近20余年东洞庭湖湿地格局变化及其水文成因

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洞庭湖为我国第二大淡水湖泊,具有调节江河径流、净化水质、维护生物多样性和改善生态环境等多种生态服务功能,充分发挥其服务功能对于维系长江中下游社会-经济-生态可持续发展具有重要意义。近百年来,由于自然灾害、人类不合理的开发利用以及大范围高强度人为干扰等多重因素的影响,导致湖泊面积迅速萎缩,湖泊调蓄能力严重衰退,江湖关系恶化,洪涝灾害加剧等多种生态环境问题日趋严峻。湿地植被对湿地生态系统结构和功能的稳定具有关键作用。水文过程是影响湿地植被发展演化的决定性因子,水文过程对湿地植被类型、分布与生产力具有明显的调控作用,进而影响湿地生态系统的结构和功能。因此,研究洞庭湖湿地植被格局及其水文调控过程对于解决当前洞庭湖所面临的的问题具有重要意义。本文利用多时相Landsat TM/ETM+影像,三口、四水水沙数据、城陵矶水位数据及DEM数字高程模型,采用决策树分类法、矩阵转移法、贝塞尔曲线插值法、传统的回归分析法等探讨了近30年来洞庭湖水沙情势演变过程、近20余年来草洲演变过程和植被景观类型变化过程及其水文成因。结果如下:   (1)2003年以前,入湖总径流量呈波动上升趋势,2003年三峡工程运行后,入湖径流量骤减;三峡工程运行前后径流量相差522.52×108 m3。泥沙淤积与径流量变化趋势较为一致,2003年前后相差达7902.96×104 t,且从2006年开始,冲刷量大于淤积量。2003年以前,洞庭湖水位上升是径流量增大及泥沙淤积共同作用的结果,2003年以后,水位整体回落,泥沙淤积速率下降,洲滩出露,最低水位上升。一定高程的淹水天数呈减小趋势,其中24m高程的减小速率最大。2003年以前,水位的年内变化幅度较大,水位不稳定;2003年以后,年内变化幅度相应减小。三峡工程及早期荆江裁湾的持续影响是造成洞庭湖水文情势在2003年后发生变化的主要原因。   (2)出露草洲面积受水位影响显著,两者呈明显的线性关系(R2=0.875),出露草洲面积随水位的升高而逐渐减小,且水位越高,对出露草洲面积的影响越小。草洲出露面积随着水位呈现规律性变化,1-7月,水位上升,草洲面积减少;7-12月,水位下降,草洲出露面积增加。   (3)1989年至2011年,草洲面积增加305.06km2,泥滩地面积减少274.28km2,水域面积呈波动状态。草洲的主要扩张区域为长洲、新生洲、飘尾洲等地沿湖盆边缘部分、牛头洲大面积区域、武光-柴下洲、中洲-团洲部分。新增草洲主要由泥滩地转化而来;草洲扩张是各高程段草洲面积共同增加的结果,同时低位洲滩(黄海高程22-25 m)草洲面积的快速增加是湿地草洲扩张的主导部分。可以认为,各高程水位变化是近20年来东洞庭湖草洲出露面积变化的主要原因。   (4)草洲面积按高程分布呈先增后减趋势,草洲覆盖的优势区域与非优势区域的高程分界点逐渐降低,水域和泥滩地分布的优势区域高程范围缓慢下移。草洲植被的生长分布和淹水条件关系密切,泥沙淤积和水文条件的改变都能导致淹水条件的变化,进而推进东洞庭湖草洲的扩张。   (5)不同湿地类型主要分布高程的分界点呈显著降低趋势。1989年,1995年,2005年和2010年,水滩-湖草分界点高程依次为23.5 m、23.56 m、23.15m、22.85m,且分界点面积逐渐减少。湖草-芦苇分界点高程依次为24.80m、24.86m、25.03 m、23.90m,面积较为稳定;同时发现,此分界点高程的变化与东洞庭湖平均水位的变化规律一致。芦苇-林地分界点高程依次为26.90 m、27.00 m、26.05m、25.55 m;面积从30.0 km2增加至61.5 km2。三种分界高程点与植被面积存在极显著的线性关系,说明植被面积的变化与分界点高程变化存在密切关系。湖草-水滩和湖草-芦苇的分界点高程变化受淹水天数影响较大,同时两者应该存在显著的线性关系,可以通过水位的变化预测这两种植被分布的变化趋势。在东洞庭湖,林地分布高程的变化受水文情势影响不显著,主要是人为措施(如抬垄)改善了局地水文条件而扩大了杨树的分布范围。
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