1992—2016年石羊河下游民勤綠洲時空變化分析

王曉軍

摘要 利用1992年TM、2000年TM、2008年ETM、2016年OLI遙感影像提取的綠洲信息，從面積和空間兩個方面出發(fā)，結(jié)合綠洲變化率和時空變化驅(qū)動機制，比較分析近30年來石羊河下游綠洲的變化過程。結(jié)果表明：近30年來，民勤綠洲面積經(jīng)歷了先回升后縮小再回升的變化過程，綠洲質(zhì)量明顯轉(zhuǎn)好。

關(guān)鍵詞 遙感影像;民勤綠洲;綠洲變化率;時空變化

中圖分類號：P333 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）07–0087–02

綠洲是干旱區(qū)獨有的地理景觀，指荒漠中有穩(wěn)定水源，可供植被繁茂生長的地理區(qū)域[1]。石羊河流域是西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域中人口最密集、水資源開發(fā)強度最大、生態(tài)環(huán)境問題最嚴重的地區(qū)[2]。尤其是下游民勤綠洲，近幾十年來隨著人類活動的增加，該區(qū)域林草覆蓋度下降，水土保持、防風固沙能力下降，干旱、沙塵暴等不確定災害頻發(fā)，使流域內(nèi)自然生態(tài)環(huán)境嚴重惡化。因此，研究民勤綠洲植被覆蓋度的時空變化，對研究國內(nèi)內(nèi)陸干旱地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

民勤縣地處38°25' N～39°17' N，102°45' E～104°15' E，是石羊河流域下游一片岌岌可危的綠洲。石羊河流域下游民勤縣地勢由西南向東北傾斜，民勤綠洲盆地將下游區(qū)域劃分為壩區(qū)、泉山區(qū)和湖區(qū)三個部分，下游區(qū)域三面環(huán)沙，是甘肅省乃至全國沙漠危害最嚴重的地區(qū)之一。

1.2 影像處理

為了最大程度地提取綠洲信息，所選影像的獲取時間盡可能為7、8月。1992年TM、2000TM、2008年ETM、2016年OLI遙感影像。經(jīng)過輻射定標、大氣校正、幾何校正、研究區(qū)裁剪等預處理，得出研究區(qū)域，然后利用纓帽變換方法對研究區(qū)域影像進行圖像增強[3]。

1.3 植被提取

研究中，依據(jù)“綠洲特征——植被茂盛”這一主要特征，以植被長勢和稠密為判定植被是否屬于綠洲的主要依據(jù)，計算出植被覆蓋度大于15%的人工防護林和天然植被覆蓋區(qū)屬于綠洲，植被覆蓋度低于15%的植被聚落不屬于綠洲[4]。

由于研究區(qū)域處于干旱半干旱地區(qū)，植被所呈現(xiàn)出景觀的特點，因此選用NDVI法提取植被信息，并用歸一化方法對影像中提取的綠洲植被進行歸一化處理，這樣可以突出植被的信息，最后對背景進行賦值，可以得到4年石羊河下游民勤綠洲植被的空間分布。

1.4 水體提取

利用MIR/G指數(shù)提取水體信息，其中MIR是影像的中紅外波段，G是影像的綠光波段，兩波段比值可以有效抑制植被和荒漠土壤信息，突出水體信息，并采用閾值分割法分割綠洲的要素——水體。閾值下限對某些碎部區(qū)域到底歸于水體、植被還是荒漠有著決定性作用。同時，借助天地圖可以對提取的水體區(qū)域采取縮放閾值的方法以獲取最佳閾值，得到4年石羊河下游民勤綠洲水體的空間分布。

1.5 居民地剔除

提取的植被信息中散布大小不等和形狀各異的居名地、荒灘或棄耕地等。將植被的二值化圖像轉(zhuǎn)為矢量圖像并做“去除分析”，為了不影響對綠洲內(nèi)部荒漠的客觀認識，應(yīng)將居民點、沙化土地或棄耕地盡可能做“去除分析”并剔除[5]。

1.6 綠洲要素疊加

經(jīng)過碎斑處理之后，將圖層由矢量格式轉(zhuǎn)為柵格格式（像元大小為30 m），形成下游民勤綠洲的植被空間分布圖，再與提取的水體空間分布圖像鑲嵌，得到分類要素提取疊加的石羊河下游民勤綠洲空間分布圖（圖1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠洲面積變化

對四期遙感影像綠洲分布圖在ArcGIS中進行量算以及統(tǒng)計分析，可知：1992年民勤綠洲面積為968.45 km2，2000年民勤綠洲面積為1 465.02 km2，2008年民勤綠洲面積為1 228.47 km2，2016年民勤綠洲面積為1 745.62 km2。

綠洲面積的變化能夠直觀地描述一段時間內(nèi)綠洲面積變化的大小與快慢，但是不能反映綠洲變化的幅度和速度，即綠洲變化的強度。故選擇綠洲變化率來簡單描述綠洲變化的劇烈程度，其數(shù)學表達式為：

公式中，Ua表示初始年份綠洲面積，Ub表示結(jié)束年份綠洲面積，T表示時間周期。

K=0表明綠洲處于穩(wěn)定中;K>0表明綠洲處于擴張中，值越大，擴張強度越大;K<0說明綠洲處于萎縮中，值越小，萎縮強度越大（表1）。

2.2 自然因素

2.2.1 降水量和蒸發(fā)量 石羊河下游年降水量<150 mm，蒸發(fā)量卻達到

1 300～2 000 mm，降水變化率相對中上游較大，干旱指數(shù)達到15～25。有著龐大的蒸發(fā)量的石羊河流域極度缺水，制約了民勤綠洲的發(fā)展。

2.2.2 水文 過度開采地下水導致水質(zhì)礦化度上升、土地沙化嚴重、植被面積減少、生態(tài)環(huán)境逐漸惡化。地下水位開始下降，地面天然生長的沙生植被因根系吸收水分不足，退化衰敗度達到70%以上，植被覆蓋度開始快速下降，致使沙丘活化，逐漸移動，使綠洲的分布格局發(fā)生了明顯的改變。

2.3 人文因素

2.3.1 人口增長 民勤縣是一個以農(nóng)業(yè)為主的縣城，要想提高人們的生活質(zhì)量，就要高效利用土地，這就進一步加大了土地的利用壓力。

2.3.2 農(nóng)業(yè)科技進步 主要包括農(nóng)業(yè)機械化、節(jié)水灌溉技術(shù)提升、地膜使用與作物品種改良等。采用地膜覆蓋技術(shù)可在某種程度上提高了水資源的利用率，但是對環(huán)境的污染相對加大。此外，引進抗旱作物品種（梭梭樹等沙生植物），擴大綠洲面積，抑制兩大荒漠的遷移與合并。

3 結(jié)論

（1）在空間分布上，紅崖山水庫以下的民勤綠洲有向上游遷移的趨勢，且這種遷移不只是上游原有綠洲在邊緣地區(qū)的“增生”，而且以打井的方式呈離散片狀向荒漠腹地推進。綠洲遷移的原因在于下游生態(tài)環(huán)境不斷惡化，導致農(nóng)田大量被棄耕，以及地下水開采量的大幅度增加。

（2）可以看出：1992—2016年，民勤綠洲并沒有大面積退化，而是經(jīng)歷了一個先增加后減少再增加的過程。前期綠洲面積增加主要表現(xiàn)在人們大面積地開荒墾地，開采地下水，灌溉面積擴大。中期綠洲面積減少的原因是地下水超采，生態(tài)環(huán)境惡化，大量天然植被退化成荒漠。后期又回升是因為石羊河流域采取了重點治理、景電二期向民勤調(diào)水工程、西營河向民勤調(diào)水工程等治理措施;人們環(huán)境意識的提高;實行了許多防風固沙措施，包括利用草方格防止沙漠移動、種植梭梭樹等沙生植物，有效抑制了綠洲荒漠化。

參考文獻

[1] 頡耀文，陳發(fā)虎.基于數(shù)字遙感圖象的民勤綠洲20年變化研究[J].干旱區(qū)研（下轉(zhuǎn)第頁）究，2002（1）：69-74.

[2] 韓濤，王大偉.2000—2014年石羊河流域植被覆蓋變化研究[J].中國農(nóng)學通報， 2017，33（13）：66-74.

[3] 陸燈盛，游先祥，崔賽華.TM 圖像的信息量分析及特征信息提取的研究[J].環(huán)境遙感， 1991（4）：267-274，323.

[4] 衛(wèi)嬌嬌.基于遙感的甘肅河西地區(qū)綠洲分布提取及時空變化分析[D].蘭州：蘭州大學，2016.

[5] 吳瑩瑩.基于TM遙感影像的綠洲空間分布提取研究[D].蘭州：蘭州大學， 2010.

責任編輯：黃艷飛

Temporal and Spatial Changes of Minqin Oasis in the Lower Shiyang River From 1992 to 2016

WANG Xiao-jun （Shiyang River Basin Water Resources Utilization Center， Gansu Provincial Water Resources Department， Wuwei， Gansu 733000）

Abstract Based on the oasis information extracted from TM in 1992， TM in 2000， ETM in 2008 and oli in 2016， the change process of oasis in the lower reaches of Shiyang River in recent 30 years is compared and analyzed from the two aspects of area and space， combined with the oasis change rate and spatio-temporal change driving mechanism. The results show that in recent 30 years， the area of Minqin oasis has experienced a change process of first rising， then shrinking and then rising， and the oasis quality has obviously improved.

Key words Remote sensing image; Minqin oasis; Oasis change rate; Space and temporal change