基于遙感的“引水工程”對克拉瑪依近20年生態環境影響評估摘要:利用遙感資料評估了“引水工程”對克拉瑪依市近20年城市生態環境演變的影響。評估結果表明，近20年隨著城鎮面積的不斷擴張，地表水面積也相應地增加，進而促使本市植被不斷增長；對天氣要素的評估表明，克拉瑪依城區年內的最高及最低溫日數和大風日數都有顯著性減少，而年降水量及大霧日數有顯著性增加；開展了數值模式模擬降水實驗，驗證了低層水汽的增加可有效促進局地夏季降水，提升植被增加的驅動力。綜合而言，“引水工程”為克拉瑪依地區提高了城市內外各生態環境效應，增加了植被覆蓋度，進而對局地小氣候改善起著關鍵性作用，促進了近20年克拉瑪依城市生態環境向好發展。關鍵詞：引水工程；克拉瑪依；生態環境影響評估；遙感引言克拉瑪依市地理坐標為E84°44′—E86°1′，N44°7′—N46°8′，地處準噶爾盆地西北緣的沖洪積扇前傾斜平原地帶（見圖1)，氣候長期干旱，植被覆蓋率低。全球氣候變化對干旱區城市與綠洲的發展規模及持續性影響顯著，而“引水工程”是解決全球氣候變化對城市綠洲負反饋的重要生態工程措施。引水工程“克拉瑪依河”于2000年全線通水,給克拉瑪依帶來了新的活力，對生態環境改善提供必要的條件。從2000年開始，克拉瑪依市政府提出了爭創國家環保模范城市的目標，興修水庫,開展人工造林,積極開展城區綠化，在中心城區西北部戈壁地進行了土地沙化整治恢復濕地。隨著生態林地、綠地面積的擴大,對區域環境產生了一定的生態正效應。利用衛星和氣象資料對克拉瑪依市進行長序列動態監測和分析，并開展了數值模擬試驗進行驗證，得出了“引水工程”實施以來克拉瑪依生態環境變化的若干結論。一、近20年克拉瑪依市植被持續增長通過遙感數據分析，獲得克拉瑪依市近20年的年平均植被歸一化指數為0.204，以及每5年的平均指數為0.164、0.184、0.221和0.250，植被指數整體呈持續上升趨勢，且以每年0.0049的增長率增長；植被改善區面積占總面積的9.8%，植被退化區面積占全區面積的1%，剩余89.22%為無明顯變化的穩定區。在植被覆蓋面積明顯增加情景下，低蓋度植被面積最大，裸露土地減少，這主要是由于引水工程使得氣候要素改善，進而促使了整個地區氣候條件變好，這種氣候條件的改善僅表現為小幅度轉變，所以在整個地區的原本裸土的地區出現了適宜荒漠草本植物的生長，故增加了低覆蓋植被的面積。從圖1可以看出，1999年克拉瑪依綠洲主要分布在克拉瑪依的南部，烏爾禾區也有小面積的綠洲，白堿灘區只有零星分布，2019年綠洲面積顯著擴大，擴大方向主要在克拉瑪依區，這主要是由于在烏爾禾區綠洲內部本身植被長勢良好，克拉瑪依地區整個氣候的改善對烏爾禾綠洲相對影響較小或未影響；而白堿灘區本身土壤較為惡劣，所以該地區氣候條件改善，能夠對植物生長產生較大影響，故白堿灘區能夠生長植物的地區出現增加趨勢。由圖2可見植被覆蓋的大面積改善區主要位于城鎮工業區和農業耕作區，這也符合氣候條件的改善對城鎮工業區和農業耕作區內的植被有較大地促進。整個地區的植被與該地區水資源面積呈現較好的線性關系，也進一步表明了引水工程對該地區植被起到較好的正反饋作用。總體上，克拉瑪依地區內植被面積的增加也不斷對區域小氣候形成良性正反饋作用，而氣候的變好為植被提供良好的生長條件，故而形成了可持續地良性循環。1999年2009年2019年圖11999年、2009年、2019年克拉瑪依市歸一化植被指數（NDVI）專題圖圖2克拉瑪依市農業耕作區、隔壁濕地區、城鎮工業區植被變化近20年克拉瑪依水資源增長顯著2.1克拉瑪依地區水系、水利附屬設施分布水資源在人類社會發展過程中起著至關重要的作用，尤其是對干旱區內城市綠洲的經濟建設與城市發展尤為關鍵。克拉瑪依市隸屬于白楊河流域和奎屯河流域，其水資源的承載力為克拉瑪依城市的經濟建設、城市景觀和生態效益提供了必要條件，其水系及水系附屬設施分布圖中可以看出克拉瑪依自然水系分布相對較少、水網密度空間異質性較大且分布不均；水系主要集中在克拉瑪依市東西兩側，水系附屬設施明顯多于周邊區域，水系和水網配置空間上可能會影響到城市規模的發展。2.2克拉瑪依市地表水面積逐年增加在干旱區內城市綠洲的經濟建設與城市發展中，城市外圍的地表水是影響城市規模建設的又一關鍵要素。利用Landsat系列衛星數據，采用專家分析系統對每個像素進行逐一分類，可分為水和非水形成年數據集，并結合地表水二值分布圖對該區域地表水面積進行統計歸納分析。得到近20年克拉瑪依市地表水的面積呈增加趨勢，其增長率為0.0355；同方差分析可知，前十年水域面積距平為負值，后十年水域面積距平為正值，后期水域面積較前10年極其顯著的增加（P<0.01）（見圖3）。圖3近20年克拉瑪依市地表水面積變化距平圖“克拉瑪依河”于2000年8月全線通水,主要是解決克拉瑪依油田和居民生活用水兼顧沿線各類生態環境的用水問題。從衛星歷史影像進行對比分析，1998年阿依庫勒水庫出現大規模人工修建的明顯痕跡，1999年水庫面積為1.16平方公里，2009年8月水庫面積為3.8平方公里，2019年8月水庫面積為3.6平方公里。三、近20年克拉瑪依市城區外延迅速擴張克拉瑪依城區邊界和城區面積是城鎮化的重要表征和擴展的基礎。項目采用高分辨率影像為主要數據源，結合利用高分辨率影像上的城市景觀特征解譯，并得到克拉瑪依城市2000年、2019年城區邊界。2000年城區占地面積41.51平方公里，2019年為112.85平方公里。20年間城區擴展迅速，2019年與2000年相比，城區面積擴大約1.7倍，每年平均新增城市用地約3.5平方公里。在整個擴張的過程中，水資源承載力需求也在不斷增加。城區擴張以外延型為主，城區主要集中分布在克拉瑪依區西部和獨山子區的北部，擴張速度明顯優于克拉瑪依市北部；白堿灘區面積擴張主要在南方，靠近克拉瑪依區處增加城鎮建設明顯，克拉瑪依區面積擴張以東南方和南方為主，北方和西方面積變化較小；獨山子區面積主要向北方擴張，東面也有擴張，其他方向擴張不大。城區面積增速快于人口增速，在整個快速增加中，水資源承載力的增加起到了關鍵的保障作用，城區擴張受地形、地貌和水資源等影響，并伴隨著城市周邊的耕地面積增加、植樹造林面積增加，最終使得整個城市生態環境有了極大的改善。四、引水工程驅動改善了局地小氣候4.1應用數值模式對克拉瑪依的濕度與降水敏感性分析利用WRF中尺度數值預報模式，模擬克拉瑪依一次典型降水天氣過程，通過增減克拉瑪依近地層水汽含量，模擬表面相關性區域的近地面濕度變化和降水兩者之間的關系。結果表明克拉瑪依市城市綠化面積增大、植被蒸發加大，以及增加城市的綠化噴灌等等這些增加近地層水汽措施，可以間接降低城市及周邊的溫度。4.2克拉瑪依區域濕度特征指數分析利用克拉瑪依近50年的氣象觀測數據，通過分析參考作物蒸散量，綜合判斷克拉瑪依氣候改變情況。克拉瑪依河自2000年通水以來，克拉瑪依市的全年潛在蒸發量顯著降低；這可能是克拉瑪依河改善了克拉瑪依市各種工業、農業等用水，改善了克拉瑪依市的水汽環境和植被覆蓋度，進而導致克拉瑪依市全年潛在蒸散量顯著降低。克拉瑪依河每年4月通水，10月停水，植被生長、農業活動也是從4月開始，10月結束。克拉瑪依全年的潛在蒸散量水平主要決定于每年的4-10月份，本文做了克拉瑪依市1957-2019年4-10月潛在蒸散量年際變化趨勢，克拉瑪依河的通水降低了克拉瑪依市的年潛在蒸散量，保留了土壤水分，這為植物生長發育提供了有利的水分條件，在一定程度上改善了克拉瑪依市的生態環境，尤其是自然植物生態環境得以改善。五、總結利用遙感資料對引水工程以來克拉瑪依市近20年城市生態環境變化進行了評估，并通過數值模擬對水汽增加效果進行了驗證，同時評估了氣象要素變化特征，結果表明：克拉瑪依市近20年植被、地表水面積增加、城鎮面積擴大；克拉瑪依城區高低溫日數和大風日數有所減少，年降水量和大霧日數有所增加；數值模擬實驗也驗證了增加低層水汽可有效促進降水，改善局地氣候。克拉瑪依河為克拉瑪依帶來了生機，使得克拉瑪依的生態環境、人居氣候環境等宜居指數都明顯改善，促進我市不斷向人類宜居的方向持續發展。參考文獻[1]李俊峰.近20年漫灣庫區生態變化及其影響研究[D].云南大學,2012.[2]劉文