基于RS與GIS的開都河流域景觀格局及其動態變化研究

摘要以開都河流域為研究區域，以LANDSAT TM遙感圖像為主要信息源，以ENVI遙感圖像處理軟件、Arcgis地信軟件和FRAGSTAT version3.3作為空間信息處理工具，采用景觀空間格局等指標，對開都河流域景觀格局進行了研究。結果表明，1990～2010年，開都河流域景觀草地模地優勢未發生改變，對區域生態環境仍發揮著重要作用。人類活動雖有加劇趨勢，但由于其優勢度值較低，加之區域整體人類開發水平仍處于較低的水平，故區域生態環境受人類干擾程度很小。

關鍵詞遙感；地理信息；景觀格局；開都河流域

中圖分類號S731.9文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00147-03

作者簡介巴音達拉（1981- ），男，新疆博樂人，工程師，碩士，從事水利水電規劃研究，Email：bydl@sina.cn。

收稿日期20131128景觀格局是復雜的物理、生物和社會因素相互作用的結果。對于某一區域景觀格局的研究是揭示該區域生態狀況及空間變異性特征的有效手段，還可以揭示與生態過程相關的區域資源環境問題。因此，對區域景觀空間格局的研究是揭示其生態狀況及空間變異的有效手段[1]。利用RS與GIS相結合的技術手段研究生態景觀格局及其動態變化，是地理信息科學的前沿領域，也是景觀生態學的重要方向[2]。它為研究景觀空間結構和動態，尤其是物理、生物和各種人類活動過程之間的復雜關系，提供了一種有效的工具。筆者通過對開都河流域景觀格局（1990、2000和2010年數據）進行了動態分析研究，理清該區域內流域結構布局，以達到合理開發，涵養水源，保持水土，保護開都河流域生態環境的目的。

1研究區概況

開都河發源于天山南麓薩爾明烏拉山的依連哈比爾尕山，流經和靜、焉耆、博湖三縣，注入博斯騰湖，流域總面積22 200 km2，河流全長640 km。流域地勢由西北向東南傾斜，河流多年平均年徑流量34.88億m3，多年平均流量為110.5 m3/s。開都河流域地處歐亞大陸腹地，中天山南麓，流域總體氣候特征為：北部山區氣候溫涼，熱量不足，空氣濕度相對較大，降水相對充沛，無霜期較短；南部平原熱量豐富，無霜期長，光照充足，降水稀少，空氣干燥。流域多年月平均氣溫8.7 ℃，多年平均降水量為106.4 mm，多年平均蒸發量（20 cm蒸發器）為1 723 mm，多年平均風速為1.8 m/s。

研究區評價范圍以開都河中游河段兩側以河流分水嶺為界，包括阿仁薩很托亥水庫回水至第一分水樞紐之間的開都河，評價范圍內開都河長170.3 km，評價區總面積5 694.28 km2。

2研究方法及途徑

2.1景觀源數據流域景觀的數據源采用美國1990、2000和2010年的LANDSAT TM數字圖像，時相為6～9月。

2.2數據處理

2.2.1圖像預處理。參考1995年新疆測繪局編制的新疆地圖集等資料，對TM影像進行圖像預處理，利用ENVI軟件完成大氣輻射校正、幾何精校正等工作，采用阿爾伯特等面積圓錐投影，保證了配準時的剩余誤差在一個像元以內，達到制圖精度的要求[3]。

2.2.2遙感圖像分類。在ENVI軟件中采用監督分類中的最大似然法對遙感影像進行分類[4]，選擇對植被反映較敏感的4、3、2波段組合進行土地利用類型的分類。借助于Arcgis空間處理平臺，依據目視判讀和實際調查經驗，結合谷歌地圖，進行分類圖像拓撲關系的建立。待檢查、修正后，最后形成研究區矢量化圖件。

2.2.3景觀類型劃分。景觀是由斑塊、廊道和模地等景觀要素組成的異質性區域。其中，斑塊是一個在外觀上與周圍環境明顯不同的非線性地表區域，與周圍地區有不同的物種結構和成分。廊道是指不同于兩側模地的狹長地帶，可以看做是一個線狀或帶狀的斑塊。廊道可以是一個孤立的帶，但經常與有相似組分的斑塊（至少在一端）相連。模地是景觀中的背景地域，對景觀的動態起著主導作用。它是范圍廣泛、相對同質的景觀元，是面積最大、連通性最強的景觀元素。景觀的結構特征和空間格局是研究景觀功能動態的基礎，景觀格局及其變化是自然與人為因素相互作用所產生的一定區域生態環境體系的綜合反映[5]。通過對某一區域景觀格局的研究，可以揭示該區域生態狀況及其空間變異性等特征。此次研究參照國家《生態環境遙感調查分類規范》及《土地利用分類標準》，結合研究區生態環境現狀，以土地一級類標準將研究區土地類型劃分為草地、林地、水域、耕地、建設用地和其他用地，并做出3期景觀分類圖（圖1～3）。

3指標計算與結果分析

3.1景觀指數的選擇景觀指數是生態學研究的常用方法，它是用來反映景觀結構組成和空間配置特征的定量指標[6]，能有效地反映研究區景觀的破碎化程度和多樣性變化[7]、整體變化情況。該研究根據項目區實際情況選取指標，詳見表1。

3.2結果與分析

3.2.1開都河流域3期典型時期景觀格局與動態特征。由表2可知，開都河流域的景觀總面積為569 428 hm2，6類景觀類型的面積呈現出草地>水域>其他用地>林地>耕地>建設用地的特征。草地面積最大，占研究區景觀總面積的50.12%，表明開都河流域保持著以草地為基質的景觀特征；水域面積占25.82%，是開都河流域次一級的優勢景觀類型，多以高山雪山地類分布在開都河流域的東北部和南部；其他用地和林地面積分居第3、4位；耕地和建設用地的面積相對較小。

3.2.2開都河流域3期典型時期景觀優勢度動態變化。由表2可知，在1990～2000年，對生態環境具有負面影響的耕地景觀和建設用地景觀的優勢度值呈上升趨勢，耕地景觀優勢度值從1990年的0.12%上升到2000年的0.51%，建設用地景觀從1990年的0.23%上升到2000年的0.28%；對本區自然生態體系質量起動態控制作用的“模地”草地景觀優勢度值略有上升，其優勢度值從1990年的47.53%上升到2000年的50.91%；而對生態環境有較強調控能力的林地景觀優

3.2.3開都河流域3期典型時期整體景觀特征與動態。開都河流域景觀總面積為569 428 hm2。在景觀級別上，3個典型時期的各個景觀指標見表3。可以看出，不同時期景觀結構指標各有特點。

從斑塊密度的特征來看，斑塊總數20年間呈增加趨勢，增幅為38個；斑塊密度隨之上升，每公頃分布的斑塊數量由1990年的0.054 2上升為2010年的0.060 7。斑塊密度的增加，一方面反映了原有斑塊可能發生了破碎化；另一方面則反映了可能是其他景觀類型轉移數量的增加。與斑塊總數和密度的增加相對應的是平均斑塊面積的減少，20年間減幅為203.04 hm2，這表明開都河流域景觀的破碎度趨于加劇。

從斑塊的形狀特征來看，開都河流域的面積加權平均形狀指數和面積加權平均斑塊分形指數都呈現出加大的變化趨勢。景觀形狀指數的變化對生態系統的功能和穩定性等具有重要影響，它可以體現不同類型景觀斑塊的邊界特征，形狀指數越高，斑塊形狀越復雜。一般情況下，自然過程形成的斑塊常為不規則形狀，而人類影響下的斑塊則表現為較規則的幾何形狀[9-10]。

開都河流域景觀形狀指數的增大說明該地區的斑塊形狀在朝著規則化的方向發展，越來越有序，也表明了研究區受人類活動干擾的程度不大。從多樣性特征來看，香農多樣性指標和香農均勻度指標都呈減少趨勢，說明研究區的景觀破碎度減少，異質性減緩，各類斑塊在景觀中分布趨勢呈不均衡化，這主要與林地、草地、其他用地面積的增加，水域面積的減少有關。

4結論

1990～2010年，開都河流域的草地、林地、其他用地面積增加，其優勢度呈上升趨勢，耕地和建設用地優勢度也持續增長，人類開發形式具有加劇趨勢，但其優勢度值較低，且變化不大。從整體景觀特征來看，開都河流域的斑塊總數增加，平均斑塊大小減少，斑塊密度上升，說明研究區的景觀破碎度在加劇；景觀形狀指數變大，說明斑塊形狀朝復雜化、不規則化的方向發展；香農多樣性指標和香農均勻度指標減少，說明開都河流域景觀破碎度降低。

由此可見，開都河流域斑塊在景觀中的分布越發不均勻，水域等次優勢斑塊類型的優勢度在降低。但由于具有模地景觀地位的草地景觀始終占有明顯的優勢，對區域生態環境仍發揮著重要作用。區域雖有人類干擾加重趨勢，但由于區域整體人類開發水平仍較低，故區域生態環境受人類干擾程度很小。

參考文獻

[1] 王根緒，程國棟.干旱內陸河流域景觀生態的空間格局分析——以黑河流中游地區為例[J].蘭州大學學報，1999，35（1）：211-217.

[2] 王讓會.地理信息科學的理論與方法[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，2002：71-74.

[3] 周成虎，楊曉梅，駱劍承，等.遙感影像地學理解與分析[M].北京：科學出版社，2001.

[4] 楊存建，周成虎.基于知識的遙感影像分類方法探討[J].地理學與國土研究，2001，17（1）：72-77.

[5] 趙羿.實用景觀生態學[M].北京：科學出版社，2001.

[6] 鄔建國.景觀生態學——格局、過程、尺度與等級[M].北京：高等教育出版社，2004：100-109.