基于LUCC的江汉平原湖泊演变及其蓄水能力研究

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxintju4
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湖泊作为一种天然的屏障,在抵御湖区水系洪水灾害、保障区域防洪安全等方面起着重要作用。然而由于自然环境变化及人类开发利用活动的影响,出现了水资源过度开发、水质恶化、湖泊萎缩、湖泊淤积等问题,对湖泊调蓄功能产生重要影响,严重威胁着湖区群众财产安全,不利于社会经济的可持续发展。本文以江汉平原为研究区域,以Landsat TM遥感影像和江汉平原土地利用数据库为基础数据源,首先对研究区土地利用/覆被变化整体特征进行分析;然后根据水体指数模型(NDWI),结合人工目视解译方法,分别提取1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年六个时期面积大于0.1 km2的湖泊水面面积数据,并结合收集到的湖泊属性数据建立江汉平原湖泊数据库,分析1990-2015年江汉平原湖泊时空演变规律;在此基础上,结合1990-2015年自然和人类活动影响指标的时空变化规律,探讨了各驱动因素影响下的湖泊演变机制;最后建立湖泊蓄水能力评价模型对不同时期的湖泊蓄水量进行估算。主要研究结论如下:(1)从整个研究期来看,表现出耕地和未利用地持续减少趋势,水域和建设用地持续增加趋势,而林地和草地波动变化;其中耕地、林地、未利用地面积分别减少了 2200.12 km2、2.82 km2和23.08 km2;而建设用地、水域、草地面积分别增加了 1036.03 km2、1169.54 km2和20.45 km2。从变化速率来看,尤其以耕地的减少、水域和建设用地的增加表现的较为突出;建设用地增长最快,其次为水域,草地增长较慢,三者年均增长率分别为1.75%、1.11%和0.57%;而耕地、林地和未利用地年均减少速率分别为0.40%、0.01%和0.43%,未利用地减少最快,耕地次之,林地最慢,但耕地减少量却远大于未利用地和林地,约是未利用地的95倍。各地类转化为水域的面积之和,远大于水域转化为其它地类的面积之和,水域面积呈持续增加趋势。(2)江汉平原面积大于0.1 km2的湖泊斑块数量在1990-2015年六个时期分别为563、482、424、473、417和469,除2005年略有增加外,整体呈现出持续减少的态势:湖泊斑块数量减少了 94个,减少了 16.70%。六个时期湖泊面积分别为1631.19 km2、1523.26 km2、1464.85 km2、1505.99 km2、1440.41 km2 和 1503.34 km2,湖泊总面积前期呈持续减少,后期缓慢增加的趋势;研究区湖泊总面积共减少了127.85 km2,减少了 7.84%。从空间分布上看,分布在0-50米高程范围的湖泊面积最大,总面积介于1363.42 km2-1507.62km2,约占区域总湖泊面积的92%-95%,并且呈上升趋势;1990-2015年江汉平原湖泊质心整体偏移量为5.49 km,湖泊偏移量呈现先增大后减少的趋势,其中2005-2010年湖泊质心偏移量最大。(3)所选取的三个自然因素指标中,年均降雨量和年实际蒸发量呈现波动下降趋势,而年平均气温呈轻微波动上升趋势;具体来讲,研究期内年平均降雨量为1291.89mm,其中1990-2001年年平均降雨量为1418.61mm,2002-2015年年平均降雨量为1183.28mm,相比下降了 235.33mm;年平均气温为16.60℃,其中1990-2002年年平均气温上升了 1.91℃,2003-2015年年平均气温仅上升了 0.38℃。人类活动因素的三个指标中,人口自然增长率整体上呈现下降趋势,由1990年的14.30‰下降到2015年的4.911‰,分阶段来看呈现出先剧烈下降后缓慢上升的趋势;城镇化增长率呈现出剧烈波动到逐渐平稳趋势,1990-2001年波动剧烈,2002-2015年整体平稳;经济增长率波动较大,总体发展趋势不明显。相关性分析结果表明,降雨量、人口增长率、城镇化率这三个因子对湖泊水面面积变化的影响最为显著。(4)影响湖泊蓄水能力的因素包括湖底地形、湖泊水深、湖泊面积、河湖连通性等方面,而由于江汉平原湖泊形成的特殊性,导致湖泊蓄水能力与湖泊面积的关系十分密切,因此构建湖泊水面面积与湖泊蓄水能力关系模型。据此,计算出研究期内江汉平原湖泊总的蓄水量为47.80×108m3-55.09×108m3,并且随着江汉平原湖泊水面面积的减少,湖泊蓄水量整体上呈现出降低趋势,但不同年份间变化幅度差异较大。目前为止,国内外学者对于湖泊演变的研究众多,而从防洪减灾的角度分析湖泊演变对区域防洪蓄水能力影响的研究比较少,并且通过构建湖泊蓄水能力评价模型,实现大范围的湖泊调蓄功能评价的研究也较缺乏,本研究能弥补该类缺口。本研究可以为区域湖泊防洪能力研究提供参考,还可以为江汉平原乃至整个湖北省的湖泊防洪建设提供科学指导。
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