江西省水源涵养量动态变化遥感监测与分析

环境与可持续发展　２０１６年第６期　ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ＳＵＳＴＡＩＮＡＢＬＥ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　Ｎｏ．６，２０１６　江西省水源涵养量动态变化遥感监测与分析　曹飞　肖如林付卓殷守敬杨昱蔡明勇　（环境保护部卫星环境应用中心，北京１０００９４）　【摘要】稳定而又良好的水源涵养量是维持区域生态环境稳定、实现生态保护可持续发展的重要基础。迄今为止，国　内开展水源涵养功能监测与评估主要涉及森林生态系统和不同土壤特性下的水源涵养量的计算，有关省域尺度的水　源涵养量变化监测研究相对较少。因此，本文选取江西省作为研究区，采用降水贮存量法结合遥感技术，基于研究　区降水量和植被度指数数据．监测分析研究区水源涵养量在２０１０—２０１５年间的时空变化情况。结果显示，２０１０－　２０１５年间．江西省水源涵养量的整体格局基本保持稳定，整体略有小幅降低。　【关键词】水源涵养；变化；遥感；江西　中图分类号：Ｘ２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３－２８８Ｘ（２０１６）０６－０２１０－０３　引言　水源涵养功能概念较为广泛，主要表现形式包括生　１研究区　江西省位于我国东南近海内陆，居长江中、下游南　岸。长期以来。人们都认为江西省属于丰水地区，并不　缺少淡水资源。但实际上，江西省人均拥有水资源量仅　为世界平均值的１／３，属于少水地区。同时，江西省水　资源量在年际间变化较大。在年内的分配也极不均匀，　主汛期（４～６月）占全年降水总量的５０％，在这期间有　大量洪水资源没有得到有效利用就白自流走Ｌｌ　。因此，　态系统的拦蓄降水、调节径流、影响降雨量、净化水质　等［１］。水源涵养生态功能评估虽具有基本的理论和方　法．但由于不同学者对水源涵养服务功能内涵理解存在　差异，致使水源涵养服务功能至今尚未形成一个公认的　定义，因而其核算方法也多种多样（土壤蓄水能力法、　降水贮存量法、雨水量平衡法等），并且评估结果差异　也较大．但在量级上却是一致的［２］。目前，国内水源涵　养服务功能监测与评估主要涉及森林生态系统，或不同　土壤特性下水源涵养量的计算＿３　］以及特定生态区域的　水源涵养服务功能评价＿６　］，有关省域尺度的水源涵养　量变化监测研究相对较少。同时，上述研究需要采集地　面监测数据测定指标数值，造成研究周期较长，时效性　差。削弱了区域规划发展的指导意义。　遥感技术具有时效性强、监测范围广、数据便于获　取等优势，目前已广泛应用于生态环境监测领域，并取　得了非常显著的成效。降水储存量法是计算水源涵养量　方法中的一种，因其计算原理可以很好地与遥感数据相　结合，并能快速地计算出水源涵养量。使其成为一种方　便、快捷、实用的水源涵养变化监测方法。这种方法通　过对比植被覆盖区域与裸地的径流减少量，认为其减少　量即为水源涵养量．因此，降雨量和植被覆盖度成为衡　量水源涵养量的重要指标＿９］，其中．植被覆盖度可以利　江西省水源涵养量变化的监测研究，对该地区的水资源　安全和可持续发展利用都具有重要作用。而国内有关省　域水源涵养量状况的变化监测研究相对较少。为更好的　了解江西省的水源涵养情况，本文选取江西省作为研究　区，基于遥感技术，采用降水量和植被覆盖度指数，从　降水贮存量的角度，对该区域在２０１０—２０１５年的水源涵　养量的进行动态监测。　２监测方法及数据　２．１监测方法　水源涵养能力通过生态蓄水能力Ｑ体现。即与裸地　相比，各类生态系统涵养水分的增加量，生态蓄水能力　Ｑ值越高，表明生态系统可调蓄容量越大，生态系统水　源涵养能力越强。　采用降水贮存量法，即用森林生态系统的蓄水效应　来衡量其涵养水分的功能。对比林地与裸地的径流减少　用遥感影像归一化植被指数ＮＤＶＩ计算得出，由此，利　用遥感数据就能计算出水源涵养量。从而开展水源涵养　量变化遥感监测研究。　量，认为其减少量为水源涵养量。　Ｑ＝Ａ・Ｊ・Ｒ　Ｊ＝Ｊｏ・Ｋ　项目资助：自然保护区典型人类活动变化自动提取技术研究、山西省矿区生态环境监测系统及评价体系研究　作者简介：曹飞，工程师，研究方向为环境应急与风险评估分析　通讯作者：肖如林，博士，高级工程师，研究方向为生态环境保护监管、环境应急３ｓ技术研究与应用　引用文献格式：曹　飞等．江西省水源涵养量动态变化遥感监测与分析［Ｊ］．环境与可持续发展，２０１６，４１（６）：２１０—２１２　曹　飞　等：江西省水源涵养量动态变化遥感监测与分析　．２ｌ１．　＿Ｉ西　－≈　自　ｔ　０１二　－　＿　。　图１江西省遥感影像图　ｕ—Ｒ　（１）　（１）（Ｊ：Ｌｊ．裸地卡¨比较，森林、草地、湿地、耕地、　荒漠等，】：态系统涵养水分的增加　（ｎ　）；　（２）Ａ：面积：　（３）＿，：计算　多年均产流降雨鼍（Ｐ＞２０ｒａｍ）（ｉｑｌｍ）；　（４）　：汁镩区多　均降雨总　（ｎｌｌ｜１）；　（５）Ｋ：产流降雨｝ｌ｛＝＾降ｍ总量的比例；根据赵刚　谦等以尜岭一淮河一线为界限．将全刚划分为北方　和　南办　、北方降雨较少，降雨主要集　ｌｌＩ　ｊｌ　６－９　份，甚　至一　的降ｍ　丰要求ｌ１１于一两次降　ｔｆＩ南厅　降雨　次数多、强度大．主要集『ｆ１丁４－９月份　、ＩＸｌ此，建议北　方　Ｋ圾０．４，南方　Ｋ取０．６。本研究　为汀两省，　年均降水Ｉ６３８ｍｍ．属了：南万湿润地Ｉ×：，设定Ｋ值为　０．６　（６）Ｒ：　ｊ裸地（或皆伐迹地）比较．生态系统减少　径流的效益系数：根札《已有的实测千¨研究成果，结合各　种　念系统的分布、卡＾被指数、土壤、地形特征以及对　应裸地的卡Ｈ关数据，『１『确定令同主要　念系统类型的Ｒ　值．　１足主要森林，卜念系统的Ｒ值、　他　地、灌＿小　林、　洋等　态系统的Ｒ值彳】‘待于进・步确定　．而冰　川Ｉ、湖　、河流、水库　地牛态系统水源涵养最为系　统甲均储水（蓄水）量　（７）Ｒ　产流降１：『：ｉ条件Ｆ裸地降Ｉ：ｆ：ｊ　流率　（８）Ｒ，：产流降　条件　牛态系统降ｍ　流率　　．…ｌ　述方法【１『知．水源涵养量监测采川ｆｆｆ被　盖度　指数ｆ１ｌ降　两个指标进ｉ亍监测分析．　＿｝ｌ植被覆盖度　指数、采川ＭＯＩ）ＩＳ数槲的ｌＪｌ一化植被指数数　ＮＤＶ１通过　汁箅　…　被粗　度的汁斡：公　如卜：　，　：（ＮＤＶＩ一『、　，）Ｉ７Ｓ）／（ＮＤＶＩ￣　一ＮＤＶＩＳ）　（２）　式ｒｔ，：ＮＤＶＩＶ和ＮＤＩ，Ｔｓ分别是茂密｝ｆｆ被覆盖和完全　裸土像兀的值。　、川　几麝等“Ｊ、复　等　及Ｙｉｎ　Ｊｉａｎｚｈｏｎｇ等　”关　ｌ｝＝不同植被　。箍腹对廊径流系数的影响。建立恤被裰盖　度卡¨径流系数之问的联系，ＪＪ【Ｊ之采』ｌ】降雨量数据，利川　降水　存量法便町汁箅出地１）‘：的水源涵养量。　表１不同植被覆盖度对应径流系数分级表　植被覆盖度等级　植被随盖度／％　径流系数　，．　１　（）一ｌ０　０．２８　２　１（）～２５　（）２５　３　２５～５０　０．１５　４　５０～７０　０．０５　５　７０～１００　（）．０ｌ５　２．２数据　数据采川降水　干¨ＮＤＨ数据，其巾，降水砒数据　Ｈ，ｊ＇Ｉ＇Ｈｊ为２０１０，ｑ－ｆ１１　２０１５年．｜、’ＤＩ／数据勾２０ｌ０　卡¨２０１５　年的月数据　、　３结果与分析　３．１水源涵养现状监测与评价　通过汁钟：．捩取汀两省２０１０　及２０１５年的水源涵　养遥感综合　、ｌｑ＃…ｔＩ，＇；…ｑｉｌｌｌ￣－，．．果，盘ｌ】　２所爪　兰＿…　一　…　＝　…　＿…～　＿　．．　口Ｉ　＿—坠＝　．．　ｆａ）２０１（川　（ｂ）２０Ｉ　５年　图２江西省水源涵养遥感监测评价结果　陶２中颜色ｌ｝１红包过渡纠绿色冉ｙｌｊ监色．太爪水源　涵养遥感　测值从低值列高价逐渐变化　从数ｆｃｆ范¨习角　度米孑亍．２０１０年水源涵养遥感综合坪价监测价值范同　为『３．８×１０～ＩＩ１１１１，４６７．２ｍｍ１，水源涵养量为６．Ｏｘ　１０“’　吨，２０１５年　ｆ　３．Ｉ×１０一ｌｌｌｌｎ，５０５．６ｒａｍ１，水源涵养量　为５．９ｘ１０“’吨　、ｌ１『以看　．２０１５　水源涵养遥感综合　价监测　价的城廊值大于２０ｌ０　ｑ－，最小值则小　Ｊ：２０１０　，　擎体变化幅度ｌ芟大了：２Ｏ１０　：从空问分　ｆｆ｛度　米看．按照水源涵养遥感综合　价嘶洲值，可将研究Ⅸ　大致分为低似、ｔ１　值和高值等３个　域，大致太脱为：　Ｉ爱域四南部　爪　红色到黄色的低值　域，中部剁阳部　域为蓝绿色的『ｆ１值　域，东部及ｌ￣ｉ－ｌｇ部　域为监色的　高值　域：从ＩＩ、　Ｕ角度来看，２０１０～２０１５年问的水源涵　养最存空问分　卜旗本相似，人　郁表州为南部、　南　・２１２・　环境与可持续发展　２０１６年第６期　部为低值．中部、中两部为中值。东部及东北部区域高　值区域，而５年问水源涵养量的变化主要为东北部地区　水源涵养量下降。以上分析说明，２０１０　２０１５年间水源　涵养分布规律并未发生较大变化。但在局部地区表现出　降低的趋势　３．２水源涵养变化监测分析　情况基本稳定，但从面积角度来看．降低　域范围略大　于增加区域。水源涵养量减少区域主要集中于鄱阳湖周　边　域．表明鄱阳湖周边区域的水源涵养量减少．对江　西省水源涵养量的维持造成一定程度影响。可能与鄱阳　湖环湖区域开发强度增加有关。　（２）水源涵养的变化是一个持续变化的过程．由于　受数据的限制，本文的时间尺度仅为５年．在条件允许　通过Ｇ１Ｓ叠加分析和波段运算．计算２０１５年水源　涵养综合评价值与２０１０年的差值，差值小于０表示水　情况下，今后的研究应适当扩大。　源涵养量降低．大于０表示水源涵养量增加．其结果如　图３所示。图中红色表示水源涵养量增加、绿色表示下　参考文献：　降。从图中可以看…，中南部的大部分区域表现为红色　［１］龚诗涵．肖洋，郑华．肖簸，欧阳志云．中国生态系统水源涵养空间特征及　及橙黄色区域，北部及零散地区显示为绿色及黄绿色区　其影响因素［Ｊ］生态学报．２０１７，０７：１—８　［２］吴丹．中国主要陆地生态系统水源涵养服务研究［Ｄ］．北京：ｒ｝１国科学院大　域。经统计，降低区域面积占研究区总面积的５５％，增　学。２０１４　加区域占４５％，降低区域面积约是增加区域的１．２倍。　［３］姜霞，戴晓勇。王进贵州东部杉木人Ｔ　林土壤持水特性及水源涵养功能研　究［Ｊ］．现代农业科技．２０１６，１５：１４１—１４２　基于分析可知．２０１０～２０１５年．研究区水源涵养量有所　［４］自艳莹．闵庆义．李静．哈尼梯田生态系统森林土壤水源涵养功能分析［Ｊ］　下降，整体呈下降趋势。　水土保持研究．２０１６．０２：ｉ６６—１７０　［５］孙艳红，张洪江，程金花．王玉杰，石健，程云缙云山不同林地类型土壤　Ｎ　Ａ　特性及其水源涵养功能［Ｊ］水土保持学报，２００６，０２：１０６—１０９　［６］奠菲，李叙勇，贺淑霞，王晓学．东灵山林区不同森林植被水源涵养功能评　价［Ｊ］生态学报．２０１１．１７：５００９－５０１６　［７］尹云鹤．吴绍洪，赵东升，戴尔阜．过去３０年气候变化对黄河薅ｉ区水源涵养　摄的影响［Ｊ］．地理研究，２０１６，叭：４９—５７．　［８］刘璐璐．邵会琴，刘纪远，杨存建琼江河流域森林生态系统水源涵养能力　估算［Ｊ］．生态环境学报，２０１３．０３：４５１—４５７　［９］司今，韩鹏，赵春龙．森林水源涵养价值核算方法评述与实例研究［Ｊ］．自　然资源学报．２０１１．１２：２１００—２１０９　［１Ｏ］龙兴，胡魁德，喻中文江两水资源问题研究［Ｊ］．水文，２００９．０５：７９—　８１，７２　［Ｉ１］李元寿，王根绪．王一博．王军德．贾晓红｝∈江黄河源区覆被变化下降水　的产流产沙效应研究［Ｊ］．水科学进展．２１１０６，０５：６１６—６２３．　ｌｉａｒ　…　■ｌ…５ｌ，　［１２］夏军，乔云峰．宋献方，叶爱中，张学成估巴沟流域不同Ｆ垫面对降雨径　三－—　：　ｌ＿．　－　流关系影响规律分析［Ｊ］．资源科学，２００７，ＯＩ：７０—７６．　图３江西省水源涵养变化量遥感监测分析结果　［１３］Ｙｉｎ　Ｊｉａｎｚｈｏｎｇ，Ｈｅ　Ｆｅｎｑｉｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　Ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　Ｃｏｖｅｒ　ａｎｄ　Ｒｕｎｏｆｆ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＲＳ　ａｎｔｉ　ＧＩＳ［Ａ］．Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｈｕｎｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　２０１　１　４结论　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｉｌ　Ｆｕｚｚｙ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ（ＰＳＮＣ　２０１１　Ｖ２）　［Ｃ］．Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆　（１）江西省在２０１０～２０１５年间水源涵养量的整体　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：．２０１１：３　Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ＣＡＯ　Ｆｅｉ　ＸＩＡＯ　Ｒｕｌｉｎ　ＦＵ　Ｚｈｎｏ　ＹＩＮ　Ｓｈｏｕｊｉｎｇ　ＹＡＮＧ　Ｍｉｎ　ＣＡＩ　Ｍｉｎｇｙｏｎｇ　（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００９４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｉｎｇ　ｓｕｓｔａｉｎＭｆｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｓｏ　ｆａｒ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｈａｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｆｏｒｅｓｔ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｏｉｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｆｅｗ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　ｓｃａｌｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ，ｕｓｅｄ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｎｔ］ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｓｐａｔｉｌａ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｏｒａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ　ｉｎ　２０１０—２０１５．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ｗａｓ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｓｔａｂｌｅ　ｉｎ　２０１０　—２０１　５，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｔｒｅｎｄ　ｗａｓ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｒｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｎｇｅ；ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ；Ｊｉａｎｇｘｉ