云南九大高原湖泊水域面積時(shí)空演變及影響因素分析

雯雯

(云南工程職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650300)

云南省水資源總量在全國(guó)排名第三，但云南省卻是我國(guó)一個(gè)水資源“窮省”，這是由于云南省的水資源時(shí)空分布極為不均勻，具有總量多、可利用量少、利用難度大、開發(fā)利用率低的特點(diǎn)[1]，所以水資源的保護(hù)格外重要。云南省水域面積大于30km2的湖泊共有9個(gè)，俗稱云南省九大高原湖泊，但九大高原湖泊的健康狀況各異，生態(tài)環(huán)境惡化情勢(shì)日趨嚴(yán)重，其中程海、星云湖、異龍湖水質(zhì)已處于劣Ⅴ類，杞麓湖屬于Ⅴ類水質(zhì)，對(duì)高原湖泊的保護(hù)刻不容緩[2]。研究湖泊演變的影響因素，有助于促進(jìn)湖泊保護(hù)和合理利用，同時(shí)對(duì)湖泊演變規(guī)律的研究具有重大意義[3]。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

云南省九大高原湖泊包括撫仙湖、星云湖、陽(yáng)宗海、滇池、洱海、杞麓湖、瀘沽湖、異龍湖和程海，其位置分布見圖1。九大高原湖泊的總面積約為1042km2，其流域總面積達(dá)到了8110km2，湖容量達(dá)302億m3。流域人口約為384.45萬(wàn)，占全省總?cè)丝诘?.3%，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值525.1億元，占同期全省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的29.4%。

圖1 云南九大高原湖泊位置分布

1.2 數(shù)據(jù)源及處理

1.2.1 數(shù)據(jù)源

九大高原湖泊水域面積演變分析的遙感數(shù)據(jù)源均來(lái)自Landsat系列衛(wèi)星。Landsat系列衛(wèi)星的空間分辨率為30m，時(shí)間分辨率為16天拍攝1次，本次研究共選取1988—2018年間的7幅遙感影像，影像的年份間隔為5～6年。

1.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

遙感影像預(yù)處理是遙感技術(shù)應(yīng)用的第一步，也是極為重要的一步，其處理的主要目的是提高遙感影像的質(zhì)量，使影像的分析精度更高。本次實(shí)驗(yàn)主要對(duì)獲取的影像進(jìn)行輻射校正與幾何校正，其目的是為了削弱大氣、地形及周邊環(huán)境對(duì)影像的影響[4]。對(duì)預(yù)處理過(guò)的Landsat影像進(jìn)行假彩色RGB 4/5/3波段組合，其目的是為了更好地突出水體部分[5]。

2 湖泊提取及其演變分析

2.1 湖泊提取

在眾多遙感影像分類方法中，目視解譯是公認(rèn)提取精度最高的方法，所以本次湖泊水域面積提取采用目視解譯方法。通過(guò)對(duì)云南九大高原湖泊影像的目視解譯，可得到1988—2018年間各湖泊的水域面積。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 云南九大高原湖泊1988—2018年水域面積統(tǒng)計(jì) 單位：km2

2.2 演變分析

通過(guò)把不同年份遙感影像目視解譯后的湖泊水域面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得到高原湖泊的水域面積變化趨勢(shì)圖，見圖2。

圖2 高原湖泊水域面積變化趨勢(shì)

由于九大高原湖泊水域面積大小不一，最大的是滇池，其水域面積為299km2，最小的是陽(yáng)宗海，水域面積僅30 km2，為了更客觀地分析各湖泊的水域面積演變，本次研究將九大高原湖泊分為兩個(gè)梯度進(jìn)行分析，分別是水域面積大于200km2和小于200km2。不同梯度湖泊水域面積變化趨勢(shì)見圖3。

圖3 不同梯度湖泊水域面積變化趨勢(shì)

由圖3可知，九大高原湖泊水域面積整體變化不大，在近30年的演變中，大部分湖泊的水域面積變化趨勢(shì)趨于一條直線，說(shuō)明湖泊狀況比較穩(wěn)定。但異龍湖、杞麓湖、滇池、洱海的水域面積出現(xiàn)過(guò)起伏，所以主要對(duì)以上4個(gè)湖泊進(jìn)行影響因素分析研究。

3 湖泊演變影響因素分析

3.1 滇池演變影響因素分析

從表1及圖2(a)中可以看出，滇池在1988—2018年間，水域面積并不是一直處于減少的狀態(tài)，在不同的時(shí)期呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)31年間的演變最后面積趨于略微減少的狀態(tài)，2018年比1988年水域面積共減少0.49km2，年均減少僅0.02km2，出現(xiàn)這樣的變化趨勢(shì)主要是受到氣候和人為因素的影響[6]。滇池水域面積變化分為5個(gè)階段。

第一階段：1988—1994年，滇池水域面積略有減少，共減少0.44km2，年均減少0.07km2。主要是由于該階段云南省工業(yè)開始迅速發(fā)展，導(dǎo)致省內(nèi)的工業(yè)用水量增加，而增加的工業(yè)用水則主要來(lái)源于滇池，因此使滇池水域面積減少。

第二階段：1994—1999年，滇池水域面積開始有所增長(zhǎng)，基本回到1988年的水平，水域面積增加了0.34km2，年均增加0.07km2。主要是由于該階段政府對(duì)滇池流域破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了綜合治理。治理的重點(diǎn)區(qū)域?yàn)椴莺?，主要是?duì)草海區(qū)域湖底淤泥進(jìn)行疏浚，疏浚效果較好，僅1998年就疏浚草海底泥面積2.83km2，底泥424萬(wàn)m3，草海增容400多萬(wàn)m3，草海湖底淤泥的疏浚使滇池水域面積增加明顯，特別是在草海區(qū)域。

第三階段：1999—2004年，滇池水域面積處于平穩(wěn)期，水域面積變化不大，面積增加了0.11km2，年均增加0.02km2。主要是由于2000年開始政府更加注重滇池流域的生態(tài)建設(shè)，通過(guò)對(duì)滇池流域內(nèi)的生態(tài)濕地進(jìn)行恢復(fù)，使滇池水體得到了一定的凈化。

第四階段：2004—2014年，滇池水域面積又開始出現(xiàn)緩慢的減少，共減少了4.13km2，年均減少0.41km2。主要是由于2005年以后年降水不斷減少，氣候?qū)此蛎娣e造成了一定的影響。

第五階段：2014—2018年，滇池水域面積開始增長(zhǎng)，共增加了3.63km2，年均增加0.97km2。主要是由于昆明市用水不再僅依靠滇池，政府部門啟動(dòng)了引水工程向昆明市調(diào)水，主要包括掌鳩河、清水海、牛欄江三大引水工程，年調(diào)水量9.43億m3。引水工程的實(shí)施使該階段的滇池水域面積得以擴(kuò)張。

3.2 杞麓湖演變影響因素分析

從圖2(e)中可以看出，杞麓湖水域面積變化分為3個(gè)階段。

第一階段：1988—2009年，杞麓湖湖泊水域面積緩慢減少，21年間，水域面積共減少1.49km2，年均減少量?jī)H0.07km2，屬于湖泊的自然萎縮，與遙感影像數(shù)字化偏差也有一定關(guān)系。

第二階段：2009—2014年，杞麓湖水域面積急劇減少，水域面積共減少6.45km2。這與氣候有著極大的關(guān)系，其間降雨量的減少，加上人們生活用水的需要，導(dǎo)致杞麓湖水域面積大幅度減少，再加上湖泊水質(zhì)情況也不容樂(lè)觀，為劣Ⅴ類水質(zhì)，導(dǎo)致杞麓湖湖底部分裸露。

第三階段：2014—2018年，杞麓湖水域面積大幅提升，基本恢復(fù)到原有水平。主要是由于2014年后，云南省降雨量明顯增加，使湖泊蓄水量有所增加，大部分由于水量減少裸露在外的湖底部分被水重新覆蓋，杞麓湖水域面積得到大幅度提升。除此之外，2008年3月1日開始實(shí)施的《杞麓湖保護(hù)條例》，在2014年后對(duì)杞麓湖水質(zhì)的提升也開始顯現(xiàn)成效，對(duì)杞麓湖水域面積的提升也起到一定的促進(jìn)作用。

3.3 洱海演變影響因素分析

從圖2(f)中可以看出，洱海水域面積變化分為3個(gè)階段。

第一階段：1988—2004年，洱海水域面積變化平緩，波動(dòng)不大。16年間，水域面積增增減減，最后基本回到1988年原有水平，其變化量?jī)H為0.01km2。1988—2004年間，2004年水域面積最大，為243.38km2,1999年水域面積最小，為242.53km2，兩者相差僅0.85km2。

第二階段：2004—2009年，洱海水域面積大幅度增加，5年間湖泊水域面積增加了3.68km2,年均增加量為0.73km2。這是由于洱海環(huán)境問(wèn)題開始被政府高度重視，在2004年，政府進(jìn)一步修訂了《洱海管理?xiàng)l例》，條例中著重強(qiáng)調(diào)了洱海發(fā)展需以保護(hù)與治理優(yōu)先為基本原則，在開發(fā)過(guò)程中應(yīng)謹(jǐn)防過(guò)度的旅游開發(fā)，應(yīng)遵循合理開發(fā)的基本原則。并在管理?xiàng)l例中將防洪的承受力、人工調(diào)節(jié)的可行性也考慮入內(nèi)，將洱海的最低水位線由原來(lái)的1971.00m提升至現(xiàn)行的1972.61m，最低水位線共提升1.61m；最高水位線變化不大，由原來(lái)的1974.00m提升至現(xiàn)行的1974.31m，提升了0.31m。除此之外，政府還加強(qiáng)了對(duì)洱海流域內(nèi)工業(yè)污水及生活污水排放的管控；一方面，在洱海管理與保護(hù)過(guò)程中加強(qiáng)洱海的生態(tài)建設(shè)，通過(guò)在流域內(nèi)大量的植樹造林以及湖泊濕地的保護(hù)，使湖泊的自凈能力得到提升；另一方面，對(duì)洱海流域內(nèi)人口數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，并提高人口素質(zhì)，通過(guò)立法等途徑提高居民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，這些措施共同作用，使洱海水域面積大幅增加。

第三階段：2009—2018年，洱海水域面積小幅度提升。2018年為研究期間洱海水域面積的最大值，其水域面積為247.86km2。根據(jù)洱海水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年為Ⅳ類水質(zhì)，2017—2019年洱海水域的水質(zhì)實(shí)現(xiàn)20個(gè)月水質(zhì)監(jiān)測(cè)為Ⅱ類、16個(gè)月水質(zhì)監(jiān)測(cè)為Ⅲ類，并未出現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果為Ⅳ類的情況，相比洱海之前的水質(zhì)狀況有了較大幅度的提升，并在近3年未發(fā)生規(guī)模化藍(lán)藻水華現(xiàn)象，現(xiàn)洱海的水質(zhì)狀況整體較好。

3.4 異龍湖演變影響因素分析

圖2(i)中可以看出，異龍湖水域面積變化分為兩個(gè)階段。

第一階段：1988—2014年，異龍湖水域面積除在1988—1994年有少量增加外，其余時(shí)間段均成湖泊萎縮的趨勢(shì)，特別是在2009—2014年期間，異龍湖的湖泊水域面積共減少11.53km2，減少的水域面積占異龍湖總水域面積近1/3。異龍湖水域面積的減少與眾多因素有關(guān)，主要是由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水量的增加以及異龍湖濕地的圍湖造田和多年干旱造成的。

首先，異龍湖流域內(nèi)具有豐富的水資源和耕地資源，致使流域內(nèi)人口不斷增加，人口數(shù)量的增加，使流域內(nèi)城鎮(zhèn)化速度也隨之加快，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水量也隨之增加，這就造成異龍湖流域內(nèi)水資源供需矛盾更為突出。其次，異龍湖周邊的濕地具有較好的地?zé)釛l件，適合種植農(nóng)作物，使異龍湖周邊出現(xiàn)大量的圍湖造田現(xiàn)象，在異龍湖南岸最為突出，僅南岸圍湖造田就達(dá)14.27km2，用于種植水稻等經(jīng)濟(jì)作物。此外，在異龍湖的西部及北部地區(qū)，周圍住戶通過(guò)圍墾灘地建造魚塘，縮小了湖盆面積和容積，減小了湖灘濕地面積，對(duì)異龍湖的水域面積產(chǎn)生了顯著影響。另外，2009—2012年云南省降雨量較往年平均水平明顯減少，出現(xiàn)了4年的連續(xù)干旱。而異龍湖是一個(gè)較為封閉的湖泊，其湖水補(bǔ)給主要源自入湖河流的匯入，常年的干旱使湖泊入湖河流的補(bǔ)給量減少，使湖泊水量也隨之持續(xù)降低，再加上異龍湖流域蒸發(fā)量大，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水量的增加，從而加劇了異龍湖水域面積的減少。

第二階段：2014—2018年，異龍湖水域面積有所回升，基本回到1988年的水平，僅萎縮0.42km2，年均萎縮0.01km2。異龍湖保護(hù)治理林草生態(tài)修復(fù)成效顯現(xiàn)，在異龍湖保護(hù)綜合治理中，采取了一系列有效的林草生態(tài)修復(fù)措施，不斷筑牢環(huán)湖面山生態(tài)修復(fù)根基，提升了環(huán)湖道路景觀綠化質(zhì)量，為“美麗湖泊”建設(shè)夯實(shí)了生態(tài)文明基礎(chǔ)。

針對(duì)北岸面山石漠化嚴(yán)重、灌木居多的實(shí)際問(wèn)題，在實(shí)施珠江防護(hù)林工程、整合資金建設(shè)示范林的工作中，破除林業(yè)造林模式及制約因素，嘗試運(yùn)用爆破擴(kuò)塘，解決人工開挖難，種植塘過(guò)小問(wèn)題；運(yùn)用客土移栽，解決面山缺土問(wèn)題；堅(jiān)持袋苗大苗上山，解決多年來(lái)林業(yè)造林不見林問(wèn)題；推行降水提水并重，解決造林靠天吃飯、聽天由命問(wèn)題；選用黃連木、清香、合歡等耐旱喬木，解決苗木成活率低的問(wèn)題。綠化流域面山1936.9hm2。

針對(duì)南岸面山開發(fā)強(qiáng)度大、面源污染風(fēng)險(xiǎn)高、極易造成水土流失的實(shí)際問(wèn)題，對(duì)臨水面1800畝楊梅進(jìn)行休耕，休耕區(qū)杜絕修枝、割灌、除草及擅自施肥施藥行為；楊梅園休耕區(qū)節(jié)點(diǎn)打造6.7km2，實(shí)施項(xiàng)目運(yùn)維和區(qū)域封禁管理，對(duì)10km休耕區(qū)域進(jìn)行界樁設(shè)置及鐵絲網(wǎng)、綠籬植物隔離界定，拆除生產(chǎn)性管護(hù)房44戶77間8400m2，組織工作人員加強(qiáng)日常巡查、森林公安嚴(yán)格查處違法行為。

針對(duì)環(huán)湖面山裸露剖面極易造成水土流失的實(shí)際問(wèn)題，坡陡坎高質(zhì)硬的剖面采用立體綠化客土噴混播種法，輔之鋼筋固土、掛網(wǎng)助爬；剖面不高的直接建種植地，選用攀爬能力強(qiáng)的藤木植物綠化。道路邊坡綠化主要采用客土噴播、植生袋、藤蔓植物、噴播植草(灌木)等；路側(cè)平臺(tái)空地綠化以清理整形并回填種植土，進(jìn)行植草并適當(dāng)栽植喬木為主；采石廠綠化采用開挖分級(jí)、設(shè)置擋墻，坡腳、坡頂栽植藤本植物，坡面噴播、撒播灌木籽等。多種方法混合使用綠化面積達(dá)31.8hm2。

針對(duì)環(huán)湖道路沿線植被覆蓋高低不同的實(shí)際問(wèn)題，異龍湖環(huán)湖濕地管護(hù)通道區(qū)分為村莊與道路銜接處綠化、路側(cè)平面綠化、與湖面連接邊坡綠化、臨水面綠化、與排水溝連接邊坡綠化、景觀平臺(tái)節(jié)點(diǎn)綠化六大類型，按照不同現(xiàn)狀條件及功能要求，制定出不同的設(shè)計(jì)方案，綠化提升改造37km?！懊利惡础苯ㄔO(shè)小港線道路11.5km，綠化實(shí)行分段栽種，與異龍湖環(huán)湖濕地管護(hù)通道已栽種景觀綠化樹進(jìn)行合理搭配，每1個(gè)路段種植1種主栽景觀樹種。

針對(duì)南岸高速路、國(guó)道路域桉樹種植影響生態(tài)景觀效果，破壞林地生態(tài)環(huán)境的實(shí)際問(wèn)題，堅(jiān)持突出重點(diǎn)、適地適樹、生態(tài)優(yōu)先的原則，采取喬、灌、草相結(jié)合的方式，選擇抗逆性強(qiáng)，耐干旱、耐低溫、生長(zhǎng)快、成活高、病蟲害少、易管理、生態(tài)景觀效果好，具有觀花、觀葉特點(diǎn)的藍(lán)花楹、黃連木、云南松3個(gè)樹種替換壩寶段路域桉樹，采伐復(fù)綠1009畝。

4 結(jié) 語(yǔ)

本次研究利用Landsat系列遙感數(shù)據(jù)，采用目視解譯的遙感成圖方法，分別對(duì)云南省九大高原湖泊水域面積進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行湖泊的時(shí)空演變驅(qū)動(dòng)力分析。分析結(jié)果表明，近30年間云南九大高原湖泊水域面積變化不大，湖泊水域面積總減少量?jī)H0.04km2。雖然湖泊在不同時(shí)期的演變規(guī)律不盡相同，但最終都回到最初水平，這與近年來(lái)云南省政府對(duì)高原湖泊的治理保護(hù)政策密不可分。針對(duì)云南九大湖泊開展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有助于研究九大湖泊的演變規(guī)律，為湖泊保護(hù)治理提供理論支撐。在以后的湖泊保護(hù)中應(yīng)更加注重湖泊的生態(tài)保護(hù)。