其中的相关性，分别使用湖泊面积变化强度指数 C 和湖泊与城表 2各湖泊与边界线距离及面积变化强度表Tab.2Distance and Area Change Intensity湖泊名王家涉西湖陶家大湖严东湖桐湖武湖严西湖后石湖万家湖小奓湖西北湖七湖鲁湖张毕湖马家湖三角湖安仁湖许家赛烂泥湖南太子湖后官湖沉湖梁子湖朱山湖金银湖月湖东湖青菱湖汤湖青山北湖斧头湖豹澥湖墨水湖沙湖团墩湖北太子湖野芷湖涨渡湖南湖黄家湖张家大湖野湖后湖汤逊湖黄潭湖柴伯湖杜工湖官莲湖童家湖什子湖墨家湖任凯湖龙阳湖姚子海C3.1153.7283.3593.3423.2672.9832.9682.7432.6112.4922.1352.3151.5411.4853.0881.4201.3922.0351.3211.2041.1591.1201.0842.0342.2951.0430.9730.9000.7930.7890.7720.9070.5780.5391.6700.3611.1690.2890.