李鄭淼 郭媛媛

1 研究區(qū)域概況

巴音郭楞蒙古自治州簡(jiǎn)稱“巴州”，“巴音郭楞”蒙古語(yǔ)意為“美麗富饒的流域”，地處歐亞大陸腹心，新疆東南部。巴州地區(qū)河流、湖泊眾多，水利資源十分豐富。開都河—孔雀河生態(tài)廊道就位于其境內(nèi)，地處塔里木盆地東北部、塔克拉瑪干沙漠東北緣，主要由開都河、博斯騰湖和孔雀河3 部分構(gòu)成。

開都河—孔雀河生態(tài)廊道發(fā)源天山南麓，流經(jīng)巴音布魯克草原滋潤(rùn)著百草豐茂，是巴州地區(qū)重要的水源涵養(yǎng)區(qū)。開都河流經(jīng)高山峽谷段（第1 分水樞紐以上），自出山口后形成三角洲沖擊平原塑造了肥沃的焉耆盆地，最終注入最大內(nèi)陸淡水湖博斯騰湖。博湖出流后輸入孔雀河，途經(jīng)庫(kù)爾勒市抵尉犁縣境內(nèi)，沿庫(kù)魯克山南麓由西向東注入若羌縣境內(nèi)的羅布泊，形成一條貫穿北部區(qū)域的綠廊。博斯騰湖是我國(guó)最大的內(nèi)陸淡水湖，位于中天山南部，焉耆盆地最低洼處，為開都河、黃水溝等河流的歸宿地，也是孔雀河的源頭，對(duì)開都河、孔雀河的徑流量具有調(diào)節(jié)作用[1]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)獲取與處理

水生態(tài)空間演變分析基于多時(shí)期土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，包括20 世紀(jì)70 年代末期（1980 年）、80 年代末期（1990 年）、90 年代末期（2000 年）、2010 年、2015 年和 2018 年共 6 期遙感影像數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、衛(wèi)星影像資料以及土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析水域面積及其周邊土地利用變化情況。

參照中國(guó)科學(xué)院頒布的土地利用分類體系和研究區(qū)實(shí)際情況[2]，將新疆巴州的土地利用類型劃分為林地、草地、水域、居民點(diǎn)、旱地、未利用地（沙地、戈壁、沼澤地、裸質(zhì)石質(zhì)地）等幾種類型。將6 個(gè)年度的遙感影像分類解譯結(jié)果矢量化后導(dǎo)入ArcView 軟件中，構(gòu)建空間數(shù)據(jù)拓?fù)?，將各空間數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到各個(gè)年份的土地利用類型面積。運(yùn)用ArcGIS 中的疊加分析模塊分別將相鄰兩期的土地利用圖進(jìn)行疊加，生成不同時(shí)期各土地類型之間的空間轉(zhuǎn)移矩陣[3]。

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣[4]不僅包括了一定區(qū)域某時(shí)間點(diǎn)的各地類面積數(shù)據(jù)，而且還具有期初各地類面積轉(zhuǎn)出和期末各地類面積轉(zhuǎn)入的信息，它反映了某一區(qū)域某一時(shí)段期初和期末各地類面積之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過程。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣通用形式為：

式中A——面積；

n——轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型數(shù)；i、j（i，j=1，2，…，n）分別代表轉(zhuǎn)移前與轉(zhuǎn)移后的土地利用類型；

Aij——轉(zhuǎn)移前的i地類轉(zhuǎn)換為j地類的面積。

矩陣中的每一行元素代表轉(zhuǎn)移前的i地類向轉(zhuǎn)移后的各地類的流向信息，每一列元素代表轉(zhuǎn)移后的j地類面積從轉(zhuǎn)移前的各地類的來源信息。

2.3 水生態(tài)空間評(píng)價(jià)方法

水生態(tài)空間評(píng)價(jià)采用中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ 192—2015《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》[5]中推薦的水源涵養(yǎng)功能區(qū)生態(tài)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法，結(jié)合研究區(qū)自身特點(diǎn)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)各指標(biāo)在生態(tài)環(huán)境中的重要性不同，對(duì)各指標(biāo)賦予不同的權(quán)重，最終加權(quán)得出研究區(qū)域生態(tài)功能區(qū)功能狀況FEI 值。基于FEI 值，即可進(jìn)行該區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)。

綜合考慮已有資料情況及可操作性，選取2018 年數(shù)據(jù)作為指標(biāo)層依據(jù)，對(duì)開都河—孔雀河生態(tài)廊道發(fā)源地的水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。見表1。

表1 水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)估數(shù)據(jù)表

3 結(jié)果與分析

3.1 新疆巴州水域面積演變分析

通過對(duì)比1980—2018 年土地利用數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)巴州水域面積總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，其中2018 年水域面積最小約9 160 km2，2010 年水域面積最大約13 584 km2。其原因主要是由于2000 年以來節(jié)水灌溉的推廣、生態(tài)補(bǔ)水、防護(hù)林帶等多種生態(tài)措施的實(shí)施使該地區(qū)的河流、湖泊水體面積呈上升趨勢(shì)。但是，近年來受氣候變化影響，該地區(qū)的年平均溫度也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。增溫造成了冰川消融退縮的加速，使得巴州冰川、積雪量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，造成總體水域面積呈現(xiàn)了一定的萎縮趨勢(shì)。

高山冰川積雪作為巴州的“水之源”，是保障巴州經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民安居樂業(yè)的生命線，冰雪消融、冰川萎縮、雪線上移對(duì)巴州地區(qū)來說可以稱得上是一個(gè)“致命”的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。隨著積雪和冰川的加速消融，塔里木河等以冰川融雪徑流為主要水源的河流未來可能將面臨徑流量減少甚至干枯的風(fēng)險(xiǎn)[6]。此外，隨著該地區(qū)人口的迅速增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是農(nóng)業(yè)灌溉面積的急劇擴(kuò)大，導(dǎo)致用水量大增，也極易造成部分河道斷流及湖泊面積的萎縮。如圖1 所示。

圖1 新疆巴音郭楞蒙古自治州水域面積歷史演變柱狀圖

3.2 開都河水生態(tài)空間演變分析

本次研究針對(duì)開都河干流河道兩側(cè)1 km 范圍內(nèi)土地利用變化情況進(jìn)行了重點(diǎn)分析。在1980—2018 年之間，該區(qū)域林地、旱地、沼澤地、未利用土地均呈一定程度的下降趨勢(shì)，較于1980 年數(shù)據(jù)沼澤地的面積減少23%以上；草地、水域面積呈上升趨勢(shì)，各增長(zhǎng)7%和134%以上。水域面積大幅度劇烈增加，表明該地區(qū)受氣候變化及人類活動(dòng)影響，上游冰川消融退縮加速，極易造成流域內(nèi)水資源分配不均，導(dǎo)致區(qū)域水資源供需矛盾。見表2。

表2 開都河土地利用類型分類面積

土地轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算結(jié)果顯示該地區(qū)主要土地利用變化出現(xiàn)在沼澤地、草地向水域的變化，有將近32 km2及40 km2面積的草地與沼澤地轉(zhuǎn)換成了水域，說明相比于人類活動(dòng)的變化，氣候變化的影響在該地區(qū)占主導(dǎo)因素。因此，應(yīng)該警惕不合理的開發(fā)利用對(duì)該地區(qū)水資源分配的影響。

3.3 孔雀河水生態(tài)空間演變分析

在針對(duì)孔雀河生態(tài)脆弱河段（阿恰樞紐至厄肯大壩）的分析中，通過對(duì)比1980—2018 年之間該段干流河道兩側(cè)1 km 范圍內(nèi)土地利用變化，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)主要土地利用變化發(fā)生在林地、草地向旱地及其他土地利用的轉(zhuǎn)變。說明該區(qū)域存在嚴(yán)重的生態(tài)惡化問題。增加的其他土地類型，如鹽堿地等主要發(fā)生在靠近厄肯大壩段，且多為低覆蓋度草地轉(zhuǎn)變而來，也有少部分來自于林地，表明一定的人類活動(dòng)正在加劇該地區(qū)的生態(tài)惡化，使林地破碎度明顯增大。在該地區(qū)中下部，成片林地逐漸退化為草地或耕地。河道兩側(cè)建設(shè)用地面積也存在增長(zhǎng)情況，隨著開發(fā)持續(xù)進(jìn)行，耕地及建設(shè)用地面積擴(kuò)張情況會(huì)逐漸加劇，水資源開發(fā)利用強(qiáng)度會(huì)越來越大。尤其孔雀河處于新疆干旱區(qū)，水資源緊張問題一直存在，不合理的開發(fā)利用極易引發(fā)生態(tài)危機(jī)。見表3。

表3 孔雀河土地利用類型分類面積

3.4 巴音布魯克草原水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)功能評(píng)價(jià)

本次水生態(tài)空間評(píng)價(jià)區(qū)域?yàn)殚_都河上游的巴音布魯克草原水源涵養(yǎng)區(qū)。該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)意義重大，為世界自然遺產(chǎn)名錄地和國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。自然保護(hù)區(qū)包括小尤爾都斯盆地、大尤爾都斯盆地和連接兩個(gè)盆地的開都河河段。

生物功能區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果：基于巴音布魯克草原土地利用及生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，通過指標(biāo)計(jì)算可得生態(tài)狀況指標(biāo)為34.37，環(huán)境狀況指標(biāo)為39.06，生態(tài)功能調(diào)節(jié)指標(biāo)為0.2。綜合可得生態(tài)功能區(qū)生態(tài)功能指數(shù)FEI=73.63，指數(shù)數(shù)值較高，自然生態(tài)優(yōu)越，生態(tài)系統(tǒng)承載力高，生態(tài)功能穩(wěn)定，自我調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。

總體來看，小尤爾都斯盆地河段（開都河源流區(qū)干流起點(diǎn)—巴音布魯克鎮(zhèn)）岸線大部分處于自然狀態(tài)，保護(hù)區(qū)內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以牧業(yè)為主。但近些年，隨著旅游業(yè)的發(fā)展，在本河段末端的巴音布魯克鎮(zhèn)人口逐年上升，建設(shè)用地逐漸增大，造成生態(tài)狀況指標(biāo)數(shù)值下降，對(duì)該區(qū)自然生態(tài)環(huán)境狀況造成一定影響。

大尤爾都斯盆地河段（巴音布魯克鎮(zhèn)—“駱駝脖子”），保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，動(dòng)植物多樣性資源豐富。該河段人口主耍為居住在周邊的零星的牧民，濕地周邊建有環(huán)天鵝湖濕地公路，主要為開發(fā)生態(tài)旅游，存在人類擾動(dòng)現(xiàn)象，造成生態(tài)功能調(diào)節(jié)指標(biāo)數(shù)值下降。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)新疆巴州水域面積演變分析、開都河水生態(tài)空間演變分析、孔雀河水生態(tài)空間演變分析、開都河上游水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)功能評(píng)價(jià)，結(jié)論如下。

（1）受氣候變化影響，新疆巴州上游發(fā)生一定程度的冰雪消融、冰川萎縮，給下游以冰雪為主要來源的河流帶來一定程度的干枯的風(fēng)險(xiǎn)。并且，隨著該地區(qū)人類活動(dòng)的加劇及對(duì)灌溉取水量的提升，未來河道斷流，湖泊面積萎縮問題可能會(huì)越來越嚴(yán)重。

（2）通過“土地利用轉(zhuǎn)移矩陣”分析，新疆開都干流河道兩側(cè)1 km 范圍內(nèi)的水生態(tài)狀況主要受氣候變化的影響，草地、水域面積均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，該地區(qū)現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好。但仍需警惕由人類活動(dòng)加劇引發(fā)的區(qū)域水資源供需矛盾問題。

（3） 通過分析1980—2018 年孔雀河生態(tài)脆弱段河道兩側(cè)1 km 范圍內(nèi)土地利用類型變化，受人類活動(dòng)的影響，該地區(qū)鹽堿地、旱地增幅較大。隨著河道兩側(cè)耕地、建設(shè)用地面積的增長(zhǎng)，水資源開發(fā)利用強(qiáng)度會(huì)越來越大，極易造成水資源緊張，引發(fā)生態(tài)危機(jī)。

（4）巴音布魯克草原為世界自然遺產(chǎn)名錄地和國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，區(qū)域內(nèi)人口主要為居住在河段末端的巴音布魯克鎮(zhèn)居民及周邊的零星牧民，主業(yè)為開發(fā)生態(tài)旅游。通過計(jì)算巴音布魯克草原水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)功能指數(shù)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)自然生態(tài)優(yōu)越，生態(tài)系統(tǒng)承載力高，生態(tài)功能穩(wěn)定，自我調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，但存在人類擾動(dòng)情況。

綜上所述，本文選用的“土地利用轉(zhuǎn)移矩陣”分析法及“生態(tài)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)”計(jì)算方法可以基于土地利用數(shù)據(jù)，分析變化趨勢(shì)，對(duì)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估、預(yù)測(cè)，為后期該區(qū)域后期水生態(tài)環(huán)境綜合治理，協(xié)調(diào)區(qū)域生態(tài)、農(nóng)業(yè)及水文水資源合理分配，相關(guān)發(fā)展規(guī)劃、政策法規(guī)的制定提供科學(xué)理論支撐。