巴州開都河—孔雀河生態廊道水生態空間演變分析及生態功能評價

李鄭淼 郭媛媛

1 研究區域概況

巴音郭楞蒙古自治州簡稱“巴州”，“巴音郭楞”蒙古語意為“美麗富饒的流域”，地處歐亞大陸腹心，新疆東南部。巴州地區河流、湖泊眾多，水利資源十分豐富。開都河—孔雀河生態廊道就位于其境內，地處塔里木盆地東北部、塔克拉瑪干沙漠東北緣，主要由開都河、博斯騰湖和孔雀河3 部分構成。

開都河—孔雀河生態廊道發源天山南麓，流經巴音布魯克草原滋潤著百草豐茂，是巴州地區重要的水源涵養區。開都河流經高山峽谷段（第1 分水樞紐以上），自出山口后形成三角洲沖擊平原塑造了肥沃的焉耆盆地，最終注入最大內陸淡水湖博斯騰湖。博湖出流后輸入孔雀河，途經庫爾勒市抵尉犁縣境內，沿庫魯克山南麓由西向東注入若羌縣境內的羅布泊，形成一條貫穿北部區域的綠廊。博斯騰湖是我國最大的內陸淡水湖，位于中天山南部，焉耆盆地最低洼處，為開都河、黃水溝等河流的歸宿地，也是孔雀河的源頭，對開都河、孔雀河的徑流量具有調節作用[1]。

2 數據與方法

2.1 遙感數據獲取與處理

水生態空間演變分析基于多時期土地利用/土地覆蓋遙感監測數據，數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心，包括20 世紀70 年代末期（1980 年）、80 年代末期（1990 年）、90 年代末期（2000 年）、2010 年、2015 年和 2018 年共 6 期遙感影像數據。根據現場調研、衛星影像資料以及土地利用遙感監測數據，分析水域面積及其周邊土地利用變化情況。

參照中國科學院頒布的土地利用分類體系和研究區實際情況[2]，將新疆巴州的土地利用類型劃分為林地、草地、水域、居民點、旱地、未利用地（沙地、戈壁、沼澤地、裸質石質地）等幾種類型。將6 個年度的遙感影像分類解譯結果矢量化后導入ArcView 軟件中，構建空間數據拓撲，將各空間數據對應的屬性進行統計，計算得到各個年份的土地利用類型面積。運用ArcGIS 中的疊加分析模塊分別將相鄰兩期的土地利用圖進行疊加，生成不同時期各土地類型之間的空間轉移矩陣[3]。

2.2 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣[4]不僅包括了一定區域某時間點的各地類面積數據，而且還具有期初各地類面積轉出和期末各地類面積轉入的信息，它反映了某一區域某一時段期初和期末各地類面積之間相互轉化的動態過程。土地利用轉移矩陣通用形式為：

式中A——面積；

n——轉移前后的土地利用類型數；i、j（i，j=1，2，…，n）分別代表轉移前與轉移后的土地利用類型；

Aij——轉移前的i地類轉換為j地類的面積。

矩陣中的每一行元素代表轉移前的i地類向轉移后的各地類的流向信息，每一列元素代表轉移后的j地類面積從轉移前的各地類的來源信息。

2.3 水生態空間評價方法

水生態空間評價采用中華人民共和國環境保護行業標準HJ 192—2015《生態環境狀況評價技術規范（試行）》[5]中推薦的水源涵養功能區生態功能評價指標計算方法，結合研究區自身特點建立評價指標體系。根據各指標在生態環境中的重要性不同，對各指標賦予不同的權重，最終加權得出研究區域生態功能區功能狀況FEI 值。基于FEI 值，即可進行該區域生態環境狀況評價。

綜合考慮已有資料情況及可操作性，選取2018 年數據作為指標層依據，對開都河—孔雀河生態廊道發源地的水源涵養區生態環境狀況進行評價。見表1。

表1 水源涵養功能重要性評估數據表

3 結果與分析

3.1 新疆巴州水域面積演變分析

通過對比1980—2018 年土地利用數據發現巴州水域面積總體呈現先增加后減少的趨勢，其中2018 年水域面積最小約9 160 km2，2010 年水域面積最大約13 584 km2。其原因主要是由于2000 年以來節水灌溉的推廣、生態補水、防護林帶等多種生態措施的實施使該地區的河流、湖泊水體面積呈上升趨勢。但是，近年來受氣候變化影響，該地區的年平均溫度也呈現逐年上升的趨勢。增溫造成了冰川消融退縮的加速，使得巴州冰川、積雪量呈現下降趨勢，造成總體水域面積呈現了一定的萎縮趨勢。

高山冰川積雪作為巴州的“水之源”，是保障巴州經濟社會發展和人民安居樂業的生命線，冰雪消融、冰川萎縮、雪線上移對巴州地區來說可以稱得上是一個“致命”的生態環境風險。隨著積雪和冰川的加速消融，塔里木河等以冰川融雪徑流為主要水源的河流未來可能將面臨徑流量減少甚至干枯的風險[6]。此外，隨著該地區人口的迅速增加和經濟的快速發展，特別是農業灌溉面積的急劇擴大，導致用水量大增，也極易造成部分河道斷流及湖泊面積的萎縮。如圖1 所示。

圖1 新疆巴音郭楞蒙古自治州水域面積歷史演變柱狀圖

3.2 開都河水生態空間演變分析

本次研究針對開都河干流河道兩側1 km 范圍內土地利用變化情況進行了重點分析。在1980—2018 年之間，該區域林地、旱地、沼澤地、未利用土地均呈一定程度的下降趨勢，較于1980 年數據沼澤地的面積減少23%以上；草地、水域面積呈上升趨勢，各增長7%和134%以上。水域面積大幅度劇烈增加，表明該地區受氣候變化及人類活動影響，上游冰川消融退縮加速，極易造成流域內水資源分配不均，導致區域水資源供需矛盾。見表2。

表2 開都河土地利用類型分類面積

土地轉移矩陣計算結果顯示該地區主要土地利用變化出現在沼澤地、草地向水域的變化，有將近32 km2及40 km2面積的草地與沼澤地轉換成了水域，說明相比于人類活動的變化，氣候變化的影響在該地區占主導因素。因此，應該警惕不合理的開發利用對該地區水資源分配的影響。

3.3 孔雀河水生態空間演變分析

在針對孔雀河生態脆弱河段（阿恰樞紐至厄肯大壩）的分析中，通過對比1980—2018 年之間該段干流河道兩側1 km 范圍內土地利用變化，發現該地區主要土地利用變化發生在林地、草地向旱地及其他土地利用的轉變。說明該區域存在嚴重的生態惡化問題。增加的其他土地類型，如鹽堿地等主要發生在靠近厄肯大壩段，且多為低覆蓋度草地轉變而來，也有少部分來自于林地，表明一定的人類活動正在加劇該地區的生態惡化，使林地破碎度明顯增大。在該地區中下部，成片林地逐漸退化為草地或耕地。河道兩側建設用地面積也存在增長情況，隨著開發持續進行，耕地及建設用地面積擴張情況會逐漸加劇，水資源開發利用強度會越來越大。尤其孔雀河處于新疆干旱區，水資源緊張問題一直存在，不合理的開發利用極易引發生態危機。見表3。

表3 孔雀河土地利用類型分類面積

3.4 巴音布魯克草原水源涵養區生態功能評價

本次水生態空間評價區域為開都河上游的巴音布魯克草原水源涵養區。該區域生態系統保護意義重大，為世界自然遺產名錄地和國家級自然保護區。自然保護區包括小尤爾都斯盆地、大尤爾都斯盆地和連接兩個盆地的開都河河段。

生物功能區評價結果：基于巴音布魯克草原土地利用及生態環境現狀，通過指標計算可得生態狀況指標為34.37，環境狀況指標為39.06，生態功能調節指標為0.2。綜合可得生態功能區生態功能指數FEI=73.63，指數數值較高，自然生態優越，生態系統承載力高，生態功能穩定，自我調節能力強。

總體來看，小尤爾都斯盆地河段（開都河源流區干流起點—巴音布魯克鎮）岸線大部分處于自然狀態，保護區內的社會經濟發展主要以牧業為主。但近些年，隨著旅游業的發展，在本河段末端的巴音布魯克鎮人口逐年上升，建設用地逐漸增大，造成生態狀況指標數值下降，對該區自然生態環境狀況造成一定影響。

大尤爾都斯盆地河段（巴音布魯克鎮—“駱駝脖子”），保護區內濕地生態環境優良，動植物多樣性資源豐富。該河段人口主耍為居住在周邊的零星的牧民，濕地周邊建有環天鵝湖濕地公路，主要為開發生態旅游，存在人類擾動現象，造成生態功能調節指標數值下降。

4 結 語

通過對新疆巴州水域面積演變分析、開都河水生態空間演變分析、孔雀河水生態空間演變分析、開都河上游水源涵養區生態功能評價，結論如下。

（1）受氣候變化影響，新疆巴州上游發生一定程度的冰雪消融、冰川萎縮，給下游以冰雪為主要來源的河流帶來一定程度的干枯的風險。并且，隨著該地區人類活動的加劇及對灌溉取水量的提升，未來河道斷流，湖泊面積萎縮問題可能會越來越嚴重。

（2）通過“土地利用轉移矩陣”分析，新疆開都干流河道兩側1 km 范圍內的水生態狀況主要受氣候變化的影響，草地、水域面積均呈增長趨勢，該地區現狀生態環境質量較好。但仍需警惕由人類活動加劇引發的區域水資源供需矛盾問題。

（3） 通過分析1980—2018 年孔雀河生態脆弱段河道兩側1 km 范圍內土地利用類型變化，受人類活動的影響，該地區鹽堿地、旱地增幅較大。隨著河道兩側耕地、建設用地面積的增長，水資源開發利用強度會越來越大，極易造成水資源緊張，引發生態危機。

（4）巴音布魯克草原為世界自然遺產名錄地和國家級自然保護區，區域內人口主要為居住在河段末端的巴音布魯克鎮居民及周邊的零星牧民，主業為開發生態旅游。通過計算巴音布魯克草原水源涵養區生態功能指數，發現該地區自然生態優越，生態系統承載力高，生態功能穩定，自我調節能力強，但存在人類擾動情況。

綜上所述，本文選用的“土地利用轉移矩陣”分析法及“生態功能評價指標”計算方法可以基于土地利用數據，分析變化趨勢，對該地區生態環境現狀及未來發展趨勢進行評估、預測，為后期該區域后期水生態環境綜合治理，協調區域生態、農業及水文水資源合理分配，相關發展規劃、政策法規的制定提供科學理論支撐。