陳有明， 楊 娟， 疏 淺， 黃 燕， 李學良， 肖正輝

（1.安徽省地質調查院，安徽 合肥 230001；2.合肥工業(yè)大學 化學工程學院，安徽 合肥 230009）

長江流域地貌、水患防治及土地潛力遙感研究

陳有明1， 楊 娟1， 疏 淺1， 黃 燕1， 李學良2， 肖正輝2

（1.安徽省地質調查院，安徽 合肥 230001；2.合肥工業(yè)大學 化學工程學院，安徽 合肥 230009）

文章利用美國陸地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)等，構建了基于Skyline數(shù)字地球模型的長江流域三維場景可視化精細遙感演示系統(tǒng)，以ERDAS、ARCGIS、MAPGIS等軟件為平臺，完成全流域地貌遙感解譯，獲取了多時相城市擴展遙感信息；采用成因－成因形態(tài)－物質形態(tài)相結合的地貌遙感三級綜合分類新方法，圈定出16 770個基本地貌單元，從微觀到宏觀掌握了長江流域地貌物質成因類型、結構、展布特征等及與水患防治、土地利用約束關系；新發(fā)現(xiàn)了相隔湖北嘉魚市斧頭湖與陽新縣網(wǎng)湖的山丘地存在東西向展布的槽谷地貌，研究表明可利用此槽谷，構建聯(lián)通斧頭湖與網(wǎng)湖亦即貫通長江的僅139km大分洪道，比繞行武漢的長江彎道縮短152km；通過構建長江大分洪道與實施小微型蓄水工程，可實現(xiàn)長江流域水患根治的終極目標；從地貌遙感研究角度分析，長江流域土地利用潛力極大，城市化不存在土地瓶頸制約。

長江流域；地貌遙感；長江大分洪道；小微型蓄水工程；土地利用潛力

地貌是自然地理環(huán)境要素的重要組成部分，構成國土基礎性條件，與國民經(jīng)濟建設關系十分密切，也成為國土開發(fā)與保護的約束因子。長江流域是國家實現(xiàn)工業(yè)化、城市化的重要戰(zhàn)略區(qū)帶，因此，長江流域的遙感地貌分析不僅對農(nóng)、林、牧、漁業(yè)生產(chǎn)有重要價值，而且對水利、交通、城鎮(zhèn)建設、礦業(yè)開發(fā)、環(huán)境保護、流域水患治理和經(jīng)濟安全保障等都具有重要戰(zhàn)略意義。

政府相關部門、高等院校等在長江流域內(nèi)做了較多的地貌調查、地貌區(qū)劃研究［1］等，先后編制了以省域為單元的地貌圖、全流域1∶1 000 000地貌圖，中國科學院于2008年完成包括本流域在內(nèi)的中國1∶1 000 000地貌遙感編圖，為長江流域地貌研究奠定了良好的基礎。但是這些實際地貌編圖與區(qū)劃工作有特定目標，如常見的水文、環(huán)境、工程或經(jīng)濟等專門地貌圖等，技術標準體系不一，服務面較窄，而且精度有待提高。長江流域存在洪澇旱污的水患災害頻繁性和長期性，流域水患始終是現(xiàn)實與潛在的威脅。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，國土資源尤其是土地資源承載壓力亦日益增大。如何順應地貌因子約束，實現(xiàn)國土資源合理開發(fā)與水患有效治理，需要發(fā)揮遙感宏觀、高效、現(xiàn)勢、精細的技術優(yōu)勢，進行地貌的深入研究。

本文利用美國陸地衛(wèi)星、中巴資源衛(wèi)星、法國地球觀測衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)等，建立成因－成因形態(tài)－物質形態(tài)相結合的地貌遙感三級綜合分類體系，實現(xiàn)了對長江流域1∶50 000～1∶250 000尺度的地貌遙感解譯，借助地理信息系統(tǒng)，建立了長江流域三維遙感演示系統(tǒng)，充分發(fā)揮了遙感影像所獨有的在同一視場復合映像巨型到微型地貌的超強能力，提高了地貌解譯精度；利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)多時相技術優(yōu)勢［2］，提取了流域內(nèi)近700個縣級以上城市近30a的擴展信息［3－5］；基于順應地貌的新的長江分洪思維，探尋開辟湖北嘉魚（斧頭湖）－陽新（網(wǎng)湖）的長江大分洪道天然選線，并研究形成以長江大分洪道與小微型蓄水系統(tǒng)工程為一體的“后三峽時代”長江流域水患根治構想；同時分析了新增耕地開發(fā)置換城市新增用地的地貌約束關系。

1 研究方法

地貌研究數(shù)據(jù)源主要選擇美國陸地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（ETM）；針對城市擴展研究，選擇3個時相，即1975年（MSS數(shù)據(jù)為主）、2000年（ETM數(shù)據(jù)為主）、2007年（CBERS／TM／SPOT 數(shù)據(jù)為主）；針對土地覆被重點觀察區(qū)域，選擇法國SPOT－5衛(wèi)星數(shù)據(jù)。采用RS、GPS、GIS技術，全面提取長江流域地貌及城市擴展［6］等遙感信息。

研究建立“成因－成因形態(tài)－物質形態(tài)”相結合的遙感地貌3級綜合分類體系，如圖1所示，見表1、表2所列。分類原則有3條：① 根據(jù)內(nèi)、外動力作用成因類型，將長江流域地貌分為構造、火山、流水、海濱、風成、溶蝕一級成因地貌共計6個大類；② 在一級分類基礎上，按“成因＋形態(tài)”再分為10類，如一級構造地貌分為褶斷侵蝕山地、斷（拗）陷堆積平原等；③ 在二級分類基礎上，按“成因＋形態(tài)＋物質”細分為38類基本地貌單元，主要是突出地貌物質組成，也反映外動力作用特點，三級地貌命名一般為：（地名）＋物質組成＋構造成因＋外營力＋形態(tài)地貌類型，如（中甸）砂礫質沖洪積平原（Ⅰ37）。這種分類原則以內(nèi)動力成因地貌為主體，外動力成因地貌為輔，突出整個長江流域斷（拗）陷堆積平原與褶斷山地及臺地的空間地貌格局，進而顯現(xiàn)物質形態(tài)地貌單元對國土資源空間開發(fā)與保護的約束關系。

（1）解譯精度。原則上規(guī)定最小解譯地貌單元實地面積為6.25km2，但實際圈定有很強的靈活性，須充分考慮地貌形態(tài)如山系的完整性、地貌成因的一致性、地貌物質組成的相似性等，因此所圈基本地貌彼此沒有大小可比性。如川西南－滇北的褶斷侵蝕基巖質山地（中山）面積近15×104km2，而江陰江岸基巖質丘陵則不足1km2。三期城市擴展按1∶100 000精度要求。

（2）解譯方法。針對不同區(qū)域地質構造單元建立地貌等遙感解譯標志，以ERDAS、ARCGIS、MAPGIS等軟件為平臺，套合1∶250 000地形圖及高程模型，采用手工機助方式完成地貌遙感信息提取及編圖等。地貌遙感分類是形態(tài)、成因、物質三位一體的綜合解譯，實質是混元解法，解譯過程與地層巖性的判釋、地質構造尤其是新構造運動推測、巖漿活動規(guī)律分析，以及冰川作用、地面流水、風化凍融等外力作用特征研究等相關聯(lián)。

（3）立體演示。為充分展示長江流域地貌地質與覆被狀況等，構建了基于Skyline數(shù)字地球模型的三維場景可視化遙感演示系統(tǒng)［7］。采用WGS84經(jīng)緯度坐標系，衛(wèi)星遙感影像采用ETM數(shù)據(jù)等，高程模型（DEM）選擇《全國1∶250 000地形數(shù)據(jù)庫》。

表1 長江流域地貌遙感與解譯成果統(tǒng)計

表2 6種一級成因地貌單元合計統(tǒng)計結果

2 研究結果與討論

2.1 長江流域地貌地質環(huán)境

2.1.1 地貌遙感概覽

由圖1、表1和表2可知，遙感共計圈定構造地貌、火山地貌、流水地貌、海濱地貌、風成地貌及巖溶地貌6個一級成因類型，再細分為10個二級“成因－形態(tài)”類型，38個“成因－形態(tài)－物質”三級類型。地貌基本單元（三級）共計16 770個（不含大尺度水域）。若按6個一級成因類型統(tǒng)計，構造成因的高原、山地、丘陵、平原（臺地）地貌基本單元（三級）9 300個，總面積達142×104km2；巖溶性中低山、丘陵、平原（臺地）地貌基本單元2 230個，總面積近26×104km2；流水地貌總面積為6×104km2，海濱與風成地貌累積面積為1×104km2左右。研究表明，流域地貌以山地、丘陵、高原類型占主導，平原類型占比小。地貌單元分塊、成帶、定向列排（北西、南東、東西、南北向）特征突出，地貌、區(qū)域地質構造和現(xiàn)代水系三者在空間展布與結構上存在著高度吻合性。大致以宕昌—武都—龍門山—鶴慶與宜昌—吉首—都勻兩線為界，由西往東劃為3個大的地貌區(qū)域，即西部斷塊抬升高原高山區(qū)，中部褶皺中、低山區(qū)，東部掀斜沉降丘陵平原區(qū)。

圖2給出了長江流域典型地貌遙感影像。此影像緣于漫長地質過程中內(nèi)、外動力作用［8］，地貌遙感形跡十分清晰。遙感影像研究表明，高原影像因草甸發(fā)育差異而呈黃綠、灰白、褐或桃紅色等，無陰影，水系清晰呈樹枝狀、平行狀、格狀，因湖泊廣布而多藍色斑點；山地影像多為條帶狀，水系多為樹枝狀或脈狀，因褶、斷?。ㄞ郑┚钟騼?nèi)有以正性為主間夾相對負性形態(tài)地貌，因山體大小、陡峻及走向差異陰影區(qū)變化較大，西部影紋粗獷如青筋暴突，東部條帶清晰相對細膩；丘陵影像多呈平緩團塊狀、條狀，水系多為網(wǎng)狀和樹枝狀，總體偏綠色調，紋影結構也有地域差異；平原地貌因第四系沉積物大面積覆蓋，影像上呈現(xiàn)出寬廣平坦、切割微弱、紋形細膩、沒有陰影、色調均一的致密板狀、塊狀圖斑，水系呈蛇形或扇狀，因土地利用方式不同色調反差大、影紋結構變化較顯著，地表自然景觀基本不復存在。

圖2 長江流域典型地貌遙感影像（ETM）及地面驗證照片

2.1.2 高原與山地地貌

高原地貌以內(nèi)動力型的褶斷構造類型為主，包括高海拔平原與臺地，也含分布其間的外動力流水型砂土碎石傾斜堆積平原、泥沙質河谷平原及風成新月狀等沙地地貌，遙感解譯總面積近5×104km2，主要分布于巴顏喀拉山－唐古拉山系之間的江源地區(qū)，海拔多在4 500m左右，地勢平緩，地表物質組成主要為砂礫質、礫石質、泥沙質堆積，外動力成因類型主要為沖洪積、湖積、冰磧及冰水堆積及風成等。

山地地貌包括高（極高）山、中山及低山，為流域最主要的地貌類型，遙感解譯面積達113×104km2以上，以內(nèi)動力成因為主，由西往東構成長江流域三級地貌臺階的骨架，也為流域及域內(nèi)幾大盆地的外緣。地表物質組成以基巖質為主。

高山地貌分布于龍門山－小金河斷裂以西的青海南部和川藏之間。江源地區(qū)及川西北地勢起伏相對和緩，以廣泛出露三疊系淺變質巖、侏羅系碎屑巖及零星巖漿巖為特征；川藏間的橫斷山地勢起伏極為強烈，流域最高峰貢嘎山（海拔7 556m）位于區(qū)內(nèi)，以出露上古生界碳酸鹽巖，三疊系砂、板巖，新生界紅層及中生代中、酸性巖漿巖為主，深大活動性斷裂極為發(fā)育。

中山地貌分布面積大，低山占比小。冰蝕基巖質中山主要分布于流域川北、贛南邊界區(qū)域；侵蝕基巖質中山主要分布于川西南－滇北、陜南、鄂西及江南湘、贛、浙、皖地區(qū)；溶蝕中山以集中式條塊（帶）狀分布于大巴山、鄂西南及至云貴高原，面積14×104km2；褶斷侵蝕基巖質低山分布較為分散，多在四川盆地周緣、湘西南、秦嶺－大別地區(qū)、江南皖浙贛；巖溶低山呈集中式條帶狀展布，主要分布于湘西南及以東的幕阜山北側鄂贛交匯區(qū)域、江南皖浙山地等。龍門山系、大巴山、雪峰山系等或處于不同地質單元過渡區(qū)域，或構造活動強烈，或巖漿巖發(fā)育，地形起伏大、侵蝕切割強烈。巫山、大婁山、苗嶺等碳酸鹽巖分布區(qū)，溶蝕作用強，巖溶型高原、山丘、峰林、峰叢、洼地或臺地等巖溶地貌十分發(fā)育，類型多，規(guī)模不一，相間分布。中、低山地貌區(qū)新老地層出露齊全，巖性復雜，巖漿巖廣泛分布。

2.1.3 丘陵地貌

丘陵地貌包括高原型侵（冰）蝕丘陵與基巖質丘陵、殘坡積堆積丘陵、巖溶丘陵，遙感解譯總面積近23×104km2。

四川盆地中東部是丘陵地貌主要分布區(qū)。雪峰山以東、長江以南、南嶺以北丘陵地統(tǒng)稱江南丘陵，亦有較大占比。侵（冰）蝕基巖質丘陵主要分布于江源高原地區(qū)，川藏交界一帶零星分布于山緣（間）；基巖質丘陵主要分布于長江中下游地區(qū)及云貴高原、桐柏－大別地區(qū)，多為條形塊狀；砂土質丘陵主要集中分布于四川盆地區(qū)，其他多圍繞長江中下游平原區(qū)周緣或山間地帶呈塊狀分布，遙感解譯面積近8×104km2，地貌地勢相對低緩，殘坡積風化層較厚，絕大多數(shù)為紅層型，如四川盆地區(qū)，少數(shù)為花崗巖型及變質巖型負地貌區(qū)，如旌德巖體。砂土質堆積丘陵區(qū)河谷發(fā)育，水系多為樹枝狀、環(huán)形或扇形。

2.1.4 平原地貌

平原地貌包括斷（拗）陷堆積平原、河谷平原、海濱平原、溶蝕堆積平原等，除青藏高原地區(qū)外的所有平坦的松散堆積地貌都歸屬平原地貌。其實河谷、海濱、溶蝕堆積平原也屬斷（拗）陷堆積平原區(qū)范圍內(nèi)，只是特別反映出其在斷陷堆積環(huán)境后的較近期的或較特殊的建造環(huán)境（成因）。長江流域平原地貌分布既有大區(qū)域連片性，亦有在山地丘陵間小塊零星散布的特點，遙感解譯平原地貌總面積近35×104km2。按成因－形態(tài)－物質組成分類法，四大成因平原地貌類型可細分為黏土質堆積波崗平原、砂土質沖積平原、黏土質沖湖積平原、泥沙質河谷平原、紅土（壤）堆積平原（臺地）、砂土三角洲平原、砂礫質沖洪積平原（臺地）、砂土碎石傾斜堆積平原等13種基本類型。

黏土質堆積波崗平原是長江流域東部地區(qū)主要的、也是重要的地貌類型之一，大致圍繞南襄、江漢、洞庭湖、鄱陽湖、皖江－巢湖、四川等盆地周緣山地丘陵與低平原的過渡區(qū)帶，總體呈多個環(huán)帶形狀，地表分布的基本為更新世的沖湖積物，受新構造運動抬升，多形成河湖二級或三級堆積階地，遙感調查總面積達12×104km2以上。黏土質堆積波崗平原區(qū)是重要的經(jīng)濟活動區(qū)域，地表景觀多為人類長期活動遺跡，復雜多樣，自然屬性已不占主導，土地覆被基本為耕地、林（草）地、河流庫塘、居民地等。

砂土質沖積平原地貌主要分布于長江中下游主干河道兩側近岸及漢江、贛江、湘江、岷江等重要支流下游兩岸區(qū)帶，還包括山間相對寬闊的盆（谷）沖積平原地，多數(shù)構成長江主支流一級階地或微高地，部分為中、小型盆地（平原）主體，如南襄盆地中心平原區(qū)，西昌安寧河谷地等，遙感調查總面積達9×104km2。地表基本為全新世河流沖積砂土（偏黏性），土地覆被主要為耕地，部分庫塘、居民地、小塊林地或草地，區(qū)域水系發(fā)育，蕪湖等沖積平原區(qū)河道縱橫交錯。

黏土質沖湖積平原主要呈集中式大區(qū)域連片分布于盆地（平原）中心區(qū)，屬長江中下游大型平原地貌的核心，為江漢平原、洞庭湖平原、太湖平原、鄱陽湖平原的主體，遙感調查總面積達3×104km2以上。地表基本為全新世河湖泛濫黏性土層，是長江中下游平原區(qū)地勢最低洼區(qū)域，是湖北、湖南、江蘇、浙江、江西及安徽省最為重要的魚米之鄉(xiāng)。

泥沙質河谷平原主要沿現(xiàn)代山間河谷地帶廣泛分布，遙感調查總面積6×104km2，為長江流域上、中、下游山地丘陵相對狹窄的河谷間泥沙沖積，或盆地、平原區(qū)大小河流沖積形成的邊灘、心灘、沙洲地等。

溶蝕紅土（壤）堆積平原（臺地）是指溶蝕山地丘陵間一種特殊的紅土（壤）堆積地貌，與南方紅層盆地區(qū)的紅土堆積不同，主要分布于云貴、贛南、贛西溶蝕山地丘陵地貌區(qū)，多以條狀、小塊狀連接成帶的方式，順北東向構造線展布。

海濱平原地貌分布于長江入海口近海岸帶，共分為泥沙質海濱平原、砂礫質海濱平原、砂土三角洲平原3類。

2.2 順應地貌發(fā)育規(guī)律的長江水患根治對策

2.2.1 水患長期性與防治工程局限性

長江流域的季風氣候和多樣的地區(qū)氣候特征，造成長江流域集中降雨季節(jié)的長短及降雨量多寡差異甚大，流域存在不同的洪、澇、旱、污等災害［9］。流域盆、山相間的地貌以及與之相關的多暴雨區(qū)分布特征，決定了流域洪災范圍廣，上、中、下游都存在威脅，以中下游平原地區(qū)最為集中、頻繁、嚴重。澇災主要發(fā)生在平原地勢低洼地區(qū)，如沿江平原往往先澇后洪。旱災往往發(fā)生在西南與中下游丘陵、波崗平原地區(qū)。歷史與現(xiàn)狀水患都表明，受制于地貌特征、氣候條件、人類經(jīng)濟社會活動區(qū)域空間布局等，長江流域水患問題長期存在。

大量水利工程建設，提高了水患災害防治能力，特別是中下游重要防洪地區(qū)和重要城市防洪標準顯著提高，三峽水庫的修建進一步減輕了荊江兩岸平原區(qū)的洪災威脅。但現(xiàn)有水利工程主要為堤防、水庫、涵閘、管網(wǎng)等，中下游平原區(qū)的防洪主要依賴高筑壩、廣圍墻（垸），特殊情況啟用分蓄洪區(qū)；灌溉多是簡單修渠、挖溝或架管。受制于當時的社會經(jīng)濟條件，水患防治標準不能滿足長江流域社會、經(jīng)濟發(fā)展需要，在全球異常或極端氣候事件愈發(fā)頻繁出現(xiàn)態(tài)勢下，許多區(qū)域面臨著嚴重的洪澇與干旱等災害威脅。目前主要的問題表現(xiàn)如下：

（1）水庫功效未達預期。水庫多選擇于山地峽谷地段修建，有效防洪庫容有限，洪害頻率依然偏高，面對丘陵崗地旱情亦顯得鞭長莫及。世界矚目的三峽水庫工程，面對2010年的江西洪災、2011年長江中下游大區(qū)域的旱澇急轉局面，僅是聊盡綿薄之力。此亦反映出靠1、2個類三峽式的水患防治巨型工程尚難以帶來流域性一勞永逸或是區(qū)域性的高枕無憂。

（2）堤壩防洪標準低。長江干流和重要支流堤壩標準多是按10a或20a一遇不等，若遭遇類似甚至超過1860年、1870年超大洪水后果不堪設想。沿岸河道防洪標準不高，提升潛力亦不大，尤其是壩基多位于沖積砂層上，地質基礎穩(wěn)定性差，平原區(qū)地面高程低于洪水位4～6m，甚至10m以上，大壩安全性隱患多。

（3）裁彎取直作用有限。裁彎取直對局部江段抗洪有利，但不能根本解決區(qū)域性、流域性防洪問題，且副作用大，如上游水位下降、河道下切致使河勢惡化、崩岸加劇，下游洪水位抬高致使防洪壓力加劇，裁彎取直改變河床河勢致使江湖關系受到影響。

（4）分蓄洪區(qū)建設難度大。分蓄洪區(qū)由于人口密度愈來愈大，且地方利益交織，難以實施，許多分蓄洪區(qū)長期未動用過，實際的分洪效果有不確定性。

2.2.2 順應地貌的長江大分洪道的發(fā)現(xiàn)與構建

基于順應地貌的思維，筆者從可視化遙感立體演示系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)適于分洪的槽狀地貌。圖3呈現(xiàn)的是湖北嘉魚市斧頭湖與陽新縣網(wǎng)湖間的三維遙感影像，從圖3中可見相隔兩湖平原的山丘地存在著東西方向的槽狀地貌，槽長36km，分析為背斜谷（或斷層谷），背斜核部也就是槽谷地帶，分布志留系砂或頁巖地層，高程一般為40～65m，谷寬2.4km；谷地兩側丘陵為三疊系碳酸鹽巖分布區(qū)，高程為350～500m。槽谷西口至斧頭湖為波崗狀平原，地表多為第四系中更新統(tǒng)砂礫質黏性土，高程20～40m；槽谷東口至網(wǎng)湖通透條件亦好。

此槽谷是上天賜予的無價之寶，若穿過此谷修建一條連通斧頭湖與網(wǎng)湖的水道，構成貫通長江的大分洪道，全長僅139km，可將繞行武漢的長江彎道縮短152km。長江大分洪道模型斷面示意圖，如圖4所示。

圖3 斧頭湖與網(wǎng)湖之間三維遙感影像圖

圖4 長江大分洪道模型斷面示意圖

圖4為斧頭湖至網(wǎng)湖分洪道模型，初步構想是按照斷面為臺階狀設計，底槽為小型水道，不影響長江現(xiàn)狀河勢，能為兩岸灌溉及作為旅游觀光航道用（也可為大型航道設計）；一級臺階（一級泄洪道）按照防洪需要滿足10a一遇洪水分流，階面上按照高標準生態(tài)要求設計為基本農(nóng)田，既能分洪又可借洪泛改良土壤；二級臺階（二級泄洪道）以滿足極端洪水的過洪標準設計，階面上按照旱作農(nóng)業(yè)要求設計為優(yōu)質耕地。一級、二級泄洪道過洪、耕作兩相兼顧，分洪道兩岸為居民地與休閑觀光區(qū)帶，附近地域建設成生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)。

傳統(tǒng)分洪思維中自覺不自覺地都按水往低處流的方式揣摩。殊不知，河湖洼地，多是農(nóng)業(yè)耕作區(qū)、人口密集區(qū)、經(jīng)濟發(fā)達區(qū)、財富集中區(qū)。這也導致決策中因耕地占用、移民、交通設施等限制性因素，一些建議或設想未被重視，流域治理規(guī)劃中也未曾采納。與過去分洪構思不同，此大分洪道策略不因循慣性思維，本研究提出選線原則宜為：依丘穿崗，多刻槽、慎筑墻；避讓不移民、土地占補就近平衡；國土整治、生態(tài)農(nóng)業(yè)相依托，灌溉、航運、旅游綜合考量。長江下游或重要支流均可依此分洪思想考量。

就地貌地質環(huán)境與現(xiàn)有經(jīng)濟技術條件而論，這一大分洪道策略的實施可行性大。在全盤考量區(qū)域內(nèi)防洪、灌溉、運輸、旅游、養(yǎng)殖、土地整治與開發(fā)、生態(tài)建設等綜合效益前提下，不依賴提升長江主干河道過水能力，也就是不提升現(xiàn)有堤防工程抗洪標準的前提下，能根本上應對異常洪水。

2.2.3 500×108m3小微型蓄水系統(tǒng)

研究表明，長江流域地貌以山地、丘陵、崗地為主體，地貌空間結構交錯復雜，這種地貌特別適合小微型水利工程分散布局和模式的多樣化選擇。與大分洪道構建相適應，輔以布設小微型蓄水系統(tǒng)，可根本上防治流域性水患問題。500×108m3小微型蓄水系統(tǒng)工程實質是雨洪資源化［10］，是充分利用長江流域微地貌蓄（滯）水潛力或條件對降水的二次分配。二次分配是靠人類工程或生物方式等對地表水進行的時間與空間上的再調度，時間調度是對雨水的就近蓄和排，空間調度靠溝渠管網(wǎng)傳輸。目前，長江流域雨水的就近蓄積一般是2種形式：體現(xiàn)國家和地方政府意志的高壩大庫、小農(nóng)經(jīng)濟條件下的土塘土壩。在國家富有、農(nóng)民經(jīng)濟行為能力不足的背景下，高壩大庫自然成了長江流域蓄積降水的主要形式。土塘土壩功能非但沒有增加，反而因失修疏理多有廢棄。研究認為現(xiàn)代水利應該滿足生態(tài)安全要求，長江流域地貌特征也特別適宜采用“墊溝谷、廣修塘、多分汊、慎筑墻”的策略，實現(xiàn)雨洪就近蓄滯和雨洪資源化。500×108m3數(shù)值是在概覽長江流域地貌及參考中下游分蓄洪區(qū)規(guī)劃容量［9］大致界定，具體應依地貌、地質、水文、氣象及覆被精細研究。以500×108m3小微型水利蓄水工程為總目標，可以分層提出次級流域蓄水的量化指標，按照一域一法、一河一策、因微地貌環(huán)境而制宜。布局從大流域開始逐級分解，而實施從小流域甚至溝頭末梢逆向運作。以單體工程平均蓄水10×104m3（具體大小因勢而定），約50×104個小微工程體即可承載500×108m3蓄水目標，工程體初次空間布局可依托地貌地質水文覆被等全要素立體顯示系統(tǒng)完成，并結合生態(tài)農(nóng)業(yè)、集約農(nóng)業(yè)和新農(nóng)村建設，發(fā)揮其防洪、抗旱、水土保持的綜合效益。

工程模式（也包括非工程模式）設計應充分研究所在區(qū)域微地貌、巖土性狀、土地覆被、降水特點等，以適應不同山地、丘陵、崗地區(qū)地貌地質生態(tài)環(huán)境。如在崗地及低緩丘陵區(qū)河流源頭多修筑小型塘壩或洞窟類蓄擋水工程，蓄洪、抗旱兩利；在基巖質山地溝谷尤其是較狹窄的溝谷，以亂石塞溝，自然堆砌成巖坎，通過若干雨季的蓄水保土，讓狹窄的石（礫）質河床演變成梯級類河漫灘型河谷，人造千萬個微型盆地、漫灘、海子，雨季可蓄滯降水，枯水期可補水備旱，防小溪小河斷流。通過小微型工程，從源頭開始蓄積雨水，既可保障當?shù)厝诵蠹稗r(nóng)業(yè)旱季用水安全，又可延長洪水的匯流時間，有利于下游削減洪峰。

2.3 地貌約束與土地利用潛力研究

長江流域是國家實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要地，經(jīng)濟發(fā)展和城市擴展受到國土資源制約，而最首要的也是最為關切的則是土地因子。從地貌遙感研究角度分析，長江流域土地利用潛力很大，應不存在城市化土地瓶頸制約。

2.3.1 城市擴展現(xiàn)狀與預期

城市化過程最主要表現(xiàn)為人口與經(jīng)濟活動向城市集中，城市擴展則是城市化的客觀表現(xiàn)。遙感研究長江流域縣級以上城鎮(zhèn)697個，其中，西部斷塊抬升高原高山區(qū)，有縣級以上城鎮(zhèn)44個，其中地級市1個（麗江市）；中部褶皺中、低山區(qū)，有縣級以上城鎮(zhèn)308個，其中省會及直轄市4個，地級市18個；東部掀斜沉降丘陵平原區(qū)，有縣級以上城鎮(zhèn)345個，其中省會及直轄市7個，地級市35個。城鎮(zhèn)主要分布于四川省及其以東的廣大地區(qū)，服從于人口和經(jīng)濟發(fā)展的空間分布格局。遙感解譯此697個城鎮(zhèn)1975年、2000年、2007年建成區(qū)總面積分別為1 805、8 335、13 181km2。1975—2000年年均擴展261.22km2，2000—2007年年均擴展692.31km2，1975—2007年年均擴展率為19.70%。2012年中國城市化率為52.6%，人均GDP為38 354元，約計6 100美元，長江流域歷來高于全國均值。若以適宜中國國情的70%城市化率為目標，參照世界發(fā)達國家城市經(jīng)濟密度及綜合容積率等因子［11］，預計未來長江流域城市擴展新增面積難以突破5 000km2。

2.3.2 土地利用潛力分析

長江西部高原高山地貌區(qū)，既是生態(tài)保護屏障亦是生態(tài)重點保護區(qū)，受制地貌與高寒氣候條件，土地資源在城市化進程中貢獻很小；中部分布有大區(qū)域的平緩中低山地貌，其殘坡積層發(fā)育及氣候條件雖適合農(nóng)耕，但土地資源過度開發(fā)不利整體生態(tài)環(huán)境保護建設；成都、洞庭湖等大平原的中心區(qū)域及海濱平原土地開發(fā)強度均已達飽和態(tài)勢；唯有中、東部廣大的緩丘殘坡積層分布區(qū)與土崗地帶，可以作為后備土地資源加以開發(fā)利用，動態(tài)補償未來城市擴展用地，土地開發(fā)利用潛力足可承載5 000km2用地預期。

遙感研究適宜水、旱耕作且地層產(chǎn)狀和緩的紅層、巖溶丘陵（臺地）及花崗巖丘陵區(qū)面積約為21×104km2，黏土質堆積波狀崗地12×104km2，若開發(fā)5 000km2農(nóng)業(yè)用地，僅占其1.5%。土地利用潛力最大的是紅層丘陵、崗地區(qū)，四川盆地及湘南、贛南、皖南地區(qū)都呈大區(qū)域分布。低丘陵帶是紅層地貌的主體部分，地表多為紅砂巖或第四紀紅黏土發(fā)育而來的紅（紫）壤。區(qū)域內(nèi)日照充足，雨量充沛，氣候資源豐富，有利于多熟制立體種植的發(fā)展，具有巨大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力。與世界同緯度的其他地區(qū)相比，低丘紅壤區(qū)是一片難得的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)寶地，以光溫水為指標的氣候生產(chǎn)潛力平均達51t／（hm2·a），分別是三江平原的2.63倍，黃土平原的2.66倍，而目前大面積種植業(yè)平均產(chǎn)量僅為氣候生產(chǎn)潛力生產(chǎn)量的20%左右，土地資源有著非常大的開發(fā)潛力。隨著溫帶可墾荒地的減少，紅壤丘陵區(qū)的荒地已成為我國最重要的土地后備資源［12］。紅層盆地多有“七山一水二分田”的地貌和土地利用特征，低丘紅壤的農(nóng)業(yè)利用主要為溝谷型，即相對集約的農(nóng)業(yè)經(jīng)營主要集中在河谷平原、山間及丘間溝谷、盆地和低丘崗地的緩坡段。雖然近年對低丘紅壤的利用正由溝谷型轉為立體開發(fā)型，但仍有豐富的后備土地資源。高分遙感觀察［3］及野外實地調查表明，有大面積的適耕山丘崗地處于荒閑狀態(tài)。

另外，遙感圈定長江中下游僅荊江、洞庭湖、洪湖、鄱陽湖4個大分蓄洪區(qū)面積就達6 000km2以上，若實施長江大分洪道工程以取代分蓄洪區(qū)功能，加之考慮國家和地方基本農(nóng)田建設等因素，土地利用的潛力則更大。

3 結束語

本文基于美國陸地衛(wèi)星、中巴資源衛(wèi)星、法國地球觀測衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，建立了“成因－成因形態(tài)－物質形態(tài)”相結合的地貌遙感三級綜合分類體系，實現(xiàn)了對長江流域1∶50 000～1∶250 000尺度的地貌遙感解譯。借助地理信息系統(tǒng)，構建了長江流域三維遙感演示系統(tǒng)，從微觀到宏觀多角度審視地貌物質形態(tài)組構，提高了地貌解譯精度。利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)多時相優(yōu)勢，提取了流域內(nèi)近700個縣級以上城市近30a的動態(tài)擴展信息。從超大尺度、宏觀方略性上，揭示長江流域地貌等基礎地質環(huán)境因子對國土資源空間開發(fā)與保護的約束性關系。

分析認為解決長江流域的水患問題，除了類三峽式的巨型工程外，還需充分利用符合自然生態(tài)的方法，提出順應地貌的新的長江大分洪思維。新發(fā)現(xiàn)了湖北嘉魚（斧頭湖）—陽新（網(wǎng)湖）的長江大分洪道天然選線。宏觀研究表明，開辟長江大分洪道，并實施與之相配套的500×108m3小微型蓄水系統(tǒng)，順應地貌發(fā)育規(guī)律和地質環(huán)境條件，支撐起“后三峽時代”的長江流域新型水利事業(yè)，能有效進行長江流域水患根治。

長江流域土地利用潛力極大。適宜水、旱農(nóng)業(yè)耕作的紅層盆地、巖溶盆地及花崗巖丘崗地區(qū)風化殘積層分布空間廣闊，開發(fā)新增耕地可以置換城市新增用地。大分洪道實施置換出的蓄滯洪區(qū)和平原區(qū)旱澇保收的基本農(nóng)田建設，可提供土地挖潛的重要途徑。從地貌遙感研究等角度分析，城市化應不存在土地瓶頸制約。

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Comprehensive remote sensing research on landform，flood protection and land use potential in Yangtze River basin

CHEN You－ming1， YANG Juan1， SHU Qian1，HUANG Yan1， LI Xue－liang2， XIAO Zheng－h(huán)ui2

（1.Institute of Geological Survey of Anhui Province，Hefei 230001，China；2.School of Chemical Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）

The remote sensing demonstration system of 3Dvisualization of the Yangtze River basin based on Skyline digital earth model is constructed by using American landsat ETM remote sensing data and so on.Based on software platforms of ERDAS，ARCGIS，MAPGIS and so on，the remote sensing information of landform and city expansion in the Yangtze River basin is extracted.16 770 basic landform units in total are found by adopting the remote sensing three－level classification of genesis－genetic morphology－physical form.From the micro level to macro level，the landform genetic types，structures and distribution characteristics of the Yangtze River basin and their constraints to the land use and flood control are obtained.A novel discovery that there is a long latitudinal valley terrain between Futou Lake of Jiayu City and Wang Lake of Yangxin County in Hubei Province is made through the remote sensing visual system.By making use of this valley，the large floodway between Futou Lake and Wang Lake through the Yangtze River can be constructed.The full length of the floodway would be 139km，and it would be 152km shorter than the bend around Wuhan Yangtze River.By the construction of the Yangtze River floodway and the implementation of small and miniature water storage project，the ultimate goal of flood radical solution could be realized.The research results of geomorphologic constraint show that the land use potential is great and the land bottlenecks of city construction in the Yangtze River economic zone would not exist in the future.

Yangtze River basin；remote sensing of landform；large floodway of Yangtze River；small and miniature water storage project；land use potential

P931.1；TP753

A

1003－5060（2014）06－0736－09

10.3969／j.issn.1003－5060.2014.06.020

2014－02－25；

2014－04－18

國土資源部地質大調查專項資助項目（1212010510704）；安徽省國土資源科技資助項目（2011－K－11）

陳有明（1960－），男，安徽潛山人，安徽省地質調查院高級工程師；

李學良（1961－），男，湖北黃梅人，博士，合肥工業(yè)大學教授，碩士生導師.

（責任編輯 張淑艷）