天津滨海新区自然资源时空变化及管理

徐帅，李秀梅，张人愉，荆帅军，刘宪斌

（天津科技大学海洋科学与工程学院 天津市 300457）

自然资源是一切人类社会活动所必需的物质基础和保障。而当今社会人类面临着严重的资源枯竭和不合理开发利用等一系列问题，从而引发各种危机，影响人们正常的生活[1]。因此，对自然资源的研究和有效管理，有利于人类物质资料的可持续利用及社会和谐文明进步。长期以来，人们对自然资源分类定义不统一，而且由于其空间分布零散，极易受自然和人为因素的影响，统计所需的周期长，这使得传统的测量统计方法无法快速准确地跟踪监控，更不能提供实时有效动态信息。

近年来，随着遥感技术的不断成熟[2]和Web GIS 的飞速发展[3]，使自然资源的快速准确地观测统计和数据信息共享成为可能，并且为研究其时空变化规律及趋向、科学规划及决策提供了方便[4]。然而，基于RS 与GIS 对一定区域内自然资源的统计分析管理，很少有学者研究。本文借助RS和GIS 技术，通过定性和定量相结合的方法，分析近15年来天津滨海新区自然资源的时空变化特征，并利用基于Flex 的富客户端的WebGIS技术，实现自然资源专题地图信息的动态共享和管理，为该区域的可持续发展提供有效的参考依据。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

天津滨海新区，地理坐标：北纬38°40′至39°00′，东经117°20′至118°00′，地处华北平原北部，位于山东半岛与辽东半岛交汇点上、海河流域下游、天津市中心区的东面，渤海湾顶端，濒临渤海。拥有海岸线153 km，陆域面积2 270 km2，海域面积3 000 km2，包括原塘沽、汉沽和大港3个行政区以及东丽区、津南区的部分区域[5]（图1）。

该区自然条件得天独厚，拥有丰富的自然资源：植被、湖泊河流、滩涂、沼泽、耕地、盐田、海洋、地热[6]和未利用地等资源。近期，新区以建设资源节约型、环境友好型城市发展模式和生态城市为战略目标，被国家“十一五”规划纳入全国总体发展战略布局[7]，“十二五”期间又被确定建立为自贸区。因此，自然资源的统计分析及其管理，对该区显得尤其重要。

图1 天津滨海新区地图

1.2 数据处理及方法

本研究采用的数据源为2000年、2005年和2010年的Landsat5 TMETM 三景遥感影像，2014年Landsat8 OLI 一景遥感影像以及天津滨海新区1：50000 地形图。首先，对该研究区进行野外现场调查，依据研究区自然资源属性特征及其资源分类的标准[8]，确定滨海新区9 类自然资源：植被、湖泊河流、滩涂、沼泽、耕地、盐田、海洋、地热和未利用地。然后，将四景遥感影像中对比度较差的影像进行直方图均衡化、影像融合和去薄云等图像增强处理，并利用1：50000 地形图进行几何精校正，做出研究区范围掩膜，在ENVI 软件上运用掩膜裁剪的方法确定出所要研究的遥感影像范围。其次，选择合适的波段[9]，如：TM/ETM 中7，4，2 波段进行组合，并配合4，3，2 标准假彩色进行植被解译；中红外波段（TM7）处于水的强吸收带，水体呈黑色，可明显区别于其它地物；近红外波段（TM4）对绿色植物最敏感，可突出潮滩植被，利于水域判别，同时可用于陆地植被提取；OLI 中使用5，4，3波段合成标准假彩色，以突出所要分类的地物。采用人工目视解译[10]和计算机解译[11]方法，参考高分辨的Google Earth 地图，依据实地考察数据资料，对滨海新区的地物进行分类，提取出自然资源分类图（图2）。

图2 （a）、（b）、（c）、（d）分别代表2000年、2005年、2010年和2014 天津滨海新区自然资源空间分布图

2 自然资源变化统计

自然资源的变化包括不同类别的空间位置、面积与数量的变化。面积的变化和空间的变化最能快速直观准确地反映出自然资源的总体变化。因此，本研究主要通过分析统计不同类别资源面积和空间上的变化，了解自然资源利用结构的变化及变化的总态势[12]。除此之外，还参照土地利用类型的动态度[13]，定义了自然资源动态度（年变化率），即：一定时间范围内某种类别的自然资源空间面积变化情况，它定量描述了自然资源的变化速度，对预测未来自然资源变化趋势有一定的指导意义。

其表达式为：

式中：K 值为研究区该类型自然资源的年变化率；Ua、Ub分别为研究期初及研究期末某一种类型自然资源的空间面积；T 为研究时段间隔。

利用上述资料，对滨海新区四期的自然资源分类图（图2）分别进行统计分析，得出天津滨海新区15年间自然资源面积年际变化率（表1）。

通过统计分析2000年、2005年、2010年和2014年四幅自然资源分类图，结果表明：

（1）植被面积有所增加，2000-2014年约增加了1.849 km2，增加速率为0.120 km2/a，年变化率为2.17%，这与一系列建设生态文明，走可持续发展的政策有关；

表1 天津滨海新区15年间自然资源年变化率、面积变化及年变化速率

（2）盐田面积有所减少，共减少了约85.632 km2，减少速率为5.709 km2/a，年均变化率为-0.97%；

（3）耕地面积被大幅度占用，减少了约463.501 km2，减少速率为30.900 km2/a，年变化率为-3.20%，2005-2010年变化率最大，主要由于城市化进程所致；

（4）近年来，人工修复河道，因此湖泊、河流有一定增加，2000-2014年共增加了约18.576 km2，速率为1.238 km2/a，年变化率为1.06%；

（5）随着人口的剧增和人类活动频繁，沼泽、滩涂等脆弱生态系统遭到了一定程度的破坏，减幅约为86.561 km2和47.858 km2，减少速率为5.770 km2/a 和3.191 km2/a，年变化率为-2.42%和4.57%；

（6）随着新区大力的开发，各产业结构的调整，对土地的需求增加，未利用地快速减少，2000-2014年约减少了29.049 km2，年变化率为-5.17%；

（7）当土地供不应求以及相关产业的需要，就促进了围海造田的发展，海洋面积速减，2000年到2014年共围海造陆约238.835 km2，减少速率为15.922 km2/a；

（8）地热资源由于地质活动的不确定性以及人为的开采破坏储层构造[6]，2000-2014年总量有所下降，约减少66.155 km2，年变化率为-0.81%。

3 影响因素分析

自然资源的时空变化是各种影响因素共同作用的结果[14]。总体上可将其分为自然因素与人为因素两大类：自然因素主要包括气候、水文、地形、地质构造及自然灾害等；人为因素包括人口、经济和当地政策等相关方面的内容[15]。但由于自然因素的不确定性及周期相对长远，在短时间内区域自然资源的变化，本文主要以人为因素作为研究对象。

3.1 人口因素

人口是导致各类自然资源的变化的最直接因素。首先，人口数量的多少决定了自然资源的分配；其次，人类的活动改变了自然资源的类型和结构，增加了对自然资源演变的干预程度；再次，人类改造自然，征服自然的技术日益增强，使其越来越满足人类的生存需要。因此，人口因素是自然资源变化中贡献最大的参数[16]。

滨海新区人口总数从2000年的118.898 9 万人，增加到2010年的248.206 5 万人[17]，增加129.31万人，年平均增长率为10.88%。截止到2015年预计到达450 万人[18]，同比2010年约增加了201.793 5 万人，年平均增长率16.26%。人口每年迅速增长，

随之给自然资源带来了巨大压力，也加大了对土地占有的需求，原有的盐田、耕地、沼泽、滩涂和一部分的未利用地，不断被占用。而且对海洋的利用也日益加大，围海造陆，去满足人口过度增长所需的生存资源。

3.2 经济因素

经济因素是自然资源开发利用的主导因素。其影响着国民生活水平、工业的发展、城镇与市场的状况、商业和贸易前景等，从而间接决定了自然资源的数量和分布[19]。近几年以来，滨海新区深化改革、扩大开放，主动与国际经济接轨，完善投资条件，力争创造一流的投资环境，尤其是到2015年实现自贸区的划定，经济保持了持续、高速发展。GDP 及相关产业都得到了突飞猛进的增长，表2 是2000-2014年GDP 和相关产业的统计表[20]。

从上述统计表中可以看出：

（1）滨海新区GDP 近年来高速增长，年平均增长率为95.48%；

（2）各产业都有所增加，但是第二、三产业的年增长率较第一产业更大，分别为94.67%和99.68%，增长速度之迅猛，导致自然资源的利用极大地改变，空间分布重新分配；

表2 滨海新区生产总值统计表（亿元）

（3）第一产业年平均增长率虽有所增加，但比重变化逐年减少，为-0.78%；第二产业所占的比重非常大，并且稳定在66%~68%之间，工业生产所需的空间土地面积急剧增加，房屋厂房和港口等建筑面积的供给需求也有所增加，直接导致耕地，滩涂、沼泽、未利用地和海洋等自然资源被加重占用，使得它们的空间分布和面积剧烈变化；

（4）随着服务业及相关旅游休闲娱乐产业的兴起，植被等生态自然得到了重视，空间面积有所增加；相反，温泉成为社会时尚时，加剧了地热资源的开采，使得部分储层结构破坏，空间分布有所减少。

自然资源影响了经济的发展和产业结构的调整；反之，经济的迅速发展又影响自然资源的分布与数量。因此，经济因素是导致自然资源时空变化的主要因素[22]。

3.3 政策因素

对于某区域的自然资源利用情况，政府政策引导会起到关键的作用。“十一五”规划以来，天津滨海新区成为国家继深圳特区、浦东新区后又一个潜在的经济增长区，又于2009年部署实施“十大战役”发展战略，“十二五”期间新区对体制进行了全面的改革和调整，使新区得以高速发展，2015年国家又确定建立自贸区，一系列的政府政策引导，造成目前滨海新区耕地，滩涂、沼泽、未利用地、地热和海洋等自然资源逐年减少，空间分布急剧变化；植被和河流湖泊在先减少后，重新被人们重视，近年来有所增加。

政策的倾向，也加快了对某种类别自然资源的利用，例如沿海工业的发展，使得天津滨海新区的填海造陆工程成为目前中国国内最大的填海造陆工程，规划总面积达200 多平方公里。该工程在一定程度上缓解了工业及居住用地的紧缺，满足了经济发展、人口增长对土地储备的需求[23]。该工程的实施，使得原有的滩涂和海洋资源剧减。但是近几年来，随着建设环境友好型、资源节约型的美丽滨海政策的实施，植被资源有所增加。

4 自然资源的管理及动态信息共享

本研究利用了目前比较流行的基于Flex 的WebGIS 技术[24]，将ArcGIS Server 提供的各种地图服务以及利用ArcGIS Viewer for Flex 程序框架和借助Flash Builder 平台开发的专业GIS 功能，通过REST（Representational State Transfer）接口发布并表示为URL（resource identifier），浏览者只需要使用URL 作为参数地址，就可以在浏览器中访问该地图服务并且使用GIS 功能[25]。

系统分三部分：（1）前台，即用户交互端，政府部门可以在线对自然资源专题地图进行可视化操作，科学管理决策并实现动态信息共享；用户可以浏览并进行专业的GIS 功能操作，对其合理利用有指导意义。（2）中端，即服务层，用于调用远程数据库和本地自然资源专题数据库，返回地图和要素服务。（3）后台，即数据库，管理者可以时时更新，发布最新动态的自然资源信息，并科学安全管理数据。

将自然资源信息通过基于Flex 构建的富客户端的WebGIS 平台管理并发布，实现自然资源信息管理和动态共享，为政府部门科学规划和人类合理利用提供了依据。而且本研究中还设计了科学安全的数据库系统，将自然资源存储在本地的数据库，方便及时进行数据资源的更新管理，其发布运行如（图3）所示。

图3 管理及发布数据的运行图

5 结 语

（1）近15年来，天津滨海新区自然资源变化很大，盐田、耕地、沼泽、未利用地、海洋、滩涂和地热逐年减少，而植被和湖泊、河流有所增加。

（2）影响时空变化的因素主要有人口、经济和政策，人口的剧增是最直接最大的贡献参数，经济结构的调整及迅猛的发展是重要的促进因素，政府政策的倾向是外部推动条件。

（3）通过统计分析近年来的自然资源时空变化，实现数据的管理和信息发布共享，为人们认识滨海新区自然资源的状况及变化，以及科学合理地规划利用提供了参考依据。

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