1986—2015年瓜州綠洲變化

呂利利,頡耀文,2,*,張秀霞,李 虹,李汝嫣

1 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,蘭州 730000 2 蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730000

1986—2015年瓜州綠洲變化

呂利利1,頡耀文1,2,*,張秀霞1,李 虹1,李汝嫣1

1 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,蘭州 730000 2 蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730000

瓜州縣作為絲綢之路的邊塞重鎮(zhèn),瓜州綠洲在保持東西段的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系中具有重要作用。以遙感影像為數(shù)據(jù)源,分別提取1986年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年間的綠洲分布信息,并使用格網(wǎng)化的方法,分析瓜州綠洲變化的時(shí)空過程和空間規(guī)律。結(jié)果表明：過去30年間,瓜州綠洲總體為增長的趨勢,面積凈增長278.874km2,相比于1986年,綠洲擴(kuò)張49.6%,其中2000年以前綠洲的擴(kuò)張速度較慢,2000—2005年為綠洲擴(kuò)張的巔峰時(shí)期,其次為2005—2015年。空間分布上,昌馬灌區(qū)綠洲不斷向沖積平原前緣和向西擴(kuò)張,主要為移民區(qū)域的耕地開發(fā)；疏勒河干流灌區(qū)的綠洲擴(kuò)張是以原始綠洲為基礎(chǔ),呈散射狀向外發(fā)展；疏勒河尾閭的綠洲規(guī)模較小、斑塊分散,但在近幾十年間也得到了較大程度的擴(kuò)張。對于綠洲退縮而言,主要發(fā)生在昌馬沖積平原區(qū),面積較少,主要是由于該區(qū)域分布的較多天然植被,在受環(huán)境因素的影響下變化頻繁?？偨Y(jié)綠洲的變化過程可以看出,瓜州綠洲的擴(kuò)張速度較快,擴(kuò)張?zhí)卣髅黠@。昌馬沖積扇前平原作為一個(gè)較典型的擴(kuò)張區(qū)域,綠洲不斷向北部細(xì)土平原擴(kuò)張,但由于該區(qū)域本身的地下水位較淺,地表鹽漬化現(xiàn)象嚴(yán)重,加之大量地表水利工程的建立,鹽漬化的防護(hù)和治理成為了確保該區(qū)域綠洲長期穩(wěn)定發(fā)展需要考慮的重要問題之一。

遙感影像；瓜州縣；綠洲變化

Abstract： The oases of Guazhou County (China) play an important role in connecting the western and eastern economies and in developing the Hexi section of the Silk Road. In the present study, remote sensing images (Landsat5TMfrom 1986, 1990, 1995, 2000, 2005, and 2010 and Landsat8 from 2015) were used to elucidate the distribution of oases in Guazhou. The study area was divided into grids of 90 × 90 m, and the relative area change (KgridT1-T2) and accumulative area change rate (CKgird) were calculated as the expansion, retreat, or no change in every grid of each study period compared to the grid area and the sum of absoluteKgridvalues to reflect the level of change (i.e., weak, strong, acute, none), respectively, over the last 30 years. The qualitative description and classification of these two indicators were used to analyze the spatio-temporal and spatial regularity of changes in Guazhou oases. Our analyses revealed that (1) oasis area expanded consistently and significantly over the last 30 years, by 278.874 km2(49.6%); (2) oasis expansion mainly occurred after 2000, especially between 2000 and 2005 (38.45%), followed by the period between 2005 and 2015 (19.58%), but was lower before 2000 (12.6%); (3) oases were distributed in three areas, with Changma alluvial plain oases mainly expanding in immigrant towns, mainly to the front and west, the Shule River irrigation oases were scattered outwards based on the origin oasis of every period, and the small and dispersed river tail oases exhibiting relatively large expansion; (4) oases retreat occurred in the Changma alluvial plain, which possessed more natural vegetation, which is easily influenced by environment factors; and (5) oasis expansion has increased over the last 30 years. The Changma irrigation oases, as a typical expansion area, gradually expanded to the northern fine plain; however, due to the shallow water table in the region itself, surface salinization is serious, coupled with a large number of surface water projects generated in oasis development, salinization prevention and control has become an important issue in the region to ensure long-term stable development of oasis to considered.

KeyWords: remote sensing image; Guazhou County; oasis change

綠洲作為干旱區(qū)獨(dú)有的地理景觀,為人類的生產(chǎn)、生活提供基本的能源供應(yīng)和環(huán)境基礎(chǔ)[1],干旱區(qū)綠洲面積雖小,卻集中了95%以上的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和區(qū)域資源[2],是干旱區(qū)重要的人口聚集區(qū)中心和財(cái)富積累中心。綠洲變化是在氣溫、降水等大的自然環(huán)境下,以人類活動為主導(dǎo)驅(qū)動因子,所產(chǎn)生的荒漠和綠洲之間的轉(zhuǎn)變[3-5]。人類活動對綠洲的影響包括直接和間接影響兩個(gè)方面,直接影響主要是指人為的綠洲開發(fā),導(dǎo)致水資源時(shí)空分布發(fā)生改變,從而產(chǎn)生的綠洲和其他土地利用類型之間的轉(zhuǎn)變[6]；間接影響是指地下水資源的開采,使得天然綠洲退化,土地荒漠化,而大量修建平原水庫、灌溉干渠和農(nóng)田漫灌,又會使地下水位抬升,產(chǎn)生次生鹽漬化和返鹽現(xiàn)象[7-9],對綠洲的發(fā)展造成影響。

綠洲作為干旱區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)活動中心,隨著干旱化、荒漠化和鹽漬化現(xiàn)象的日漸嚴(yán)重[10],使得對干旱區(qū)綠洲的研究已經(jīng)成為一個(gè)非常熱門的話題,研究內(nèi)容涉及土地利用/土地覆蓋變化[11]、綠洲化時(shí)空過程[12-14]、以及綠洲區(qū)自然/生態(tài)環(huán)境[15-18]、綠洲景觀格局等多個(gè)方面,研究表明,近幾十年以來,綠洲研究的數(shù)量、所涉及的學(xué)科范圍以及研究手段等都在不斷更新和增加[19]。綠洲作為干旱半干旱地區(qū)水資源的主要消耗和儲備基地,其時(shí)空變化過程不僅反映了人類對干旱區(qū)土地的利用開發(fā)程度,更是對干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境承載力等問題的間接反映。但現(xiàn)有的綠洲研究,較多的以關(guān)注人工綠洲為主[20],并以行政單元作為基本的分析尺度[21-22],而我國西北干旱區(qū)的綠洲分布受地理因素的制約較多,如何突出綠洲變化的地理特征,探索反映綠洲變化的空間規(guī)律,對我國西北干旱區(qū)的綠洲發(fā)展提供借鑒和依據(jù)意義重大。

瓜州縣是絲綢之路沿線的重要節(jié)點(diǎn)性城市,也是甘肅省“兩西”移民以及“疏勒河農(nóng)業(yè)灌溉暨移民安置”項(xiàng)目的重點(diǎn)移入縣,隨著大量的移民遷入,區(qū)域生態(tài)承載力加重,綠洲的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢作為移民能夠穩(wěn)定存在的基礎(chǔ)更是備受關(guān)注。本文擬探索瓜州綠洲在近30年間變化的時(shí)空規(guī)律和趨勢,通過提取1986—2015年間每5年1期的綠洲信息,使用格網(wǎng)化的分析方法,突出綠洲變化的時(shí)空特征,為瓜州綠洲的發(fā)展提供借鑒和指導(dǎo)作用。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)概況圖Fig.1 The study area

瓜州綠洲位于甘肅省河西走廊西部疏勒河流域中游,西接敦煌、新疆等重要城市,東連玉門市、嘉峪關(guān)市,綠洲南北長約83km,東西寬度為172km左右,地理位置介于39°53′ —40°36′N和94°53′ —96°55′E之間,是分布在河西走廊平原的狹長型綠洲,如圖1所示。區(qū)域氣候干旱,降水稀少,年平均降雨量僅54.3mm,年蒸發(fā)量卻達(dá)3046.3mm,屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候[23]。綠洲外圍為大面積的荒漠戈壁地表,生態(tài)環(huán)境脆弱,荒漠植被主要以梭梭、檉柳、白刺等耐旱深根性植被為主,在綠洲區(qū)域,大面積種植玉米、葡萄等農(nóng)作物。由于東西范圍較長,瓜州綠洲形成3個(gè)主要分布區(qū)域,以截山子為界,東部綠洲位于昌馬沖積扇平原,又稱昌馬灌區(qū)綠洲;西部為疏勒河干流灌區(qū)綠洲；河流尾閭的小片綠洲,位于西湖鄉(xiāng)境內(nèi),生態(tài)環(huán)境極度脆弱。綠洲地處荒漠腹地,對連接絲綢之路東西段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展作用重大,近年來,隨著人類活動的影響加大,瓜州綠洲大面積擴(kuò)張,與此同時(shí),綠洲荒漠化、鹽堿化現(xiàn)象也不斷產(chǎn)生,使綠洲的發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

2.2 研究方法

2.2.1 綠洲信息提取

圖2 植被信息提取的方法流程Fig.2 The process of vegetation information extraction

總結(jié)較多對綠洲的定義[20,24-26],將遙感影像上能夠表現(xiàn)出來的綠洲結(jié)構(gòu)定義為植被、水體、居民地和工業(yè)用地等幾部分。植被的提取使用NDVI閾值分割的方法(圖2),但由于受我國西北干旱區(qū)農(nóng)作物物候的影響,存在較多歇/輪耕地沒有被完全提取的現(xiàn)象,需要通過目視解譯的方法進(jìn)行補(bǔ)充。水域的提取與植被提取方法類似,但精度較高,不需要進(jìn)行手動修改,使用歸一化水體指數(shù)(NDWI=(Green-SWIR1)/(Green+SWIR1))閾值分割的方法。居民點(diǎn)(包括城鎮(zhèn))基本位于綠洲內(nèi)部,通過目視解譯的方法進(jìn)行添加。在我國西北干旱地區(qū),工業(yè)用地基本分布在綠洲外圍的荒漠戈壁區(qū),需要使用數(shù)字化的方法進(jìn)行獲取。

植被提取時(shí),首先獲取2015年的綠洲信息。使用OSTU法確定NDVI分割閾值,并對提取結(jié)果進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證,確定信息提取的準(zhǔn)確性和NDVI值。多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),綠洲的NDVI下限基本為天然綠洲的邊界,而不受人工綠洲(農(nóng)田)的影響,因此,實(shí)地驗(yàn)證主要考察天然植被邊界的準(zhǔn)確性,對人工綠洲的考察主要為建立歇/輪耕地的解譯標(biāo)志。其他年份的綠洲提取,參照2015年信息提取過程中所建立的解譯經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,將影像拉伸至與2015年一致的色階范圍,最大限度保證不同時(shí)期影像視覺特征的一致性,根據(jù)所建立的先驗(yàn)知識,不斷調(diào)整分割閾值,使所提取的結(jié)果符合經(jīng)驗(yàn)條件為止。1986—2015年間,7期綠洲植被提取所使用的NDVI閾值依次為0.3、0.26、0.3、0.25、0.33、0.3、0.35,可以發(fā)現(xiàn),閾值的波動范圍較小,NDVI最大值和最小值分別位于2000年和2015年。

2.2.2 格網(wǎng)化綠洲變化

格網(wǎng)化是一種突破行政邊界的限制,將綠洲的數(shù)量變化特征進(jìn)行空間化表達(dá)的方法,能夠較細(xì)致的體現(xiàn)綠洲在空間上的變化規(guī)律。將研究區(qū)域劃分為90m×90m的等大格網(wǎng)單元,并計(jì)算每一研究時(shí)段內(nèi)該網(wǎng)格上的綠洲變化強(qiáng)度。單位格網(wǎng)上,使用格網(wǎng)的面積作為樣本年間綠洲面積的最大變化量,計(jì)算綠洲的相對變化率[27],計(jì)算公式為：

(1)

式中,Sa和Sb分別為研究初期和末期格網(wǎng)內(nèi)的綠洲面積,Sgrid為格網(wǎng)單元面積,T1、T2為研究初期和末期的時(shí)間,Kgrid的值域范圍為[-1,1],Kgrid為正代表綠洲擴(kuò)張,為負(fù)則為綠洲退縮。

另外，院區(qū)內(nèi)的各間病房均配備了獨(dú)立衛(wèi)生間和陽臺。衛(wèi)生間靠外墻設(shè)計(jì)，并設(shè)有窗戶，這既能采集自然光線，又能通風(fēng)透氣，保持病房內(nèi)空氣清新，有效防止異味滋生。病房里的陽臺使用大落地玻璃門，自然光能直接透射進(jìn)病房里，患者可以按需要在陽臺進(jìn)行舒展活動，呼吸新鮮空氣，配合周邊的花槽，令患者充分享受大自然的陽光與綠化，保持良好的心態(tài)，有助于患者病情的控制及治療。

公式(1)中Kgrid的絕對值越大,說明綠洲向該方向的變化越劇烈。同一格網(wǎng)單元上,多期變化絕對值的和越大,則說明該網(wǎng)格上綠洲的變化越頻繁,使用累計(jì)變化率(CKgird)[27]進(jìn)行表達(dá),計(jì)算公式為：

(2)

式中,N為選用的景觀類型的樣本年份數(shù),CKgird的最小值為0,最大值為N,值越大說明綠洲變化越劇烈,越接近于0,則說明綠洲越穩(wěn)定。

每一時(shí)期的格網(wǎng)單元上,綠洲變化包括綠洲“擴(kuò)張”、“退縮”和“無變化”3個(gè)類型。對累積變化率直方圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),CKgird在值為1和2處出現(xiàn)兩個(gè)峰值,據(jù)此,將累計(jì)變化率劃分為“無變化”、“微弱波動”、“較強(qiáng)波動”和“劇烈波動”4個(gè)等級。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠洲變化過程分析

從近30年間瓜州綠洲的空間分布(圖3)可以看出,昌馬灌區(qū)綠洲位于昌馬沖積扇平原,綠洲規(guī)模較大,但分布較為零散；疏勒河干流灌區(qū)綠洲分布集中,綠洲形狀規(guī)整、連片性好；疏勒河尾閭綠洲,位于荒漠腹地,綠洲規(guī)模較小、分布分散,連片性差。

圖3 近30年間瓜州綠洲分布圖Fig.3 The Guazhou oases distribution in recent 30 years圖中表示的是近30年間所有年份綠洲面積的疊加,是有綠洲分布的最大范圍,總面積為1087.9km2

從瓜州綠洲的面積變化(表1)可以看出,近30年間,瓜州綠洲總體上為擴(kuò)張的趨勢,綠洲由1986年的574.73km2增長至2015年的859.98km2,面積凈增長285.25km2,與1986年相比,增長比例為49.6%。其中1986—1990年間綠洲發(fā)生退縮,而且面積減少較多(170km2),占1986年綠洲面積的29.68%；1990年開始,綠洲不斷擴(kuò)張,但前期的擴(kuò)張速度較慢,1990—2000年間,綠洲面積僅增長12.6%,面積增加量為58.1km2；2000—2005年間的增長速度較快,短短5年期間,綠洲面積增長38.45%,增長量達(dá)199.73km2；2005—2015年又進(jìn)入較平穩(wěn)的增長階段,10年間綠洲擴(kuò)張19.58%。

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上,瓜州縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綠洲面積差異較大(表1),綠洲變化趨勢也不盡相同。其中以環(huán)城鎮(zhèn)、南岔鎮(zhèn)和布隆吉鄉(xiāng)的綠洲面積較大,綠洲增長速度也較快,近30年間,環(huán)城鎮(zhèn)和南岔鎮(zhèn)的面積凈增長分別為107.8km2和77.25km2,相比于1986年,面積分別增長1.5倍和1.11倍,遠(yuǎn)大于全縣和其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。而布隆吉鄉(xiāng)在1986—1990年間綠洲退縮49.04km2,退縮比例為46.13%。1990—2015年間綠洲快速增長,面積凈增加86.95km2,擴(kuò)大為1990年的1.51倍,擴(kuò)張速度和幅度都比較大。其次為瓜州鄉(xiāng),近30年間的綠洲面積僅增加40.58km2,但相比1986年,面積增長比例為92.38%。西湖鄉(xiāng)的綠洲基數(shù)較小,雖然綠洲擴(kuò)張面積較小(27.16km2),但相對增長比例卻比較大(77.98%)。而縣域內(nèi)其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綠洲擴(kuò)張數(shù)量和比例都相對較小。

表1 瓜州縣1986—2015年間綠洲面積/km2

該表使用研究初期1986年的鄉(xiāng)鎮(zhèn)界限

3.2 格網(wǎng)化綠洲變化分析

可以看出,同一時(shí)期,綠洲同時(shí)存在“擴(kuò)張”與“退縮”的現(xiàn)象(圖4)。其中,1986—1990年的綠洲退縮最為嚴(yán)重,昌馬沖積平原的大面積天然植被退化,綠洲大幅度萎縮,尤其以沖積平原中部和西側(cè)為主。1990年起,前期大面積退縮的天然植被區(qū)綠洲開始恢復(fù),沖積平原的南側(cè)也開始出現(xiàn)規(guī)模較大的人工綠洲,移民政策下成立的腰站子鄉(xiāng)、沙河回族鄉(xiāng)和雙塔鄉(xiāng),成為了昌馬灌區(qū)綠洲的主要擴(kuò)張區(qū)域。

2000年以后為綠洲的快速擴(kuò)張期,其中2000—2005年間的瓜州綠洲擴(kuò)張達(dá)到巔峰,以疏勒河干流灌區(qū)的綠洲擴(kuò)張為主,瓜州縣城附近的鄉(xiāng)鎮(zhèn),大面積耕地增加；位于雙塔水庫西側(cè),以國營小苑農(nóng)場為基地建立的移民安置鄉(xiāng)——梁湖鄉(xiāng),綠洲面積也開始增加。2005—2010年間,昌馬灌區(qū)的綠洲擴(kuò)張仍然以移民鄉(xiāng)的耕地?cái)U(kuò)增為主,而疏勒河干流灌區(qū)內(nèi),形狀規(guī)則、規(guī)模較大的工業(yè)用地開始出現(xiàn),河流尾閭的綠洲擴(kuò)張也較為明顯。2010—2015年間,綠洲擴(kuò)張速度又有所減緩,擴(kuò)張斑塊分布零散,幾個(gè)主要綠洲區(qū)均存在少量的擴(kuò)張。

圖4 格網(wǎng)化綠洲變化強(qiáng)度Fig.4 The grid oases change intensity綠洲變化強(qiáng)度閾值為[-1,1],圖中紅色代表綠洲退縮,綠色代表綠洲擴(kuò)張

統(tǒng)計(jì)不同年份綠洲的“擴(kuò)張”、“退縮”和“無變化”的面積(表2)?？梢钥闯?綠洲“擴(kuò)張”呈現(xiàn)明顯的拋物線型變化,并在2000—2005年間達(dá)到最大(432.69km2),其中1986—2000年和2005—2015年均為緩慢增加的趨勢,2000—2005年的綠洲擴(kuò)張大幅度增加,使得瓜州綠洲的擴(kuò)張達(dá)到最大值?！盁o變化”是指每一時(shí)間段內(nèi),綠洲沒有發(fā)生退縮和擴(kuò)張的區(qū)域,“無變化”面積逐年增加(表2),說明瓜州綠洲總體為不斷擴(kuò)大的趨勢。綠洲“退縮”在每一時(shí)期內(nèi)均有發(fā)生,其中1986—1990年的綠洲退縮最為嚴(yán)重,其次為2005—2010年,面積分別為379.95km2和305.41km2,2000—2005年的綠洲“退縮”面積最小(123.70km2)。

通過以上分析發(fā)現(xiàn),瓜州綠洲的擴(kuò)張主要集中在昌馬灌區(qū)和疏勒河干流灌區(qū),對這兩個(gè)主要區(qū)域的綠洲擴(kuò)張趨勢進(jìn)行分析,如圖5所示。從疏勒河干流每一時(shí)期的綠洲擴(kuò)張格局(5a)可以看出,該區(qū)域的綠洲擴(kuò)張主要是圍繞現(xiàn)有的綠洲外邊界進(jìn)行開發(fā),隨著綠洲主體的不斷擴(kuò)大,綠洲的發(fā)展方向不斷向荒漠內(nèi)部延伸,形成以原始綠洲為主體不斷向外圍呈輻射狀擴(kuò)張的趨勢,同時(shí),也有對綠洲內(nèi)部進(jìn)行填充的現(xiàn)象,使得綠洲的斑塊更加完整。從圖中可以看出,2005年開始,綠洲西部荒漠區(qū)出現(xiàn)的工礦企業(yè)用地也成為了綠洲擴(kuò)張的熱點(diǎn)區(qū)域,成為了該區(qū)域綠洲擴(kuò)張的新形式。

表2 綠洲擴(kuò)張與退縮面積/km2

圖5 瓜州綠洲變化主要區(qū)域及擴(kuò)張規(guī)律圖Fig.5 The main region and regularity of Guazhou oases change圖中“無變化”是指每一單一研究時(shí)段內(nèi),綠洲沒有發(fā)生擴(kuò)張和退縮的區(qū)域；近30年間,“無變化”面積不斷增大,體現(xiàn)了綠洲主體為不斷變大的趨勢

昌馬灌區(qū)綠洲發(fā)生退縮的范圍較廣、面積較大,由于沖積平原南高北低的地勢特點(diǎn),北部和西側(cè)的地下水位較淺,天然植被面積較大[28],容易受環(huán)境等因素的影響,因此,綠洲退縮現(xiàn)象也較頻繁。綠洲擴(kuò)張主要集中在移民鄉(xiāng)區(qū)域,以綠洲擴(kuò)張面積為權(quán)重,分別計(jì)算該區(qū)域1986—2015年間每一時(shí)期的綠洲擴(kuò)張熱點(diǎn)(圖5b),可以看出,早期的綠洲向北部擴(kuò)張,近幾十年間主要為向西和向西北方向發(fā)展。其中,1986—1990年間,綠洲以腰站子鄉(xiāng)為基礎(chǔ)向北擴(kuò)張；1990—1995年間,綠洲轉(zhuǎn)為向西北方向發(fā)展,擴(kuò)張的主要區(qū)域?yàn)闆_積平原南部和中部地區(qū)；1995年開始,綠洲邊界逐漸向西推進(jìn),1995—2000年的綠洲擴(kuò)張熱點(diǎn)位于沙河回族鄉(xiāng),2000—2005年已經(jīng)向西延伸至雙塔鄉(xiāng)附近,2005—2010年間,綠洲更是大范圍向西擴(kuò)張,至2010—2015年,綠洲的擴(kuò)張熱點(diǎn)已經(jīng)開始出現(xiàn)在雙塔水庫附近和走廊平原的西部。腰站子鄉(xiāng)作為瓜州縣最早的移民鄉(xiāng),也是綠洲擴(kuò)張的最早區(qū)域,可以看出,截止2015年間,東起腰站子鄉(xiāng)、西至雙塔水庫的整個(gè)沖積平原區(qū),大部分地表已經(jīng)演變?yōu)槿斯ぞG洲的分布區(qū)。因此,在昌馬沖積平原綠洲區(qū),隨著人類的大力開發(fā),綠洲逐漸向北部細(xì)土平原和向西發(fā)展已成為主要趨勢,加之該區(qū)域的水資源較為豐富,未來綠洲在整個(gè)沖積平原進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)的潛力較大。

3.3 格網(wǎng)化累積變化率

對近30年間的綠洲累計(jì)變化率進(jìn)行分級(圖6)并統(tǒng)計(jì)不同等級所占的面積(表3),可以看出,綠洲累積“無變化”為多年綠洲分布的核心區(qū)域,面積較小(241.85km2),僅占綠洲分布區(qū)總面積(圖3)的22.23%,是1986年綠洲面積(表1)的42.08%,分布在疏勒河干流灌區(qū)、昌馬灌區(qū)東部和昌馬沖積平原西南側(cè)?！拔⑷醪▌印狈从沉司G洲擴(kuò)張的空間分布情況,集中在昌馬沖積平原的移民鄉(xiāng)鎮(zhèn)和疏勒河干流“無變化”綠洲的外圍,面積為493.45km2,占綠洲分布總區(qū)域的45.36%。以上分析可以看出,瓜州綠洲能夠多年穩(wěn)定存在的區(qū)域面積較小,僅為不足1986年綠洲的一半,而近30年的擴(kuò)張面積卻較多,因此,“微弱波動”區(qū)將是瓜州綠洲進(jìn)一步開發(fā)的潛在區(qū)域,而能夠保持多年穩(wěn)定存在的區(qū)域面積較小。

圖6 累計(jì)變化率Fig.6 The cumulative change rate of Guazhou oases

無變化Nochange微弱波動Weaklychanges較強(qiáng)波動Stronglychanges劇烈波動Acutelychanges00—11—22—6面積Area/hm2241.85493.45255.1097.50百分比Percent/%22.2345.3623.448.97

百分比是指每一類別占近30年間存在綠洲分布區(qū)域的總面積(1087.9km2)的比例

“較強(qiáng)波動”總體為反映綠洲的擴(kuò)張趨勢,但會受到較少綠洲退縮現(xiàn)象的影響,總面積為255.10km2。從圖中可以看出,綠洲“較強(qiáng)波動”的分布零散,斑塊較小,而且有較大面積位于綠洲大面積擴(kuò)張的區(qū)域——“微弱波動”區(qū),進(jìn)一步說明了維持瓜州綠洲穩(wěn)定發(fā)展的必要性?！皠×也▌印彼从车木G洲變化頻繁,總面積為97.5km2,僅占綠洲分布總區(qū)域的8.97%,大面積分布在昌馬沖積平原區(qū),疏勒河干流灌區(qū)較少,河流尾閭的這類綠洲面積也較多。

以上分析中發(fā)現(xiàn),昌馬沖積平原是近30年間綠洲大面積擴(kuò)張的重要區(qū)域之一,但在近幾十年間,能夠保持原始綠洲穩(wěn)定不變的區(qū)域卻較少,綠洲“劇烈波動”和“緩慢波動”的分布范圍較廣,綠洲大幅度擴(kuò)張為該區(qū)域近30年間的主要變化趨勢,但保持綠洲長期穩(wěn)定存在應(yīng)當(dāng)作為目前的主要問題之一。疏勒河干流灌區(qū)綠洲的變化頻率較小,穩(wěn)定綠洲的面積也相對較大,依靠上游雙塔水庫的水資源調(diào)控,該區(qū)域的綠洲發(fā)展相對較為穩(wěn)定。河流尾閭僅存在極小面積的穩(wěn)定綠洲,綠洲波動性較大,但近幾十年間的綠洲擴(kuò)張也較多。

4 結(jié)論與討論

近30年間,瓜州綠洲擴(kuò)張顯著。1986—1990年間的綠洲出現(xiàn)了較大幅度的減??；從1990年開始,綠洲進(jìn)入大范圍的擴(kuò)張,其中2000—2005年是綠洲擴(kuò)張最為明顯的時(shí)期,綠洲面積增長199.73km2,其次為2005—2015年,面積增加19.58%；而2000年以前的綠洲擴(kuò)張速度較慢,1986—2000年間,綠洲面積增加僅12.6%。

空間分布上,綠洲擴(kuò)張以昌馬灌區(qū)移民鄉(xiāng)鎮(zhèn)和疏勒河干流灌區(qū)為主。昌馬灌區(qū)內(nèi),腰站子鄉(xiāng)作為甘肅省最早批準(zhǔn)建立的“兩西”移民鄉(xiāng),綠洲擴(kuò)張最早出現(xiàn)在這一區(qū)域,從沖積平原南部開始向北部發(fā)展?！笆枥蘸恿饔蜣r(nóng)業(yè)灌溉暨移民安置”項(xiàng)目中,又先后成立沙河回族鄉(xiāng)和雙塔鄉(xiāng),綠洲擴(kuò)張趨勢便轉(zhuǎn)向西和西北方向發(fā)展,截止2015年,沖積平原南部至雙塔水庫一帶,綠洲已占據(jù)大面積區(qū)域。疏勒河干流灌區(qū)內(nèi),綠洲以原始綠洲為主體向外擴(kuò)展,梁湖鄉(xiāng)作為主要移民鄉(xiāng)之一,以國營小苑農(nóng)場為基礎(chǔ)向西發(fā)展,并逐漸與瓜州縣城連為一片,這一區(qū)域的綠洲面積較大,綠洲穩(wěn)定性也較高。近幾十年間,疏勒河干流灌區(qū)綠洲退縮的面積較少,綠洲退縮主要發(fā)生在昌馬沖積平原區(qū)；而在疏勒河尾閭,綠洲也存在較為嚴(yán)重的退縮現(xiàn)象,但由于綠洲基數(shù)較小,綠洲退縮面積的數(shù)量相對較少,該區(qū)域的綠洲退縮主要是由于地處荒漠腹地,生態(tài)環(huán)境脆弱,風(fēng)沙大,綠洲受干旱化和荒漠化現(xiàn)象的侵蝕嚴(yán)重。

使用格網(wǎng)化的方法進(jìn)行分析得出,瓜州綠洲的擴(kuò)張速度較快,但研究時(shí)段內(nèi)均保持為綠洲的面積卻較少。1986—2015年間,累積變化率為0的面積僅占綠洲分布總面積的22.23%,占1986年綠洲的42.08%,在昌馬灌區(qū)綠洲中,以較穩(wěn)定速度大面積的擴(kuò)張的區(qū)域中,仍然存在較大面積的“劇烈波動”和“緩慢波動”區(qū)域,而長期穩(wěn)定存在的綠洲卻位于大面積擴(kuò)張綠洲的東北部,突出體現(xiàn)了這一區(qū)域綠洲擴(kuò)張的不穩(wěn)定性。研究表明,昌馬沖積平原北部的細(xì)土平原區(qū),地下水位較淺[28],而不合理的修建平原水庫和灌溉干渠,又會造成地表的次生鹽漬化現(xiàn)象[9],因此,昌馬灌區(qū)綠洲在不斷向西北部大面積擴(kuò)張的同時(shí),采取合理的灌溉措施、保持綠洲長期穩(wěn)定的發(fā)展是目前亟待解決的問題之一。

疏勒河干流灌區(qū)與昌馬灌區(qū)的綠洲擴(kuò)張形成鮮明對比。前者是以原始的綠洲主體為基礎(chǔ),呈放射狀向外擴(kuò)張,近期以來,疏勒河干流綠洲外圍的荒漠區(qū)內(nèi),新增較多的工業(yè)用地,成為該區(qū)域近時(shí)期綠洲擴(kuò)張的方式之一。昌馬灌區(qū)內(nèi),沖積扇前平原的地下水位較淺,與荒漠生態(tài)環(huán)境相較,該區(qū)域進(jìn)行耕地開發(fā)的難度相對較小,隨著移民的遷入,更是促進(jìn)了該區(qū)域耕地的開發(fā)速度,截止2015年,昌馬沖積扇前平原的大部分已經(jīng)成為綠洲分布區(qū),綠洲擴(kuò)張顯著。

格網(wǎng)化作為一種突破行政界限對綠洲變化過程進(jìn)行分析的方法,不僅能夠定性的表達(dá)綠洲變化的空間特點(diǎn),而且對綠洲的擴(kuò)張、退縮和穩(wěn)定存在區(qū)域也能夠進(jìn)行定量計(jì)算,較好的體現(xiàn)了區(qū)域綠洲的變化趨勢和過程。

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ChangesinGuazhouoasesbetween1986and2015

Lü Lily1,XIE Yaowen1,2,*,ZHANG Xiuxia1,LI Hong1,LI Ruyan1

1ThecollageofEarthandEnvironment,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China2KeyLaboratoryofWesternChina′sEnvironmentalSystem(MinistryofEducation),LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41471163); 中央高?？蒲杏?xùn)練項(xiàng)目(lzujbky-2016-247); 國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金科研訓(xùn)練及科研能力提高項(xiàng)目(J1210065)

2017- 01- 03;

2017- 06- 08

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xieyw@lzu.edu.cn

10.5846/stxb201701030025

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