基于植被指數(shù)的開都河第一分水樞紐工程生態(tài)效應(yīng)分析

艾克熱木·熱合曼，玉素甫江·如素力,2

(1.新疆師范大學(xué)，地理科學(xué)與旅游學(xué)院，流域信息集成與生態(tài)安全實(shí)驗(yàn)室，830054，烏魯木齊； 2.新疆師范大學(xué)，新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，830054，烏魯木齊)

基于植被指數(shù)的開都河第一分水樞紐工程生態(tài)效應(yīng)分析

艾克熱木·熱合曼1，玉素甫江·如素力1,2

(1.新疆師范大學(xué)，地理科學(xué)與旅游學(xué)院，流域信息集成與生態(tài)安全實(shí)驗(yàn)室，830054，烏魯木齊； 2.新疆師范大學(xué)，新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，830054，烏魯木齊)

水利工程建設(shè)在生態(tài)環(huán)境較惡劣，水資源嚴(yán)重短缺的干旱區(qū)其表現(xiàn)更為突出?？茖W(xué)的分析水利工程的生態(tài)效應(yīng)可為區(qū)域水利工程與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供重要的理論依據(jù)。本文以Landsat遙感影像和水文數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，分析開都河流域第一分水樞紐工程建成前后的土地利用/土地覆被、徑流量與生物量變化趨勢(shì)，進(jìn)一步討論水利工程建設(shè)對(duì)開都河流域植被覆蓋變化的影響。結(jié)果顯示：1)第一分水樞紐工程建成以后，研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度增加，其中耕地面積直線增加；2)通過對(duì)水利工程建設(shè)前后的水資源利用效率與流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比分析，得知水利工程可以調(diào)節(jié)開都河水量在時(shí)間和空間上的分配，適應(yīng)人類對(duì)水資源利用的要求；3)水利工程運(yùn)行后，研究區(qū)植被覆蓋度與生物量逐漸增加，裸地面積逐漸減少，說明水利工程的建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境有修復(fù)作用。

水利工程； 土地利用變化； 生態(tài)效應(yīng)； 開都河； 第一分水樞紐站

生態(tài)環(huán)境是人類生存與發(fā)展的物質(zhì)源泉與能量通道，其演變引起人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)的巨大變化[1]。隨著人類對(duì)自然環(huán)境依賴性地不斷增加，使得生態(tài)環(huán)境趨于良好態(tài)勢(shì)改善。其中，水利工程是改善生態(tài)環(huán)境調(diào)水及水資源利用的主要方法之一[2-4]。水利工程建設(shè)以合理分配和控制地表水和地下水、調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步為目的，在區(qū)域水資源有效、合理利用方面起到重要作用[5-6]。水利工程有雙刃劍的作用：一方面水庫建設(shè)為周邊動(dòng)植物生長提供充足的水供給，同時(shí)起到調(diào)節(jié)水量分配，減輕洪澇災(zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)威脅的作用[7]；另一方面，其負(fù)面效應(yīng)主要表現(xiàn)在改變當(dāng)?shù)貧夂驐l件，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐乇韽搅髁繙p少、河流水文情勢(shì)變化、水質(zhì)惡化、地基下沉、導(dǎo)致水生動(dòng)植物、陸生動(dòng)植物和微生物生長環(huán)境等發(fā)生變化[8-9]。因此，水利工程在為社會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生了負(fù)面影響。西北干旱地區(qū)氣候、地形等自然條件的限制以及人類活動(dòng)的影響都導(dǎo)致大部分地區(qū)生態(tài)用水嚴(yán)重短缺、植被枯萎以及生態(tài)環(huán)境不斷惡化[10-11]。在大力推進(jìn)西部大開發(fā)、“一帶一路”建設(shè)的國家戰(zhàn)略背景下，由于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源的需求日益增長，近年來西北干旱地區(qū)以緩解水資源問題為主要目標(biāo)陸續(xù)開展一些大型的水利工程建設(shè)。對(duì)水利工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的正、負(fù)面影響進(jìn)行定量研究，能夠?yàn)閰^(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

本文以開都河第一分水樞紐工程為研究對(duì)象，選用研究區(qū)水文、遙感與社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，通過對(duì)比分析水利工程建成前后的開都河流域土地利用/土地覆蓋變化(LUCC)、生物量變化特征，進(jìn)一步探討水利工程對(duì)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的作用。研究結(jié)果對(duì)開都河流域生態(tài)環(huán)境的修復(fù)與改善具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

焉耆盆地地處E 86°39′～ 88°20′，N 41°23′～ 43°31′ 之間，是一個(gè)北高南低，西北向東南傾斜的半封閉山間盆地，地貌類型主要有背斜丘陵、洪積沖積平原及博斯騰湖濕地。屬大陸性溫帶干旱氣候，夏熱冬寒，晝夜溫差較大，日照充足，降水少，蒸發(fā)能力強(qiáng)。開都河發(fā)源于天山山脈中部依連哈比爾尕山南坡，流經(jīng)和靜縣、焉耆縣、博湖縣，最終注入博斯騰湖，全長560 km，年均徑流量35.05億m3，是巴州境內(nèi)最大的一條內(nèi)陸河[12]。開都河第一分水樞紐站地處開都河出峽谷進(jìn)入焉耆盆地的淺山丘陵地帶，距大山口 24.8 km，其中大山口水文站的匯水面積為1萬8 827 km2，是開都河灌區(qū)規(guī)劃的3個(gè)引水樞紐工程之一(圖1)，1999年建成后開始使用。該樞紐工程屬中型水利樞紐項(xiàng)目，工程共分?jǐn)r河大壩、兩岸進(jìn)水閥、泄洪閥及其沿岸河堤附屬工程項(xiàng)目組成，全長889.3 m，多年均引水量為6.357億m3。該控制性引水樞紐工程合并開都河南岸的開來渠、大巴侖渠、小巴侖渠與北岸的烏朗尕孜渠、百靈渠、岔孜渠、解放二渠等支干排水渠，同時(shí)將原有的開來渠等7條渠道改為干渠輸水，并將南北兩岸沿河干渠全部作防滲處理，全年可減少水量損失約1億450萬m3及保持6億7 700萬m3的輸水量(表1)。

表1 開都河第一分水樞紐兩岸渠道年輸水損失以及干渠基本信息

2 材料與方法

2.1 渠系及其灌區(qū)數(shù)據(jù)

在焉耆盆地1∶10萬的水利工程現(xiàn)狀圖和實(shí)地考察資料的基礎(chǔ)上提取開都河第一分水樞紐站的干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠和農(nóng)田灌溉系統(tǒng)(表1)，并運(yùn)用GIS軟件的空間分析功能，適當(dāng)考慮焉耆盆地邊界(1 400 m海拔)線[13]，確定開都河第一分水樞紐站的邊緣區(qū)域，作為本研究的系統(tǒng)界定線。

2.2 遙感數(shù)據(jù)

選取樞紐站1999年建成前后的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，既1994-08-24、2006-08-01和2015-07-17的Landsat TM、ETM、OLI 遙感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來自于美國地質(zhì)調(diào)查局 USGS(http:∥earthexplorer.usgs.gov/)。對(duì) Landsat 遙感影像利用非監(jiān)督與目視解譯2種方法綜合的進(jìn)行分類。通過已劃分的土地利用類型，再結(jié)合野外實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)處理的Landsat影像采取解譯化分類和精度化評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明，分類的總精度>85% (kappa系數(shù)>83%)。

2.3 野外采樣數(shù)據(jù)

在2015年7月通過OREGON 550 GPS接收機(jī)采集的500多個(gè)地物(主要包括耕地、濕地、水體、沙地和裸地等)定位采樣數(shù)據(jù)。

2.4 水文數(shù)據(jù)

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Sketch map of study area

采用1974—2014年大山口和焉耆水文站的逐年徑流量數(shù)據(jù)及大山口水文站至焉耆水文站之間的徑流沿程損失水量數(shù)據(jù)[14]。第一分水樞紐站在大山口水文站以下24.8 km 處，土壤質(zhì)地主要為砂石、中細(xì)砂和亞砂土，因此土壤的滲透率很小，可以忽略；所以大山口站徑流量可以代表第一分水樞紐站徑流量。

2.5 LUCC動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與趨勢(shì)

通過研究區(qū)三期分類數(shù)據(jù)兩兩的疊加，建立相關(guān)轉(zhuǎn)移矩陣(表3)的方法[15]，更深一步探討各類LUCC的格局變化大小、方向及其內(nèi)在機(jī)制。

2.6 植被指數(shù)和植被綜合指數(shù)

根據(jù)研究區(qū)地理環(huán)境特點(diǎn)[16-18]，選用土壤調(diào)整植被指數(shù)(SAVI)[19]，并其界定值設(shè)為0.5[20]。區(qū)域植被綜合指數(shù)(植被綜合指數(shù))是區(qū)域內(nèi)所有植被覆蓋類型的植被覆蓋率和生物量的綜合，能更好的評(píng)價(jià)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的植被變化。其表達(dá)式為：

(1)

ΔLp-q=Lq-Lp。

(2)

式中：L為區(qū)域植被綜合指數(shù)；Vi為該區(qū)域植被類型i的植被指數(shù)；Ci為區(qū)域內(nèi)，植被覆蓋類型i的面積比例，%；ΔLq-p為時(shí)間p到時(shí)間q內(nèi)區(qū)域植被綜合指數(shù)的波動(dòng)值；Lp和Lq分別為p時(shí)間和q時(shí)間區(qū)域生態(tài)綜合指數(shù)。若Lp-q為正數(shù)，則該地區(qū)的地面植被覆蓋和生物量總體增長，植被覆蓋區(qū)的生態(tài)環(huán)境趨勢(shì)好。

在干旱區(qū)域關(guān)于非植被覆被類型，主要通過面積的變動(dòng)，反映出對(duì)生態(tài)環(huán)境變化的影響。非植被覆被類型面積波動(dòng)幅度ΔC、植被類型/非植被覆被類型的波動(dòng)值R，表征其對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)變化的作用。其計(jì)算公式為：

ΔC=ΔCw-ΔCd=(Cw2-Cw1)-(Cd2-Cd1)；

(3)

(4)

式中：ΔCw為河流、湖泊、水庫坑塘、灘地等與水域相關(guān)的土地覆被類型面積比例，在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的波動(dòng)變化，%；根據(jù)土地覆被類型及含義，將河渠、湖泊、水庫坑塘、灘地、沙地歸為反映生態(tài)環(huán)境自然變化的非植被覆被類型ΔCd在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的波動(dòng)，%。當(dāng)ΔC>0和R>0時(shí)，表征非植被類型的變化有利于生態(tài)修復(fù)；當(dāng)ΔC<0和R<0則不利于生態(tài)環(huán)境的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降[21]。

3 結(jié)果與分析

3.1 樞紐站對(duì)徑流量的影響

圖2 1974—2014年開都河大山口、焉耆水文站和第一樞紐站灌區(qū)耗水量Fig.2 Water consumptions in the irrigation areas of Dashankou water station, Yanqi water station and the First Water Diversion Hub Station in Kaidu River during 1974 to 2014

從開都河年均徑流量的變化趨勢(shì)(圖2)來看，近40年，開都河年均徑流量總體呈上升態(tài)勢(shì)，徑流量從1974年的25.7億m3/a增長至2014年的42億m3/a，2002年的徑流量最多，為56.07億m3。第一分水樞紐站建成之前(1974—1998年)開都河年均來水量為31.65億m3，樞紐站建成之后開都河年均來水量增多為40.89億m3。為得到第一分水樞紐站建成前后的沿河道耗水量，利用下式計(jì)算：

W=(Wd-Wy)-(S×0.082 5%) 。

(5)

式中：W為研究區(qū)沿河道耗水量，m3；Wd為大山口水文站的多年均年徑流量，m3；Wy為焉耆水文站的年均徑流量，m3；S為大山口至焉耆水文站之間的距離，km(S=105 km)。0.082 5%為大山口至焉耆水文站沿程損失率[14]。從大山口至焉耆水文站沿河道耗水量分析結(jié)果來看，1999—2014年期間耗水量表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。

開都河第一分水樞紐站建成后(1999年)將開都河灌區(qū)大巴侖渠、小巴侖渠、開來渠、烏浪尕孜渠、柏靈渠、岔孜渠和解放二渠等7座無壩引水渠道合并改為干渠輸水，并將南北兩岸沿河干渠全部作防滲處理，該措施的作用下每年可減少水量損失約1億450萬m3，進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水效率。除此之外，開都河第一分水樞紐站建成后開都河每年來水量不斷增加及確保6億7 700萬m3的輸水量，這一方面滿足了焉耆盆地日益增加的耕地所需要的灌溉需求(表2)，另一方面滿足了人口不斷增多(圖5)所帶來的生活用水需求。

3.2 第一分水樞紐站對(duì)LUCC的影響

經(jīng)過LUCC分析結(jié)果得知，研究區(qū)1994—2015年間耕地面積日益增加，而裸地面積和濕地面積處于減少趨勢(shì)，耕地面積增加104.9%，裸地面積減少53.8%(表2和圖3)。

根據(jù)研究區(qū)1994—2015年間景觀類型面積轉(zhuǎn)移矩陣(表3)得知：

1)1994—2006年間耕地面積增加48.3%，主要來自于裸地和濕地，裸地和濕地凈轉(zhuǎn)入面積分別占耕地總轉(zhuǎn)入面積的42.7%和54.4%；裸地面積減少16.8%，主要轉(zhuǎn)變?yōu)樯车亍⒏睾蜐竦?；沙地面積增加76.9%，主要來自于裸地；濕地面積減少15.7%，主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾吐愕?；水體面積增加116.3%，主要來自于裸地、濕地和耕地。

2) 2006—2015年間耕地面積持續(xù)增加38.%，主要來自于裸地和濕地，且兩者凈轉(zhuǎn)入面積占耕地總轉(zhuǎn)入面積的43.2%和55.5%；裸地面積減少2.9%，主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾蜕车?；沙地面積減少38.2%，主要轉(zhuǎn)變?yōu)槁愕?；濕地面積減少45.2%，主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?；水體面積減少26.1%，主要轉(zhuǎn)變?yōu)闈竦亍?/p>

分析得知，1994—2015年耕地面積呈現(xiàn)迅猛增長態(tài)勢(shì)，沙地面積呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)且非植被覆被類型綜合指數(shù)處于增長態(tài)勢(shì)(表4)，更進(jìn)一步確定水利樞紐工程的建設(shè)對(duì)區(qū)域水資源調(diào)配起重要影響，對(duì)區(qū)域生態(tài)修復(fù)起舉足輕重的作用。

表2 研究區(qū)1994—2015年間土地利用變化

圖3 研究區(qū)土地利用/覆蓋變化圖(1994，2006和2015年)Fig.3 Land use/cover change in the study area (1994, 2006 and 2015)

3.3 土地利用動(dòng)態(tài)度分析

經(jīng)過計(jì)算1994、2006及2015年，研究區(qū)景觀類型的單一動(dòng)態(tài)度和綜合動(dòng)態(tài)度(表4)得知：

1) 1994—2006年該研究區(qū)LUCC綜合動(dòng)態(tài)度Rs為1.06%；在面積動(dòng)態(tài)度方面，水體、沙地和耕地面積往逐年遞增的方向擴(kuò)展，年均增長速度依次加快，同時(shí)，裸地和濕地卻呈現(xiàn)出逐年遞減態(tài)勢(shì)。在空間動(dòng)態(tài)度方面，沙地的空間動(dòng)態(tài)度波動(dòng)最大，為20.9%；綜合變化趨勢(shì)指數(shù)Rt為0.17，研究區(qū)處于平衡狀態(tài)，類型轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)換趨勢(shì)。

2)2006—2015年間，該區(qū)域綜合動(dòng)態(tài)度Rs為1.09%，說明該研究時(shí)段內(nèi)，LUCC綜合動(dòng)態(tài)度變化較1994—2006年期間略微加快；在面積動(dòng)態(tài)度方面，耕地面積呈現(xiàn)出增大的態(tài)勢(shì)，主要以其他類型轉(zhuǎn)換為耕地。而濕地、裸地、水體和沙地面積隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)規(guī)律性遞減趨勢(shì)。在空間動(dòng)態(tài)度方面，濕地的空間動(dòng)態(tài)度波動(dòng)最大，為12.4%，裸地波動(dòng)最小，為3.7%。綜合變化趨勢(shì)Rt為0.18，研究區(qū)還是處于平衡狀態(tài)，類型轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)移趨勢(shì)。

表3 第一分水樞紐站建設(shè)前后景觀類型面積轉(zhuǎn)移矩陣

注：行數(shù)據(jù)表示某景觀類型面積轉(zhuǎn)入量，列數(shù)據(jù)表示某景觀類型面積轉(zhuǎn)出量。

Note: The data in the row refer to the transferring area of a given landscape type, and data in the column refer to the output area of a given landscape type.

表4 研究區(qū)景觀類型變化速度和趨勢(shì)

3)1994—2015，Rt=0.29，耕地和水體的增長趨勢(shì)很明顯，而沙地面積略有增加；耕地和水體處于由其他景觀類型轉(zhuǎn)入為主狀態(tài)；裸地和沙地處在雙向轉(zhuǎn)換的狀態(tài)；濕地處在轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌坝^類型的不平衡狀態(tài)。綜合來看，研究區(qū)處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)，類型轉(zhuǎn)換仍然保持雙向轉(zhuǎn)換趨勢(shì)。

3.4 樞紐站對(duì)生物量的影響

3.4.1 區(qū)域尺度上的生態(tài)變化分析 土壤調(diào)整植被指數(shù)(SAVI)有效提高干旱低植被覆蓋區(qū)遙感提取精度，目前在干旱區(qū)植被覆蓋信息提取應(yīng)用比較廣泛；因此，本研究中分別計(jì)算研究區(qū)1994、2006以及2015年不同分區(qū)SAVI均值來分析樞紐站對(duì)生物量的影響(圖4)。

圖4 1994—2015年各分區(qū)的SAVI灰度值Fig.4 SAVI gray value of each partition in 1994—2015

圖5 研究區(qū)1994—2015年徑流、灌溉引水量和人口變化狀態(tài)Fig.5 Changes of annual runoff, irrigation water diversion, and population in 1994—2015

結(jié)果表明：1994—2015年間研究區(qū)SAVI植呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，其主要原因可以從以下幾個(gè)方面解釋。

1)1994—2015年間研究區(qū)年均徑流量保持在40億400萬m3，人口從1994年的38.49萬人增加到2014年的49.95萬人(圖5)，耕地面積也為滿足日益增加的人口需求而逐年增加，相應(yīng)的研究區(qū)SAVI值也呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，這有利于區(qū)域生態(tài)修復(fù)。

2)樞紐站建成以后，合理的控制水量，另一方面采用政策性措施，改善灌溉技術(shù)，加大地下水開采力度，使1994—2015年間研究區(qū)灌溉引水量呈現(xiàn)逐年遞減態(tài)勢(shì)，從而增加開都河入湖水量。

3)人口的增加和大規(guī)模的開墾，濕地面積主要轉(zhuǎn)換為耕地，可是整體方面植被覆蓋度和生物量逐年遞增，這有利于減緩?fù)恋厣衬?，生態(tài)環(huán)境以良性循環(huán)趨勢(shì)發(fā)展。

3.4.2 土地覆被尺度上的生態(tài)變化分析 遙感植被指數(shù)VI是不同尺度上組合而成的定性特征，與地表生物量成正相關(guān)。為了更明確地反映研究區(qū)水文變化和人類活動(dòng)分別對(duì)研究區(qū)植被和非植被覆蓋的影響程度，根據(jù)公式(1)～(4)計(jì)算1994—2015年之間研究區(qū)的植被綜合指數(shù)L及其變化量ΔL和變化率RL，非植被覆蓋類型面積比例ΔC及其變化率RC(表5)。

結(jié)果顯示，20世紀(jì)90年代以來研究區(qū)植被覆被類型和非植被類型綜合指數(shù)發(fā)生了明顯的變化。在1994—2015年期間L一直處于增加趨勢(shì)；ΔC和RC大于0，說明在1994—2006年間，非植被類型的年際變化有利于生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。而植被覆被類型區(qū)的變化更明顯，處于直線上升趨勢(shì)，特別是2006—2015年期間，對(duì)應(yīng)的RL為11.6；表明樞紐站建成以后，通過樞紐向南北兩岸沿河干渠和開都河下游灌區(qū)合理分水配水，使研究區(qū)的植被覆蓋和生物量持續(xù)增加，這有利于生態(tài)修復(fù)。

表5 研究區(qū)各地理分區(qū)植被覆被和非植被覆被類型綜合指數(shù)變化

4 結(jié)論與討論

水利工程生態(tài)效應(yīng)研究涉及到不同的科學(xué)領(lǐng)域，影響范圍比較廣泛，從不同的時(shí)間與空間尺度上所表現(xiàn)出來的特征與產(chǎn)生的影響也不一樣；因此對(duì)水利工程的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行科學(xué)的研究是十分必要的。對(duì)比分析水利工程建設(shè)前后區(qū)域植被覆蓋變化的特征與軌跡，闡明水利工程建設(shè)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的正負(fù)作用與影響程度，為水利工程建設(shè)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，對(duì)已建水利工程的拆留或改善提出決策性意見。本研究結(jié)果表明：

1)水利工程建成以后，開都河年均徑流量總體呈上升趨勢(shì)，徑流量從25.7億增長到42億m3，主要原因是水利工程建成以后，無壩引水渠道合并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌管理，這極大地提高了水資源的合理配置和有效利用。通過水量的控制，降低了洪澇災(zāi)害的發(fā)生概率，徑流量的增加滿足了日益增加的耕地用水量。

2)在土地利用方面，1994—2015年間耕地面積處于增加趨勢(shì)，主要從裸地和濕地轉(zhuǎn)變而來的。沙地表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，主要從裸地面積轉(zhuǎn)變而來的。濕地面積的減少主要是由20世紀(jì)90年代以來研究區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的大力調(diào)整和經(jīng)濟(jì)水平的迅速提升，迫使大量濕地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?。水體增加以1994—2015年間沿開都河沿岸耕地、裸地等的淹沒所致。

3)生物量方面，1994—2015年間，研究區(qū)植被指覆蓋呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，尤其是耕地的植被指數(shù)為最大，濕地的為其次。屬于非植被類型區(qū)域的裸地和沙地的植被指數(shù)，水利工程建成后也有所增長。綜合植被指數(shù)L從1994—2015年間處于增長趨勢(shì)，其中ΔC和RC都>0，表明研究區(qū)的植被覆蓋和生物量持續(xù)增加，有利于生態(tài)環(huán)境以良性循環(huán)趨勢(shì)發(fā)展。

總之，第一分水樞紐站建成后，一方面，灌區(qū)引水條件得到了明顯的改善，實(shí)現(xiàn)了水資源高效利用的目標(biāo)，另一方面，灌區(qū)植被覆蓋增加，對(duì)灌區(qū)生態(tài)環(huán)境起到驅(qū)動(dòng)的作用。

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Ecological effects of the First Water Diversion Hub Station in Kaidu River based on the vegetation index

Aikeremu·REHEMAN1, Yusufujiang·RUSULI1,2

(1.Institute of Geographical Science and Tourism/Laboratory of Information Integration and Eco-Security，Xinjiang Normal University, 830054, Urumqi, China;2.Xinjiang Normal University, Xinjiang Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Zone, 830054, Urumqi, China)

[Background] Human activities including water conservancy projects construction and water diversion affect the regional hydrological process and ecological environment. Water conservancy construction is a double-edged sword, due to coexisting both advantages and disadvantages for environmental security and socio-economic development. The impact of water division on ecological water uses has become the focus of environmental impact assessment for water diversion projects in arid regions. Scientific analysis and precise evaluation of the water conservancy project construction provide an important theoretical basis for the harmonious development of regional water conservancy project and ecological environment. Many water conservancy projects have been built to meet the needs of economic and social development in the Yanqi basin, Xinjiang, China since several decades. The First Water Diversion Hub Station built in 1999 is a most important water conservancy project in Kaidu River, and it leads to change of land cover and alter the underlying surface conditions obviously. In this paper, the ecological effects of the First Water Diversion Hub Station in Kaidu River were carefully studied by the technologies of geographic information system and remote sensing. [Methods] Considering the vegetation situation of study area, the land cover was classified as bare land, sand, cultivated area, wetland and water from Landsat images. In order to eliminate the influence of the soil background on the vegetation index as far as possible, the adjusted soil-vegetation index (SAVI) was used as the vegetation index of the vegetation cover types. The biomass in different land cover types were calculated using SAVI respectively. Then, the impact of water conservancy project construction on the change of vegetation cover and biomass was discussed together with hydrological data encompassed the period between 1974 and 2014. [Results] After The First Water Diversion Hub Station completed，the land use dynamic degree increased (Rt=0.29), the growth of cultivated land and water body were especially obvious. The cultivated land increased approximately 104.9% during 1994 and 2015; at the same time, the bare land decreased about 53.8%. Based on the comparative analysis of water resources utilization efficiency and ecological environment quality before and after the water conservancy project built, the annual ineffective water loss amount decreased about 1.045×108m3. It is understood that the water conservancy project effectively adjusted the spatio-temporal distribution of water resources in Kaidu River oasis area, and met the human requirements for water resources utilization. After the operation of water conservancy project，the vegetation coverage and biomass of the study area increased, and bare land decreased gradually. [Conclusions] On the one hand, the First Water Diversion Hub Station in Kaidu River improved the water diversion and allocation conditions, the original goal of efficient water resources utilization were achieved. On the other hand, it plays an important role in the ecological environment by increasing the regional vegetation coverage.

water conservancy project; land use change; ecological effects; Kaidu River; First Water Division Hub Station

2016-07-22

2017-03-23

項(xiàng)目名稱： 新疆維吾爾自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程“變化環(huán)境下典型綠洲系統(tǒng)的時(shí)空演變過程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究”(QN2015YX009)；國家自然科學(xué)基金“內(nèi)陸湖泊流域水循環(huán)過程模擬與調(diào)控研究”(41461006)，“新疆焉耆盆地二元水循環(huán)時(shí)空動(dòng)力學(xué)機(jī)制與模擬研究”(41161007)

艾克熱木·熱合曼(1983—)，研究生。主要研究方向：資源環(huán)境與地理信息系統(tǒng)。E-mail: akram24@163.com

?通信作者簡介： 玉素甫江·如素力(1975—)，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向：應(yīng)用3S技術(shù)流域水文與生態(tài)系統(tǒng)。E-mail: Yusupjan@xjnu.edu.cn

N3

A

2096-2673(2017)02-0115-10

10.16843/j.sswc.2017.02.015