1990-2015年柴窝堡湖流域土地利用变化分析

1990-2015年柴窝堡湖流域土地利用变化分析

发表时间：2017-11-21T16:14:43.277Z 来源：《防护工程》2017年第18期作者：高磊

[导读] 干旱区湖泊对气候变化和人类活动影响更为敏感，湖泊变化机理及驱动因素一直是当前湖泊科学研究的热点。

新疆昌吉回族自治州阜康市国土资源局新疆阜康市 831500

摘要：本文以柴窝堡湖流域为例，借助 ENVI 5.2和ArcGIS Desktop 10.2等工具，对1990-2015年Landsat遥感影像,将监督分类法和目视解译法相结合进行解译，得出1990、1996、2000、2005、2010和2015年六个时期的土地利用变化数据和最近25年的湖泊水面变化数据。结合上述六个时期研究区域的土地利用变化现状，还原湖泊水面变化的历史过程，并分析湖泊面积的月际变化和年际变化。同时，结合柴窝堡湖流域六年的土地利用类型的结构变化，分析湖水面积的变化和人类活动的因素对流域内土地类型的影响。

关键词：柴窝堡湖；监督分类；土地利用变化

1 引言

干旱区湖泊对气候变化和人类活动影响更为敏感，湖泊变化机理及驱动因素一直是当前湖泊科学研究的热点。近几十年来，随着人类活动强度的增大，不少内陆湖泊剧烈萎缩甚至消亡，湖区生态系统与环境破坏严重。柴窝堡湖是一个典型的干旱区内陆湖泊，在很长一段时间以来都处于较为稳定的状态[1]，湖泊面积变化不大，有关柴窝堡湖变化的研究也较少。然而，近年来在人类活动过度干预下，特别是在最近5年内湖泊面积急剧萎缩[2]，湖区地下水位大幅下降，湖泊周边出现了沙化现象，严重影响了柴窝堡湖及其周边的生态系统与气候环境[3]。为此，我们有必要研究一下它的变化趋势，为改善周围环境提供一个数据支持。

2 研究区概况

柴窝堡湖流域位于天山山谷盆地、乌鲁木齐市区东南郊，距市中心约40km处，，包括柴窝堡湖和盐湖及周围集水区域，对整个区域我们称为柴窝堡湖流域，该流域地理位置为东经87.6°～ 88.9°，北纬43.3°～ 43.8°，面积约为4240km2。柴窝堡湖略似核桃圆形,湖盆呈浅碟状、湖底平坦；南北长6.37km，东西宽5.75km，大湖面积约30km2,蓄水量1.253亿m3,西南部有一个盐湖，面积大约有10km2；湖区年均气温5摄氏度，年降水量64mm，年蒸发量2716mm[4]，河水出山口后少部分被渠系引走用于农灌，大部分在山前流失连同少量山前侧向径流排入盆地平原地下含水层。最终汇入柴窝堡湖及其周边沼泽湿地，并有一部分耗于蒸发、蒸腾。近年来，由于城市急剧扩张，城市用水严重短缺，柴窝堡湖集水区被开发成为乌鲁木齐市的主要水源地之一[5]。

3 研究方法和数据处理

本次研究主要可以分为三个阶段，首先进行资料收集，下载遥感影像、DEM数据和收集柴窝堡湖流域相关资料，然后利用监督分类和目视解译提取土地利用变化信息和湖水面积，利用Excel进行数据对比和转移矩阵分析，从而找到变化规律，最后得出结论。采用的遥感数据包括1990年-2015年逐年的遥感影像，2004年、2009年和2014年每个月份的遥感影像。影像参数见附录1中表1表2所示。

4 结果分析

4.1 土地利用变化

通过模型建立与分析可以看出流域的土地利用类型以未利用地为主，其面积正在缓慢增长，从1990年3862.83km2增加到2015年3913.59km2，增加50.76km2，面积比例增加1.20％。耕地及林地的面积也在缓慢的增加，近25年来，其面积增加了44.70km2 ，在土地利用类型结构中的比例上升1.05％。水域的面积正在逐年减少，从1990年221.19km2 减少到2015年92.71km2，减少了128.48km2，在土地利用类型结构中的比例下降3.03%，草地、城乡居民点和工矿用地的变化较为平稳。

1990-2015年土地利用类型转入情况：草地自身转化比例为12.38%，面积为7.237km2，其余大部分由未利用地转化而来，占总面积的42.78%；城乡居民点和工矿用地的自身转换比例为34.14%，其余的大部分是由未利用地转化而来的，占总面积的47.64%；对于耕地及林地而言，自身转换比例为48.19%；2015年水域面积较1990年减少128.481km2，主要转化为未利用地；未利用地自身转化比例为95.60%，水域对未利用地转化为3.75%，面积为140.292km2，剩余小部分由其它土地利用类型转入。

4.2 湖水面积变化

柴窝堡湖属于淡水型湖泊，乌鲁木齐自来水公司先后在柴窝堡湖的北部和西部附近建立了新的水源地，并分别在1993年和1999年正式开采地下水[6]，以解决乌鲁木齐市区城市用水短缺问题。然而，跨区域的调水会对以地下径流为主要补给的柴窝堡湖造成较大影响，且在1999年后柴西自来水厂还陆续新建了400 多个水井满足工农业和生活用水的需求，并在随后的10多年开采量一直保持增加的趋势[7]。尤其是在2011年开采量达到0.95×108m3，远超过柴窝堡湖正常年份 0.775×108m3·a－1的补给水量，同时，近年来，乌鲁木齐及达坂城地区的暖干化，使湖泊水位呈较快速度的下降。

从1990年-2009年间，柴窝堡湖湖水面积以及极缓慢的速度下降，而在2010年以后，由于人为提取地下水量增加，湖水面积迅速下降，甚至在2015年湖水出现了干涸状态，近二十五年来，湖水面变化呈现两个阶段：1990年-2009年，尽管在不同年份湖泊面积起伏不定，但湖泊面积变化不明显；2010年-2015年，湖泊面积急剧萎缩直至干涸，湖泊处于极不稳定状态。盐湖湖水面积总体呈下降趋势，变化呈现为三个阶段：1990-1997年，湖水面积起伏不定，总体处于上升状态；1998-2004年，湖水面积平均下降2km2左右，湖水面积处于平稳状态；2005-2015年，湖水面积下降速度加快，平均下降3.5km2左右。由于人口和工厂的增加，对食用盐和工业用盐的需求量增加，从而加大了对盐湖的开发利用，导致湖水面积减少。

对比三个不同年份年内变化，2004和2009年，湖水面积变化稳定，2014年湖水面积急剧减少，在2000年后，因为地下水被过度开采，导致湖水面积急剧下降，说明柴窝堡湖湖水补给主要是靠地下水补给，2014年4-6月份湖水面积处于丰水期，7-9月份呈下坡状，而且湖水接近干涸状态，表明了现在湖水补给改为地表水供给。盐湖湖水三个时期面积变化趋势上是一致的，4-6月份冰雪融化，湖水面积处于