三峡工程对库区土地利用变化的影响研究
——基于1990—2010年库区遥感影像

吴 及

（江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013）

截至2014年，我国共有97 735座水库[1]。如此巨大的建设规模对水库周边的土地利用结构布局、土地利用效率等方面都会造成一定的影响[2]，研究水库工程建设对土地利用动态变化的影响意义重大。

三峡工程从筹建时起，便引发了移民搬迁、环境保护、土地利用等一系列事关可持续发展的问题。为了保证三峡工程的顺利建设、库区当地的土地资源分配和社会发展，各级政府先后通过并实施了《长江上游水污染整治规划》（1999年）、《长江三峡工程建设移民条例》（2001年）、《三峡库区经济社会发展规划》（2004年）、《三峡后续工作总体规划》（2011年）、《长江三峡水利枢纽安全保卫条例》（2013年）。尽管如此，三峡库区仍面临着人数众多、资源匮乏、环境脆弱、水土流失等问题，处于经济增长与结构调整、移民搬迁安置与社会转型、产业发展与土地利用等各种矛盾之中。三峡工程的建设必然带来城区、农用地的淹没和占用，人口的迁移和新城区的发展也带来建设用地的耕地占用。如何合理利用土地资源，调整土地利用结构，确保移民的生计发展、库区的水土保持、产业发展和环境保护，成为众多学者和专家研究的重要课题。

我国学者对三峡库区土地利用的研究主要集中于库区土地利用动态变化监测及驱动力分析。程学军等人（2004年）[3]对三峡库区湖北段1986—2000年土地利用变化进行了以定性为主的研究；仙魏等人（2007年）[4]以巫溪县为例对三峡库区不同坡度带与坡向带的景观格局进行对比；张磊等人（2007年）[5]研究了三峡库区1996—2006年的土地利用覆盖变化，提出了土地覆盖变化的驱动因素主要为城市扩张、库区移民、生态环境政策三类；邵怀勇等人（2008年）[6]对三峡库区的土地利用/覆被变化研究时间跨度增加到1955—2000年近50 a，定量分析了三峡库区土地利用的动态变化过程。总的来看，国内对库区土地利用的研究存在一些不足：①研究时间方面，以往研究水库土地利用的研究多为2002年以前，而对于三峡工程来说，2003年水库三期蓄水达135 m，淹没地类规模更大；②从研究内容看，更多的研究角度为地理学、景观生态学等，多集中于土地覆被变化监测和驱动力分析，较少探讨社会经济方面及工程建设因素对库区土地利用的影响。本文旨在通过定性分析及定量测算，研究三峡工程建设对三峡库区土地利用变化的影响。

1 工程及土地利用概况

1.1 工程概况

三峡工程是枢纽工程、移民工程和输变电工程三大工程的简称。三峡工程自宜昌三斗坪三峡大坝坝址起至重庆，涉及长江干流长度超过600 km。三峡工程的正常高水位为175 m，水库水面总面积达1 084 km2，其中被淹没的陆地面积632 km2[7]。三峡工程总工期17 a，受三峡工程淹没直接影响的区域涉及湖北省和重庆市共计26个县、市、区。截至2009年底，库区参与搬迁的2座城市、11座县城、116座集镇迁建与专业设施项目复建全部完成。三峡库区移民分期分批连续进行，与枢纽工程进度相衔接。三峡工程实际建设情况，见表1。

表1 三峡库区建设和移民搬迁情况

1.2 库区土地利用基本情况

三峡库区位于四川盆地和长江中下游平原结合处，三峡库区内的主要城市都是县城所在地，除江北区外，均分布在长江或其支流沿岸[8]。水库区内的农业以双季粮食生产为主，也种植一些传统的经济作物如柑桔和其他水果等，成为农村收入的重要来源。由于特殊的土地利用条件和工程建设对土地利用的影响，三峡库区一直是国家和政府调整土地利用结构的关注重点区域。在用地类型上，主要是确保耕地面积和质量以及保证林草地面积的稳定。1988年，国务院将长江中上游列为全国水土保持重点防治区，三峡库区是其中的重点防治区域；90年代中期，国家又加大退耕还林还草的力度，湖北省、重庆市分别实施了“青山绿水工程”[9]；2000年以来，国家加大了对三峡库区生态环境的重视，生态防护林、库周造林绿化等生态工程相继实施，大量非林草地转为林草地。三峡库区移民超过百万人，大部分实行就地后靠安置，造成土地开垦过度[10]。

随着人类文明的发展，库区土地已被高度利用于农业和水产养殖，由于库区建设的发展，沿江主要经济城市的建设用地大量扩张。自三峡工程建设以来，三峡库区土地利用存在的主要问题有：①水土流失。据长江水利委员会2000年水土流失遥感监测结果，库区水土流失面积达2.96万km2，占土地总面积的51%[11]。②耕地问题突出。三峡库区人均耕地仅有0.06 hm2，垦殖系数已高达38.18%。由于库区地处丘陵至高山地带，许多耕地分布在10°～30°的陡坡上，影响了耕地的总体质量和生产力水平[12]。③土地利用结构问题。库区耕地和林草地面积占比高达84%～85%；同时，受人类活动影响较大的建设用地结构分布不尽合理，经济效益低，闲置现象比较严重。④政策落实和监管问题。在实际操作中，部分区（县）为完成土地开发和增加耕地任务，盲目开垦撂荒地、毁林（灌木林）毁园，导致了土地的不合理开发、开发效益不高、与市场需求背离、土地利用结构失衡等问题[13]。

2 三峡建设对库区土地利用影响的定性研究

2.1 工程建设占地

三峡工程坝区位于湖北省宜昌市、秭归两市县交界地带，涉及宜昌市的三斗坪镇、乐天溪镇、太平溪镇和秭归县的茅坪镇4个乡镇，四镇位于沿江地带，自然条件和社会经济条件优越。施工坝区征地范围共计18.706 km2、耕地312.16 hm2、总人口15 908人。坝区工程建设占地移民安置主要为生产安置，以就近大农业安置为主，安置移民的土地主要来源于开垦荒山荒坡和改造中低产田。因此，三峡工程建设占地主要导致农用地的部分开垦增加以及坝区农用地的建设用地占用。

2.2 水库淹没

三峡工程的蓄水将直接影响库区的水域面积。三峡工程1997年蓄水至90 m、2003年135 m、2006年156 m、2010年175 m，最终淹没陆地面积达632 km2。在4个阶段的蓄水过程中，库区耕地、林草地和建设用地将转化为水域，库区水域面积将随着工程分期蓄水呈阶段性增加。

据《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》和1991—1992年三峡水库淹没175 m实物指标调查，水库淹没耕地11.53 km2（含水田、旱地及菜地）、园地4.93 km2、林地2.2 km2、房屋3 479.47万m2。水库淹没将直接影响农村和城镇的地物及土地利用类型，但同时由于水库呈河道型，各县的淹没面积比重不大，受淹耕地占各县面积比重也仅为0.15%～5.88%。受淹的村镇由于历史和自然经济条件等原因，大部分缺少基础设施，建设用地布局较不合理。由于三峡工程的兴建，给老城镇带来了发展机遇，通过城镇搬迁，可以与改造旧城的长远规划相结合。对于城镇来说，三峡工程将主要对其建设用地的布局调整产生影响，而水库淹没农村后，将由于农用地的再分配影响库区耕地和林草地的规模和布局。

2.3 移民安置

三峡工程百万移民搬迁安置工作涉及农村和城镇迁建、工矿企业搬迁、专业项目迁改复建等方面。1985—1992年，国家在三峡库区进行了开发性移民8 a试点工作，改土建园超0.99万hm2（其中0.56万hm2可以用来安置移民）；同时，对部分迁建城镇的基础设施加以建设，修建道路、桥梁6座和水厂，创办28个工业试点项目[13]。三峡工程失地农民安置以大农业安置（种植业）为主，占比62%，包括就近后靠安置、远迁安置等形式，其方式主要为开垦荒地、改造低产田和征用老居民土地等。土地利用方式经过优化调整，种植业、林果业、畜牧业等快速发展，出现了大规模的林草地。移民的第二、三产业安置（占比24%）也为库区带来了更多建设用地。

1999年5月，国务院组织三峡库区农村移民大量外迁安置，三峡库区已累计完成19.6万农村移民外迁[其中沿海、沿江的11个省（市）安置共9万多人]。随着大量三峡库区农村移民主动或被动选择外迁安置，库区的人地关系不仅得到缓和，大量非农劳动力也得以释放，最终促进了库区耕地规模的缩小和迁入地建设用地规模的上升。

截至2009年底，城镇占地移民累计生产安置10万余人，其中以一次性货币补偿安置占85.2%，搬迁后城（镇）移民人均居住面积有所增加、基础设施配套和各项服务设施功能较搬迁前更为齐全。城镇迁建将带来经济中心的重建、区位和交通的调整，对三峡库区的农地、林草地占用和建设用地布局的调整均有较大影响。

三峡工程完成搬迁的工矿企业共计1 632家，其间盘活盘大了一批企业，并按政策安置了31.3万名职工，企业和员工的安置将带来库区的区域经济发展。库区新组建的企业抓住对口支援和移民搬迁的机会进行了一系列良性调整。厂址的选择、劳动力的聚集将对厂址所在地的建设用地规模和布局产生影响。

2.4 对口支援

全国对口支援三峡移民工作是指国家组织中央部门（单位、企业）和经济较发达的全国有关省（直辖市、自治区）、大城市“结对”支援三峡库区的一种帮扶战略措施[14]。1992年，国务院办公厅发出《关于开展对三峡库区移民工作对口支援的通知》，全国组成了20个省（市）和大城市、湖北省、重庆市级3个层面的对口支援网络。对口支援使得一大批优质企业在库区组建，也促进了库区柑橘种植业、畜牧业等特色农业的发展以及新型工业和旅游业的繁荣。产业结构的调整和优化带来了以农用地转为建设用地或林地为主的土地利用结构的转变。

2.5 后期扶持

根据《三峡移民后期扶持基金征收使用及管理办法》，后期扶持对象主要为库区、坝区农村移民、城（集）镇占地移民和未享受低保及再就业政策的城（集）镇移民、下岗失业特困职工，时间跨度为20 a。后期扶持基金主要用于直接补助和贷款贴息两方面，农村移民改造耕园地及农田水利设施可以获得直接补助，同时对种植业、林果业、水产养殖业、畜牧业等生产项目予以支持。后期扶持的开展通过资金补贴和贷款支持等方式，增加了水库移民的农业生产积极性，促进了库区的农地合理化利用，特色产业发展也促进了库区林草地的开发，将优化特定群体所在区域的土地利用结构布局。

2.6 区域社会经济发展

为促进三峡地区的经济发展，1996年国务院三峡工程建设委员会发布了《三峡地区经济发展规划纲要》，各部门因地制宜采取积极措施，完成规划目标。

在产业结构调整方面，1992—2008年，随着国家“三农”政策的落实，三峡库区在百万移民迁建的过程中，大力调整农业产业结构并不断优化。总体来看，高效经济作物和林、牧、渔业快速增长，增幅大于粮食作物。产业结构的调整带来库区农业用地、林草地和水域的数量及布局变化。部分农地被淹没的同时剩余农地被用于整治利用，林草地和水域随着林、牧、渔业的快速发展规模也有所增长。

在城镇建设方面，水库受淹城镇的搬迁建设为改善城镇的社会经济发展带来了契机。三峡农村进镇第二、三产业安置人口约7万人，将直接提高城镇化水平；受淹城镇的总体规划也带来城市配套设施建设、功能布局调整等方面的改变。第二、三产业如工业、建筑业、旅游业的发展也将带来库区农地的建设用地占用和建设用地规模及布局调整。

3 三峡建设对库区土地利用影响的定量分析

3.1 基础数据

本文利用1990—2010年间的库区遥感影像以提取出耕地、林草地、水域和建设用地的面积，首先进行一系列遥感图像预处理，包括波段融合、几何精校正、图像配准、图像镶嵌、辐射定标和大气校正等，其次采用软件监督分类和目视判别方法结合的方法进行最大似然监督分类，最后对结果进行优化和误差修正，得到三峡库区各地类规模占比和变化速率，如图1所示。

图1 1990—2010年间三峡库区土地利用变化情况

总体来看，1990—2010年20 a间4个阶段，耕地呈现“三减少一增加”的状态、林草地呈现“三增加一减少”的态势，因基数较大，耕地的波动幅度稳定在2%左右，林草地在1%左右；因水库蓄水，水域面积共增长了1.29倍，除2000—2005年间小幅下降以外，3个阶段水域的平均增幅为12.53%；1990—2010年库区建设用地规模均呈迅猛增长态势，共增长139.19%。

3.2 指标选取

国内已有三峡库区土地利用变化驱动力方面的研究，本文在学者们研究的基础上，加入量化工程建设的因素，选取灰色关联模型进行驱动因子和各土地利用类型的关联程度分析。

根据数据可得性和可分析性、结合三峡库区特性，本文选取人口、经济发展、农业技术、工程建设以及政策5个方面作为社会和经济方面驱动力的主要研究类别。

（1）人口因素，包括人口总量Pn、非农人口数Npn、从业人员数Pen。三峡库区作为集中移民的工程所在地，其土地利用结构与人口迁移存在密切联系。伴随着人口的迁移，工程建设也淹没了大量的房屋、道路、耕地等，对土地利用产生了直接影响；农村和城镇土地的淹没、由工程建设产生的经济结构的调整也间接改变了库区土地利用方式。

（2）经济发展因素，包括GDP、粮食产量Gy、公路客运量Hptv、社会消费品零售总额Sc、城镇化率Ur、房屋建筑竣工面积Cbc、公路里程Rm等。经济水平的提升会对农林作物区、居民点、服务业用地的范围和布局产生影响，社会经济与土地开发利用相互作用和相互制约，从而达到土地资源的高效配置；城镇化进程加快了土地非农化的速度，农村城镇人口大规模迁移也必将对库区土地利用格局、结构产生影响。在三峡工程建设前后，除库区范围自身的经济发展进程外，经济发展所导致的人口和城镇中心的转移、人口生计的转变和重塑也对三峡库区的土地利用产生了一定影响。

（3）农业技术因素，主要为量化表示库区农业科技进步的自变量，包括农用化肥施用量Afa和农村用电量Rpc。农业技术装备水平、农村基础设施等农业综合开发水平可以有效提高农产品产量、保障粮食安全。农业科技水平的提升会在一定程度上影响包括耕地面积在内的土地利用数量和结构，装备和技术的提升会提高农业经营效率和单位耕地面积的产值，将促使土地利用结构和产业结构的调整。

（4）工程建设因素，包括三峡专项资金投资Spi、移民投资Iv、移民安置区面积Ica、水库淹没面积Ria、配套设施建设投资Fai。三峡工程除了对库区环境的影响外，也对库区周围的环境产生巨大的影响。涉及工程建设、移民、配套建设等方面的投资是可以反映工程投资规模、结构和发展速度的综合性指标，其数值的变化可以反映工程进度，从而对由工程建设引起的土地利用方式产生影响[15]。本文用各类投资反映工程的规模，同时利用农村和城镇的还建房屋面积表示移民安置区面积。

（5）政策因素，包括第一产业占比p（Pi）和第一产业增加产值d（Fiov）。因库区产业政策难以量化，这里通过产业产值的变化从一定程度上反映由于国家政策导致的产业结构调整。政治经济政策是土地利用的直接决策因素，政策主要通过财税制度、经营机制、地权制度、价格体系等影响土地利用的方向。

对比两组患者的治疗效果、止血时间，同时观察治疗前后1 d、3 d收缩压变化情况、脉搏情况，统计好两组的不良反应发生率。

3.3 驱动力分析

本文三峡工程土地利用驱动力分析采用灰色关联模型，将前文4个节点的土地利用影像所提取数据作为因变量（比较序列）、所选取的驱动因子作为自变量（参考序列），引入灰色关联模型进行三峡库区的驱动因子相关性分析。

（1）灰色关联模型原理。灰色系统的概念是由华中理工大学的邓聚龙教授提出的，并建立了灰色系统理论[16]。灰色关联度分析法通过样本数据之间的关联程度来描述因子间关系的次序和强弱。若样本数据间的关联度数值越大，则他们之间的变化态势越趋于一致，反之关联度较小。也即根据数据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密，曲线越接近相应序列之间的关联度就越大，反之就越小[17]。

若用Ci表示参考数列，Ci=ci(1)，ci(2)，…，cn(n)为因变量Ci的比较数列，则形成如下矩阵：

式中：Ci=[ci(1)，ci(2)，…，cn(n)]T，i=0，1，2，…，n；N为变量序列长度。同时，在进行灰色关联分析之前，由于各因素的计量单位不同，原始数据存在数量级上的差异，因此首先要对原始数据进行无量纲化处理。无量纲化处理的方法有初始值法、均值法和区间法3种。

经过无量纲化后的序列可以表示为：

然后将无量纲化矩阵中的参考数列分别与其他各比较数列进行差值计算，取差值的绝对值，得到如下矩阵：

将φ0i的值按数值大小递增排序，组成关联序列，参考数列与比较数列变化趋势的一致程度与φ0i的值成正比。

（2）三峡库区灰色关联模型运算。综合考虑统计数据可获取性、可分析性等方面因素，因变量即参考数列选取1995、2000、2005和2010年4个时间点的耕地、林草地和建设用地数据，自变量即比较数列见表2。

根据灰色关联模型计算三峡库区1995—2010年各比较数列与参考数列间的相关程度，根据以往研究，在计算过程中分辨系数γ取0.1，经过计算得到三峡库区各比较数列对参考数列的关联度，见表3。

总体来看，人口因素和部分经济发展类别下的驱动因子与三峡库区耕地面积变化的关联度较大。三峡工程建设方面的因素中，由于三峡库区移民安置规模从1998年第二期移民开始大规模移民，第二、第三、第四期移民规模均较大，因此移民安置区面积变量虽与耕地面积关联较大，但在此模型中未能完全反映；而水库淹没水位上升对耕地的直接影响明显。在产业政策方面，三峡库区土地整理政策和退耕还林政策对土地利用结构产生直接作用。

表2 三峡库区驱动力分析自变量数值

表3 各驱动因子对因变量的关联度

三峡库区林草地的变化方向与耕地相反。三峡工程建设方面的因素中，随着水库的淹没和安置区规模的增加，人均耕地被缩减，产生了更多的“农业剩余”，农民从耕地中释放出来，耕地转为林草地的趋势显著；政策对林草地的变化最为直接，一方面第一产业占比大幅下降反映了15 a间三峡库区部分农业被工业取代，另一方面退耕还林政策优化了耕地布局，增加了大量林草地面积。

除社会消费品零售总额外，其他驱动因子与三峡库区建设用地面积之间的关联度均小于0.5，整体关联度数据方差仅为0.018。这主要是由于建设用地面积基数较小，且在1995—2010年间增速明显，导致原始数据的离散程度较大，经运算导致关联度数值较为集中。三峡专项资金投资、水库淹没面积及库区政策与三峡库区建设用地的关联度相对较高，均在0.4以上，工程建设类别中2005—2010年三峡工程投资虽有所减弱，但工程投资对土地利用结构的影响具有一定的滞后性，前期用于配套设施建设、工程建设等方面的资金逐步落实，随着工程建设的推进和移民安置的实施，建设用地对耕地的占用增加；移民安置区的规模及水库对建设用地的淹没也直接影响了建设用地面积。

4 总结

本文主要研究内容为三峡工程建设对库区各地类面积和结构的影响。文章从6个方面分析了水库建设影响库区土地利用结构和规模的方向，同时基于灰色关联模型测算出各因素对库区耕地面积的影响力大小顺序。通过定性和定量分析，力求为其他水库工程建设的土地利用影响评价提供合理评估的参考，并根据影响因素和影响力大小调整相关建设指标，以及尽可能地控制工程建设引起的土地利用结构和规模、合理调整土地资源、为区域土地利用规划提供参考。

本文不可避免地存在一些数据来源和数据处理方法上的不足。首先，不同统计主体所统计的数据可能存在一定程度上的统计习惯、统计标准上的差异；其次，本文的研究年份最早为上世纪90年代，遥感影像数据和年鉴统计数据存在部分影像处理技术和统计方法不成熟的情况，这些都会影响文章对数据的分析。由于三峡库区特殊的地理位置和社会发展状况，其资源利用和生态环境建设战略位置会越来越高，同时随着“一带一路”战略的实施和持续推进，我国将跨国承建一些水利工程项目，今后需要进一步监测和研究水利工程项目建设对库区土地利用的影响。