2001年至2018年东红海子泊水域面积变化分析

全宇 郑玉峰 奇奕轩

摘要：由遥感监测资料可知，2001—2006年期间，东红海子水体面积浮动较大，整体上渐趋萎缩。在2010年以后，水体面积迅速扩张，并趋于稳定。东红海子水体在2007—2009年间处于干涸状态，河床完全裸露。监测到的最小水体面积为2006年的0.7平方公里，最大水体面积出现在2018年。为4.46平方千米，较2001年增幅比例达280%之多。

关键词：高分一号卫星;遥感监测;气候变化;东红海子湿地;时空变化;人类活动

湖泊是陆地水圈的重要组成部分，对气候和环境变化特别敏感，记录了气候变化和人类活动对不同时间尺度的区域水文过程的影响。 特别是对于降水量较少的内陆地区，它是揭示全球气候变化和区域响应的重要信息载体[1-3];湖泊也是维护区域生态系统的重要支撑[4]。在2001年至2018年期间，随着该地区气候变暖和干燥的发展趋势[6-9]和人类活动，东红海子湖泊水域面积历经萎缩、干涸与面积突升，重新成为中国北方重要的遗鸥繁育基地。从2009年开始，湖体面积开始显著增加。在提取方法，植被覆盖变化，水质指数反演等方面取得了一系列成果[5]，但对东红海子水体的研究却很少。而近年来，在地方政府的重视下，该区域生态环境明显改善，湖体面积出现连续增加趋势。本文在前人研究的基础上，选择了2001-2018年东红海子湖的气象资料和遥感影像数据，综合运用了3S技术。同时结合气候变化和人类活动因素，探讨东红海子湖水域时空变化特征及主要成因。为了合理开发利用东红海子湖和湖区周边的水资源，保护并逐步恢复湖泊的生态功能，为促进经济和社会可持续发展提供决策依据。

1研究领域概述，数据来源和研究方法

研究区概况

东红海子湖泊（39°32′29″—39°34′11″N，109°47'36″—109°49'20″E）位于内蒙古自治区伊金霍洛旗北部。原为黄河支流乌兰木伦河流域湖泊，受温带半干旱大陆性季风气候影响，干燥多风，年降雨量少，分布不均。

本文遥感影像数据来源于地理空间数据云网站存储的 Landsat4-5 MSS传感器、 Landsat7 ETM传感器、 Landsat8 OIL传感器以及高分一号卫星 WFV传感器数据，包括2001-2015分辨率为30米的15景图像以及分辨率均为16米2016年至2018年3景影像。均选取从8月到9月数据，以确保每景图像具有相似的气象和水文条件。

研究方法

研究区目标提取水体信息较为单一，为湖泊与湖泊退化干涸后形成的坑塘、沼泽等。从遥感图像中提取水体特征的方法很多，包括基于近红外波段的单波段阈值提取方法，归一化植被指数（NDVI）和归一化水体指数（NDWI）[10]。东红海子湖体面积波动剧烈，在溃缩至干涸的过程中部分年份的水深过低、水质浑浊，指数或波段阈值提取效果较差，采用目视解译方式手动勾画，在2010年以后湖体面积显著增加， 水体信息在光谱曲线上特征明显，选取NDVI法与 NDWI法提取边界均有不错的效果。 研究区地处鄂尔多斯高原东部，南邻毛乌素沙地，地势平坦开阔，周边地貌类型以半荒漠化草原为主，经过比较分析，本文采用NDWI进行水体面积信息提取，以消除湖内水生植物对面积信息的影响。计算公式如下：NDWI=（Green?NIR）/（Green+NIR）[10]。遥感数据预处理与计算在ENVI5.3.1下进行，分别做辐射定标、大气校正、正射校正、NDWI指数计算工作，图像拉伸后处理结果导入 ArcGIS10.0中重分类制图。数据处理流程结构图见图1。

2.2.1 平均气温变化趋势

2001—2018年，伊金霍洛旗年平均气温呈现显著升高的趋势，增长率为0.39℃/年。年平均气温最低值出现在2012年，为6.5℃，最高值出现在2013年和2017年，为8.2℃，较常年平均气温偏多17%。2013以后，年平均气温均在高位运行，2016年与2018年降水频繁，平均气温较低。

2.2.2降水量变化趋势

2001—2018年期间，伊金霍洛旗年降水量在波动中呈现略增加趋势。年降水量最大值出现在2016年，为596.6毫米，最小值出现在2000年，为206.4毫米。最大年降水量和最小年降水量差值达390.2毫米。

人类活动因素

（1）城市发展阻止了向湖泊注入河流与地表水。东红海子位于康巴什乌兰木伦河南岸，伊金霍洛旗阿莱蓬溪镇以东，湖泊供水源头是乌兰木伦河和伊金霍洛旗境内的苗湛河降水，地下渗流与汇合，近年来受城市快速发展影响，周边建筑林立，大量土地硬化，破坏了湖泊的自然生态景观，包括连接乌兰木伦河的原有地表径流大量被阻断。此外，东汉海子周围的混凝土道路，铁路，公路，省道和局部道路引起的地下滲水面积减少。无疑对东红海湖的自然生态景观造成了极大的破坏。2001—2009年间湖水面积变化是湖泊水资源预算的综合反映。

（2）2010年起，人类活动因素成为改善东红海子湿地面积变化的积极因素。东红海子紧邻康巴什与伊金霍洛旗主城区，是重要的城市生态、气候调节湿地。在鄂尔多斯市政府的高度重视下，引导附近企业采矿过程中产生的疏干水、城市过滤后的中水经检测达标后，注入东红海子湿地，湖区面积开始显著增加[11]。目前，东红海子湿地已成为鄂尔多斯市境内重要的戴胜、遗鸥等候鸟栖息繁殖保护地。

3 结论与讨论

本文选取东红海子湖18年遥感图像数据作为主要信息来源，全面利用3S技术。对东红海子湖近18年来水域的时空变化和驱动因素进行了监测和分析，得出以下结论：

（1）揭示2001年至2018年研究区水域的时空动态和趋势。研究区的水域发生了显着变化。2010-2018年，水域面积在人为因素影响下开始显著上升，并达到历史最大值;总体而言，过去18年东红海子湖水域的演变可以基于水域的年变化率。划分为萎缩期（2001-2006年）、干涸期（2007-2009）、增长期（2010-2014年）、稳定期（2015-2018）4个阶段，总体呈扩张趋势。

（2）结合同期气候变化和人类活动因素，探讨了东洪海子湖18年来水域整体萎缩的主要原因。结果表明：受全球气候变暖影响，2001年—2012年，东红海湖区的降水量逐渐减少，气温逐渐增加，显示了气候向暖干发展的趋势。2001年至2009年期间，东红海子湖水域变化趋势与气象因子趋势基本一致。但相关性不大，气候变化是导致东红海子湖水域萎缩的原因之一，但不是唯一的影响因素。原有地表径流切断，煤炭开采，湖泊周边建筑道路建设，灌溉用水等是造成萎缩期湖泊水域变化的关键因素。

（3）鄂尔多斯高原地域广阔，湖泊星罗棋布在库布齐沙漠与毛乌素沙地间，当地生态环境脆弱，受气候变化与人为活动影响巨大，湖泊面积溃缩至干涸，湖滩与水体盐碱化加重，原有水生动植物绝迹，候鸟不在逗留繁衍。人为注水后，湿地生态环境得以迅速改善，现红海子湿地已成为重要的遗鸥与戴胜栖息地。卫星遥感水体信息提取为湖泊水域和区域时空变化的动态监测和系统定量分析提供了有效的技术手段。

参考文献：

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[10]贾振荣.伊金霍洛奇水上工作站.伊金霍洛旗持续开展东红海子水域水质治理工作.伊金霍洛旗人民政府网.2018-5.