地理学报
ACTA GEOGRAPHICA SINICA
第70卷第5期2015年5月
V ol.70,No.5May,2015
江丰1,2，齐述华1,2，廖富强1,2，张秀秀2，王点2，朱静瑄2，熊梦雅2
（1.江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室，南昌330022；
2.江西师范大学地理与环境学院，南昌330022）
摘要：在长江主河道采砂行为于2000年全面禁止之后，受中国长江中下游房产建筑行业的砂石需求的驱动，大量采砂船转移到鄱阳湖采砂，这种规模化的采砂行为对鄱阳湖的水文环境产生的影响还缺乏定量研究。本研究通过利用地形数据、水文数据和卫星遥感数据，分析了鄱阳湖2001-2010年的采砂场的空间分布和采砂量，定量分析了采砂行为对鄱阳湖水文和泥沙的影响。研究结果表明：①2001-2007年鄱 阳湖采砂船主要集中于松门山以北的通江河道，2007年以后采砂行为扩张到鄱阳湖中部；②2001-2010年间，鄱阳湖采砂面积范围大约为260.4km 2，挖沙平均深度4.95m ，采砂量达到1.29×109m 3或2154Mt ，体积上相当于使鄱阳湖库容增加了6.5%，重量上相当于1955-2010年以来鄱阳湖自然沉积量的6.5倍；③鄱阳湖采砂通过扩大通江河道的过水断面面积，加快了湖水注入长江速率，是引起近年来鄱阳湖秋冬季枯水期提前、枯水期延长的主要原因之一；④鄱阳湖采砂过程中通过挖沙、洗沙使沙场附近的水体含沙量增加、水体透明度降低，从而影响长江河道的泥沙平衡。关键词：采砂；水文效应；泥沙效应；鄱阳湖DOI:10.11821/dlxb201505014
1引言
受房产建筑行业的需求驱动，在河道、湖泊、港口及沿海地区的采砂行为在世界范围都很普遍。近年来中国房产行业的繁荣使采砂行业利润相当丰厚。然而采砂行为对水文与环境都会带来显著的影响[1]，包括水深、水流场、水体透明度、浑浊度等[2~5]。采砂行为导致的湖泊形态的变化，一方面增加湖盆的库容，另一方面通过扩大过水断面面积，促进湖盆泄流速率，从而改变湖泊的水文特征。
随着2000年长江主河道采砂行为的全面禁止，大量采砂船进入鄱阳湖开展采砂活动，这些活动引起生态学家广泛关注，比如Wu 等[6]利用Landsat 卫星的TM 传感器获取的中红外波段黑白影像提取采砂船的空间分布，并利用MODIS 数据分析采砂行为对鄱阳湖水体透明度的影响；De Leeuw 等[7]根据遥感提取采砂船移动情况，计算鄱阳湖2005-2006
收稿日期：2015-03-11；修订日期：2015-04-03
基金项目：国家自然科学基金项目(41261069)；江西省重大生态安全问题监控协同创新中心资助项目(JXS-EW-00)；鄱
阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室主任开放基金项目(TK2013001)；江西省教育厅科学技术研究重点项目(14241)[Foundation:National Natural Science Foundation of China,No.41261069;Collaborative Innovation Center for Major Ecological Security Issues of Jiangxi Province and Monitoring Implementation,No.JXS-EW-00;Opening Fund from Key Laboratory of Poyang Lake Wetland and Watershed Research [Jiangxi Normal University],Ministry of Education,No.TK2013001;Key project from Educational Department of Jiangxi Province,No.14241]
作者简介：江丰(1980-)，女，江西萍乡人，硕士，讲师，主要从事鄱阳湖湿地生态水文研究。E-mail:Fengjiang2007@163 通讯作者：齐述华(1973-)，男，江西婺源人，博士，教授，主要从事生态环境遥感应用研究。E-mail:qishuhua11@163
837-845页
地理学报70卷
年的采砂规模；陈前金[8]根据船（港）务部门的统计，分析了2005-2007年在鄱阳湖的采砂规模，但是采砂行为对鄱阳湖的水文环境产生的影响还缺乏研究。
本文拟通过利用地形数据、水文数据和卫星遥感数据等，在提取采砂船的空间分布基础上，根据湖底地形的变化和采砂船分布，定量分析了鄱阳湖2001-2010年采砂量，并研究了采砂行为对鄱阳湖水文和泥沙的影响，为鄱阳湖管理提供参考。吸收二氧化硫
2研究区概况
鄱阳湖位于长江中下游南岸，是长江中下游最主要的蓄洪湖泊之一。鄱阳湖承接流域内赣江、抚河、信江、饶河、修水等五大江河及清丰山溪、博阳河、漳田河、潼津河等区间来水，经调蓄后由湖口注入长江，是一个过水性、吞吐型的湖泊。据1955-2005年水文数据统计，经由鄱阳湖流域内五大江河来水携入鄱阳湖的泥沙量每年平均为1.33×107t [9]，而经由湖口进入长江的泥沙量平均每年为1.02×107t ，长期以来的鄱阳湖泥沙净沉积为近年来采砂行为提供丰富的砂石资源。
贝克曼梁法2000年，随着长江主河道采砂禁令的发布，大量采砂船涌入鄱阳湖和赣江，形成鄱阳湖砂石资源无序开采的局面。经过10多年的规模化采砂，鄱阳湖
湖床和入江河道形态发生显著地变化。
近年来发生的鄱阳湖秋冬季干旱化趋势
薯片加工设备引起广泛的关注，有研究将这种变化归
因于气候变化[10-11]，更多的研究认为跟三峡水库的运行有关[12-14]。目前，只有少数研究认为这种水文变化与鄱阳湖中的采砂行为有关[15]。为了探讨鄱阳湖中采砂行为的水文泥沙效应，本文研究区范围与鄱阳湖天然湿地范围一致[16]。
3数据与方法
3.1水文数据与采砂行为的水文泥沙效应分析
本研究收集了1950s-2010年鄱阳湖流域五大江河（赣江、抚河、信江、饶河和修水）入湖的主要水文控制站点监测的流量和含沙量日数据，有部分站点数据由于历史原因存在残缺，这些数据由残缺期近期的水位—流量关系、流量—含沙量关系推算补充，表1列出各站点的水文数据获取情况，这些水文数据用以计算1955年以来各年份的泥沙沉积速率，以对比采砂量的规模；同时1955-2010年湖口水文站观测的流量、含沙量日数据以及星子水位站观测水位日数据，用来定量评价采砂行为的水文和泥沙效应。
通过考察不同历史时期，鄱阳湖枯水期（9-12月）
湖口水文站观测的出湖流量与星
图1鄱阳湖流域水网和鄱阳湖水文控制站Figure 1The hydrological system and controlling
stations around Poyang Lake
838
5期江丰等：2001-2010年鄱阳湖采砂规模及其水文泥沙效应子水位站观测的水位关系的变化，反映采
砂行为对鄱阳湖水文特征的影响，探讨采砂行为是否与近年来的秋冬季干旱存在联系；此外根据湖口水文站监测的含沙量变化特征，评价采砂行为对鄱阳湖泥沙平衡的影响。3.2地形数据与湖床形态变化分析
研究中采用了1952年和2010年获取的两套数字高程模型（DEM ），其中1952年的湖底地形由长江水利委员会工程局施测，制作比例尺为1:2.5万，该数据包含全部等高线、等深线、控制点、高程点、深度点，以及静止水体范围线、河流等地形特征要素，数字化形成矢量地形图，等高线间距是1m ，高程系统为吴淞基面；2010年的湖底地形由江西省测绘地理信息局组织施测，制图比例尺为1:1万，等高线间距是1m 。在ArcGIS 软件平台支持下，空间内插生成30m×30m 栅格DEM ，并利用空间叠加分析，计算鄱阳湖湖床高程变化和挖沙体积，作为采砂范围分析工作的基础。尽管这两个来源的湖底地形图比例尺不同，由于等高线间距都是1m ，通过空间内插形成的栅格图相减计算的湖床形态变化，引起的误差小于1m 。
3.3Landsat 卫星遥感数据与采砂船分布的分析
采砂活动在鄱阳湖盛行初期，丰水期采砂行为更多，枯水期受低水位影响，大吨位采砂船难以通行，采砂活动受限，考虑到这种情况，本文选择2000-2010年丰水期Landsat 卫星遥感影像各1幅（表2），用于2001-2010年各年度采砂船数量和空间分布的
表2
采用的2000-2012年Landsat 影像成像日期及相应的水位
Tab.2The remotely sensed images used for counting sand vessels or evaluating morphologic change in lakebed
编号
12345678910111213
影像获取日期(YYYY-MM-DD)
2000-08-222001-06-302002-09-292003-08-072004-06-222005-08-122006-06-122007-08-022008-05-162009-06-042010-07-252009-02-121993-01-31
卫星/传感器名称Landsat7/ETM+Landsat5/TM Landsat7/ETM+Landsat7/ETM+Landsat5/TM Landsat5/TM Landsat5/TM Landsat5/TM Landsat5/TM Landsat5/TM Landsat5/TM Landsat5/TM Landsat5/TM
湖口水文站(m)
13.6315.0212.3714.8313.5513.8014.3415.9810.7313.3717.995.686.68
用途a a a a a a a a a a a b b
注：a ：采砂船的提取；b ：采砂引起的湖床形态变化分析。
强氧化剂
表1
鄱阳湖入湖主要水文控制站及其观测的水文数据资料情况
Tab.1The hydrological controlling stations around Poyang Lake and the hydrological dataset from these stations 水文站名称外洲李家渡梅港石镇街虎山渡峰坑虬津万家埠湖口
所处河流赣江抚河信江
乐安河，饶河的支流昌江，饶河的支流修河干流
潦河，修河的支流鄱阳湖通江河道
控制面积(×104km 2)
8.121.581.550.940.650.50
0.991.4816.22
平均水流量(×109yr −1)
66.87812.37717.466
7.3604.5258.5183.424146.139嘌呤霉素筛选浓度
流量、含沙量数据年份
1955-20131955-20131952-20131953-20012002-20131953-20131956-19801983-20011955-20131955-2013
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地理学报70卷遥感提取；另外选择两幅具有近似枯水位的遥感影像，成像时间分别是1993年和2009年，通过这两幅影像的对比，反映采砂对湖床的影响。所有这些影像利用鄱阳湖区1:5万的DEM数据，通过最近邻采样算法，生成UTM投影的正射影像。
由于在采砂作业过程中，挖沙和洗沙等生产行为会导致作业区附近水体浑浊度显著提高，利用波段5
、4和1的RGB彩合成可以确定浑浊水体范围，然后在浑浊水体附近，利用中红外波段的黑白影像判别采砂船的位置[6]，以点图层保存每个影像反映的采砂船位置。尽管在采砂生产链中有专门负责挖沙、运沙的船只，从30m空间分辨率Landsat卫星遥感影像难以区分，但本文认为挖沙和运沙的船比例在不同的时间是相似的，因此卫星遥感影像提取的采砂作业船只的数量在一定程度上能够反映采砂规模。
4结果与讨论
4.1采砂船时空分布特征
根据鄱阳湖丰水期获取的Landsat影像中红外波段提取2000-2010年采砂船分布情况如图2。从图2可以看出：2000年在鄱阳湖的通江河道只有9艘采砂船，但是2001年采砂
船数量显著增加，而且2006年以前采砂船主要集中在松门山以北的通江河道作业，
2007
图22000-2010年鄱阳湖采砂船空间分布
Fig.2Distribution of dredging vessels detected from Landsat image during2000-2010(the red dot is sand vessel)
(Note:The red dot was used as legend for vessel.)
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5期江丰等：2001-2010年鄱阳湖采砂规模及其水文泥沙效应年采砂船作业范围显著南移，采砂区
域扩大，这与崔丽娟等[17]的研究结果一致；从采砂船数量来看（图3），2007年之前采砂船数量增加趋势明显，受江西省政府2006年颁布实施《江西省河道采砂管理办法》和2008年颁布实施《关于进一步加强赣江中下游及鄱阳湖采砂管理的意见》等条例的影响，采砂船的数量在2008年和2009年显著减少。但是受采砂行业高利润的驱动下，盗采现象普遍，
采砂船数量在2010年有所增加。
4.21952-2010年鄱阳湖的湖床形态
变化
印花交联剂利用1952年和2010年湖底DEM 的差值叠加运算，可以得到近50多年来的湖床形态变化（图4）。这些变化可以反映1952-2010年间上游主要江河的泥沙自然沉积和长期人类活动的综合影响。从图4可以看出：①泥沙自然沉积主要发生在赣江三角洲前沿的河湖交错地带；②受强冬季风和地形条件影响形成的“狭管效应”影响[18]，冬季低枯水位下的鄱阳湖湖床裸露，导致松门山附近风沙沉积为特征的地形变化显著；③鄱阳湖北部的通江河道表现出明显的人为挖沙侵蚀特征，大量区域的湖底高程降低10m 以上；④而位于一些子湖泊周边的湖床地形降低，主要是由于历史上，特别是20世纪70年代圩堤修建过程中的土方挖掘造成[19]。
根据2001和2009年枯水期的卫星遥感数据的彩合成影像对比（图5），可以看出鄱阳湖的主要采砂场分
布，采沙场在枯水期的湖泊形态变化
体现为：①湖床高程显著降低；②水
陆边界不平滑，呈现锯齿状湖岸线；③水面显著加宽。4.3采砂规模及空间分布
由图4可以看出，采砂深度显著大于湖泊自然沉积，因此在估算采砂规模中，忽略采砂区域自然沉积
引起的高程变化。另外，由于围湖造田为主的圩堤修建也引起部分区域的地形显著降低，所以需要结合采砂船的空间分布，确定采砂范围（图6）
。由此确定
图32000-2012年采砂船数量的变化情况
Fig.3Number of dredging vessels in Poyang Lake during 2000-
2012
图41952-2010年间鄱阳湖湖床形态变化
Fig.4The spatial pattern of elevation change during 1952-2010
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