許越越，蘇 濤，雷 波，王 蕾

(1.安徽理工大學(xué)空間信息與測繪工程學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100000；3.中國水利水電科學(xué)研究院發(fā)展戰(zhàn)略與政策研究室，北京 100000)

作為區(qū)域生態(tài)環(huán)境的主要影響因子之一，地下水與地表植被演變之間有著復(fù)雜的關(guān)系,灌域地下水的動(dòng)態(tài)變化對(duì)土地利用/覆被變化 (Land use/land cover change,LUCC)具有強(qiáng)烈的影響及其響應(yīng)，其變化往往會(huì)引起區(qū)域整個(gè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的改變和轉(zhuǎn)化，合理的地下水埋深的確定在一定程度上影響著地下水、土壤以及植物之間的動(dòng)態(tài)平衡。

近些年,一些專家學(xué)者開始從水文地質(zhì)或景觀生態(tài)學(xué)等學(xué)科方向入手,對(duì)地下水在環(huán)境中的生態(tài)調(diào)控作用或?qū)χ参镒兓挠绊戇M(jìn)行過研究[1]。俞斌傳等[2]對(duì)撫州市臨川區(qū)的2005—2015年土地利用與景觀格局變化進(jìn)行了相關(guān)的分析。葉紅梅[3]以疏勒河流域中下游區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū),分析該區(qū)土地覆蓋動(dòng)態(tài)變化及其與地下水的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)天然植被與地下水埋深有較大的相關(guān)性。很多研究是根據(jù)行政區(qū)劃來分析的，李曉嵐等[4]提出了一種跨行政區(qū)化的土地利用動(dòng)態(tài)度空間融合方法。目前還有很多研究以一些代表性地區(qū)為主，比如有關(guān)綠洲、草原、灌區(qū)、長江流域等地區(qū)。張喜風(fēng)等[5]通過克里格插值得到敦煌綠洲1987年和2008年這兩年地下水位的時(shí)空變異性特征，并結(jié)合這兩年的土地利用數(shù)據(jù)，疊加分析了地下水埋深與土地利用變化之間的關(guān)系，得到了綠洲地下水下降的主要原因。

近30年來，由于一些自然因素以及人為社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響，河套灌區(qū)的土地利用類型已經(jīng)產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變，對(duì)河套灌區(qū)的土地資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，是解決土地資源配置問題的主要方法。地下水水位的變化在維持河套灌溉區(qū)的生態(tài)環(huán)境中起著重要作用，隨著中國大型灌區(qū)節(jié)水改造工程的實(shí)施，節(jié)水灌溉等措施可能會(huì)導(dǎo)致區(qū)域灌溉制度和土地利用類型發(fā)生改變。地下水埋深過淺就會(huì)容易發(fā)生土壤鹽堿化，地下水埋深過深就會(huì)容易導(dǎo)致耕地荒漠化。將河套灌區(qū)土地利用與地下水方面結(jié)合，并分析地下水埋深與土地利用變化的關(guān)系，對(duì)灌區(qū)的土地利用的管理及可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。因此對(duì)河套灌區(qū)土地利用變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測分析，研究節(jié)水改造后地下水的變化和土地利用之間的關(guān)系，對(duì)河套灌區(qū)的土地利用的管理及可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

解放閘灌域位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)上游,東南緊鄰黃河，西北地處烏拉山腳，灌域?qū)僦袦貛Ц咴?、大陸性氣候特征。灌域地處北?0°34′～41°14′，東經(jīng)106°43′～107°27′，南北長約87 km,東西寬約81 km，海拔高度為1 030～1 046 m，西南高，東北低，總體上呈三角形狀。灌域總控制面積21.56萬hm2，其中灌溉面積14.21萬hm2，約占河套灌區(qū)總農(nóng)田灌溉面積的27%，非灌溉面積7.35萬hm2。灌域多年平均地下水埋深1.72 m,年平均降水138.2 mm,年平均蒸發(fā)量為2 096.4 mm,年平均風(fēng)速為2～3 m/s。灌域內(nèi)設(shè)有地下水日常觀測井57眼,其中有27眼同步觀測地下水水質(zhì)。灌域有干渠3條，分干渠16條，干溝3條，分干溝12條，灌域內(nèi)各級(jí)渠道和排水溝構(gòu)成了灌排配套的渠系供排水網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植結(jié)構(gòu)，灌區(qū)年灌水7次，分別是夏灌(4—6月)3次、秋灌(7—9月)3次、秋澆(10—11月)1次，11月到次年3月為凍融期。該區(qū)風(fēng)大雨少,氣候干燥,蒸發(fā)量大，日照時(shí)間長，地下水埋深較淺，是典型的土壤鹽漬化的灌域。

1.2 數(shù)據(jù)資料及處理

本文所使用的影像數(shù)據(jù)是Landsat5衛(wèi)星影像，獲取時(shí)間分別為1989、2000、2012年這3個(gè)時(shí)期的7、8、9月份，該時(shí)期研究區(qū)的植被特征明顯。根據(jù)解放閘灌域的自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征，并結(jié)合灌域的植被和土地利用特點(diǎn)，對(duì)三期遙感影像進(jìn)行圖像處理，將研究區(qū)域的土地利用類型分為耕地、林草地、建筑用地、鹽荒地、水域和其他未利用地這6大類，然后再結(jié)合各種相關(guān)專題信息及實(shí)際調(diào)查資料，對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修改，最終形成三期土地利用/土地覆被分類結(jié)果圖。

地下水?dāng)?shù)據(jù)來自整個(gè)河套灌區(qū)1989—2012年各年觀測井的數(shù)據(jù)，研究區(qū)所需地下水?dāng)?shù)據(jù)均為孔隙潛水類型，其中包括觀測井的位置數(shù)據(jù)，觀測井的地下水埋深，觀測井的地下水埋深在0.22～0.40 m,通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的整理得到觀測井的年平均地下水埋深數(shù)據(jù)。為了客觀并真實(shí)地反映灌區(qū)地下水位的時(shí)空變異性，依據(jù)該灌域內(nèi)的地下水監(jiān)測資料，選擇解放閘灌域及灌域周邊的53眼長期觀測井1989、2000、2012年的地下水埋深數(shù)據(jù)，輸入 ArcGIS中形成灌域地下水觀測井分布(圖1)。

圖1 解放閘灌域地下水觀測井位置分布

1.3 分析方法

本文以河套灌區(qū)解放閘灌域?yàn)檠芯繀^(qū)域，根據(jù)研究區(qū)1989—2012年地下水埋深觀測資料，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的半變異函數(shù)模型、指示Kriging插值方法分析1989年、2000年以及2012年3、7、11月3個(gè)不同特征季節(jié)的地下水埋深時(shí)空分布規(guī)律，并結(jié)合遙感解譯生成的三期土地利用/覆被類型分布圖，疊加分析得到各土地利用/覆被類型的轉(zhuǎn)變趨勢。

1.3.1地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法能夠較好地描述環(huán)境的空間變異規(guī)律，揭示自然現(xiàn)象的空間異質(zhì)性和空間格局，在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，其中半變異函數(shù)模型分析與克里格插值法是最常用的地統(tǒng)計(jì)分析方法[6]。指示Kriging法(Indicator Kriging)是Journel提出的一種非參數(shù)估計(jì)方法，是一種對(duì)區(qū)域不確定性估計(jì)的合理性成為處理有偏數(shù)據(jù)的有力工具[7]。

本文采用SPSS 25軟件進(jìn)行地下水位埋深數(shù)據(jù)的描述性分析，利用K-S檢驗(yàn)對(duì)地下水位埋深進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)；地下水位埋深的空間分析采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，首先利用GS+ 9.0軟件確定不同閾值條件下地下水位埋深的變異函數(shù)模型進(jìn)行半方差函數(shù)分析，然后調(diào)用ArcGIS10.2中地統(tǒng)計(jì)分析模塊建立球狀模型，插值得到地下水埋深分布圖，進(jìn)而分析灌域地下水埋深的空間分布特征及變異性。

其中半變異函數(shù) (Semivairogram)是一個(gè)關(guān)于數(shù)據(jù)點(diǎn)的變異性與數(shù)據(jù)點(diǎn)間距離的函數(shù)[8]。當(dāng)定量描述區(qū)域的變異特征時(shí)，需要建立變異函數(shù)的理論模型，再按照實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行理論模型曲線的確定和最優(yōu)曲線的選擇。球體模型(Spherical Model)是最常用的擬合模型之一，本文正是采用球體模型對(duì)該灌域的地下水埋深進(jìn)行建模，模型的公式如下：

(1)

式中R——半變異函數(shù)；C0——塊金值；C——偏基臺(tái)值；C0+C——基臺(tái)值；a——變程；r——步長。

在地統(tǒng)計(jì)學(xué)中通常采用基臺(tái)值、塊金值和變程來描述空間異質(zhì)性程度[9]。塊金值是由實(shí)驗(yàn)誤差和小于取樣尺度上的隨機(jī)因素共同引起的差異,較大的塊金方差表明較小尺度上存在的某種因素不容忽視；基臺(tái)值為區(qū)域化變量最大變異,其值越大表明變量的空間變異程度越大；變程反映變量自相關(guān)范圍的大小[10]。塊金值/基臺(tái)值稱為基底效應(yīng)，用來表示空間變異的程度，該比值越高，說明由隨機(jī)部分引起的空間變異程度越大；反之，則由結(jié)構(gòu)性因素引起的空間變異性程度越大。當(dāng)基底效應(yīng)小于25% 時(shí)，變量具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性；位于25% ～75%之間，變量具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性；超過75% 時(shí),空間相關(guān)性則較弱。

1.3.2土地利用/覆被時(shí)空變異分析

首先利用1989、2000和2012年這三期的土地利用/覆被圖初步對(duì)比分析解放閘灌域20多年間土地利用的變化，然后運(yùn)用交叉分析方法建立逐年間土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣，從而定量分析各土地利用類型間相互轉(zhuǎn)換的方向和強(qiáng)度。單一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度可用來反映該土地利用類型隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，可用來描述土地利用變化的區(qū)域差異分析和預(yù)測未來土地利用趨勢[11]。本文利用土地動(dòng)態(tài)度對(duì)各土地利用類型在時(shí)間上的變化進(jìn)行定量化的描述，見式(2)：

Si=[(Lb-La)/La]/T×100%

(2)

式中Si——研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度；La、Lb——研究初期和末期某一種土地利用類型的面積；T——研究時(shí)段長度，a。

2 結(jié)果與分析

2.1 地下水埋深隨時(shí)間的變化特征

2.1.1年際變化規(guī)律

灌域內(nèi)1989—2012年3、7和11月這3個(gè)典型時(shí)間段地下水埋深變化見圖2。

a)年均及線性

b)3、7、11月

從圖2a可以看出，1989—2012年解放閘灌域地下水埋深總體上變化較為平緩，呈波動(dòng)增大趨勢。其中1989—2000年均地下水埋深呈先減小后增大的趨勢，地下水埋深在1.42～1.78 m變化，2000—2012年地下水埋深在1.66～2.17 m變化；從圖2b中可以看出，1989—2004年灌域內(nèi)3、7、11月的地下水埋深在1.39～2.01 m變化，整體上變化一致，均呈增長趨勢；2004—2012年該研究區(qū)3月(非灌溉期)地下水埋深在2.02～2.75 m、7月(秋灌期)地下水埋深在1.64～2.14 m、11月(秋澆期)地下水埋深在1.16～2.01 m，處于秋灌期和秋澆期的地下水埋深較非灌溉期要淺。

2.1.2年內(nèi)變化規(guī)律

利用解放閘灌域1989—2012年逐月的地下水埋深資料，統(tǒng)計(jì)分析其年內(nèi)變化特征，見圖3。

圖3 解放閘灌域地下水埋深的年內(nèi)變化

從圖3可以看出，1989—2012年該研究區(qū)地下水埋深整體上變化趨勢一致，均隨著灌溉時(shí)段呈現(xiàn)周期性漲跌變化規(guī)律。其中1989、2000年地下水埋深變化幅度較為緩慢，2012年地下水埋深年內(nèi)變化呈較為明顯的雙峰型曲線，地下水埋深最小值出現(xiàn)在5、6月，最大埋深值出現(xiàn)于8、9月。這是因?yàn)楣嘤騼?nèi)夏灌期的氣溫相對(duì)較低，蒸發(fā)量小，渠系間的引水量已經(jīng)滿足作物的需水量，地下水開采量小，潛水位持續(xù)上升，使地下水埋深較小；秋灌期由于氣溫較高，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，作物耗水量大，地下水大量開采，使水位持續(xù)下降，故8、9月埋深最大。秋澆期由于氣溫相對(duì)較低，蒸發(fā)量小，作物的耗水量較小，地下水埋深呈減小趨勢。

2.2 地下水埋深的空間變異性分析

地下水埋深的原始樣本數(shù)為53，利用SPSS 25.0進(jìn)行Log變換，剔除偏離正態(tài)分布插值點(diǎn)后，統(tǒng)計(jì)中值、均值、偏度、峰值及 K-S檢驗(yàn)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采用交叉驗(yàn)證法進(jìn)行最優(yōu)模型及參數(shù)選擇(表1)。由表 1 可知，該模型擬合的地下水埋深精度基本滿足要求，經(jīng)過對(duì)數(shù)變換后，地下水位埋深具有近似正態(tài)分布特征，中值與均值近似相等，偏度和峰值均接近于0，K-S檢驗(yàn)值均大于0.2，較好，驗(yàn)證精度高，可進(jìn)一步進(jìn)行空間插值。

表1 地下水埋深正態(tài)分布評(píng)價(jià)指標(biāo)

利用 ArcGIS10.2的地統(tǒng)計(jì)模塊計(jì)算半變異函數(shù)模型參數(shù)，并采用平均誤差(M)、均方根誤差(S)、平均標(biāo)準(zhǔn)誤差(δ)、標(biāo)準(zhǔn)化平均誤差(Δ)以及標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差(Sδ)對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，最終得到最佳半變異擬合模型及其相關(guān)參數(shù)(表2)。

表2 地下水埋深半變異函數(shù)模型相關(guān)參數(shù)

由表2可知:總體上，1989年地下水埋深的塊金值較于2000年和2012年大，而基臺(tái)值有明顯的增大，說明地下水在隨機(jī)尺度上產(chǎn)生了一定的變化，同時(shí)也在結(jié)構(gòu)性尺度上發(fā)生了改變。1989年3個(gè)月份的塊金值和基臺(tái)值較2000、2012年變化相對(duì)較大，總體上季節(jié)性因素影響不顯著。1989、2000以及2012年3個(gè)月份地下水位埋深的塊金值較小，基臺(tái)值相對(duì)來說較大，這說明解放閘灌域在這3年間地下水埋深總的空間異質(zhì)性程度較高，而隨機(jī)性因素引起的空間異質(zhì)性較小，結(jié)構(gòu)因素引起的空間變異程度逐漸增大。同時(shí)，地下水埋深總體上的基底效應(yīng)呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，按照區(qū)域化變量空間相關(guān)性程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，均小于25%，這3年地下水埋深均呈現(xiàn)出較強(qiáng)的空間相關(guān)性，但2012年比1989、2000年空間相關(guān)程度減弱，空間異質(zhì)性在逐漸增強(qiáng)；1989—2012年變程呈現(xiàn)著先減小后增大的變化趨勢，說明地下水埋深在中尺度上存在著較強(qiáng)的變異。綜上可見，近20年來解放閘灌域地下水埋深的變化在隨機(jī)和結(jié)構(gòu)性尺度上均發(fā)生著變化，空間異質(zhì)性在逐漸增強(qiáng)，其變異更多是由于空間自相關(guān)引起，主要是與該研究區(qū)的地形、地貌、氣候、土壤類型等自然因素有關(guān)，城建、農(nóng)墾、種植制度、灌排強(qiáng)度等人為活動(dòng)等隨機(jī)因素影響較小。

經(jīng)多次擬合結(jié)果確定解放閘灌域內(nèi)地下水埋深變異函數(shù)值的擬合模型為球形模型，由表3可知，由該模型擬合的地下水埋深精度基本滿足要求，1989、2000年以及2012年3、7、11月的地下水埋深擬合效果較好，平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)化平均誤差均接近于0，均方根誤差和平均標(biāo)準(zhǔn)誤差近似相等，標(biāo)準(zhǔn)化平方根誤差接近于1，說明該半變異函數(shù)模型能較好地反映地下水埋深的空間特征，驗(yàn)證精度較高。

表3 半變異函數(shù)模型交叉驗(yàn)證結(jié)果

2.3 地下水埋深空間分布特征

利用球形模型變異函數(shù)對(duì)解放閘灌域內(nèi)的地下水埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行指示克里格插值，進(jìn)而分析地下水埋深在空間上的分布特征，放閘灌域在1989、2000、2012年3、7、11月的地下水埋深在空間上的分布見圖4。

從圖4可以看出整個(gè)灌域20多年的地下水埋深處于動(dòng)態(tài)變化過程中，7月(秋灌期)以及11月(秋澆期)地下水埋深比3月(非灌溉期)要深，灌溉期水位有所下降，非灌溉期水位逐漸上升，地下水埋深隨灌溉呈周期性的漲落變化；灌域內(nèi)地下水埋深總體上有增大趨勢，不同地區(qū)地下水埋深變幅較大，部分地區(qū)地下水埋深增幅相較其他地區(qū)偏大，除受節(jié)水措施的影響外，也與少量的井灌區(qū)域分布有關(guān)；同時(shí)該研究區(qū)不同時(shí)期地下水埋深從西南向東北逐漸變深，具有淺埋區(qū)面積增大、深埋區(qū)面積減小的特征。1989年不同時(shí)期地下水埋深在空間上的變幅不大，但從局部上看，3—11月份東北部地下水埋深呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，這說明季節(jié)性的氣候變化存在著一定的影響，不同灌溉期排水強(qiáng)度也會(huì)有所影響，中東部的地下水埋深相對(duì)于西南部較大；2000年地下水埋深總體上較1989年相比明顯增大，這與2000年后各干渠月均引水量和排水方式的改變有關(guān)，2000年后，灌域內(nèi)地下水開采量有所縮減，塊金值變小，說明此時(shí)由地下水補(bǔ)給、地勢地貌等結(jié)構(gòu)性因素引起的空間變異程度變大。一方面受節(jié)水灌溉的影響，2000—2012年灌域內(nèi)部分地下水被消耗掉，地下水對(duì)蒸散發(fā)的貢獻(xiàn)率在一定程度呈上升趨勢，其中西南部地下水埋深增大趨勢尤為明顯。此外，大量的渠系水運(yùn)移過程中滲漏補(bǔ)給地下水，蒸散發(fā)消耗地下水時(shí)使得這部分水分被再次消耗利用。灌域內(nèi)蒸散發(fā)量高，為滿足耗水需求，部分地下水被消耗，地下水位有所下降，這是導(dǎo)致灌域地下水埋深持續(xù)增大的主要原因。

a)1989年3月

b)1989年7月

c)1989年11月

e)2000年7月

f)2000年11月

g)2012年3月

h)2012年7月

i)2012年11月

2.4 土地利用/覆被變化特征

1989—2012年解放閘灌域各土地利用類型總體上變化比較明顯，見圖5。其中1989年林草地占比最大，其次是水域和其他未利用地，建筑用地和耕地占比較小，鹽荒地占比最少，土地鹽漬化問題不顯著；2000年林草地和未利用地有所減少，水域和耕地面積逐漸擴(kuò)大，建筑用地面積也有所減少，同時(shí)鹽荒地占比也呈現(xiàn)增大趨勢，土地逐漸鹽漬化；2012年林草地和水域面積均有所減小，未利用地占比增大，鹽荒地面積呈增大趨勢，鹽漬化問題加劇。

a)1989年

b)2000年

c)2012年

2.4.1隨時(shí)間變化特征分析

解放閘灌域在20多年間各土地利用類型的數(shù)量變化較為顯著，6類土地利用/覆被的面積均發(fā)生了不同程度的變化(圖6)。其中，耕地、建筑用地、鹽荒地和其他未利用地4種地類的面積在增加，林草地的面積在逐年減少，水域的面積也在大幅度減少。根據(jù)單一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度計(jì)算出解放閘灌域6種土地利用類型的年變化率(表4)。從表4可以看出，解放閘灌域土地利用變化速度比較快，其中以耕地和鹽荒地的變化速度最快，1989—2012年耕地的面積增加了270.99 km2，動(dòng)態(tài)度達(dá)到6.76%，這說明該灌域是以耕地為主要用地的社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，鹽荒地的面積增加了99.24 km2，動(dòng)態(tài)度為9.47%，土地鹽漬化問題顯著；其次是林草地和水域，1989—2012年林草地總體面積減少了449.67 km2，水域減少了204.18 km2；建筑用地和其他未利用地的年變化率較小，其中建筑用地的面積增加了26.53 km2，動(dòng)態(tài)度只有0.67%，說明在20多年間,該地區(qū)的城市化進(jìn)程相對(duì)較慢,城鎮(zhèn)擴(kuò)張不明顯，其他未利用地面積增加了257.1 km2，動(dòng)態(tài)度達(dá)到2.75%。

圖6 解放閘灌域3個(gè)時(shí)期土地利用/覆蓋類型面積

表4 解放閘灌域土地利用/覆被隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化

2.4.2隨空間變化特征分析

通過對(duì)1989、2000、2012年3期土地利用/覆被圖像進(jìn)行疊加分析,求得解放閘灌域內(nèi)不同土地利用類型面積變化的轉(zhuǎn)移矩陣(表5、6)。

表5 解放閘灌域1989—2000年土地利用/覆被轉(zhuǎn)移矩陣 單位:km2

表6 解放閘灌域2000—2012年土地利用/覆被轉(zhuǎn)移矩陣 單位:km2

通過表5、6可以看出，灌域內(nèi)各土地利用類型在20多年間各土地利用類型相互之間均存在著不同程度的轉(zhuǎn)化。1989—2000年該灌域內(nèi)的耕地主要轉(zhuǎn)化為林草地和未利用地，其中轉(zhuǎn)化為林草地的面積最多，轉(zhuǎn)出大于轉(zhuǎn)入，退耕還林效果顯著；耕地與未利用地之間也存在相互轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)出均大于轉(zhuǎn)入,表明灌域內(nèi)土地荒漠化現(xiàn)象日益加劇。其他未利用地主要和林草地、耕地進(jìn)行轉(zhuǎn)化，其中耕地面積的增加主要由未利用地轉(zhuǎn)變而來,該灌域農(nóng)業(yè)發(fā)展較為快速；未利用地向林草地轉(zhuǎn)化的面積占比較大，轉(zhuǎn)出大于轉(zhuǎn)入，植被呈現(xiàn)著良好的生長狀態(tài)與覆蓋度。水域和建筑用地之間的相互轉(zhuǎn)化較為緊密,水域向建筑用地的轉(zhuǎn)化趨勢較強(qiáng)，建筑用地呈擴(kuò)大趨勢，城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速。鹽荒地與其他土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化不明顯，但土地鹽漬化現(xiàn)象仍然存在。2000—2012年該灌域的耕地主要轉(zhuǎn)化為其他未利用地，且轉(zhuǎn)出大于轉(zhuǎn)入，耕地有所退化，轉(zhuǎn)化的面積較大，土地荒漠化問題嚴(yán)重；林草地和水域的面積存在大幅度減小趨勢，主要轉(zhuǎn)化為未利用地；建筑用地面積有所增加，城鎮(zhèn)發(fā)展較為穩(wěn)定，部分轉(zhuǎn)化為鹽荒地，同時(shí)鹽荒地又在向其他未利用地轉(zhuǎn)化，說明該灌域的土地鹽漬化問題較為突出。其他未利用地主要轉(zhuǎn)化為耕地，且轉(zhuǎn)出大于轉(zhuǎn)入，說明該灌域是以農(nóng)業(yè)為主的社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，耕地是主要的土地利用類型。

2.5 地下水與土地利用/覆被變化的時(shí)空變異分析

利用指示克里金法對(duì)解放閘灌域地下水埋深進(jìn)行插值，得到1989、2000以及2012年的地下水埋深空間分布，見圖7；解放閘灌域的地下水埋深20多年間地下水埋深的空間變化見圖8。

a)1989年

b)2000年

c)2012年

a)1989—2000年

b)2000—2012年

由圖8可以看出：1989—2012年地下水埋深時(shí)空變異性發(fā)生了顯著的變化，地下水埋深變化最大的區(qū)域由0.34～0.81 m的東北部向0.67～1.89 m的東南部轉(zhuǎn)移，地下水埋深變化最小的區(qū)域由-0.74～-0.29 m的南部向-1.53～-0.59 m的西南部和北部轉(zhuǎn)移。解放閘灌域是干旱半干旱地區(qū)，地下水埋深較淺，此時(shí)地下水埋深越大，耕地退化的現(xiàn)象會(huì)有所減少，灌域內(nèi)土地利用類型就會(huì)形成一個(gè)相對(duì)良性的轉(zhuǎn)化，極大程度上有利于灌域的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。將1989、2000、2012年解放閘灌域的土地利用/覆被(圖5)與對(duì)應(yīng)插值的地下水埋深分布(圖7)疊加分析可得：地下水埋深在1.82～1.99 m變化，有利于該研究區(qū)內(nèi)耕地、林草地的穩(wěn)定生長；從局部區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變化來看，當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥? m，各地區(qū)均存在土地退化的不良轉(zhuǎn)化。解放閘灌域東北部地區(qū)的土地利用/覆被類型變化主要是其他未利用地和林草地有所減少，由于城鎮(zhèn)化發(fā)展較為快速穩(wěn)定，人口聚集，耕地與建筑用地均有所增加，水域和鹽荒地變化不明顯；西南部地區(qū)是典型的農(nóng)林地種植區(qū)域，由于不同季節(jié)的定期灌溉，地下水埋深變化較快，加上人類社會(huì)活動(dòng)的影響，土地利用類型相應(yīng)發(fā)生了變化，主要土地利用類型為水域、林草地和耕地。在該闕值范圍內(nèi)，該灌域內(nèi)的土地利用類型和地下水埋深在空間上的變化相似，并且地下水位下降趨勢越大的地區(qū)，植被自然變化程度越高，耕地退化越嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3 結(jié)論

a)球狀模型參數(shù)中的塊金值與基臺(tái)值的比值在0～25%，表明地下水埋深樣本具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性；近20年來解放閘灌域地下水埋深的變化在隨機(jī)和結(jié)構(gòu)性尺度上均發(fā)生著變化，空間異質(zhì)性在逐漸增強(qiáng)，這是結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素共同作用，其中結(jié)構(gòu)性因素占主導(dǎo)地位。

b)解放閘灌域地下水埋深的年內(nèi)變化呈雙峰型曲線，最小值出現(xiàn)在5、6月，最大埋深值出現(xiàn)于8、9月；各年灌域內(nèi)地下水埋深總體呈增大趨勢；地下水埋深在空間上從西南地區(qū)向東北地區(qū)逐漸增大，具有淺埋區(qū)面積增大、深埋區(qū)面積減小的特征。

c)地下水埋深在1.82～1.99 m變化，有利于灌域內(nèi)耕地、林草地的穩(wěn)定生長；從局部區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變化來看，當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥? m，各地區(qū)均存在土地退化的不良轉(zhuǎn)化。