===================================================================第19卷第4期2005年8月水土保持学报JournalofSoilandWaterConservation.19No.4Vol.,2005Aug
白洋淀地区近1年芦苇湿地面积变化与水位的关系6
,*2徐卫华1,欧阳志云1,IrisvanDuren,郑*
中国科学院生态环境研究中心系统生态重点实验室,北京1(1.00085;2.-InternationalInstituteforGeoinformationandEarth
河北省安新县水利局,河北安新0,P.,7500AA,E,t;3.71600)ObservationO.Box6nschedeheNetherlands
摘要:在野外实地调查的基础上,运用R987年、1991年、1996年,2000年和2003年5期S和GIS技术通过对1
揭示了白洋淀地区1并分析水位6年芦苇湿地面积的变化规律,LandsatTM/ETM遥感影像的解译和叠加分析,
就整个白洋淀而言,苇地变化经历了
耕地是苇地变化的两个主要方向,苇地与水域的转变主要发生在地势较低的北部与东部地区,苇地与耕地的转变
主要发生在西北与西南的地势较高地区。回归分析表明,在1前2年的平均地表水位与6年地表水位变化范围内,
2当年苇地面积呈显著多项式关系y=-0根据关系式,当地表水.97;.1573x+215.90x-57989,决定系数为0华1,王效科1,苗鸿1,曹全虎3
位低于6苇地面积随水位的升高而增加,当水位高于6苇地面积随水位的升高而降低。这一关系.9m时,.9m时,
协调芦苇与其他生产生活用水的关系,促进白洋淀芦苇湿地的可持续发展与水式对于利用水位来调控苇地面积,
资源的合理利用都具有重要意义。
关键词:R;G;白洋淀地区;苇地面积;水位SIS
中图分类号:931.7;332.3PP文献标识码:A文章编号:1009-2242(2005)04-0181-04
987ReedLandChangeandItsRelationshiptoWaterLevelinBaiyangLakeSince1
112--XUWeihua,OUYANGZhiyun,IrisvanDuren,
1113--iaoAOHoAOQuZHENGHua,WANGXke,MIng,Canhu
(1.S,R-,C,B00085;ystemsEcologyKeyLaboratoryesearchCenterforEcoenvironmentalSciencesASeijing1
2.-,P..B,7500AA,E,t;InternationalInstituteforGeoinformationandEarthObservationOox6nschedeheNetherlands
3.,An,He071600)AnxinCountyWaterConservancyBureauxinbei
:B,t987,1991,1996,AbstractasedonRSandGIStechnologieshelandsatTM/ETMsatelliteimagesin1
2000a003we,whnd2reinterpretedandanalyzedusingtheoverlapfunctionichshowedthetemporaland
16y.T:tspatialrulesofreedlandchangeinBaiyangLakeinthelastearsheresearchresultindicatedthathe
.LcovertypesthatreedconvertedowerplacesinnorthandeastpartsofBaiyangLakeweretheonesoccurred
,atheconversionbetweenreedlandandwaterareandhigherplacesinnorthwestandsouthwestoccurredthe
.Tconversionbetweenreedlandandcroplandherelationshipbetweenareaofreedlandandsurfacewater
.Tlevelwasalsostudiedheresultrevealedthattherewasasignificantquadraticrelationshipbetweenthe
2y.Ty=-0.averagesurfacewaterlevelinthepreviousearsandtheareaofreedherelationshipequationis
221573x+215.90x-57989(R=0.97).ThisrelationshipwillbeofgreatsignificanceforcontrollingtheareaofreedlandbasedonsurfacewaterlevelandimprovingtheefficiencyofusingwaterresourceinBaiyang
.Lake
:R;G;B;r;waKeywordsSISaiyangLakeareaeedlandareaterlevel
1]芦苇湿地(简称苇地)作为一种重要的湿地类型,广泛分布于欧洲、非洲、大洋洲、亚洲与北美洲[我国各,
2]并在提供造纸、编席、建房等原材料以及提供鸟禽栖息地、去除工农业污染物等方面发挥着省也有广泛分布[,
3]3,4]举足轻重的作用[其生态服务功能和生态价值也备受关注[,。而这些生态服务功能的维持和保育与水文因
5]素尤其是水位的关系极为密切[因此,探讨苇地面积对水位变化的响应对于苇地的可持续管理和苇地水资源。
的合理高效利用具有重要意义。
白洋淀是华北平原最大的湖泊与湿地,不仅是我国重要淡水水产品生产基地之一,而且是大清河河系中重收稿日期:2005-01-11*通讯作者
基金项目:国家自然科学基金项目(国家基金委创新群体计划(30230090);40321101)
作者简介:徐卫华,男,生于1博士生。主要研究方向是地理信息系统和遥感在生态学中的应用。977年,*
182水土保持学报第19卷要的蓄水枢纽,承担着缓洪、治涝和蓄水灌溉的重要任务,同时对调节小气候,补充地下水,维护河北平原的生
6]但是自2由于遇到干旱周期,加之上游工农业用水不断增态平衡都起着不可忽视的作用[。0世纪70年代以来,
加,导致湿地面积不断萎缩、苇地面积相应波动、芦苇(Phragmitesaustralis)品质变差,芦苇产量也由60年代
[6]下降到1不仅影响到当地农民的收入,也影响到湿地生物多样性的保护及其生态服的8万t996年的1.5万t,
务功能的发挥。本研究以白洋淀这一典型湿地生态系统为研究对象,探讨该区苇地面积对白洋淀过去1干6年
变化过程的响应,旨在为白洋淀地区苇地资源与湿地资源的合理开发,水资源的有效管淀-高水位-低水位
理提供科学依据。
1研究区概况
本研究选取整个白洋淀为研究对象,该区位于河北省中部,处于38º44'～38º59'115º45'～116º16'N,E之
7]间,分属安新、容城、雄县、任丘、商阳五县管辖,其中安新辖区约占总面积的78.1%[。本区在大地构造上属于
新生代冀中拗陷,在地貌上位于永定河和滹沱河的两个冲积扇所挟峙的扇间洼地之中,地势较平坦,海拔5～10
自西向东微倾,坡降1微地貌结构十分复杂,有纵横/6000左右。白洋淀区因受河流泥沙的冲淤和人为影响,m,
2沟壕37大小淀泊1水域面积3地表水位1淀底高程5大沽)00余条,40多个,66k0.5m),.5～6.0m(。白洋m(
2淀流域面积3有8条河流汇流入淀,年均地表径流量4.22万k5.15亿m3。20世纪60年代以来在白洋淀上游m,
[8]建水库1总库容达3年降水量约5年内分50多座,6.36亿m3。白洋淀地处暖温带大陆性季风气候区,50mm,
配不均,年均气温7白洋淀的地表水位随年份和季节波动较7～9月占年降水量的80%,～12℃。近几十年来,
大,当地表水位低于6大沽)时称为半干淀,当水位低于5大沽)时称为干淀。6.5m(.5m(0年代以后因干旱少雨出现数次干淀,白洋淀1984～1987年彻底干淀,1988年下半年由于连降暴雨及入淀河流上游山洪的汇集,
6]重新蓄水。近年来,由于降水不多,上游来水很少,白洋淀淀区面积又逐渐萎缩[从1。可见,987年至今白洋淀
地表水位经历了
芦苇是白洋淀地区的关键种,素有
7]下旬种子完全成熟,霜降后即可收割[。
2.1数据来源与处理
为了反映不同年份地表水位变化对苇地的影响,同时考虑影像的可获得性以及影像本身的质量,本研究选取了研究区1987年、1991年、1996年,2000年和2003年5个时期夏季的LandsatTM/ETM遥感影像。根据
精校正系统采用二次多项式,像元重采2003年野外调查时所选取的20个控制点对所有影像进行几何精校正,
样采用双线形插值法,校正后每个像元的分辨率为3以2当地不同0m×30m。003年野外调查时的200个样点、年份的土地覆盖类型图以及1在遥感软件E对遥感影像进行解译990年航片为基础,.5的软件平台下,RDAS8
与分类。根据研究需要,从遥感影像上解译出7种土地覆盖类型:耕地、林地、苇地、水域、裸地、干草地和水生植被,并将分散在淀区各村庄的居民点在分类前从各影像上剔除。将解译的结果转换为C格式,得到整个overage
研究区5个不同时段的土地覆盖类型图,并利用Ar.1和ScView3PSS作其它的统计分析。
2.2苇地的动态变化分析
某一种土地覆盖类型的变化往往是双向的,既会有该类型转变为其它地类的转出变化,又会发生从其它地类转变为该类型的转入变化,该地类的净面积则是转出与转入面积之和。本研究苇地的时空特征变化也从转入、转出和净面积这3个方面进行分析。对相邻时段的土地类型图以及1987年和2003年的土地类型图进行叠加分析,提取与苇地变化相关的信息,这样得到研究区1987～1991年,1991～1996年,1996～2000年,2000～
并统计苇地与其它覆盖类型的面积转变情况,用苇地的2003年4个时间段苇地转入和转出变化的空间分布图,
净面积来反映苇地转出和转入两个相反过程的综合作用结果。
2.3苇地面积与地表水位的相关性分析
采用二项式回归分析,线性、对数、乘幂和指数等曲线拟合方法,对1987～2003年白洋淀地表水位和苇地面积进行回归分析和趋势预测分析,其中水位数据来自于白洋淀地区的月平均地表水位。考虑芦苇的生长可能受多年水位的影响,因而在水位与苇地面积的回归分析中采用如下水位:指遥感数据获①当年平均地表水位,取年1月份至遥感数据获取月份这期间的月平均地表水位的平均数;指遥感数据获取②近2年平均地表水位,
前一年1月份至遥感数据获取月份这期间的月平均地表水位的平均数;依此统计近3年和近4年的平均地表水2研究材料与方法
第4期徐卫华等:白洋淀地区近16
年芦苇湿地面积变化与水位的关系183位。此外,在1这几年的平均地表水位按干淀水位5984年至1987年白洋淀干淀,.5m处理。
3.1白洋淀芦苇湿地分布的基本特征
2从图1可以看出,芦苇集中分布于北部、中部和东部地区,其西2003年白洋淀地区苇地面积为15260hm。
北的苇地所剩不多,而西南部的芦苇消失殆尽。3结果与分析
图11987～2003年白洋淀地区苇地变化空间分布
3.2白洋淀地表水位与苇地动态变化
从整体上看,白洋淀地区水位在过去的1干淀-高水位-低水位
落
229]降幅达1这种减小主要是由于洪水淹没所致[积由11608h2.4%,。这一时期的苇地转出3245hm,m减至1
2面积达70比转入面积要大,水域占转出面积的7图2主要发生在地势较低的白洋淀东部、北部00h6.6%(),m,
和中部地区(图1)。
从1地表水位经过一个波动以后持续下降,到2苇地991年到2000年,000年时年平均水位降至6.6m左右。
2其中1面积净增加45996～2000年的增幅达28.8%。增加的苇地主要来自于水域,1991～1996年和55hm,
水域分别占新增苇地面积的5图2转入地仍为地势较低的白洋淀1996～2000年两个时段中,1.6%和76.5%()。
北部和东部地区(图1)。
2从2地表水位进一步下降至6苇地面积减少9减幅为6000年到2003年,91h.1%。在转出的苇m左右,m,
地中,耕地的比重接近7大大高于水域所占的比重(图2表明人类活动是造成这一时期苇地减少的主导因0%,),
子,这一转变发生在白洋淀的西北部与西南部(图1由于该区地势较高,如果长期缺水,很容易导致芦苇长势),
变差而被开垦为农田种植其他作物。
综上所述,从1苇地面积经历了
10]而型:水域。水域面积的大小受地表水位和淀区微地貌的影响,水域面积的增大意味着地表水位的增加[,(1)
2]水位的增加使生长于低地势的芦苇受到水淹,积水长时间超过3则会导致苇芽死亡[苇地面积相应减0c,m,
少。反之,地表水位降低则导致低地势芦苇迅速繁殖而引起苇地面积增加。这是由芦苇正常生长所要求的生境特征所决定的。(耕地。耕地的出现反映了水环境变化后人类活动对苇地的影响,当地表水位下降时,在地势2)
较高的西北与西南地区,地下水位也很低,必然造成土壤缺水。芦苇是湿生植物,由于长期缺水干旱,会导致茎
2]因而苇地被大面积的开垦,并被其他耐旱作物如玉米、棉花等所取代。可干节间变短,品种变差,产量下降[,
见,影响苇地面积变化的主导因子是地表水位,人类活动的影响也是不容忽视的。
184水土保持学报第19
卷
图21987～2003年不同阶段苇地变化量
3.3苇地面积与地表水位的关系分析
白洋淀地表水位与苇地面积的回归分析表明:近2年的平均地表水位与苇地面积呈多项式关系:y=-
2决定系数为0可用该多项式来描述地表水位与苇地面积之间的关系。由拟0.1573x+215.90x-57989,.97,
2合方程可知:在1水位为6苇地分布面积达到最大值1低于此6年地表水位变化的范围之内,.9m时,6000hm。
2水位,苇地面积随水位的降低而缩小,至干淀时(水位低于5苇地面积为1高于此水位,苇地面.5m)3170hm;
积随水位的升高而减小。这一结论对于白洋淀苇地资源与湿地资源的合理开发与管理有重要意义。(为利用1)地表水位调控苇地面积提供了科学依据。据本文关系式,通过把地表水位调控在中等高度而实现苇地的较大面积,特别是,当地表水位为6这与马大明提出的保证白洋淀芦苇生.9m左右时能保证苇地有最大的分布面积,
11]根据关系式,除最大面积外,其他一定面积的苇地对应于两种地表水位,因长适宜水位的范围是一致的[。(2)
而可以通过较高与较低两种水位的调控而得以实现,这一结论为白洋淀地区水资源的有效管理提供了科学依
12]据。由于白洋淀位于我国缺水最严重的海河流域,水资源严重匮乏[存在着淀区与上游地区之间、淀区内部,
6]这些矛盾在干旱季节与年份尤为的芦苇等水产资源的生产与其他农作物生产、居民生活用水等之间的矛盾[,
突出。这一关系式对于确定一定苇地面积所需的两种不同水位,并根据具体情况选取其一,进而确定满足这一
11]从而有助于协调苇地用水与其他用水之间的关系,促进水资源的高效利用。水位的容量提供了重要参考[,
2主要分布在淀区的北部、中部以及东部地区,西北与西南(1)2003年白洋淀地区苇地面积达15260hm,
地区所剩不多。4结论与讨论
白洋淀地表水位经历了
起-落
在1近2年的平均地表水位与当年苇地面积(3)苇地面积与地表水位密切相关,6年地表水位变化范围内,
2呈显著多项式关系(+215.90x-57989),它解释了苇地面积变化的97.4%。这个关系对于y=-0.1573x
白洋淀地区利用地表水位来调控苇地面积,协调芦苇与其他生产生活用水的关系,提高水资源的利用效率,都有重要的意义。
12]至2水位降低引起了白洋淀,003年底白洋淀接近干淀,(4)1996年以后白洋淀地区地表水位持续降低[
西南与西北两区苇地大面积转为耕地,这种大面积的开垦具有很大的危害性。因为这两个区域是白洋淀地区的
13]入水口,两区的大面积苇地对上游来水中的营养物质有强烈的截留作用[苇地的大面积开垦,必将大大削弱,
苇地这种截留作用。同时,新增加面积的耕地必然会导致农药化肥施用量的增加,一旦水位升高,必将加重淀区水质的富营养化。另外,苇地的开垦会引起土壤表层结构的疏松,一旦上游大量来水,必然引起两区的水土流失,淀区泥沙含量增加,导致淀泊淤积加重,进而影响整个淀区的调洪蓄水能力。在中部和东部地区,地表水位的持续降低导致湖面的大面积萎缩,进而被芦苇侵占,以前生长于浅水区域的其它水生植被为芦苇所取代,这样造成整个湖区野生植物的退化,而以此为食的鱼类与鸟类也因此受到影响。这样不但影响到整个淀区生物多样性的保护,也将影响整个淀区生态服务功能的有效发挥,因此,控制整个淀区的农业活动,提高淀区水位,对于发挥芦苇湿地的各项功能,促进整个白洋淀的可持续发展都具有重要意义。
致谢:本研究得到河北大学刘存歧博士的帮助,谨表谢意!下转第189页
第4期王晓辉等:水质模型的中间件实现技术及其在WebGIS上的应用1895结论
通过前面介绍可知,本文建立的水质预测系统在设计开发上有别于传统的面向应用、面向对象的应用系统。在基于中间件技术的开发应用中,获得了不少经验和体会。具体表现在以下几个方面:
两者之间通过控制层进行交互,3个部分可以各(1)MVC设计模式使界面设计同业务逻辑完全隔离开来,
自独立地进行开发,开发人员只需要知道其它部分所提供的接口即可。这就意味着不同的专业人员可以在自己
而不必花费大量的精力在不熟悉的事情上。所擅长的领域进行开发,
水质预测系统被分解为3部分,除了对开发带来相当的好处之外,还对系统的测试及维护带来了很大(2)
的便利,因为3个部分之间的接口通常都是确定的(所以即使修改也只需在很小的范围内进行。2,JEE标准)
把模型或算法用组件对象表示,在多模型预测系统开发时,通过对组件的自由调用避免了公共算法的(3)
重复开发,能有效地节约劳动,提高了开发效率。
组件技术和框架技术的应用使该水质预测系统具有较强的可扩展性。虽然目前实现的预测系统只实现了零维水质模型,但建立了一个基于中间件技术的水质预测框架,随着水质模型研究的深入及技术的提高,模型组件库将不断地丰富和完善,并在此基础上为系统逐步添加新的应用,以延长系统的生命周期,使系统对知识的发展和更新具有较强的适应能力。此外,该系统使用We将水质预测系统和WebGIS技术,bGIS紧密结合起来,增强了水质预测结果的分析能力,提高了水质模型的应用效率。
参考文献:
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上接第184页
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耕地是苇地变化的两个主要方向,苇地与水域的转变主要发生在地势较低的北部与东部地区,苇地与耕地的转变
主要发生在西北与西南的地势较高地区。回归分析表明,在1前2年的平均地表水位与6年地表水位变化范围内,
2当年苇地面积呈显著多项式关系y=-0根据关系式,当地表水.97;.1573x+215.90x-57989,决定系数为0华1,王效科1,苗鸿1,曹全虎3
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资源的合理利用都具有重要意义。
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112--XUWeihua,OUYANGZhiyun,IrisvanDuren,
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2000a003we,whnd2reinterpretedandanalyzedusingtheoverlapfunctionichshowedthetemporaland
16y.T:tspatialrulesofreedlandchangeinBaiyangLakeinthelastearsheresearchresultindicatedthathe
.LcovertypesthatreedconvertedowerplacesinnorthandeastpartsofBaiyangLakeweretheonesoccurred
,atheconversionbetweenreedlandandwaterareandhigherplacesinnorthwestandsouthwestoccurredthe
.Tconversionbetweenreedlandandcroplandherelationshipbetweenareaofreedlandandsurfacewater
.Tlevelwasalsostudiedheresultrevealedthattherewasasignificantquadraticrelationshipbetweenthe
2y.Ty=-0.averagesurfacewaterlevelinthepreviousearsandtheareaofreedherelationshipequationis
221573x+215.90x-57989(R=0.97).ThisrelationshipwillbeofgreatsignificanceforcontrollingtheareaofreedlandbasedonsurfacewaterlevelandimprovingtheefficiencyofusingwaterresourceinBaiyang
.Lake
:R;G;B;r;waKeywordsSISaiyangLakeareaeedlandareaterlevel
1]芦苇湿地(简称苇地)作为一种重要的湿地类型,广泛分布于欧洲、非洲、大洋洲、亚洲与北美洲[我国各,
2]并在提供造纸、编席、建房等原材料以及提供鸟禽栖息地、去除工农业污染物等方面发挥着省也有广泛分布[,
3]3,4]举足轻重的作用[其生态服务功能和生态价值也备受关注[,。而这些生态服务功能的维持和保育与水文因
5]素尤其是水位的关系极为密切[因此,探讨苇地面积对水位变化的响应对于苇地的可持续管理和苇地水资源。
的合理高效利用具有重要意义。
白洋淀是华北平原最大的湖泊与湿地,不仅是我国重要淡水水产品生产基地之一,而且是大清河河系中重收稿日期:2005-01-11*通讯作者
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作者简介:徐卫华,男,生于1博士生。主要研究方向是地理信息系统和遥感在生态学中的应用。977年,*
182水土保持学报第19卷要的蓄水枢纽,承担着缓洪、治涝和蓄水灌溉的重要任务,同时对调节小气候,补充地下水,维护河北平原的生
6]但是自2由于遇到干旱周期,加之上游工农业用水不断增态平衡都起着不可忽视的作用[。0世纪70年代以来,
加,导致湿地面积不断萎缩、苇地面积相应波动、芦苇(Phragmitesaustralis)品质变差,芦苇产量也由60年代
[6]下降到1不仅影响到当地农民的收入,也影响到湿地生物多样性的保护及其生态服的8万t996年的1.5万t,
务功能的发挥。本研究以白洋淀这一典型湿地生态系统为研究对象,探讨该区苇地面积对白洋淀过去1干6年
变化过程的响应,旨在为白洋淀地区苇地资源与湿地资源的合理开发,水资源的有效管淀-高水位-低水位
理提供科学依据。
1研究区概况
本研究选取整个白洋淀为研究对象,该区位于河北省中部,处于38º44'～38º59'115º45'～116º16'N,E之
7]间,分属安新、容城、雄县、任丘、商阳五县管辖,其中安新辖区约占总面积的78.1%[。本区在大地构造上属于
新生代冀中拗陷,在地貌上位于永定河和滹沱河的两个冲积扇所挟峙的扇间洼地之中,地势较平坦,海拔5～10
自西向东微倾,坡降1微地貌结构十分复杂,有纵横/6000左右。白洋淀区因受河流泥沙的冲淤和人为影响,m,
2沟壕37大小淀泊1水域面积3地表水位1淀底高程5大沽)00余条,40多个,66k0.5m),.5～6.0m(。白洋m(
2淀流域面积3有8条河流汇流入淀,年均地表径流量4.22万k5.15亿m3。20世纪60年代以来在白洋淀上游m,
[8]建水库1总库容达3年降水量约5年内分50多座,6.36亿m3。白洋淀地处暖温带大陆性季风气候区,50mm,
配不均,年均气温7白洋淀的地表水位随年份和季节波动较7～9月占年降水量的80%,～12℃。近几十年来,
大,当地表水位低于6大沽)时称为半干淀,当水位低于5大沽)时称为干淀。6.5m(.5m(0年代以后因干旱少雨出现数次干淀,白洋淀1984～1987年彻底干淀,1988年下半年由于连降暴雨及入淀河流上游山洪的汇集,
6]重新蓄水。近年来,由于降水不多,上游来水很少,白洋淀淀区面积又逐渐萎缩[从1。可见,987年至今白洋淀
地表水位经历了
芦苇是白洋淀地区的关键种,素有
7]下旬种子完全成熟,霜降后即可收割[。
2.1数据来源与处理
为了反映不同年份地表水位变化对苇地的影响,同时考虑影像的可获得性以及影像本身的质量,本研究选取了研究区1987年、1991年、1996年,2000年和2003年5个时期夏季的LandsatTM/ETM遥感影像。根据
精校正系统采用二次多项式,像元重采2003年野外调查时所选取的20个控制点对所有影像进行几何精校正,
样采用双线形插值法,校正后每个像元的分辨率为3以2当地不同0m×30m。003年野外调查时的200个样点、年份的土地覆盖类型图以及1在遥感软件E对遥感影像进行解译990年航片为基础,.5的软件平台下,RDAS8
与分类。根据研究需要,从遥感影像上解译出7种土地覆盖类型:耕地、林地、苇地、水域、裸地、干草地和水生植被,并将分散在淀区各村庄的居民点在分类前从各影像上剔除。将解译的结果转换为C格式,得到整个overage
研究区5个不同时段的土地覆盖类型图,并利用Ar.1和ScView3PSS作其它的统计分析。
2.2苇地的动态变化分析
某一种土地覆盖类型的变化往往是双向的,既会有该类型转变为其它地类的转出变化,又会发生从其它地类转变为该类型的转入变化,该地类的净面积则是转出与转入面积之和。本研究苇地的时空特征变化也从转入、转出和净面积这3个方面进行分析。对相邻时段的土地类型图以及1987年和2003年的土地类型图进行叠加分析,提取与苇地变化相关的信息,这样得到研究区1987～1991年,1991～1996年,1996～2000年,2000～
并统计苇地与其它覆盖类型的面积转变情况,用苇地的2003年4个时间段苇地转入和转出变化的空间分布图,
净面积来反映苇地转出和转入两个相反过程的综合作用结果。
2.3苇地面积与地表水位的相关性分析
采用二项式回归分析,线性、对数、乘幂和指数等曲线拟合方法,对1987～2003年白洋淀地表水位和苇地面积进行回归分析和趋势预测分析,其中水位数据来自于白洋淀地区的月平均地表水位。考虑芦苇的生长可能受多年水位的影响,因而在水位与苇地面积的回归分析中采用如下水位:指遥感数据获①当年平均地表水位,取年1月份至遥感数据获取月份这期间的月平均地表水位的平均数;指遥感数据获取②近2年平均地表水位,
前一年1月份至遥感数据获取月份这期间的月平均地表水位的平均数;依此统计近3年和近4年的平均地表水2研究材料与方法
第4期徐卫华等:白洋淀地区近16
年芦苇湿地面积变化与水位的关系183位。此外,在1这几年的平均地表水位按干淀水位5984年至1987年白洋淀干淀,.5m处理。
3.1白洋淀芦苇湿地分布的基本特征
2从图1可以看出,芦苇集中分布于北部、中部和东部地区,其西2003年白洋淀地区苇地面积为15260hm。
北的苇地所剩不多,而西南部的芦苇消失殆尽。3结果与分析
图11987～2003年白洋淀地区苇地变化空间分布
3.2白洋淀地表水位与苇地动态变化
从整体上看,白洋淀地区水位在过去的1干淀-高水位-低水位
落
229]降幅达1这种减小主要是由于洪水淹没所致[积由11608h2.4%,。这一时期的苇地转出3245hm,m减至1
2面积达70比转入面积要大,水域占转出面积的7图2主要发生在地势较低的白洋淀东部、北部00h6.6%(),m,
和中部地区(图1)。
从1地表水位经过一个波动以后持续下降,到2苇地991年到2000年,000年时年平均水位降至6.6m左右。
2其中1面积净增加45996～2000年的增幅达28.8%。增加的苇地主要来自于水域,1991～1996年和55hm,
水域分别占新增苇地面积的5图2转入地仍为地势较低的白洋淀1996～2000年两个时段中,1.6%和76.5%()。
北部和东部地区(图1)。
2从2地表水位进一步下降至6苇地面积减少9减幅为6000年到2003年,91h.1%。在转出的苇m左右,m,
地中,耕地的比重接近7大大高于水域所占的比重(图2表明人类活动是造成这一时期苇地减少的主导因0%,),
子,这一转变发生在白洋淀的西北部与西南部(图1由于该区地势较高,如果长期缺水,很容易导致芦苇长势),
变差而被开垦为农田种植其他作物。
综上所述,从1苇地面积经历了
10]而型:水域。水域面积的大小受地表水位和淀区微地貌的影响,水域面积的增大意味着地表水位的增加[,(1)
2]水位的增加使生长于低地势的芦苇受到水淹,积水长时间超过3则会导致苇芽死亡[苇地面积相应减0c,m,
少。反之,地表水位降低则导致低地势芦苇迅速繁殖而引起苇地面积增加。这是由芦苇正常生长所要求的生境特征所决定的。(耕地。耕地的出现反映了水环境变化后人类活动对苇地的影响,当地表水位下降时,在地势2)
较高的西北与西南地区,地下水位也很低,必然造成土壤缺水。芦苇是湿生植物,由于长期缺水干旱,会导致茎
2]因而苇地被大面积的开垦,并被其他耐旱作物如玉米、棉花等所取代。可干节间变短,品种变差,产量下降[,
见,影响苇地面积变化的主导因子是地表水位,人类活动的影响也是不容忽视的。
184水土保持学报第19
卷
图21987～2003年不同阶段苇地变化量
3.3苇地面积与地表水位的关系分析
白洋淀地表水位与苇地面积的回归分析表明:近2年的平均地表水位与苇地面积呈多项式关系:y=-
2决定系数为0可用该多项式来描述地表水位与苇地面积之间的关系。由拟0.1573x+215.90x-57989,.97,
2合方程可知:在1水位为6苇地分布面积达到最大值1低于此6年地表水位变化的范围之内,.9m时,6000hm。
2水位,苇地面积随水位的降低而缩小,至干淀时(水位低于5苇地面积为1高于此水位,苇地面.5m)3170hm;
积随水位的升高而减小。这一结论对于白洋淀苇地资源与湿地资源的合理开发与管理有重要意义。(为利用1)地表水位调控苇地面积提供了科学依据。据本文关系式,通过把地表水位调控在中等高度而实现苇地的较大面积,特别是,当地表水位为6这与马大明提出的保证白洋淀芦苇生.9m左右时能保证苇地有最大的分布面积,
11]根据关系式,除最大面积外,其他一定面积的苇地对应于两种地表水位,因长适宜水位的范围是一致的[。(2)
而可以通过较高与较低两种水位的调控而得以实现,这一结论为白洋淀地区水资源的有效管理提供了科学依
12]据。由于白洋淀位于我国缺水最严重的海河流域,水资源严重匮乏[存在着淀区与上游地区之间、淀区内部,
6]这些矛盾在干旱季节与年份尤为的芦苇等水产资源的生产与其他农作物生产、居民生活用水等之间的矛盾[,
突出。这一关系式对于确定一定苇地面积所需的两种不同水位,并根据具体情况选取其一,进而确定满足这一
11]从而有助于协调苇地用水与其他用水之间的关系,促进水资源的高效利用。水位的容量提供了重要参考[,
2主要分布在淀区的北部、中部以及东部地区,西北与西南(1)2003年白洋淀地区苇地面积达15260hm,
地区所剩不多。4结论与讨论
白洋淀地表水位经历了
起-落
在1近2年的平均地表水位与当年苇地面积(3)苇地面积与地表水位密切相关,6年地表水位变化范围内,
2呈显著多项式关系(+215.90x-57989),它解释了苇地面积变化的97.4%。这个关系对于y=-0.1573x
白洋淀地区利用地表水位来调控苇地面积,协调芦苇与其他生产生活用水的关系,提高水资源的利用效率,都有重要的意义。
12]至2水位降低引起了白洋淀,003年底白洋淀接近干淀,(4)1996年以后白洋淀地区地表水位持续降低[
西南与西北两区苇地大面积转为耕地,这种大面积的开垦具有很大的危害性。因为这两个区域是白洋淀地区的
13]入水口,两区的大面积苇地对上游来水中的营养物质有强烈的截留作用[苇地的大面积开垦,必将大大削弱,
苇地这种截留作用。同时,新增加面积的耕地必然会导致农药化肥施用量的增加,一旦水位升高,必将加重淀区水质的富营养化。另外,苇地的开垦会引起土壤表层结构的疏松,一旦上游大量来水,必然引起两区的水土流失,淀区泥沙含量增加,导致淀泊淤积加重,进而影响整个淀区的调洪蓄水能力。在中部和东部地区,地表水位的持续降低导致湖面的大面积萎缩,进而被芦苇侵占,以前生长于浅水区域的其它水生植被为芦苇所取代,这样造成整个湖区野生植物的退化,而以此为食的鱼类与鸟类也因此受到影响。这样不但影响到整个淀区生物多样性的保护,也将影响整个淀区生态服务功能的有效发挥,因此,控制整个淀区的农业活动,提高淀区水位,对于发挥芦苇湿地的各项功能,促进整个白洋淀的可持续发展都具有重要意义。
致谢:本研究得到河北大学刘存歧博士的帮助,谨表谢意!下转第189页
第4期王晓辉等:水质模型的中间件实现技术及其在WebGIS上的应用1895结论
通过前面介绍可知,本文建立的水质预测系统在设计开发上有别于传统的面向应用、面向对象的应用系统。在基于中间件技术的开发应用中,获得了不少经验和体会。具体表现在以下几个方面:
两者之间通过控制层进行交互,3个部分可以各(1)MVC设计模式使界面设计同业务逻辑完全隔离开来,
自独立地进行开发,开发人员只需要知道其它部分所提供的接口即可。这就意味着不同的专业人员可以在自己
而不必花费大量的精力在不熟悉的事情上。所擅长的领域进行开发,
水质预测系统被分解为3部分,除了对开发带来相当的好处之外,还对系统的测试及维护带来了很大(2)
的便利,因为3个部分之间的接口通常都是确定的(所以即使修改也只需在很小的范围内进行。2,JEE标准)
把模型或算法用组件对象表示,在多模型预测系统开发时,通过对组件的自由调用避免了公共算法的(3)
重复开发,能有效地节约劳动,提高了开发效率。
组件技术和框架技术的应用使该水质预测系统具有较强的可扩展性。虽然目前实现的预测系统只实现了零维水质模型,但建立了一个基于中间件技术的水质预测框架,随着水质模型研究的深入及技术的提高,模型组件库将不断地丰富和完善,并在此基础上为系统逐步添加新的应用,以延长系统的生命周期,使系统对知识的发展和更新具有较强的适应能力。此外,该系统使用We将水质预测系统和WebGIS技术,bGIS紧密结合起来,增强了水质预测结果的分析能力,提高了水质模型的应用效率。
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