三峽工程調(diào)節(jié)作用對洞庭湖水面面積(2000-2010年)的影響*

袁 敏，李忠武＊＊，謝更新，梁 婕，趙新娜，姜燕松，彭也茹，張 艷

(1:湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410082)

(2:湖南大學(xué)環(huán)境生物與控制教育部重點實驗室，長沙 410082)

三峽工程是世界上最大的水利樞紐工程，其建設(shè)對生態(tài)及環(huán)境影響的利弊問題，從建設(shè)之初到建成后一直是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界研究的熱點和爭議點[1].三峽工程于1994年開工建設(shè)，2003年6月下閘，到2006年汛后已蓄水至156 m，2009年建設(shè)完成，正常蓄水位175 m.隨著三峽工程階段性蓄水的運行，長江中下游的江湖關(guān)系更加復(fù)雜，包括水文、泥沙、生態(tài)以及環(huán)境等方面在內(nèi)的大量科學(xué)問題有待進一步探討.

郭小虎等[2]從分流分沙方面分析了三峽工程運行后對長江中下游江湖關(guān)系造成的影響;李倩[3]開展了三峽工程背景下洞庭湖水質(zhì)評價、健康風(fēng)險評價及其對濕地植物生長等生態(tài)環(huán)境研究.洞庭湖是長江中下游地區(qū)不可替代的防洪屏障，湖泊水面作為重要的水情信息，其在三峽工程建成前后的變化特征研究，對于湖泊的可持續(xù)發(fā)展和長江中下游水量平衡有著重要意義[4].賴錫軍等[5]運用耦合水動力模型證明了三峽蓄水對洞庭湖水情產(chǎn)生重要影響，利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和河流動力學(xué)Saint Venant 方程組模擬和預(yù)測，區(qū)分出三峽的影響分量，并認(rèn)為三峽蓄水對洞庭湖水位產(chǎn)生了較大影響.彭定志等[4，6]分別提取洞庭湖、鄱陽湖的水面面積，并結(jié)合實測水位建立二者的定量關(guān)系，從而實現(xiàn)了水面面積的動態(tài)監(jiān)測.這些研究成果為三峽工程建設(shè)對洞庭湖水位、水面的影響研究奠定了基礎(chǔ)，但以上研究沒有綜合考慮三峽工程建設(shè)導(dǎo)致的上游來水來沙變化對下游河道和湖泊演變的長期效應(yīng)，同時在進行水面面積和水位的統(tǒng)計分析中，樣本數(shù)量偏少使其代表性并不十分充足，精確性有待提高.因此，在三峽工程建設(shè)及氣候變化等因素的共同作用下，洞庭湖水域面積的變化規(guī)律情況及其與水位變化的關(guān)系有待進一步開展研究.

常規(guī)的湖泊監(jiān)測不僅受到人力財力的限制，在時間和空間上亦很難實現(xiàn)對湖泊水體全面、動態(tài)的監(jiān)測.遙感技術(shù)廣闊的空間范圍及獲取的高質(zhì)量影像數(shù)據(jù)使得其在大尺度研究上具有無可比擬的優(yōu)勢.在眾多的遙感數(shù)據(jù)源中，中分辨率成像光譜儀(MODIS)具有高時間分辨率的優(yōu)點，每1 ～2 d 獲取全球觀測資料1 次，擁有Terra 和Aqua 兩顆衛(wèi)星在數(shù)據(jù)采集時間上形成互補.在MODIS 影像中，在可見光紅光范圍(0.62 ～0.67 μm)水體相對其它地物反射率較高，而在近紅外波段范圍(0.841 ～0.876 μm)水體反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于植被、土壤等.研究表明，MODIS 影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品可有效地用于湖區(qū)植被監(jiān)測、水文遙測等，也可用于描述湖區(qū)表面生物物理性質(zhì)和過程[4，6-7].本研究利用2000-2010年洞庭湖MODIS 影像數(shù)據(jù)，分別提取11年同時期遙感影像水面面積數(shù)據(jù)，將水面面積與城陵磯水位數(shù)據(jù)結(jié)合，尋求三峽工程建設(shè)背景下洞庭湖水面面積的年內(nèi)變化規(guī)律及年際變化規(guī)律.研究結(jié)果可為進一步探討長江中下游復(fù)雜的水文情勢和洞庭湖流域生態(tài)安全提供參考.

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)域概況

洞庭湖(28°30' ～30°20'N，110°40' ～113°10'E)是我國五大淡水湖之一，位于長江荊江南岸，跨湘、鄂兩省，主要由東洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖組成.北有松滋、太平、藕池、調(diào)弦(1958年已堵塞)四口(以下簡稱“三口”)引長江水來匯，南面和西面有湘江、資水、沅江、澧水(以下簡稱“四水”)注入，湖水經(jīng)城陵磯排入長江，因此洞庭湖成為長江中下游既能夠容納四水也可以吞吐長江的通江湖泊.洞庭湖對長江中下游地區(qū)緩解洪澇災(zāi)害、維系水沙平衡等具有不可替代的作用，既是長江中下游水域生態(tài)平衡的重要功能區(qū)，同時也是具有國際意義的珍稀候鳥越冬棲息地.豐水時期湖泊蓄水量約為85×108m3，但枯水期僅為7×108m3，不到豐水期的1/10，且近年來有連續(xù)減少的趨勢.

1.2 MODIS數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究中的數(shù)據(jù)預(yù)處理分為3 個步驟:

1)運用遙感軟件ENVI 4.4 和MRT(MODIS Reproject Tools)對MODIS 數(shù)據(jù)進行研究區(qū)域裁剪、投影轉(zhuǎn)換等預(yù)處理，使影像數(shù)據(jù)成為集中反映研究區(qū)概況和具有坐標(biāo)統(tǒng)一、范圍一致的完整性的研究數(shù)據(jù)集.MOD13Q1 數(shù)據(jù)產(chǎn)品主要提供16 d 的植被指數(shù)影像數(shù)據(jù)，包含歸一化植被指數(shù)(NDVI)和增強型植被指數(shù)(EVI)，空間分辨率為250 m，均來源于美國國家航空航天局(NASA)的GSFC 衛(wèi)星網(wǎng)站(http://modis.gsfc.nasa.gov).

2)采用最大合成法(maximum value composite，MVC)預(yù)處理NDVI 數(shù)據(jù)，時間范圍為2000-2010年，每年共有23 期影像.

3)基于經(jīng)過MVC 處理后的數(shù)據(jù)集仍然存在較大的噪聲影響和殘差，在TIMESAT 3.1 軟件[8-9]支持下，采用Savitzky-Golay 濾波法進一步對NDVI 影像數(shù)據(jù)分析和重構(gòu)，經(jīng)對比可以有效地解決噪聲影響和突變部分，提高時序數(shù)據(jù)的濾波效果及質(zhì)量.

1.3 洞庭湖水面的提取

目前利用遙感信息提取水體信息的方法通常有單波段法和多波段法，另外還有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的算法及基于地理信息系統(tǒng)(GIS)及水力演進模型法[10].在對目前解譯水體遙感信息方法進行綜合分析的基礎(chǔ)上，本研究采用李景剛等提出的單波段閾值法和多源信息相結(jié)合的方法，該方法很好地消除了山體和云的陰影，也能夠把水體和水生植物及其它地物區(qū)分開來，獲得的水體提取效果最佳(圖1).

圖1 基于MOD13Q1 提取的洞庭湖各季節(jié)水面面積對比Fig.1 Comparison of the surface water area in different seasons by MOD13Q1 in Lake Dongting

洞庭湖區(qū)存在較大面積的楊樹林、蘆葦，水生植物和水體泥沙含量也將影響研究區(qū)水域范圍的提取，本研究在李景剛等[11]研究的基礎(chǔ)上，采用通過確定NDVI(公式(1))和紅外波段DN 值兩個閾值的方法提取水面.根據(jù)目視判讀變換閾值，若0 ＜NDVI≤0.1，則為水體;若紅外波段的DN ＜1000，則同樣也判定其為水體.將提取的水體信息結(jié)合ArcGIS 9.2 軟件進行柵格數(shù)據(jù)空間分析，進而通過計算得出水面面積.

NDVI 采用非線性拉伸的方式增強了NIR 和R 的反射率對比度.一般情況下，NDVI 為負(fù)值表示地面覆蓋為云、水、雪等;為0 表示有巖石或裸土等;為正值表示植被覆蓋，且覆蓋度越大比值越高.在近紅外區(qū)，水體的反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于植被、土壤等，根據(jù)這個特點可用來區(qū)分水陸邊界.

式中，NDVI 為歸一化植被指數(shù);NIR 為近紅外波段地表反射值;R 為紅光波段地表反射值.

2 結(jié)果與分析

2.1 三峽工程建成前后洞庭湖水面面積變化特征

總的來說，近年來洞庭湖水面面積總體上表現(xiàn)出一定程度的下降趨勢(圖2)，其中在2000-2010年間，水面面積的變化在376.89 ～2557.94 km2之間.考慮到三峽工程于2003年6月1日下閘蓄水，因此本文將研究時間分為2000-2003(6月前)年、2003(6月后)至 2010年兩個時間段.

圖2 表明洞庭湖水面面積以每23 期(即1年)遙感影像圖為一個變化周期，其中2000-2003年周期的振幅明顯高于2004-2010年周期，并且尤其高于2004-2007年周期，且波谷值相近.近年來洞庭湖水面面積的峰值大約出現(xiàn)在2002、2003年的7、8月份，達到2557.94 km2，而在枯水期，最小面積甚至不足500 km2.在第二個時間段的7年(2004-2010年)間，水面面積最大值正常情況下均不超過2000 km2.彭佩欽等[12]從洞庭湖灘地出露天數(shù)和面積的角度，認(rèn)為三峽工程建成后所有高程的灘地出露天數(shù)總體上將逐漸增加，灘地出露天數(shù)的增加將使得洞庭湖低水位面積天數(shù)相應(yīng)增加，這與本研究的結(jié)果一致.

2000-2010年洞庭湖城陵磯水位與水面面積曲線趨勢整體上保持一致，但又并非嚴(yán)格一致，說明兩者之間具有一定的相關(guān)性，但也存在影響兩者關(guān)系的因子.水面面積曲線在2008年末出現(xiàn)一個波峰，高于近年同時期的面積，水位也處于異常極端的狀態(tài).從氣候的角度來看，影響湖泊水面面積變化的主要氣候因素是降水，流域內(nèi)的極端降水在一定程度上影響入湖水量，從而導(dǎo)致極端水面面積的情況;洞庭湖近10年來春季和秋季降水量較以往有所減少，而夏季和冬季有所增加[13].三峽水庫多年來階段性蓄水時期處于降雨量減少的9月，二者相互作用使洞庭湖區(qū)水量補給減少，水面縮減.自2003年以來，“三口”平均徑流量減少約126.8×108m3，補給水量的減少使入湖水量銳減，從而加劇了洞庭湖水面面積近年來的縮減.

圖2 2000-2010年洞庭湖水面面積和城陵磯水文站水位變化Fig.2 Variation of the surface water area of Lake Dongting and water level of Chenglingji hydrological station from 2000 to 2010

從年度內(nèi)變化來看，洞庭湖水面呈現(xiàn)規(guī)律性的漲落，具有明顯的季節(jié)性特征，一年中的不同時期(平水期、豐水期、枯水期)湖泊水面的輪廓形態(tài)各異(圖1).通過對洞庭湖多年水面面積和水位數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，一般每年4月上旬水位開始上漲，水面面積也隨著擴大，5-6月進入汛期，7-9月出現(xiàn)年最高水位，10月中旬湖水逐漸退落，到次年1-2月出現(xiàn)年最低水位，同時湖泊水面面積達到最小.

圖3 洞庭湖豐水期/枯水期水面面積比值Fig.3 The ratio of high water season to low water season of water surface area in Lake Dongting

各年洞庭湖豐水期水面面積與枯水期水面面積的比值越大，說明水面面積在一年中變化的范圍和跨度越大，可對比反映出湖面年際變化的穩(wěn)定性(圖3).可以看出，2002年豐水期和枯水期的水面面積相差近5倍，最能體現(xiàn)“漲水是湖、落水為洲”的特點，整體趨勢線的走向朝下.三峽水庫蓄水的前幾年(2004-2006年)枯水期的水面面積略高于近幾年(2007-2010年)，2005年長江上游泄洪和洞庭湖流域普降暴雨使得枯水期出現(xiàn)短暫的極端高值，造成比值偏低;三峽水庫蓄水前(2000-2003年)和蓄水后的近幾年(2007-2010年)，枯水期水面面積趨于相對穩(wěn)定，比值變小，由此可見豐水期面積在逐漸減小.

在長江與洞庭湖復(fù)雜的“江湖關(guān)系”系統(tǒng)中，“三口”作為連接長江與洞庭湖的紐帶，由于三峽水庫的調(diào)節(jié)作用而帶來的長江中下游水沙變化，必然引起洞庭湖區(qū)水位、水面面積作出響應(yīng).據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，1999-2002年“三口”年平均徑流量為625.3×108m3(表1)，自2003年三峽工程初運行后，其年平均徑流量整體上有所下降，其中，2006特枯年減少到182.5×108m3;同時期內(nèi)，三峽水庫蓄水前(2000-2002年)洞庭湖年均水面面積為935.84 km2，蓄水后(2003-2005年)年均水面面積減少至880.11 km2，“三口”年均徑流量最小的2006年，水面面積也達到多年平均值的最小值，僅為619.61 km2，蓄水后的近幾年(2007-2010年)年均水面面積略有增加，與“三口”年均徑流量小幅度增量表現(xiàn)出一致性，2010年已增加至862.66 km2.由此可見，三峽水庫運行期間對“三口”的年均徑流量的控制，直接影響入湖水量而成為年際水面面積波動的重要因素.

表1 荊江三口多年平均徑流量(×108m3)變化[17]Tab.1 Variation of annual runoff amount in three outlets

據(jù)三峽水庫的調(diào)度運行方式，每年的5-6月為汛前騰空庫容時期，需要下泄水量以達到汛限水位.從2003-2010年監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，這一時期洞庭湖水面面積均有不同程度的增加，其中以2006年增加最多[7]，達 698.45 km2，同時“三口”入湖徑流增加 3.23×108m3[14].在容易發(fā)生較大洪水的7-8月，三峽水庫通過攔蓄洪水、穩(wěn)定泄洪、錯開洪峰，從而發(fā)揮防洪效益.2010年發(fā)生的特大洪水期間，三峽水庫實行調(diào)洪調(diào)度，總攔洪超過230×108m3，減少了入湖洪量，水面面積約為1800 km2，相比往年同期稍有增加，由此可見，洞庭湖水面面積對三峽水庫攔洪蓄峰過程存在一定程度的響應(yīng).水面面積監(jiān)測結(jié)果顯示，三峽水庫運行后的幾年，夏末秋初時節(jié)水面面積均有下降或提前縮小的趨勢，而根據(jù)三峽水庫調(diào)度方案，9-11月適逢三峽水庫蓄水階段，這一時期水庫水位將升至175 m，下泄流量減少，“三口”入湖徑流減少.每年的12月至次年4月，三峽水庫實行補水調(diào)度，即降低水位、增泄流量從而調(diào)節(jié)長江中下游河道的水量.李景保等[14]的研究表明，在此期間，“三口”入湖徑流量在平水年、枯水年和豐水年有不同程度的增加，但影響期內(nèi)城陵磯徑流量在平水年和豐水年均為減少而枯水年略有增加.根據(jù)水面面積的監(jiān)測數(shù)據(jù)，2006年水面面積達811.58 km2，而同期2004年(平水年)和2010年(豐水年)水面面積分別為426.96 km2和498.38 km2，相比三峽工程蓄水前的水面面積，表明三峽補水調(diào)度對于枯水年的洞庭湖面積調(diào)節(jié)作用相對明顯.由此可見，三峽水庫調(diào)度在一年中的預(yù)泄、調(diào)洪、蓄水、補水4 個時段對洞庭湖水面面積的影響，是其水面面積年內(nèi)變化的重要因素之一.

綜上分析，三峽工程自2003年6月運行后，平均水位(圖4)和水面面積均有不同程度的下降，表明三峽工程對進入洞庭湖的下泄水具有一定控制性作用，這對于洞庭湖防汛減災(zāi)工作和洞庭湖區(qū)農(nóng)作物生長具有顯著影響[15];2003-2010年秋季降水的減少和三峽工程試運行期間階段性蓄水的共同作用下，洞庭湖區(qū)夏秋季連旱的程度加重，洲灘出露天數(shù)增加，將影響洞庭湖生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量造成一定的影響[7].

2.2 三峽工程建設(shè)前后水面面積變化的影響因素分析

圖4 平水期、豐水期和枯水期的平均水位Fig.4 The average water level in the tap water season，high water season and low water season

表2 洞庭湖流域季節(jié)降水量均值[11]Tab.2 The average seasonal precipitation in Lake Dongting

2.2.1 降水 流域內(nèi)降水是湖泊水量補給的主要途徑之一，某個時間段內(nèi)的強降雨可能使湖泊水面面積突增而帶來水位升高、洪水等生態(tài)風(fēng)險，降水少的季節(jié)也可能引起入湖河道干涸、洲灘出露天數(shù)延長等現(xiàn)象.三峽工程建成對氣候的影響受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注.普遍認(rèn)為，在全球氣候變化的背景下，三峽工程對氣候的影響微不足道，自1990s 以來，整個西南地區(qū)、長江流域的降水都呈減少趨勢[16]，三峽工程建成之前降雨就已經(jīng)偏少.洞庭湖流域?qū)俚湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，是長江流域氣候變化極為顯著的區(qū)域，根據(jù)2000-2010年間的氣象觀測數(shù)據(jù)，洞庭湖流域最大年降水量是2002年，達到1836.6 mm，其余年份穩(wěn)定在1300 mm 左右.從季節(jié)上看，冬季年平均降水量最少而夏季最多，春、秋季降水量處于二者之間，與洞庭湖區(qū)枯水期、豐水期以及平水期的劃分較為一致，由此可見，降水對洞庭湖水面面積的影響是顯而易見的;當(dāng)前的研究普遍將一年的5-9月劃分為洞庭湖的豐水期，12月至次年2月劃為枯水期，春季(3-5月)和秋季(9-11月)同為洞庭湖平水期.從總體上看，春季多年平均降水量略高于秋季(表 2)[11]，并且自 2003年開始三峽水庫夏末秋初的蓄水，入湖水量減少，降水、三峽水庫的雙重作用造成平水期水域的波動，與遙感監(jiān)測的洞庭湖水面面積結(jié)果一致(圖2)，表明洞庭湖流域降水可能是影響湖水面積的主要氣候要素.

2.2.2 徑流 洞庭湖主要接受來自“三口”、“四水”的水源補給，從三峽水庫蓄水前與蓄水后年平均徑流量比較來看(表1)，三口由625.3×108m3減少到498.5×108m3，降幅為20.3%;四水的年平均入湖水量由1815×108m3縮減到 1516×108m3，降幅為 16.5%[17].1999-2002年，“三口”和“四水”全年入湖總水量約為2813×108m3，而三峽工程運行初期(即2003-2008年)，全年入湖水量減少了約 20% ，為 2304× 108m3[17].作為洞庭湖主要的來水通道，“三口”、“四水”發(fā)揮了重要的補給作用，徑流會由于自然或外力的原因減小，湖水再經(jīng)由城陵磯流入長江.在城陵磯出口流量基本穩(wěn)定的情況下，入湖水量的減少必然引起湖面面積縮減，這使得江河徑流成為水面面積變化的動力因素之一.

2.2.3 人類活動 特定的自然環(huán)境和劇烈的人類活動，使洞庭湖成為我國洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)之一.1950s-1970s 的人工圍墾，使得湖面面積明顯縮小，到21 世紀(jì)初(2003年)洞庭湖共減少了近1700 km2的面積，這嚴(yán)重影響了洞庭湖的調(diào)蓄能力;“98 洪災(zāi)”后的退田還湖工程，在展開綜合治理的3年內(nèi)，湖面面積擴大554 km2;2004年完成的河湖疏浚工程，對四水以及洞庭湖的洪道進行疏挖，增加湖泊容積3.47×108m3，約占洞庭湖總?cè)莘e的2%[18]，部分湖區(qū)湖泊敞水區(qū)域加大.

三峽工程對洞庭湖水位的影響，首先是通過改變長江水情而產(chǎn)生作用的.洞庭湖城陵磯的水位分別在2003年6月、2006年10月和2009年11月達到同時期水位的波谷期(圖2)，這主要與三峽工程2003年開始的階段性蓄水有關(guān).三峽工程從開始蓄水時135 m 的水位到2009年已成功蓄水至175 m，在蓄水期內(nèi)城陵磯水位平均下降1.32 m[5].洞庭湖接納的長江三口分流來水減少，斷流時間延長，加之2006 和2009年出現(xiàn)罕見的旱災(zāi)，加劇了洞庭湖水位的下降.三峽水庫蓄水初期，泥沙沉積匯集，庫區(qū)泥沙淤積顯著增加[19]，由于庫區(qū)對泥沙的攔截，入湖泥沙明顯較蓄水前少，從根本上延緩了洞庭湖區(qū)泥沙淤積的速率，但湖區(qū)原本含沙量很大，因此在短時間內(nèi)仍處于淤積狀態(tài)，湖底緩慢地抬高，洲灘淤積增長，將使得洞庭湖的水面面積仍在逐漸縮小.

表3 擬合公式Tab.3 The table of fitting formulas

2.3 三峽工程建設(shè)前后洞庭湖水面面積與城陵磯水位的相關(guān)性研究

考慮到城陵磯水文監(jiān)測站處于洞庭湖出口附近，且與長江連接，更能實時反映洞庭湖水位的變化，因而面積-水位的對應(yīng)關(guān)系更加明顯.因此，本研究主要以城陵磯水文監(jiān)測站為典型斷面，來探討洞庭湖水面面積和水位之間的相關(guān)性.

洞庭湖水面面積同水位的趨勢線具有較為緊密的聯(lián)系(圖2).為進一步研究二者間的相關(guān)性，將2000-2010年間的水位數(shù)據(jù)與水面面積數(shù)據(jù)進行擬合，同時考慮到三峽工程于2003年開始運行，因此將研究數(shù)據(jù)分成2000-2003年、2003-2010年(以下簡稱時間段a 和時間段b)兩個時間段分別擬合.圖5 反映了二次曲線、對數(shù)模型和指數(shù)模型3 種模型的擬合結(jié)果(表3).根據(jù)擬合結(jié)果，二次曲線能較好地描述時間段a 內(nèi)洞庭湖水面面積與水位的相互關(guān)系，確定性系數(shù)最高，達到0.975(公式(2))，對數(shù)擬合和指數(shù)擬合次之，并且在同一種擬合模型中，時間段a 的確定性系數(shù)高于時間段b.

式中，Y 為湖面面積;x 為城陵磯水位.

圖5 水面面積-水位的二次多項式擬合(a，d)、對數(shù)擬合(b，e)、指數(shù)擬合曲線(c，f)Fig.5 The two polynomial fitting(a，d)，logarithmic function fitting(b，e)and exponential fitting curve(c，f)between surface water area and water level

城陵磯水位與水面面積有著良好的二次曲線關(guān)系(圖5)，可通過監(jiān)測水位實現(xiàn)對洞庭湖洪澇期水面面積的預(yù)測，以彌補天氣狀況差時遙感監(jiān)測的不足[4].洞庭湖多年平均水位為25.07 m，最高水位為2012年7月23日的33.08 m(城陵磯)，原因是受強降雨影響，沅江出現(xiàn)洪峰，加上三峽水庫不斷加大泄洪量，造成洞庭湖水位全面上漲.一般情況下，洞庭湖流域進入汛期的時間是4月份，湖泊水位開始抬升，到7、8月份水位達到最高，此時洞庭湖也達到一年中的豐水期，隨后由于長江汛期和三峽水庫蓄水的影響，水位開始在9、10月提前或者正常穩(wěn)定下降，直到次年1、2月水位降至最低.這個變化過程長期而相對緩慢，因而能保持水位與水面面積較好的對應(yīng)關(guān)系，而強降雨、三峽泄水等突發(fā)性事件引起的洞庭湖水位上升，導(dǎo)致水陸界限模糊，是影響遙感水體解譯精度下降的重要原因，因此，水位高度突變可能是影響擬合效果的一個因素.

此外，水位和水面面積的擬合系數(shù)受湖底高程的影響，西洞庭湖湖底高程大于南洞庭湖，東洞庭湖相對平緩(圖6)，因此西洞庭湖區(qū)水位下降得最快，南洞庭湖次之，湖底高程差異必然影響兩者間的定量關(guān)系[20].相關(guān)研究認(rèn)為，在水沙進入湖區(qū)導(dǎo)致湖底淤高的歷史時期，洞庭湖區(qū)一直處于緩慢的沉降之中，構(gòu)造沉降導(dǎo)致高程降低、水位與地面高差增大，且沉降運動具有東強西弱、南強北弱的規(guī)律[21-22].

圖6 洞庭湖湖底高程Fig.6 The elevation of Lake Dongting

3 結(jié)論

本文通過對MODIS 16 d 最大值合成的植被指數(shù)影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品集MOD13Q1 濾波、裁剪、投影等處理，提取了2000年1月至2010年12月期間洞庭湖水面面積，結(jié)合同時期城陵磯水位觀測數(shù)據(jù)，在三峽工程建設(shè)背景下對其進行了監(jiān)測研究.研究結(jié)果表明:

1)在三峽工程建設(shè)背景下，洞庭湖水面面積在2003年三峽工程開始蓄水后整體上呈現(xiàn)縮小趨勢，三峽工程2003、2008、2009年夏末秋初的蓄水行為對洞庭湖水面面積的變化起到直接影響，是加劇夏秋連旱的重要因素之一.

2)在降水、徑流以及人類活動的共同驅(qū)動下，洞庭湖水面面積變化呈現(xiàn)季節(jié)性特征，年際變化特點與降水、徑流均表現(xiàn)出一致相關(guān)性.

3)洞庭湖水面面積與水位在變化趨勢上表現(xiàn)出一定相關(guān)性，擬合結(jié)果顯示，二次曲線擬合能較好地描述水面面積與城陵磯水位的關(guān)系，擬合方程為Y=16.142x2-664.504x+7482.751.根據(jù)擬合方程，采用水位監(jiān)測數(shù)據(jù)來估算洞庭湖水面面積，能彌補天氣狀況不佳時遙感監(jiān)測的不足.但是由于洞庭湖面積較大，單個水位監(jiān)測站的數(shù)據(jù)對水面面積的描述可能不盡完善，這是后續(xù)工作中需要重視的方面.

三峽工程的運行加劇了長江中下游水文情勢的復(fù)雜性，對洞庭湖水域面積的影響不容忽視，加上近年來全球氣候的劇烈變化、河流改道等人類活動影響，使得互相作用的因子更為繁多和復(fù)雜，因此，洞庭湖水面面積變化的研究需要進一步加強對諸多影響因子的關(guān)注.

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