基于RS与GIS的开都河流域景观格局及其动态变化研究

摘要以开都河流域为研究区域，以LANDSAT TM遥感图像为主要信息源，以ENVI遥感图像处理软件、Arcgis地信软件和FRAGSTAT version3.3作为空间信息处理工具，采用景观空间格局等指标，对开都河流域景观格局进行了研究。结果表明，1990～2010年，开都河流域景观草地模地优势未发生改变，对区域生态环境仍发挥着重要作用。人类活动虽有加剧趋势，但由于其优势度值较低，加之区域整体人类开发水平仍处于较低的水平，故区域生态环境受人类干扰程度很小。

关键词遥感；地理信息；景观格局；开都河流域

中图分类号S731.9文献标识码A文章编号0517-6611（2014）01-00147-03

作者简介巴音达拉（1981- ），男，新疆博乐人，工程师，硕士，从事水利水电规划研究，Email：bydl@sina.cn。

收稿日期20131128景观格局是复杂的物理、生物和社会因素相互作用的结果。对于某一区域景观格局的研究是揭示该区域生态状况及空间变异性特征的有效手段，还可以揭示与生态过程相关的区域资源环境问题。因此，对区域景观空间格局的研究是揭示其生态状况及空间变异的有效手段[1]。利用RS与GIS相结合的技术手段研究生态景观格局及其动态变化，是地理信息科学的前沿领域，也是景观生态学的重要方向[2]。它为研究景观空间结构和动态，尤其是物理、生物和各种人类活动过程之间的复杂关系，提供了一种有效的工具。笔者通过对开都河流域景观格局（1990、2000和2010年数据）进行了动态分析研究，理清该区域内流域结构布局，以达到合理开发，涵养水源，保持水土，保护开都河流域生态环境的目的。

1研究区概况

开都河发源于天山南麓萨尔明乌拉山的依连哈比尔尕山，流经和静、焉耆、博湖三县，注入博斯腾湖，流域总面积22 200 km2，河流全长640 km。流域地势由西北向东南倾斜，河流多年平均年径流量34.88亿m3，多年平均流量为110.5 m3/s。开都河流域地处欧亚大陆腹地，中天山南麓，流域总体气候特征为：北部山区气候温凉，热量不足，空气湿度相对较大，降水相对充沛，无霜期较短；南部平原热量丰富，无霜期长，光照充足，降水稀少，空气干燥。流域多年月平均气温8.7 ℃，多年平均降水量为106.4 mm，多年平均蒸发量（20 cm蒸发器）为1 723 mm，多年平均风速为1.8 m/s。

研究区评价范围以开都河中游河段两侧以河流分水岭为界，包括阿仁萨很托亥水库回水至第一分水枢纽之间的开都河，评价范围内开都河长170.3 km，评价区总面积5 694.28 km2。

2研究方法及途径

2.1景观源数据流域景观的数据源采用美国1990、2000和2010年的LANDSAT TM数字图像，时相为6～9月。

2.2数据处理

2.2.1图像预处理。参考1995年新疆测绘局编制的新疆地图集等资料，对TM影像进行图像预处理，利用ENVI软件完成大气辐射校正、几何精校正等工作，采用阿尔伯特等面积圆锥投影，保证了配准时的剩余误差在一个像元以内，达到制图精度的要求[3]。

2.2.2遥感图像分类。在ENVI软件中采用监督分类中的最大似然法对遥感影像进行分类[4]，选择对植被反映较敏感的4、3、2波段组合进行土地利用类型的分类。借助于Arcgis空间处理平台，依据目视判读和实际调查经验，结合谷歌地图，进行分类图像拓扑关系的建立。待检查、修正后，最后形成研究区矢量化图件。

2.2.3景观类型划分。景观是由斑块、廊道和模地等景观要素组成的异质性区域。其中，斑块是一个在外观上与周围环境明显不同的非线性地表区域，与周围地区有不同的物种结构和成分。廊道是指不同于两侧模地的狭长地带，可以看做是一个线状或带状的斑块。廊道可以是一个孤立的带，但经常与有相似组分的斑块（至少在一端）相连。模地是景观中的背景地域，对景观的动态起着主导作用。它是范围广泛、相对同质的景观元，是面积最大、连通性最强的景观元素。景观的结构特征和空间格局是研究景观功能动态的基础，景观格局及其变化是自然与人为因素相互作用所产生的一定区域生态环境体系的综合反映[5]。通过对某一区域景观格局的研究，可以揭示该区域生态状况及其空间变异性等特征。此次研究参照国家《生态环境遥感调查分类规范》及《土地利用分类标准》，结合研究区生态环境现状，以土地一级类标准将研究区土地类型划分为草地、林地、水域、耕地、建设用地和其他用地，并做出3期景观分类图（图1～3）。

3指标计算与结果分析

3.1景观指数的选择景观指数是生态学研究的常用方法，它是用来反映景观结构组成和空间配置特征的定量指标[6]，能有效地反映研究区景观的破碎化程度和多样性变化[7]、整体变化情况。该研究根据项目区实际情况选取指标，详见表1。

3.2结果与分析

3.2.1开都河流域3期典型时期景观格局与动态特征。由表2可知，开都河流域的景观总面积为569 428 hm2，6类景观类型的面积呈现出草地>水域>其他用地>林地>耕地>建设用地的特征。草地面积最大，占研究区景观总面积的50.12%，表明开都河流域保持着以草地为基质的景观特征；水域面积占25.82%，是开都河流域次一级的优势景观类型，多以高山雪山地类分布在开都河流域的东北部和南部；其他用地和林地面积分居第3、4位；耕地和建设用地的面积相对较小。

3.2.2开都河流域3期典型时期景观优势度动态变化。由表2可知，在1990～2000年，对生态环境具有负面影响的耕地景观和建设用地景观的优势度值呈上升趋势，耕地景观优势度值从1990年的0.12%上升到2000年的0.51%，建设用地景观从1990年的0.23%上升到2000年的0.28%；对本区自然生态体系质量起动态控制作用的“模地”草地景观优势度值略有上升，其优势度值从1990年的47.53%上升到2000年的50.91%；而对生态环境有较强调控能力的林地景观优

3.2.3开都河流域3期典型时期整体景观特征与动态。开都河流域景观总面积为569 428 hm2。在景观级别上，3个典型时期的各个景观指标见表3。可以看出，不同时期景观结构指标各有特点。

从斑块密度的特征来看，斑块总数20年间呈增加趋势，增幅为38个；斑块密度随之上升，每公顷分布的斑块数量由1990年的0.054 2上升为2010年的0.060 7。斑块密度的增加，一方面反映了原有斑块可能发生了破碎化；另一方面则反映了可能是其他景观类型转移数量的增加。与斑块总数和密度的增加相对应的是平均斑块面积的减少，20年间减幅为203.04 hm2，这表明开都河流域景观的破碎度趋于加剧。

从斑块的形状特征来看，开都河流域的面积加权平均形状指数和面积加权平均斑块分形指数都呈现出加大的变化趋势。景观形状指数的变化对生态系统的功能和稳定性等具有重要影响，它可以体现不同类型景观斑块的边界特征，形状指数越高，斑块形状越复杂。一般情况下，自然过程形成的斑块常为不规则形状，而人类影响下的斑块则表现为较规则的几何形状[9-10]。

开都河流域景观形状指数的增大说明该地区的斑块形状在朝着规则化的方向发展，越来越有序，也表明了研究区受人类活动干扰的程度不大。从多样性特征来看，香农多样性指标和香农均匀度指标都呈减少趋势，说明研究区的景观破碎度减少，异质性减缓，各类斑块在景观中分布趋势呈不均衡化，这主要与林地、草地、其他用地面积的增加，水域面积的减少有关。

4结论

1990～2010年，开都河流域的草地、林地、其他用地面积增加，其优势度呈上升趋势，耕地和建设用地优势度也持续增长，人类开发形式具有加剧趋势，但其优势度值较低，且变化不大。从整体景观特征来看，开都河流域的斑块总数增加，平均斑块大小减少，斑块密度上升，说明研究区的景观破碎度在加剧；景观形状指数变大，说明斑块形状朝复杂化、不规则化的方向发展；香农多样性指标和香农均匀度指标减少，说明开都河流域景观破碎度降低。

由此可见，开都河流域斑块在景观中的分布越发不均匀，水域等次优势斑块类型的优势度在降低。但由于具有模地景观地位的草地景观始终占有明显的优势，对区域生态环境仍发挥着重要作用。区域虽有人类干扰加重趋势，但由于区域整体人类开发水平仍较低，故区域生态环境受人类干扰程度很小。

参考文献

[1] 王根绪，程国栋.干旱内陆河流域景观生态的空间格局分析——以黑河流中游地区为例[J].兰州大学学报，1999，35（1）：211-217.

[2] 王让会.地理信息科学的理论与方法[M].乌鲁木齐：新疆人民出版社，2002：71-74.

[3] 周成虎，杨晓梅，骆剑承，等.遥感影像地学理解与分析[M].北京：科学出版社，2001.

[4] 杨存建，周成虎.基于知识的遥感影像分类方法探讨[J].地理学与国土研究，2001，17（1）：72-77.

[5] 赵羿.实用景观生态学[M].北京：科学出版社，2001.

[6] 邬建国.景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M].北京：高等教育出版社，2004：100-109.