排水工程对三江平原湿地流域的影响分析

更新时间:2019-06-15 来源:工程论文 点击:

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   摘 要:在三江平原别拉洪河流域地形图、土地利用图和排水工程建设资料的基础上,利用地理信息系统进行流域景观制图,并根据排水工程建设量将该流域划分出4个排水分区。利用景观结构分析软件FRAGSTATS分别计算了各分区2个时期(1967年和2005年)的多种景观结构指标。结果表明:排水工程之前,除了旱地无排区的其它3个排水区域,自然湿地覆盖率均达到90%以上,且呈大块连续状分布,结构比较简单,自然状态保存完好;排水渠大量修建之后,沼泽地因排水基本消失,草甸及其它沼泽类型也大片被排干,取而代之的是以大面积的旱地和水田为基质,湿地以小的斑块体镶嵌其中的流域景观,景观结构破碎化严重并趋于复杂化。最后提出下一步的研究工作。
  关 键 词:景观变化;排水工程;湿地;流域中图
    1 别拉洪河流域概况别拉洪河流域属于平原型流域,河流数量较少,大小河流10多条,别拉洪河是流域的主流,发源于平原,上游没有明显的河床,仅是一条宽浅的线性洼地,中游河道弯曲,并有沼泽阻滞,流速较缓,下游有明显河槽,河流坡降稍大,河堤纵比降多在1/10000左右,河槽弯曲系数大,枯水期河槽狭窄,河漫滩宽广,流域承泄量小,排水不畅,容易泛滥。汛期受乌苏里江顶托,回水距离一般25~30 km,最长可达70 km。
  别拉洪河流域经过排水工程的建设开发后,流域的水文格局发生很大变化,由一个流域变为3个小的流域,上游原无主河道,在1977年修建排水工程时开挖了一条新河,经创业、前进、红卫3个农场,在莱嘴子水文站以下汇入挠力河;中游1978年的排水工程建设亦挖新河,经洪河、胜利、八五九3个农场在瓦盆窑汇入乌苏里江;下游目前仍为天然流域。表1是别拉洪河流域排水工程建设的概况。
 2 研究方法利用20世纪60年代1∶20万地形图(根据1967年和1968年1∶10万地形图,1971年第一版)2005年6~7月ETM遥感数据资料和20世纪80年代地形图,并根据影像以及水利工程建设有关资料进行更新,再结合较详实的野外考察数据。以此获得别拉洪河流域2个时期的景观类型图,在此基础上利用GIS(Arc-view3.2软件)的空间分析功能,辅助FRAGSTATS生态学软件对湿地景观图进行计算和分析,以此获取了相应的空间属性信息,根据这些信息对别拉洪河流域湿地景观结构格局进行景观生态分析。对流域土地利用/覆被类型进行景观分类,包括开阔水域、沼泽湿地、草甸湿地、灌丛湿地、岛状林湿地、水田等湿地景观和旱地、林地、居民用地和工矿用地等非湿地景观类型,如表2。
  别拉洪河流域土地利用/湿地景观分类系统二级分类分类说明开阔水域包括湖泊、泡沼和大型河流沼泽湿地常年积水的苔草为优势群落的各类型沼泽芦苇沼泽常年积水的芦苇为又是群落的沼泽类型草甸湿地各类型季节性积水的禾草型湿草甸灌丛湿地平原各类型季节性积水的灌木林岛状林湿地平原各类型季节性积水的乔木林水  田耕作稻田旱  地各类型耕作旱地山区林地高地常年不积水的乔木林地其它用地居民用地和工矿用地在地理信息系统Arcview3.2软件系统的支持下,以该流域地形图为基础,并结合排水工程密集程度(量化为排水沟渠的密度),及其影响下形成的流域的水文格局特征,在流域景观图上将该研究区域划分为上游强排区、中游强排区、下游弱排区以及旱地无排区4个研究区域,其中,强排区是指排水工程量大,排水沟渠密集,排水强度大,开发之前全部或99%以上的面积为湿地景观的上中游区域;弱排区是指排水工程量小,沟渠少,排水强度小的下游区域;无排区是指几乎无排水工程建设,开发前以旱地为主的区域。划分原则是:①保证流域沟渠系统的连续性和完整性;②保证分界线不切断完整的沟渠。最后辅助以FRAGSTATS生态学软件,分别对4个类型的研究区域进行以下6个景观格局指标的计算和分析:景观多样性指数,景观优势度指数,分离度指数,斑块密度指数,景观形状指数,景观破碎度指数。
  3 结果与分析别拉洪河流域4个排水强度不同的研究分区内各种斑块类型的景观指标计算结果见表3,在景观级别上,不同研究分区的结构指标计算结果见表4。
  1)上游强排区根据表1中的排水工程统计表,上游强排区占整个流域的面积的14.62%,排水沟渠有511条,总长度为766082.28 m,沟渠密度达到1208.781 m/km2,排水控制面积633.76 km2,工程排水强度最大。排水工程建设之前,该分区的主要景观类型为沼泽和草甸湿地,面积分别为325.72 km2、292.89 km2,各占到该区域的51.4%和46.2%,斑块数分别为5个和3个,呈大面积连续分布,形成该区的基质景观,岛状林湿地及开阔水域等小的斑块体镶嵌其中。由于20世纪70、80年代排水工程的建设,到2005年,常年积水的沼泽湿地基本消失,同时季节性积水的草甸湿地也被排水开发而大量减少,并向旱地转化,致使旱地面积急剧扩张到388.97 km2,占该区域的61.4%,成为该区的基质景观;水田作为新的斑块类型出现,成为该区的第二大斑块类型。此外,大量开阔水域类型斑块被排干,数量明显减少;灌丛湿地和其它用地(居民地、工矿用地)等新的斑块类型出现,但作为镶嵌体,规模很小。
  通过分析表3的数据:上游强排区的景观优势度和多样性指数均呈上升趋势,但上升幅度不大。该区域的景观破碎化程度加大且趋于复杂化,总的斑块数量增加,斑块平均面积减小,景观破碎度指数增加,斑块密度、斑块分离度指数和形状指数也都有较大幅度的增加,说明景观结构趋于复杂化。
  2)中游强排区中游强排区面积占整个流域面积的28.66%,排水工程建设量最大,沟渠条数为648条,总长度为1211346.2 m,沟渠密度为976.76 m/km2,排水强度仅次于上游强排区,控制面积达到1240.13 km2。1967年,该区域斑块类型以沼泽和草甸湿地为主,有小块的岛状林湿地和开阔水域等斑块类型分散其中。到2005年,由于上述大规模的排水工程建设,沼泽湿地基本消失,并向季节性积水的草甸湿地和旱地转104化;同时草甸湿地由于排水也呈现旱化趋势;旱地成为该区的基质景观;水田成为第二大优势景观。此外,在人类排水活动中出现灌丛湿地、芦苇沼泽、山区林地和居民工矿等镶嵌斑块类型;开阔水域,大量被排干,斑块数显着减少。

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