EN中文

地球信息科学学报 >

2019 , Vol. 21 >Issue 3: 437 - 444

DOI: https://doi.org/10.12082/dqxxkx.2019.180523

遥感科学与应用技术

塔里木河下游生态环境变化时序监测与对比分析

  • 朱长明 , 1 ,
  • 李均力 , 2, * ,
  • 沈占锋 3, 4 ,
  • 沈谦 1
展开
  • 1. 江苏师范大学地理与测绘学院, 徐州 221116
  • 2. 中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐 830011
  • 3. 中国科学院遥感与数字地球研究所,北京 100101
  • 4. 中国科学院大学,北京 100049
*通讯作者：李均力（1980-）,男,湖北随州人,博士,研究员,研究方向为生态环境遥感和干旱区水文、水平衡研究。E-mail: .

作者简介：朱长明（1983-）,男,安徽庐江人,博士,副教授,研究方向为遥感信息提取,生态环境遥感以及干旱区水文水资源研究。E-mail: .

收稿日期: 2018-10-01

  要求修回日期: 2018-12-18

  网络出版日期: 2019-03-15

基金资助

国家重点研发计划项目（2017YFB0504204）

国家自然科学基金项目（41671034、41201460、U1178302）

收起

Time Series Monitoring and Comparative Analysis on Eco-environment Change in the Lower Reaches of the Tarim River

  • ZHU Changming , 1, 2 ,
  • LI Junli , 2, * ,
  • SHEN Zhanfeng 3, 4 ,
  • SHEN Qian 1
Expand
  • 1. Department of Geography and Environment, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
  • 2. Institute of Xinjiang ecology and geography , Chinese Academy of Sciences, Urimuq 830011, China
  • 3. Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
  • 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
*Corresponding author: LI Junli, E-mail:

Received date: 2018-10-01

  Request revised date: 2018-12-18

  Online published: 2019-03-15

Supported by

National Key Research and Development Program of China, No.2017YFB0504204

National Natural Science Foundation of China, No.41671034, 41201460, U1178302.

Copyright

《地球信息科学学报》编辑部 所有
Fold

摘要

塔里木河下游地区是我国西部干旱区生态环境问题比较突出的区域。本文主要从地表水(湖泊、河流和湿地)、地下水、地表植被覆盖的角度,基于多源遥感和长时间序列数据,监测和分析生态输水前后区域环境变化和生态响应。首先,采用基于知识迁移的专题图斑更新技术,实现了1990、1995、2000、2005、2010和2015年区域湿地遥感制图和植被覆盖度等生态因子指标提取;然后,以2000年为基准（生态输水起始年）,结合地下水位观测数据,对比分析了人工生态输水前后区域生态环境动态变化过程。结果显示：① 生态输水前（1990-2000年）,塔河下游的生态环境持续恶化,流域范围内一半以上的沼泽湿地消失、河道干涸,地下水位下降,区域植被覆盖大幅度下降;② 生态输水后（2000-2017年）,区域生态环境明显好转,改变了下游河道长期断流状态,区域地下水位明显抬升,地表水域（湖泊和沼泽）面积呈现“V”型逆转增加,区域植被覆盖区和覆盖度均呈现显著增加趋势,曾经一度干涸的塔河尾闾台特玛湖水域面积2017年8月达到147.87 km2。以上研究结果综合表明人工生态输水工程对塔河下游生态环境拯救和治理发挥了重要作用,遏制了生态输水前塔河下游生态环境继续恶化局面,流域生态环境正在逐步恢复。

关键词： 塔里木河下游; 生态环境; 遥感; 生态调水; 动态监测

本文引用格式

朱长明 , 李均力 , 沈占锋 , 沈谦 . 塔里木河下游生态环境变化时序监测与对比分析[J]. 地球信息科学学报, 2019 , 21(3) : 437 -444 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2019.180523

Abstract

The lower reaches of the Tarim River is a region with fragile ecology and significant environmental problems in an arid area of Western China. The local ecological environment has experienced tremendous degradation over the decades, due to water resource deficits from human activities and climate change. In the year 2000, the Tarim River Basin Administration Bureau (TBAB) initiated the Ecological Water Conveyance Project (EWCP) in an attempt to restore the downstream ecosystem. By the end of 2017, 18 water delivery projects had been completed, totaling 6.3 billion m3. Understanding the effect of water delivery on the ecological environment in the lower reaches of the Tarim River is of environmental importance. This paper monitors and analyses regional environmental changes and ecological responses before and after water conveyance from surface water (lakes, rivers and wetlands), groundwater and vegetation cover, using multi-source remote sensing and long-term series data. Wetland information and updated maps were produced using thematic map plaque knowledge transfer technology. Regional wetlands mapping and area change statistics were then completed for the years 1990, 1995, 2000, 2005, 2010 and 2015. Finally, regional wetland and vegetation change characteristics were analyzed pre-EWCP period (before 2000) and post-EWCP (after 2000). Results indicate that: (1) Pre-EWCP period (1990-2000), the regional ecological environment in the lower reaches of the Tarim River continued to deteriorate (almost half of the swamp wetlands in the basin disappeared and the regional vegetation coverage decreased significantly). (2) Post-EWCP period (2000-2017), the regional ecological environment has been significantly improved. This was indicated by a “V” type reversal in the lakes and wetlands of the basin. In addition, the areas containing medium and sparse vegetation coverage had a significant increasing trend, and the ecological environment of wetland was gradually restored. Furthermore, the long-term dry and shut-off state of the downstream river channel has been changed. In particular, the Tail Lake (Taitema Lake) gradually regained its vitality after 30 years of becoming dry (area reached 147.87 km2 in Aug. 2017). This research showed that the EWCP played a key role in the rescue and control of the ecological environment in the lower reaches of the Tarim River and hence, the regional ecological environment is gradually recovering. These findings are critical for environmental effect assessments by the EWCP and future ecological restoration effort in the lower reaches of the Tarim River. They may also provide useful technical support and decision-making references for ecological engineering construction and performance evaluation.

Key words： lower reaches of the Tarim River; ecological environment; remote sensing; ecological water conveyance; dynamic monitoring

1 引言

新疆塔里木河流域是中国西部干旱区生态环境典型脆弱区。气候极端干旱,区域的一切活动对河道水资源强依赖——形成有河流水源补给是绿洲、无河流水源补给是荒漠的干旱区典型生态格局。20世纪70年代以来人类生产活动加剧和塔里木河中上游对水资源的过度开发,塔河下游的来水量的不断减少,流域下游生态环境经历了严重的恶化。据资料统计：塔里木河在卡拉水文枢纽的下泄水量,从1957-1967年平均的12×108 m3逐步减少到1986-1995年平均的2.7×108 m3[1]。尤其是自1972年大西海子水库建成后,导致了下游300余里河道彻底断流,台特玛湖于1974年干涸[2,3]。此后区域大批胡杨林死去,生态退化严重,塔里木河下游已成为新疆乃至全国生态环境劣变问题最为突出的地区之一[3,4]。
为了治理和恢复塔里木河流域生态环境,保护塔克拉玛干沙漠和库鲁克库姆沙漠的绿色屏障,自2000年来,国家实施塔里木河流域近期综合治理,在全流域内实施统一的水量调度,并对下游生态抢救性恢复和保护开展了应急生态输水工程。从2000年5月中旬开始至2017年12月,塔河管理局先后已经对塔河下游进行了18次生态输水,累积生态输水量超过60亿m3。那么,经过多年的生态输水下游的生态响应以及取得的环境效益如何?一直是国内地学、环境和生态学研究的一个热点,也是专家学者关心和关注的一个科学议题[5,6]。已经有许多学者分别从植被样地调查、胡杨长势、NDVI、地下水、生物量等方面开展了相关的研究和生态效益评估。如陈亚宁等[3]通过生态断面的植被样地的实地监测,分析生态输水对塔里木河下游的生态效应。李卫红等[7]通过对天然植被的生长,例如胡杨的叶片、芦苇的高度、宽、重等生物指标,分析生态输水对塔河下游植被的影响范围。盛昊等[8]采用季节指数法对MODIS-NDVI时间序列分析,定量评价了2000-2005年塔河下游生态输水产生的效应。闫正龙等[9]根据植被覆盖度等指标参数,研究了生态输水对塔河下游的影响。李卫红等[10]通过地下水位、植被数据,定量分析了塔河下游地下水位、生物量的变化。李丽君等[11]从地表水、地下水的变化的角度探讨了塔河下游生态环境的恢复。邓铭江等[12]在塔河下游生态环境本地调查的基础上,通过地表水、地下水、土壤水、植被样方等监测,分析并评价了生态调水后植被生理、植被恢复等植被生态响应效益。苏宏超等[13]利用气象和地面台站观测数据,研究分析了塔河下游生态环境对前七次生态输水的响应等。
从以上研究现状分析可以发现,研究的时间尺度为人工应急生态调水的初期或中期居多,缺少系统监测以及调水前后区域生态系统的变化对比研究与分析。为科学评估人工生态输水对下游生态环境修复的作用与效果,本文借助遥感与GIS技术,以2000年为基准（调水初始年）,通过区域地表水资源、地下水和植被覆盖时序监测和调水前后流域生态环境变化对比分析,探讨流域的生态系统变化特征和状态,为塔河下游流域的生态环境保护与恢复、流域水资源分配提供数据支持和决策参考。

2 研究区概况、数据来源与研究方法

2.1 研究区概况

以博斯腾湖以下的塔里木河为主要研究区, 86.5°E-88.5°E, 39.5°N-41.5°N（图1）。其中大西海子水库至台特玛湖的塔里木河下游河段以胡杨林分布为主,天然植被绿色屏障对阻止塔克拉玛干和库鲁克库姆两大沙漠的合拢,维护218国道的畅通,具有重要的生态意义。该区域也是生态输水的目标区域,为监测下游地下水位的动态,塔管局沿途布设了英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻等生态断面和观测井。区域气候极端干旱,降水稀少,风沙多发,年降水量仅20~40 mm,而年平均蒸发量高达2500~3000 mm[14]。相对于蒸发量来说,区域年降水量基本可以忽略不计,河流水源补给主要是高山冰雪融水。
Fig. 1 Study area location

图1 博斯腾湖以下的塔里木河研究区

2.2 数据源

在遥感数据源选择上需要考虑影像时相的一致性和区域水文特征,尽量减少时相和偶然性误差的干扰,保证多期监测结果的可比较性。文章在综合考虑遥感影像最佳获取时时相和数据质量的基础上,挑选了1990、1995、2000、2005、2010、2015年9-10月的Landsat 序列遥感影像;局部数据缺失或者受到云层干扰的情况下,采用了临近时相的其它卫星影像替代,如CBERS\HJ。台特玛湖的近期水域面积监测使用了2017年的Sentinel-2 卫星影像。遥感影像数据下载自地理空间数据云和中国资源卫星应用中心[15,16];地下水数据来自塔管局和文献资料整理[17]。遥感数据预处理主要包括辐射校正、几何校正和统一投影坐标系统。由于需要统计面积变化,文中将卫星遥感影像统一转为Albert等积圆锥投影。

2.3 研究方法

2.3.1 湿地图斑更新与制图
在已有专题层知识的基础上,采用遥感影像多尺度分割和特征基元构建,通过知识迁移和机器学习技术,实现专题图控制下图斑自动更新[18,19],详细方法见流程图2所示。
Fig. 2 Map of updated wetlands based on thematic knowledge transfer

图2 基于专题图知识迁移的湿地图斑更新流程

首先,根据2个（T0,T1）时期的影像,通过变化检测出2个时期没有发生变化的区域;然后根据T0时期的湿地分类图和T0、T1时期不变区域,将样本迁移到T1时期影像上,标注分类样本,建立T1时期分类样本数据库;接着进行机器分类。将T1时期分类样本,一半用于SVM机器训练一半用于精度检验,通过10倍交叉验证,完成SVM模型训练（c=0.8, g=0.039）;最后对T1时期影像分类与后处理。通过目视解译补判,检查错分和漏分的对象。其中对于水域部分,河流、湖泊和水库的混合比较严重,主要由人工完成区分。
2.3.2 湿地景观动态度计算
动态度模型将湿地生态景观因子的整体作为研究单元计算其年变化率,反映各个类型的变化程度,大于0表示面积增加,小于0表示面积减少,进而分析其变化情况。动态度的计算公式为[20,21]：
DC = U a - U b U b / T × 100 % （1）
式中： T 为时间跨度; DC 为湿地变化动态度; U b 为前期的湿地面积/km2; U a 为后期湿地面积km2。

3 结果及分析

从湿地遥感分类图可以直观看出,近30年来该区域的湿地生态景观类型发生了巨大的变化（图3）。主要体现在湖泊和河流水体分布,沿河沼泽,植被覆盖度等。通过对比6期湿地专题分布图最明显的变化是：2000年以后大西海子以下的塔河河道干涸断流的状况得到明显改善,从2005年卫星遥感解译图上河道基本上已经畅通;此外,台特玛湖出现较大面积的水域。
Fig. 3 Wetland maps over six time periods using remote sensing in the lower reaches of the Tarim River

图3 塔里木河下游湿地分布遥感制图

3.1 流域湿地时序动态

从塔河下游湿地面积统计数据可以看出,不同类型的湿地变化方式和变化幅度各有差异（图 4）。在时间变化过程上,河流湿地以2000年为拐点,呈现逐年增加的趋势;流域湖泊和沼泽湿地的拐点相对滞后,呈现扭亏为盈的“V”型变化过程。
Fig. 4 Area changes of various wetlands in the lower reaches of Tarim river

图4 塔里木河下游不同类型湿地面积变化曲线

在响应时间上湖泊和沼泽增加较河流有个滞后性,拐点可能发生在2005年左右（具体受观测时间尺度影响）。从1990-2000年,流域沼泽湿地沼泽面积由285.59 km2减小到67.09 km2,大量的沼泽湿地在这段时间消失;而从2005年到2015年沼泽面积由67.09 km2增涨到182.86 km2,反映了沼泽湿地面积持续减少得到了遏制,并且逐步恢复。以上遥感监测数据表明,通过塔河的综合治理工程,对塔河下游的18次人工生态调水,湿地长期萎缩局面初步得到遏制并呈现增涨趋势,有效地保护并恢复了区域生态环境。

3.2 台特玛湖水域与地下水埋深变化

通过2017年8月29日的Sentinel-2数据遥感影像和对应区域的2000年9月18日的TM遥感影像比较发现,塔里木河尾闾湖—台特玛湖水域面积增加非常明显,与此同时周边植被得到很好的恢复（图5）。通过对2期影像的水域分布提取,统计结果表明：2000年9月台特码湖水域面积只有4.81 km2;2017年8月底湖泊水域面积为147.87 km2,增加了143 km2。从英苏、喀尔达依和依干不及麻3个生态断面的平均地下水埋深数据看（图6,见第451页）,生态输水前地下水位处于下降趋势,2000年前平均埋深在-9 m以下,且越到下游地下水埋深越深;生态输水后塔河下游的地下水位有了明显提升,观测井平均地下水埋深约为-6 m左右,且3个生态站点观测的地下水位变化趋势基本一致。
Fig. 5 Change in water area of the Taitema Lake between 2000 and 2017

图5 2000-2017年台特玛湖水域面积变化对比

Fig. 6 Variation in groundwater depth at different depths

图6 生态输水前后地下水位变化

3.3 区域景观动态度变化分析

生态调水前后区域景观动态度（表1）。从表1中可以看出：生态调水前（1990-2000年）,流域的水域面积（包括河流和湖泊）以年平均2.9%的速度减少,沼泽湿地的面积以年平均5.35%的速度减少,稀疏（低）植被覆盖区以年平均5.54%的速度减少,中等植被覆盖区以年平均6.33%的速度减少。生态调水后（2000-2015年）,流域水域面积以年平均11.01%的速度增加,沼泽湿地的面积以年平均1.09%的速度增加,稀疏植被覆盖区以年平均1.71%的速度增加,中等植被覆盖区以年平均7.4%的速度增加。流域河流和湖泊等已经基本得到恢复,地表水域面积达到并超过1990年的水平,沼泽湿地正在逐步复苏。以上统计数据进一步说明了通过生态输水有效地遏制了塔河下游生态环境退化。
Tab. 1 Dynamic change to the landscape in the lower reaches of the Tarim River

表1 生态输水前后塔里木河下游流域地表覆被景观变化动态度

1990-2000年 2000-2015年
水域面积 沼泽面积 低疏植被 中等植被 水域面积 沼泽面积 低疏植被 中等植被
变化值/km2 -68.38 -1528.87 -11007.05 -741.48 184.17 144.23 1513.50 317.93
动态度/% -2.90 -5.35 -5.54 -6.33 11.01 1.09 1.71 7.40

注：结合区域植被特征将流域干旱区的植被分为：低疏植被覆盖区（FVC 5%~20%）和中等植被覆盖区（FVC 20%~50%）。

4 结论与讨论

本文主要从地表水（河流、湖泊和湿地）、地下水以及植被覆盖度的角度,基于多源遥感影像和生态断面地下井水位观测数据,序列监测和对比分析了生态输水前后塔里木河下游区域环境变化,客观评价了生态输水取得的生态效应。研究表明：自2000年人工生态输水以来,塔河下游的生态环境得到了明显的改善,生态调水对区域生态环境的拯救和治理起到了积极的作用,各项生态指标均呈现显著转变。
（1）生态输水前（1990-2000年）,河道断流,地下水位持续下降,各类监测生态环境指标均在退化。区域地下水平均埋深低于-9 m,已经不能满足干旱区植被正常生长和繁殖所需的最低地下水位。1990-2000年流域范围沼泽湿地面积、中等植被覆盖区以及稀疏植被覆盖区面积减少了一半以上;流域河流、湖泊等水域面积减少了近1/3;塔河下游流域的生态环境每况愈下。
（2）生态输水后（2000-2017年）,历经18次的生态输水,流域生态环境得到明显改善。流域湖沼湿地面积呈现“V”型逆转,遏制了2000年前流域湿地持续萎缩状态;改变了下游河道长期断流的历史,一度干涸的塔河尾闾湖——台特玛湖重现大面积水域,2017年8月水域面积达到近150 km2;近河道地下水位平均埋深从-9 m抬升到-6 m左右,中等植被区和稀疏植被区面积均呈现显著增加趋势。这一方面表明了流域水文过程的完整性得到恢复,另一方面反映了区域生态环境的好转[22]。
以上结果综合表明生态输水对区域生态环境的拯救和恢复取得了显著的成效,扭转了2000年以前塔河下游生态环境持续恶化的局面。但是,从景观生态看目前主要增加的湿地多是临时性水域面积,发挥的生态功能效应有限;区域的沼泽湿地增长具有一个明显的时间滞后性,且恢复缓慢,所以塔河下游生态系统保护和修复还需一个长时间的过程。由于塔河下游的水量完全依靠中上游来水的补给,而维系这条生态河流的正常健康持续发展,需要一个科学合理的年生态需水量保障,因此必须从整个流域的角度考虑水资源的统一合理调配,进而维持、巩固和加强生态恢复已经取得的成效。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
[1]
孙涛,李纪人,杜龙江.塔里木河下游应急输水前后生态变化遥感监测分析[J].中国水利水电科学研究院学报,2004,2(3):179-184.The paper introduced the situation of water resources and ecological deterioration of the Tarim River. The necessity and feasibility of water-transportation to Tarim River were analyzed. Based on three remote sensing images at different time, interpretation and classification of images were made. Normalized Difference of Vegetation Index (NDVI) and overlay degree of vegetat ion were obtained, which were applied to assess the dynamic changes of ecological situat ion before and after water-transportation carried out 3 years ago. It was proved that the emergent water-transportations, totally 5 times, had played an import role in ecology recovery as well as in holding back the ecological deterioration of the lower Tarim River, thus winning time for comprehensive remedy of the area.

DOI

[ Sun T, Li J R and Du L J. Remote sensing monitoring of ecological changes of lower Tarim river before and after the emergent water-transportation[J]. Journal of China Insitute of Water Resource and Hydropower Research, 2004,2(3):179-184. ]

[2]
Hai-Liang X U, Mao Y E, Ji-Mei L I. Changes in groundwater levels and the response of natural vegetation to transfer of water to the lower reaches of the Tarim River[J]. Journal of Environmental Sciences, 2007,19(10):1199-1207.Restoration and reconstruction of the degraded Tarim River ecosystem is an important challenge. A goal of an ecological water conveyance project is to protect and restore the natural vegetation in the lower reaches of Tarim River by transferring water from Bosten Lake, through the river channel, to the lower reaches. This study describes the changes in groundwater depth during the water transfer and the respondence of riparian vegetation to alterations in groundwater levels. The results indicate that groundwater depth along the Tarim River channel has a significant spatial-temporal component. Groundwater levels closest to the river channel show the most immediate and pronounced changes as a response to water transfer while those further away respond more slowly, although the observed change appears to be longer in duration. With a rise in the groundwater level, natural vegetation responded with higher growth rates, biomass and biodiversity. These favorable changes show that it is feasible to protect and restore the degraded natural vegetation by raising the groundwater depth. Plant communities are likely to reflect the hysteresis phenomenon, requiring higher water levels to initiate and stimulate desired growth than what may be needed to maintain the plant community. Because different species have different ecologies, including different root depths and densities and water needs, their response to increasing water availability will be spatially and temporally heterogenous. The response of vegetation is also influenced by microtopography and watering style. This paper discusses strategies for the protection and restoration of the degraded vegetation in the lower reaches of the Tarim River and provides information to complement ongoing theoretical research into ecological restoration in arid or semi-arid ecosystems.

DOI PMID

[3]
陈亚宁,张小雷,祝向民,等.新疆塔里木河下游断流河道输水的生态效应分析[J].中国科学D辑:地球科学,2004,34(5):475-482.对塔里木河下游断流河道4次输水过程以及9个地下水监测断面和15个植被样地的实地监测资料 分析表明，塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势．地下水埋深分别由输水前的9．87m升高到第1次输水后的7．74m，第2次输水后的 3．79m，第3次输水后的3．6l和3．16m以及第4次输水后的2．66m，输水河段两侧地下水位的横向响应范围呈逐渐扩大趋势，响应范围由第1次输 水后的450m宽增加到第4次输水后的1050m宽，但地下水响应程度随远离输水河槽中轴线而减小；地下水埋深对天然植被的组成、分布及长势有直接关系． 反映物种的数量变化和物种的生物学多样性程度的simpson多样性指数、McIntosh均匀度指数和Margalef丰富度指数，由上游至下游，随地 下水位埋深加大，分别由O．70，O．48和O．90降低为O．26，O．17和0．37．输水后，随着地下水位的抬升，天然植被得到拯救和恢复，植被的 响应范围也逐渐扩大，由第1次输水后的200,也50m，扩展到第4次输水的800m，但距保护塔里木河下游“绿色走廊”的目标还有很大差距．鉴于此，提 出实施双河道输水以及河道输水与面上供水相结合方式，或者通过建立现代化管道输水网络系统，集约化地进行天然植被的输水拯救，实现水资源的高效利用，加快 塔里木河下游受损生态系统的恢复与重建．

DOI

[ Chen Y N, Zhang X L, Zhu X M, et al.Analysis of ecological effects of water conveyance in the drying up river of the lower reaches of the Tarim River in Xinjiang[J]. Science in China Series D: Earth, 2004,34(5):475-482. ]

[4]
刘宝茹. 应急输水工程对塔里木河下游生态环境时空变化影响的遥感监测与分析[J].地理信息世界,2008,12(2):58-63.采用现代化高新技术对流域生态环境进行动态监测，是流域规划和综合治理的重要依据。本文以塔 里木河下游地区的三期遥感影像及基础背景数据为基础，基于遥感和GIS技术，通过分类体系划分、遥感解译、生态模型构建，实现了塔里木河下游地区多源、多 类型监测数据的定性、定量分析。分析结果表明：应急输水工程实施后，随着累计输水量的逐渐增加，塔里木河下游地区的中、高植被覆盖度面积也逐渐增加，非沙 漠化和轻度沙漠化面积扩大，而中度沙漠化面积缩小，生态环境趋于好转。

DOI

[ Niu B R.The remote sensing monitor study and the analysis and research on effects of emergent water project on vegetation coverage in the lower reaches of Tarim river[J]. Geomatics World, 2008,12(2):58-63. ]

[5]
Aishan T, Ümüt Halik, Cyffka B, et al.Monitoring the hydrological and ecological response to water diversion in the lower reaches of the Tarim River, northwest China[J]. Quaternary International, 2013,311(9):155-162.During the past twelve years, the assessment of hydro-ecological response of degraded floodplain ecosystems to the emergent water diversion practices in the lower reaches of the Tarim River has become a key research topic. This paper presents the current ecological conditions and analyzes what the water diversion has achieved. The limitations of this floodplain restoration program are discussed, based on the review of literature and long term field work data (groundwater data, eco-morphological parameters of riparian forests, Quick Bird remote sensing data) collected from three transects (Yingsu, Karday, Arghan). The results show that annual average groundwater depth responded to a certain degree after water diversion since May 2000. After a second water diversion, groundwater depth within 300 m distance from the river channel recovered significantly from 9.4 m in 1997 to 4.28 m in 2001 at Yingsu. With the exception of relatively favorable groundwater depth for floodplain forests within 150 m distance from the riverbed, groundwater depth at larger distances remained far below 5 m, and most forest plants excluding Tamarix sp. will suffer from water scarcity. The average crown loss (CL) and crown diameter (CD) of Populus euphratica trees in different distances from the riverbed have shown various degrees of responses. The effects of recovery were notable within 200 m distance to the riverbed. Distribution patterns of young seedlings, new shoots and root suckers of P. euphratica generated by water diversion also demonstrated that most were distributed close to the riverbed and reduced sharply with increasing distance. Twelve water diverting actions in the lower reaches of the Tarim River have made significant achievements in forest recovery near the riverbed, but had limited positive effects on more distant floodplain sites. (C) 2013 Elsevier Ltd and INQUA. All rights reserved.

DOI

[6]
Tao H, Gemmer M, Song Y, et al.Ecohydrological responses on water diversion in the lower reaches of the Tarim River, China[J]. Water Resources Research, 2008,44(8):853-861.During the past 30 years, water ceased to flow in the lower reaches of the Tarim River in northwest China. A project was initiated that aims for ecosystem recovery and rehabilitation by means of transporting water through an open canal to the lower reaches of the Tarim River. In this study, the ecohydrological responses of this rare type project are assessed. Water loss-runoff relationships and an index model for water loss rates and runoff are analyzed. The detected ecohydrological responses of the canal project include that water diversion dominates the dynamics of (1) the groundwater depth and (2) the tempo-spatial variation of riparian vegetation close to the water channel. The relationships between groundwater depth, vegetation coverage, species richness and soil water content are clearly the main factors contributing to the riparian vegetation. Variations of water mineralization are significant, both temporally and spatially, at each sampling station within the lower reaches of the Tarim River. The study provides basic information on water diversion and stream corridor restoration in the lower reaches of the Tarim River. The results show associated mechanisms between riparian vegetation and hydrological variation in arid zone. This lays the theoretical and practical foundation for improving the evaluation system for supplementary water delivery and comprehensive improvement in the Tarim Basin. It also provides information on strengths and weakness in current practices. These are needed for the planning of ecological recovery and rehabilitation of damaged ecosystems in this and other arid areas in western and northern China.

DOI

[7]
李卫红,陈亚鹏,张宏锋,等.塔里木河下游断流河道应急输水与地表植被响应[J].中国沙漠,2004,24(3):301-305.通过对塔里木河下游5个断面、30个植物样地的调查和对天然植物当年生小枝的长度、当年生小枝上胡杨的叶数、50片以上叶长、宽及叶重、芦苇的高度和叶长、宽、重量等的测试分析, 揭示了塔里木河下游断流河道输水后地表植被的响应范围。研究表明, 随着输水后地下水位的抬升, 地表植被产生了明显变化。在横向上, 芦苇的反应敏感区范围在100~150m区间; 对胡杨的横向影响范围在200~250m之间; 在纵向上, 平均叶数从下游上段至下游下段, 分别较末端断面增加57%、22.2%、9.2%; 河道两岸地下水位较下游下段抬升幅度大, 横向上对植被的影响范围也较下游下段宽。输水历时的长短和输水量对塔里木河下游植被恢复密切相关。

DOI

[ Li W H, Chen Y P, Zhang H F, et al.Response of vegetation to water input at lower dry Tarim river[J]. Journal of Desert Research, 2004,24(3):301-305. ]

[8]
盛昊,李均力,杨辽,等.MODIS-NDVI时序数据分析方法研究——以塔里木河下游第七次秋季输水为例[J].干旱区地理, 2007,30(2):251-257.采用季节指数方法对MODIS-NDVI数据进行时序分析,以塔里木河下游为试验区开展生态环境遥感监测应用研究,对塔河下游2005年第秋季生态输水效应进行定量化评价:与2001年相比,此次输水改善了下游区域总体生态状况,距河道3 km内NDVI平均波动在0.7~0.85左右;而各河段区的生态改善程度因地而异,下游上段NDVI变异函数变程为0.65 km,后段为0.4 km;同时发现输水对植被物候历有16天的滞后作用;另外,输水后16天旱区植被状况最佳,输水后32天下游生态整体改善最为明显。利用NDVI时间序列可以对生态输水效应进行评估,然而NDVI空间变化与输水过程中地下水位抬升变化的相关关系需要

DOI

[ Sheng H, Li J L, Yang L, et al.MODIS-NDVI time series method--a case study on the 7th autumn ecologic water conveyance in the lower reaches of Tarim river[J]. Arid Land Geography, 2007,30(2):251-257.]

[9]
闫正龙,黄强,牛宝茹,等.应急输水工程对塔里木河下游地区植被覆盖度的影响[J].应用生态学报,2008,19(3):621-626.lt;P><FONT face=Verdana>基于塔里木河下游地区1999年TM、2002年ETM和2004年ASTER遥感影像及其基础背景数据，对应急输水工程前后研究区植被覆盖度和土地沙漠化的动态变化进行了研究.结果表明：随着应急输水工程的实施，塔河下游地区中、高植被覆盖度的面积逐年增加，分别由1999年的</FONT></P><P><FONT face=Verdana>7 447.16、17 146.80 hm<SUP>2</SUP>增加至2004年的9 129.16、26 236.61 hm<SUP>2</SUP>，低、劣植被覆<BR>盖度面积分别减少了9 989.10和782.71 hm<SUP>2</SUP>；1999—2004年间，研究区沙漠化总面积由<BR>506 258.06 hm<SUP>2</SUP>减少至498 043.93 hm<SUP>2</SUP>，呈逐年缩小趋势.研究期间，部分沙漠化地<BR>区出现了较为明显的逆转，生态环境趋于好转，应急输水工程对塔河下游生态环境的改善起<BR>到了重要作用.</FONT></P>

[ Yan Z L, Huang Q, Niu B R, et al.Effects of Emergent water project on vegetation coverage in the lower reaches of Tarim river[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2008,19(3):621-626. ]

[10]
李卫红,杨玉海,覃新闻,等.塔里木河下游断流河道输水的生态变化分析[J].中国水土保持,2009(6):10-19.根据连续多年监测获得的塔里木河下游地下水位、植被数据,对比分析了塔里木河下游生态输水后地下水位、生物量、物种多样性的变化。结果表明:实施生态输水工程后,地下水位变化显著,地下水位逐渐抬升,下降趋势得以控制。草本植物生物量的变化趋势与每次输水量变化趋势基本一致,即随着输水量的增加草本植物的生物量也相应增加,输水的时间、输水量的多少对草本植物生物量有较强影响。地下水位埋深上升,物种多样性也呈上升趋势,但二者并不同步,物种多样性上升趋势滞后于地下水位的上升,这表明地下水位的抬升有利于植物多样性的增加,但是地下水位变化对植物多样性的影响是一个渐变的过程。

DOI

[ Li W H, Yang Y H, Qin X W and et al. Ecological changes of water conveyance in dried-up river way in the downstream of Tarim river[J]. Soil and Water Conservation in China,2009(6):10-19.]

[11]
李丽君. 应急输水就塔河下游生态环境影响探讨[J].吉林水利,2010,5(5):48-51.塔里木河下游绿色走廊是塔里木 盆地东部南北联系的必经之地,也是新疆与内地联系的第二条战略要道,更是与边界外商经济贸易往来的重要地区。这个素有古丝绸之路之称的通道,历史上曾是烟 波浩淼、鸟兽群栖、林草繁茂、村舍相连的繁华古国。但从上世纪50年代后,塔里木河流域大规模农业开发,造成流域内水资源区域分配失调,干流来水急剧减 少,地下水位下降,生态遭到严重破坏,流域内土地沙漠化和土壤盐渍化问题日益突出,成为干旱区内陆河流域生态系统退化的典型代表之一。塔里木河下游生态恶 化问题已引起了全社会关注。近几年来,国家加大了对塔里木河流域生态治理力度,于2000年5月至2009年12月,先后十次实施向塔里木河下游生态应急 输水,使下游生态环境和水文状况都得到了改善,生态得到了一定程度恢复。本文以十次生态输水实测资料,从输水过程中地表水与地下水的变化、地表植被的生理 生态变化、天然植被群落的恢复响应程度等方面,对塔河下游生态环境影响做一探讨。

DOI

[ Li L J.Discussion on the impact of emergency water transferring on the ecological environment downstream Trim river[J]. Journal of Jilin Water Resources, 2010,5(5):48-51. ]

[12]
邓铭江. 塔里木河下游应急输水与生态环境修复监测评估研究[R].中国水情分析研究报告,2011(12):1-16.

[ Deng M J.Monitoring and evaluation of emergency water transportation to ecological environment restoration in the lower reaches of the Tarim River[R]. Hydrological Analysis Report of China, 2011(12):1-16. ]

[13]
苏宏超,高前兆,王进,等.塔里木河流域第七次应急输水期间径流情势及其对河流生态的影响[J].水资源保护,2011,27(5):83-87.基于2005年塔里木河流域8个气象台站、4个探空站及4条源流出山口和干流15处控制断面2005年的水文气象监测资料，对塔河“四源一干”2005年气象和径流情势进行分析。结果表明：塔河流域山区及平原区的气温和降水量均较常年高，天然来水量较常年增加21%，干流输水总量为56.88亿m3，输水改善了河道两侧及下游的水生态环境，但其过程中耗水量仍较大。就第7次向塔里木河下游输水对水环境和生态环境的效应进行评价。

DOI

[ Su H C, Gao Q Z, Wang J, et al.Runoff regime and its effect on river ecology in Tarim river basin during seventh emergency water supply period[J]. Water Resources Protection, 2011,27(5):83-87. ]

[14]
陈亚宁,叶朝霞,毛晓辉,等.新疆塔里木河断流趋势分析与减缓对策[J],干旱区地理,2009,32(6):813-819.塔里木河断流的趋势日益严峻，主要表现在断流长度不断增加，断流时间持续加长，如果这种趋势不能遏制，将大大增加向塔里木河下游生态输水的难度，对流域生态安全和下游“绿色走廊”的保护产生重大影响。通过对塔里木河断流趋势和水文情势的分析计算，探讨了引起塔里木河断流点上移、断流时间和断流河道加长的原因以及河道断流态势进一步发展可能给塔里木河流域生态安全带来的影响。进一步分析塔里木河流域水土资源管理和水情变化与河道断流的关系，提出塔里木河上游源流区灌溉面积增加是导致进入干流水量减少、河道断流的主要原因，流域大面积垦荒和用水量增加加剧了河道断流趋势的发展。建议实施流域水资源统一管理，强化塔里木河流域管理局管理职能，加强对土地资源的管理，加快对天山地区岩溶地下水的研究与开发，关注山区水库修建可能对塔里木河断流和生态带来的新问题。

[ Chen Y N, Ye Z X, Mao X H, et al.Dried—up trend of Tarim river and the counter measures for mitigation[J]. Arid Land Geography, 2009,32(6):813-819. ]

[15]
http://www.gscloud.cn/

[16]
http://www.cresda.com/CN/

[17]
王希义,徐海量,潘存德,等.2000-2014年塔里木河下游地下水补给量及合理需求量[J].水资源保护,2017,33(4):32-40.以塔里木河下游为研究区,以区域内9个固定监测断面为基础,依据断面内各个地下水监测井,收集了输水前和第15次输水后的地下水位数据,结合土壤饱和差计算方法,分析了第15次输水后的地下水补给量,并联系植被生长所需的合理水位探讨了地下水到达合理水位所需的水量,以期评价生态输水的阶段性效果,为调整生态输水方案提供理论参考.结果表明:①生态输水前地下水埋深在6~13m之间,第15次生态输水后,地下水最大升高幅度达到8.26m;②第15次生态输水后,塔里木河下游地下水补给量约为20.44亿m3;③为使地下水达到植被生长所需适宜水位,塔里木河下游地下水的合理需求量约为24.08亿m3.

DOI

[ Wang X Y, Xu H L, Pan C D, et al.Study on groundwater recharge amount and suitable demand amount in lower reaches of Tarim River from 2000 to 2014[J]. Water Resources Protection, 2017,33(4):32-40. ]

[18]
Zhu C M, Zhang X and Huang Q H. Four decades of estuarine wetland changes in the Yellow River Delta based on Landsat observations between 1973 and 2013[J]. Water, 2018,10(7):1-25.

DOI

[19]
吴田军,骆剑承,夏列钢,等.迁移学习支持下的遥感影像对象级分类样本自动选择方法[J].测绘学报,2014,43(9):908-916.lt;p>面向遥感大范围应用的目标，自动化程度仍是遥感影像分类面临的重要问题，样本的人工选择难以适应当前土地覆盖信息自动化提取的实际应用需求。为了构建一套基于先验知识的遥感影像全自动分类流程，本文将空间信息挖掘技术引入到遥感信息提取过程中，提出了一种面向遥感影像对象级分类的样本自动选择方法。该方法通过变化检测将不变地物标示在新的目标影像上，并将过去解译的地物类别知识迁移至新的影像上，建立新的特征与地物关系，从而完成历史专题数据辅助下目标影像的自动化的对象级分类。实验结果表明，在已有历史专题层的图斑知识指导下，该方法能有效地自动选择适用于新影像分类的可靠样本，获得较好的信息提取效果，提高了对象级分类的效率。</p>

DOI

[ Wu T J, Luo J C, Xia L G, et al.An automatic sample collection method for object-oriented classification of remotely sensed imageries based on transfer learning[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2014,43(9):908-916. ]

[20]
朱长明,李均力,张新,等.新疆博斯腾流域湿地遥感监测及时空变化过程[J].吉林大学学报(地球科学版),2013,43(3):954-961.lt;p>博斯腾流域是新疆最大的湖泊湿地分布区。湿地作为干旱区的一种特殊景观类型，在流域生态环境和水循环中发挥了重要的作用，其产生和消失、扩大和萎缩对区域生态环境将产生重要的影响。以Landsat系列数据为主要数据源，完成了博斯腾流域的3期遥感制图（1990、2000、2010年），分析了博斯腾流域湿地分布现状，探讨了区域湿地的时空变化过程和动态变化特征。结果表明：新疆博斯腾流域的湿地面积总体上一直在萎缩，1990-2010年总面积减少了16.24%；但是减少趋势相对变缓，且不同类型的湿地变化过程有所不同。其中：1990-2000年河流湿地和湖泊湿地表现为增加趋势，芦苇沼泽湿地表现为减少趋势；2000-2010年河流湿地、芦苇沼泽和湖泊湿地面积都表现为萎缩。在变化动态特征上，流域河流、湖泊湿地最近20 a呈现倒&ldquo;V&rdquo;型波动，而芦苇沼泽湿地则持续下降。通过湿地变化与区域生态环境因子耦合分析表明，在近期内人类活动是造成区域湿地萎缩的主要因素。</p>

[ Zhu C M, Li J L, Zhang X, et al.Wetland mapping and spatio-temporal change analysis: A case study on Bosten basin, Xinjiang[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2013,43(3):954-961. ]

[21]
姜琦刚,崔瀚文,李远华,等.东北三江平原湿地动态变化研究[J].吉林大学学报(地球科学版),2009,39(6):1127-1136.<p>借助遥感、GIS手段，以1989年TM、2001年ETM和2007年CBERS遥感影像为主要数据源，通过分析三江平原湿地的分布现状、时空变化规律,并用动态度和景观格局指数量化变化，研究其近20年的变化情况。结果显示:三江平原湿地现主要分布在同江、抚远、富锦、虎林等县市；湖泊和河流湿地呈稳定趋势，沼泽湿地大面积减少,在研究时段内共减少5 356.69 km<sup>2</sup>，人工湿地大幅度增加，共增加11 597.68 km<sup>2</sup>。天然湿地破碎化程度加剧，人工湿地呈连片化趋势，受人类活动的影响较大。</p>

[ Jiang Y G, Cui H W, Li Y H, et al.Study on Dynamic Change of wetland in sanjiang Plain, Northeast Area[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2009,39(6):1127-1136. ]

[22]
邓铭江,周海鹰,徐海量,等.塔里木河下游生态输水与生态调度研究[J].中国科学:技术科学,2016,46(8):864.以塔里木河下游为研究对象, 通过连续14年的动态监测、资料收集、野外数据采集及实验室数据处理, 对塔里木河下游生态输水的特点及方式、生态输水后的生态环境变化进行了系统的分析与评估, 同时对下游生态调度策略与模式进行了初步探讨, 得出以下结论: (1) 塔河下游生态输水经历了从单通道、双通道输水, 向汊河输水和面状输水方式的转变; (2) 从河水耗散分析看, 补给地下水占比最大为57.7%, 土壤与植被消耗占37.9%, 入湖水量与河道内水面蒸发所占比例为4.4%; (3) 输水后塔里木河下游地下水位上升、地下水水质明显好转, 植被面积扩大, 群落物种种类增加, 胡杨长势好转, 表明塔里木河下游生态退化的趋势得到遏止, 但生态脆弱性依然没有根本转变; (4) 为了更好地巩固生态恢复的成效, 应制定合理的生态调度计划, 在河道线状输水的基础上, 进一步扩大受水区范围, 有效补给地下水, 合理调控地下水位; (5) 生态变化是一个长期而缓慢的过程, 需从地表水、地下水、植被响应、生物多样性等方面, 长期监测输水对生态环境恢复的响应, 以利采取更为科学有效的 措施.

DOI

[ Deng M J, Zhou H Y, Xu H L, et al.Research on the ecological operation in the lower reaches of Tarim River based on water conveyance[J]. Scientia Sinica Technologica, 2016,46(8):864-876. ]

Options
文章导航

/

〈 〉