官厅和密云水库水域面积变化及影响因素比较研究.pdf
《官厅和密云水库水域面积变化及影响因素比较研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《官厅和密云水库水域面积变化及影响因素比较研究.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第40卷第8期2023年8月Vol.40No.8Aug.2023干 旱 区 研 究ARIDZONERESEARCHhttp:/DOI:10.13866/j.azr.2023.08.03官厅和密云水库水域面积变化及影响因素比较研究马振刚1,2,李黎黎1,2,张俊贵1(1.张家口学院旅游与环境学院,河北 张家口075000;2.张家口市生态监测与综合治理技术创新中心,河北 张家口075000)摘要:以首都水源涵养功能区内的官厅水库和密云水库为研究对象,评估了两个水库1980年以来的水域面积变化,分析了降水量、植被覆盖度和人为用水量三项因素的影响。利用19802022年长时序遥感影像提取了水库水域面
2、积,计算了植被覆盖度,使用Pearson相关分析探讨了影响因素相关关系。研究表明:(1)自2013年以来,两个水库水域面积均持续增加至历史高位,表明水源涵养成效显著。(2)近40 a来,两个水库的水域面积变化过程同步性明显,均表现为上升期-高位保持期-下降期-地物维持期-恢复期5个阶段。(3)水库上游张家口段流域年降水量与水库面积之间没有表现出相关性;与解译影像同期的67月降水量与水库面积之间也没有表现出相关性。(4)官厅水库上游张家口段的植被覆盖度整体呈现上升态势,2000年是一个变异点。密云水库上游张家口段的植被覆盖度持续稳定在0.7水平上。相关分析表明,植被覆盖度与水库水域面积之间没有相
3、关性。(5)永定河流域张家口段人为用水量从2000年来整体上逐年减少0.2108m3,与官厅水库水域面积呈显著负相关,有效增加了水库入库水量。(6)2019年以来流域水库集中输水和引黄补水,对官厅水库水域面积和沿河地区生态补水影响较大,建议对张家口水源涵养成效从地表径流入库量、地下水回升量、生态补水量等方面进行综合评估。关键词:水域面积;水源涵养;评价;因素分析;官厅水库;密云水库对空间进行区划和建设,以强化其某些功能,是空间治理之道。其间包含着复杂的人地作用关系,厘清人与地的作用方向、强度和机理,是一个永恒的话题1-2。水源涵养功能区建设是以涵养水源为主要目标的人地作用功能区域3,张家口因被
4、定位为首都水源涵养功能区而具有一定的代表性。2017年1月习近平总书记视察张家口时作出重要指示:“要加强生态建设,树立生态优先意识,建成首都水源涵养功能区和生态环境支撑区,探索一条经济欠发达地区生态兴市、生态强市的路子”。2019年国家发改委和河北省政府正式发布了 张家口首都水源涵养功能区和生态环境支撑区建设规划(20192035年)。“张家口首都水源涵养功能区”以张家口地区为水源涵养主体区域,以首都和张家口本地为受益区域,其中维护首都北京水安全是重点。因为官厅水库、密云水库是首都北京的两个重要水源地,其上游区域绝大部分在张家口,所以本文选择这两个水库作为张家口为首都涵养水源成效的主要观测点。
5、水源涵养是生态系统服务功能之一,是水与植被、土壤等相互作用所产生的综合效益,其作用机制和过程是复杂的,受空间(不同区域、不同尺度)、时间(短时间、长时间)、受益者(本地或外地)等多因素影响。有关水源涵养的研究很多,涵盖了影响因素分析、评估方法、功能评价、机理分析、生态补偿等环节和领域。其中以北京和张家口为研究区的水源涵养方面的研究也较多,在水量和水质方面,梁涛等4分析了官厅水库19721996年间的水质演变时序特征;李亚楠5分析了密云水库的水质状况;马振刚等6分析了19782013年官厅水库面积的时空变化。在气候对涵养水源影响方面,2000年李丽娟等7对密云水库上游潮白河近百年来的径流演变规律
6、及其驱动因子作了分析,认为河川径流总体呈指数减少趋势,人类活动已成为河川径流演化的主要驱动因子;夏军等8讨论分析了气候变化对密云水库水资源的影响,认为在其研究的时空尺度收稿日期:2022-11-03;修订日期:2023-06-08基金项目:国家社会科学基金项目(17BTY005);河北省高教教改项目(2022GJJG588);张家口市社科联课题(2023010)作者简介:马振刚(1980-),男,副教授,主要从事自然地理方面的教学与研究工作.E-mail:12291239页40卷干旱区研究内,潮白河流域气候变化对入库径流的影响贡献率潮河为25%,白河为45%。在地表覆被对水源涵养影响方面,20
7、05年高成德等9以水源涵养和防止土壤侵蚀两个方面为共同目标,认为密云水库集水区当时的最佳森林覆盖率以62%为宜;孙庆艳等10对密云水库集水区内的不同树种的截留能力进行了研究,证明对降水的截留能力受降水量大小、树种、长势等多种因素影响;罗广田11对密云水库上游典型林分水源涵养能力进行了分析,表明不同林分在枯落物层、土壤含水层等方面的涵水能力均有差异。水源涵养生态效益方面,廖浪涛、齐娜等12-13分别就密云水库水源涵养林的生态效益、生态服务指标体系构建等方面进行了研究。综上所述,在水源涵养影响因素方面,普遍认可降水、植被覆盖度、人为耗水等是主要因素,但各因素影响强弱会因时因地而异。重视水源涵养的生
8、态服务价值,但生态价值评估和实现路径还不统一。特别是以官厅水库、密云水库为对象,开展水源涵养比较研究的还鲜见报道。考虑到官厅水库和密云水库同样承担水源涵养的功能,且所属地理空间临近,自然环境相似,所属行政区域有重叠,以二者为研究对象进行水源涵养方面的比较研究,可深化认知二者之间的异同,为首都水源涵养功能区建设提供针对性建议。张家口建设首都水源涵养功能区的主要成效直接表现就是官厅水库、密云水库水域面积的增减。主要举措是开源节流,开源关键体现在区域降水量的变化以及植被覆盖度影响下的产水能力情况,节流关键是人们生产生活用水情况。本文以官厅水库、密云水库的水域面积变化作为衡量水源涵养成效的指标,以降水
9、量、植被覆盖度、用水量三个因素作为主要影响因子,分析了40 a来水域面积变化和影响因素的作用关系。1数据与方法1.1 研究区概况研究区位于密云水库、官厅水库的上游流域张家口地区(图1)。密云水库是首都北京最大的地表饮用水源地,其上游潮白河流域是密云水库的重要集水区,地跨北京市、承德市和张家口市的部分区县。该区域属于中温带向暖温带过渡、半干旱向半湿润过渡的大陆性季风气候,多年平均气温 910,多年平均降水量约479 mm,降雨绝大多数集中在夏季,所形成的地表径流是河流的主要补给形式14。流域内植被以天然次生林和人工林为主。官厅水库是北京最重要的备用水源地之一,其上游水系洋河、桑干河属于永定河流域
10、,在怀来县牛官屯交汇后入官厅水库。官厅水库流域属大陆性季风气候,由于军都山和太行山阻挡湿润的东南气流进入,流域内干燥寒冷、多风少雨,多年平均降水量405 mm,年际分配中经常出现连续枯水年现象6。1.2 数据与方法考虑到数据的可获取性和更好地实现动态监测的目的,本文采用了Landsat卫星19802021年期间的42期逐年遥感影像(表1)。数据主要来源于USGS网站和“地理空间数据云”网站。为尽量减少季节性对水库水域面积的影响,影像选取时段主要集中在67月的雨季,且均为包含两个水库的同一景影像,以最大程度地减少因时间不统一而造成的误差。降水量数据为水库上游张家口段对应区县的逐年降水量。植被覆盖
11、度由遥感影像解译获得,自1980年以来每两年一期。用水量数据(农业用水量、工业用水量和生活用水量)来源于张家口水资源公报。水库水域面积提取方法为ArcGIS软件屏幕矢量化。植被覆盖度采用像元二分模型计算,公式为:FVC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)式中:FVC代表植被覆盖度;NDVI代表某一像元的图1 研究区流域示意图Fig.1 Schematic diagram of watershed in the study area12308期马振刚等:官厅和密云水库水域面积变化及影响因素比较研究表1 影像数据基本情况Tab.1 The basic situat
12、ion of image data序号12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243影像轨道号1330321330321330321330321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321230321
13、23032123032123032123032123032123032123032123032123032123032成像时间/年-月-日1980-07-261981-06-241982-07-071983-07-051984-06-291985-08-191986-06-031987-07-081988-07-261989-06-271990-07-161991-06-171992-06-191993-06-221994-09-131995-07-301996-06-301997-08-041998-07-221999-07-252000-06-092001-07-142002-07-172
14、003-07-042004-07-062005-07-252006-07-122007-05-282008-08-022009-07-202010-07-232011-07-262012-06-022013-07-312014-07-182015-07-052016-06-212017-07-102018-06-272019-06-142020-06-162021-06-192022-07-24数据类型MSSMSSMSSMSSTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMETMOLI_TIRSOLI_TIRSOLI_TIRSOL
15、I_TIRSOLI_TIRSOLI_TIRSOLI_TIRSOLI_TIRSOLI_TIRSOLI_TIRS空间分辨率/m60606060303030303030303030303030303030303030303030303030303030303030303030303030303030内含研究目标官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅
16、、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云官厅、密云123140卷干旱区研究归一化植被指数;NDVIsoil代表裸土覆盖的归一化植被指数;NDVIveg代表纯绿色植被的归一化植被指数。2官厅水库、密云水库水域变化分析2.1 官厅水库面积变化特征基于Landsat陆地卫星影像,对19802021年官厅水库水域面积进行了提取。结果表明(图2):40 a以来,水库面积最大值为1998年的97.2 km2,最小值为 2009 年的 34.7 km2,多年平均面积为 72.1km2,最大变化幅度为 62.5 km2,变异
17、系数为 29%。整体上的变化呈现五个阶段,19811991年为水域面积逐步上升期,19912000年为水域面积高位保持期,20002004年为水域面积快速下降期,20042013年为水域面积低位维持期(图3),20132021年为水域面积恢复期(图4)。王梦琦等15利用GF-1数据对官厅水库20142019年的面积变化进行了研究,其结果与本文该时段的研究结果基本一致。2.2 密云水库面积变化特征基于Landsat陆地卫星影像,对19802021年密云水库水域面积进行了提取。由图5可知,40 a以来,水库面积最大值为1994年的160.4 km2,最小值为1982年的52 km2,多年平均面积为
18、104.5 km2,最大变化幅度为108.4 km2,变异系数为33%。整体上的变化呈现五个阶段,19811991年为水域面积逐步上升期,19911999 年为水域面积高位保持期,19992003年为水域面积快速下降期,20032015年为水域面积低位维持期(图6),20152021年为水域面积恢复期(图7)。该结果与曹荣龙、李子君等的相关研究结论基本一致16-17。2.3 官厅水库、密云水库水域面积变化同步性分析综上所述,官厅水库和密云水库水域面积变化过程的同步性还是比较明显的。近40 a来,变化过程均表现为上升期-高位保持期-下降期-低位维持期-恢复期五个阶段,且每个阶段时间范围基本一致(
19、表2)。通过绘制官厅、密云水库之间的面积散点图,可以发现二者之间具有一定的相关性(图8)。散点数据线性拟合公式为:官厅水库面积=24.073+0.460密云水库水域面积。Pearson相关分析表明,官厅水库面积和密云水库水域面积之间的相关系数值为0.743,且呈现出0.01水平的显著性,说明二者之间存在显著的正相关关系。3 水域面积变化影响因素分析水源涵养量受相关因素影响,有关研究显示降水量、植被覆盖度和人类活动是主要考虑因素18-19。虽然官厅水库、密云水库自然地理位置处在400 mm降水线两侧,行政位置处在北京和张家口这两个不同发展阶段的地区,但近40 a来两水库水域面积变化具有良好的同步
20、性,有必要就影响因素进行深入分析。3.1 降水量变化3.1.1 永定河流域张家口段降水情况永定河上游张家口地区主要包括主城区、怀来县、涿鹿县、宣化区、万全区、崇礼区、阳原县、怀安县、蔚县。根据以上县区19802022年的逐年降水数据,核算出永定河流域张家口段的逐年降水量(图9)。结果显示,43 a来该区域年均降水量为394 mm,最大年降水量出现在1995年为557 mm,最小降水量出现在1999年为278 mm,变异系数为16%。高于75分位数440mm降水量的年份有1987年、1990年、1992年、1995年、2003年、2004年、2010年、2013年、2015年、2016年、202
21、0年。Pearson相关分析结果表明:官厅水库图2 19802021年官厅水库逐年水域面积变化特征Fig.2 Variation characteristics of water area of Guanting reservoir from 1980 to 202112328期马振刚等:官厅和密云水库水域面积变化及影响因素比较研究面积和永定河流域张家口段逐年降水量之间的相关系数值为0.036,接近于0,说明二者之间没有表现出相关关系。考虑到解译影像均为6月和7月的数据,且官厅水库位于怀来县内。为使分析数据的时空尺度与解译影像更一致,利用Pearson相关分析研究了官厅水库面积和怀来县逐年6月
22、、7月降水量之间的相关关系,结果表明:二者之间的相关系数值为0.114,也没有表现出相关关系。王霞20研究发现,官厅水库流域的降水有着周期性的变化,即丰水年和枯水年及枯水年组交替变化,降水量在各个周期的总量及其分布基本保持一致。对于相对较稳定的降水量而言,官厅水库的实测径流量的分配极不稳定,随着年代的增加,急剧减少。这一结论与本文数据分析结果相吻合。3.1.2 潮白河流域张家口段降水情况密云水库上游潮白河流域张家口段主要位于赤城县。潮白河流域补给来源以降水为主,相关研究表明,年径流的年际波动性与降水量的年际波动性趋势基本一致17。选取赤城县19802022年的逐年降水数据进行分析(图9)。结果
23、显示:43 a以来该区域年均降水量为424 mm,最大年降水量为2020年的640 mm,最小降水量为 1997 年的 260 mm,变异系数为20%。高于 75 分位数 496 mm 的年份有 1986 年、1987年、1990年、1991年、1992年、1995年、2008年、2010年、2016年、2020年、2021年。Pearson相关分析结果表明:密云水库水域面积和年降水量之间的相关系数值为0.137,二者之间并没有表现出相关关系。考虑解译影像均为6月和7月数据,且密云水库位于密云县,为使分析数据的时空尺度与解译影像更一致,利用Pearson相关分析研究了密云水库面积和密云县逐年6
24、月、7月降水量之间的相关关系,结果表明:二者之间的相关系数值为0.197,也没有体现出相关性。3.2 植被覆盖度变化地表植被能够影响集水区的水量平衡以及径流量的时空分布21,不同的集水区对植被变化的响图3 19992013年官厅水库水域变化Fig.3 Area change of Guanting reservoir from 1999 to 2013图4 20132021年官厅水库水域变化Fig.4 Area change of Guanting reservoir from 2013 to 2021图5 19802021年密云水库水域面积变化特征Fig.5 Variation charac
25、teristics of water area of Miyun reservoir from 1980 to 2021123340卷干旱区研究应是多种形式的22。有学者基于时间序列NDVI对黄河流域水源涵养量进行了估算,认为在不同生态系统类型间水源涵养和 NDVI 具有一定的分层异质性,对草地和林地生态系统较为适合23。李晓琳等24研究表明,永定河流域1983 年前径流量均随着降雨增加而增加,1983年后相同降雨情况下径流量明显减少,降雨径流相关系数明显降低。理论上,降雨作为径流形成的主要来源,与径流的变化之间存在一定的相关关系,但从长时间尺度来看降雨减少不是永定河径流减少的主要原因。下面从
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 官厅 密云 水库 水域 面积 变化 影响 因素 比较 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。