1、塔里木河概況

　　塔里木河（以下簡(jiǎn)稱塔河）是我國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河，從它的源頭葉爾羌河算起，全長(zhǎng)2300km.主要支流阿克蘇河、葉爾羌河、和田河匯合于肖夾克，肖夾克以下到臺(tái)特瑪湖為塔河干流，總長(zhǎng)1321km[1].從阿拉爾至英巴扎為上游，長(zhǎng)度447km；英巴扎至卡拉為中游，長(zhǎng)度398km；卡拉至臺(tái)特瑪湖為下游，長(zhǎng)度428km.塔河在卡拉以上的上中游河段，大體上沿著塔克拉瑪干大沙漠的北部，由西向東；在卡拉以下的下游河段，則是沿著塔克拉瑪干大沙漠的東邊，由北向南，成為塔克拉瑪干與其東的庫(kù)木塔格大沙漠的分界線。

　　塔河干流兩岸并不產(chǎn)水，其水源完全來(lái)自發(fā)源于四周山區(qū)的各支流。據(jù)1981-1993年的水文資料，塔河在阿拉爾站的年均水量是42.99億m³，其中阿克蘇河提供33.58億m³，葉爾羌河0.23億m³，和田河9.18億m³.另外從孔雀河引入2.12億m³，因此塔河干流的總水量為45.11億m³[2].

　　2、塔河下游應(yīng)急輸水

　　塔河兩岸過去沒有農(nóng)田，盛長(zhǎng)胡楊、枝柳和草甸，形成喬灌草的綠色植被帶，是塔里木盆地四周人工綠洲的生態(tài)屏障，下游的南北向河道兩岸更是分隔塔克拉瑪干和庫(kù)木塔格兩大沙漠的綠色走廊。沿岸分布著8個(gè)縣市十多個(gè)團(tuán)場(chǎng)，養(yǎng)育了新疆總?cè)丝诘?4％。隨著人類活動(dòng)的加劇及水資源的過度利用，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，雖然各支流的天然來(lái)水沒有減少，但由于源流區(qū)和干流上中游的用水不斷增加，塔河在卡拉下泄的水量，從12億m³（1957～1967）逐步減少到2.7億m³（1986～1995）。塔河最終從它的歸宿臺(tái)特瑪湖萎縮到了現(xiàn)在的大西海子水庫(kù)，塔河下游大西海子水庫(kù)以下河道于1972年斷流，臺(tái)特瑪湖于1974年干涸，下游320km河道由此消失。

　　伴隨著塔河的萎縮，河水的減少，斷流正改變著塔河流域特別是下游的生態(tài)環(huán)境。目前上游依靠攔截塔河的大閘，將塔河來(lái)水幾乎全部引入水庫(kù)，又從孔雀河修渠引水接濟(jì)，才得勉強(qiáng)維持，即使這樣，水源仍不能得到保證，而且受下游地區(qū)的沙化威脅，生態(tài)環(huán)境日益惡化，植被衰退、土地鹽堿化、沙塵肆虐、少雨干旱、沙進(jìn)人退。生態(tài)惡化的持續(xù)已經(jīng)引起了國(guó)家和新疆維吾爾自治區(qū)政府的高度重視，從1999年開始實(shí)施治理塔河的一系列重大項(xiàng)目，解決水資源的問題是搶救塔河下游不斷惡化生態(tài)的根本所在。

　　1998年以來(lái)，博斯騰湖源流開都河來(lái)水一直偏豐，使得博斯騰湖水位長(zhǎng)期居高不下，在湖水位不斷升高的同時(shí)，湖面面積也在不斷擴(kuò)大，最大時(shí)增至1700多km²，周圍及孔雀河沿岸部分地區(qū)不同程度的存在著防洪安全隱患，一部分沿湖地帶常被湖水淹沒。而為搶救塔河下游綠色走廊和生態(tài)系統(tǒng)正愁找不到水源，20世紀(jì)80年代以來(lái)為解決兵團(tuán)幾個(gè)團(tuán)場(chǎng)的農(nóng)業(yè)灌溉問題，建成了連通孔雀河和塔河干流的庫(kù)塔干渠，這使得向塔河下游應(yīng)急輸水在水源和工程設(shè)施方面都成為可能。從2000年5月中旬開始到2003年6月，新疆自治區(qū)連續(xù)5次將博斯騰湖水引入塔河下游河道內(nèi)（5次輸水的詳細(xì)資料見表1）。

　　表1　塔河5次應(yīng)急輸水一覽

　　3、生態(tài)變化遙感監(jiān)測(cè)分析

　　利用遙感等現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行流域下游生態(tài)動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)非常必要，通過衛(wèi)星遙感手段提供準(zhǔn)確的流域生態(tài)本底數(shù)據(jù)不僅事半功倍、快速有效，而且在一些無(wú)資料地區(qū)，對(duì)于大范圍的變化監(jiān)測(cè)又是不可替代的。為了解輸水效果及其對(duì)塔河下游的生態(tài)影響，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院遙感技術(shù)應(yīng)用中心針對(duì)連續(xù)3年的5次應(yīng)急輸水，通過地面實(shí)地調(diào)查并結(jié)合遙感信息資料的分析應(yīng)用，研究了塔河應(yīng)急輸水，恢復(fù)下游河道以后生態(tài)改善狀況的變化。

　　研究資料主要包括Landsat7-ETM全波段圖像和中巴資源衛(wèi)星圖像。選取1999年、2001年和2003年7月3個(gè)時(shí)相的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中1999年代表應(yīng)急輸水前的情況，2001年代表輸水過程中應(yīng)急輸水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，2003年代表輸水一段時(shí)間后（3年后）生態(tài)環(huán)境的情況。由于2003年5月，Landsat衛(wèi)星7號(hào)星發(fā)生故障，不能接收?qǐng)D像，所以2003年的圖像選用中巴資源衛(wèi)星代替。

　　合成后的三幅假彩色影像一方面反映出在應(yīng)急輸水工程實(shí)施后，塔河干流下游河道兩側(cè)植被有所改善。另一方面，從2003年的影像上可以明顯看出在部分原先干涸的河道中已經(jīng)有水，沿河兩側(cè)也出現(xiàn)了很多大小不一的湖泊，反映了河流生態(tài)的變化。除了通過宏觀上定性的觀察以外，通過遙感影像的解譯結(jié)果和植被指數(shù)等來(lái)定量探討應(yīng)急輸水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

　　3.1　影像解譯和分類　根據(jù)衛(wèi)星遙感TM影像，進(jìn)行土地利用分類解譯，分類包括：耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地和未利用土地。其中林地包括有林地、灌木林和疏林地，草地包括高覆蓋度草地、中覆蓋度草地和低覆蓋度草地，水域包括河渠、湖泊和水庫(kù)，未利用土地包括沙地、戈壁等。

　　考慮到輸水影響范圍有限，經(jīng)過充分分析，提取從大西海子到臺(tái)特瑪湖之間的塔河干流，然后作緩沖區(qū)分析，將其兩側(cè)各10km的范圍作為影像解譯的區(qū)間，解譯結(jié)果形成專題圖。從分類圖可以看出，2001年與1999年的遙感影像相比，林地和草地的面積整體上變化不大，但沿著河道兩側(cè)局部范圍內(nèi)的林地面積有所增大（即局部綠色部分增多），2003年與2001年的遙感影像相比，林地和草地的面積整體上變化也不大，沿著河道兩側(cè)局部范圍內(nèi)的林地面積增加更為明顯。

　　根據(jù)圖1進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到3個(gè)時(shí)相土地分類面積（表2），從中可以看出面積的變化，在塔河干流實(shí)施應(yīng)急工程輸水后生態(tài)環(huán)境有所改善，如輸水處下游河道兩側(cè)10km范圍內(nèi)灌木林面積1999年為25.0km²，2001年增加到34.9km²，2003年增加到44.5km²，疏林地面積1999年為128.2km²，2001年增加到130.7km²，2003年增加到181.7km².

表2　3個(gè)時(shí)相土地分類面積變化（單位：km²）
 

　　3.2　植被指數(shù)及植被覆蓋度分析　植被指數(shù)（Vegetation Index）指從多光譜遙感數(shù)據(jù)中提取的有關(guān)地球表面植被狀況的定量數(shù)值。通常是用紅波段（R）和近紅外（IR）波段通過數(shù)學(xué)運(yùn)算進(jìn)行線性或非線性組合得到的數(shù)值，用以表征地表植被的數(shù)量分配和質(zhì)量情況。常用的植被指數(shù)有很多種，如 RVI、GVI、DDVI、PVI、EVI及NDVI等。據(jù)前人的研究，經(jīng)綜合比較，選用NDVI（歸一化植被指數(shù)）。它能更好地適應(yīng)本地形區(qū)植被蓋度稀疏、蓋度差異懸殊的區(qū)域景觀特點(diǎn)，兼之其應(yīng)用最廣，所以運(yùn)算結(jié)果有較好的外延接軌前景，也容易從其他應(yīng)用效果中取得補(bǔ)充和印證，為長(zhǎng)期的脆弱生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)創(chuàng)造了方便條件。

　　求取NDVI前，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括圖像增強(qiáng)、幾何配準(zhǔn)、特征提取、統(tǒng)計(jì)分析等基礎(chǔ)性工作。需特別指出的是，由于兩種圖像的地面、光譜分辨率不同以及動(dòng)態(tài)分析的需要，兩個(gè)時(shí)相的圖像各數(shù)據(jù)層像素間需嚴(yán)格配準(zhǔn)，誤差必須小于一個(gè)像元，經(jīng)過計(jì)算后NDVI的值域在-1.0～1.0，將該值轉(zhuǎn)換成0～255[3].

　　以1999和2001年的NDVI圖像為例，圖像上NDVI值沿塔里河下游河道兩側(cè)距離近處值較高，反映了植被覆蓋較好，而離河道距離較遠(yuǎn)處，植被覆蓋較差，為沙地。

　　將植被指數(shù)應(yīng)用于資源環(huán)境的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，最好是賦予NDVI值以相應(yīng)的植被覆蓋度含義，由于植被指數(shù)既反映了特定景觀中群落面積同景觀總面積的比例關(guān)系，也反映了植物群落層片結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，即反映了植被的蓋度分布，同時(shí)也間接反映了植物的生物量高低。所以把植物指數(shù)轉(zhuǎn)化為植被蓋度等級(jí)，實(shí)際上是對(duì)植被指數(shù)進(jìn)行綜合和簡(jiǎn)化，對(duì)于植被生態(tài)景觀面積變化的定量評(píng)價(jià)更為直觀。

　　為達(dá)到既不丟失信息少的灰度級(jí)，又便于等級(jí)劃分的目的，先將植被指數(shù)直方圖按高斯分布統(tǒng)一做直方圖規(guī)定化圖像增強(qiáng)處理，使二者輻射亮度值分布盡可能一致，利用Erdas遙感圖像處理軟件所提供的假彩色編輯功能在屏幕上進(jìn)行彩色編碼，就完成了植被蓋度數(shù)字圖像的編制，供植被生態(tài)景觀格局質(zhì)量變化的評(píng)價(jià)[4].

　　表3的4個(gè)等級(jí)植被蓋度是根據(jù)國(guó)家《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，全國(guó)《草場(chǎng)資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，《全國(guó)沙漠類型劃分原則》的有關(guān)條款為指導(dǎo)，并結(jié)合干旱區(qū)綠洲植被特有的生態(tài)特征來(lái)劃分的。

表3　植被指數(shù)灰度級(jí)與蓋度級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
 

表4　塔河下游河道兩側(cè)10km范圍內(nèi)植被覆蓋分類面積（單位:km²）
 

　　從表4也可看出，植被覆蓋度劣的面積由1999年的2659.95km²降低到2003年的2282.26km²，植被覆蓋度差的面積由1999年的266.29km²增加到2003年的540.30km².植被覆蓋為中的面積由1999年的12.10km²增加到2003年的92.12km²，植被覆蓋優(yōu)的面積由1999年的2.40km²增加到2003年的25.03km².植被覆蓋劣的面積明顯下降，而植被覆蓋差、中、優(yōu)的面積明顯增大，說(shuō)明應(yīng)急輸水對(duì)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)起到了積極的作用，使植被覆蓋情況明顯改善。通過時(shí)相間生態(tài)狀況動(dòng)態(tài)變化專題圖也可反映出輸水河道兩側(cè)大部分區(qū)域植被明顯好轉(zhuǎn)，尤其在下游的下部，應(yīng)急輸水以前河道基本處于干涸狀態(tài)，大片胡楊林死亡，應(yīng)急輸水工程使沿河兩岸更大面積的地表植被得到了滋養(yǎng)，對(duì)恢復(fù)塔河下游百年前的生態(tài)植被將起到加速作用。

　　4、結(jié)論和建議

　�。�1）遙感作為一種多時(shí)相，快捷、及時(shí)的數(shù)據(jù)獲取方式在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要的作用，為我們提供了定性甚至定量的分析結(jié)果。從圖像解譯和分類的結(jié)果反映了輸水后植被和湖泊面積的擴(kuò)大以及河道長(zhǎng)度和寬度的變化。對(duì)植被指數(shù)和植被覆蓋度的分析表明，即使輸水后植被在面積上沒有大的變化，但是長(zhǎng)勢(shì)明顯好轉(zhuǎn)。

　�。�2）從遙感影像分析成果來(lái)看，連續(xù)3年的5次應(yīng)急輸水對(duì)塔河下游的生態(tài)恢復(fù)起到了關(guān)鍵的作用，既解除了博斯騰湖的“湖溢”危機(jī)，又使塔河下游斷流近30年的河道恢復(fù)流程。在距河道中心500～800m范圍，沿河兩側(cè)約800km2地下水得到補(bǔ)充，地下水位均有不同程度回升，說(shuō)明輸水效果明顯。塔河下游植被因輸水后地下水位的抬高而得到一定恢復(fù)，據(jù)有關(guān)部門觀測(cè)，這對(duì)于胡楊林等植物的生長(zhǎng)至少可以維持5年到更長(zhǎng)的時(shí)間。塔河輸水為人們采取措施來(lái)綜合治理塔河、全面恢復(fù)塔河下游的生態(tài)系統(tǒng)贏得了寶貴時(shí)間。

　�。�3）鑒于輸水帶來(lái)的良好的生態(tài)效果，建議在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，充分利用博斯騰湖豐水期的水量，節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水，將多余和節(jié)余的水源向塔河下游輸水，以進(jìn)一步恢復(fù)綠色走廊，為維護(hù)和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)輸水的“雙贏”。在輸水路線的選擇及輸水量的確定方面不應(yīng)只限于應(yīng)急，而是要力促環(huán)境趨向良性發(fā)展。同時(shí)應(yīng)該看到，因應(yīng)急輸水的水量有限，加之蒸發(fā)量大，前3次輸水補(bǔ)充的地下水位急劇下降，臺(tái)特瑪湖又再次干涸。只靠輸水來(lái)恢復(fù)塔河下游生態(tài)是不現(xiàn)實(shí)的，解決塔河生態(tài)用水的最根本途徑是科學(xué)治理塔河，采取有效嚴(yán)密的節(jié)水和定額用水措施，使塔河恢復(fù)全部流程，才是治本之策。

　　致謝：感謝中國(guó)水利水電科學(xué)研究院遙感中心李琳、張建立、徐美、付俊娥等人在遙感解譯、分類、處理和分析方面提供的大力幫助。

　　參考文獻(xiàn)：

　　［1］　高前兆，樊自立。塔里木河流域的環(huán)境治理與水土保持生態(tài)建設(shè)［J］。水土保持學(xué)報(bào)，2002，16（1）：11-15.

　�。�2］　新疆新聞在線［EB/OL］。http://www.xjbs.com.on/zhuanti/tlmh/th.htm

　�。�3］　李本綱，陶澍。一種利用多時(shí)相TM影像分析地表植被變化的新方法［J］。遙感學(xué)報(bào)，2001，4，（4）：295-298.

　�。�4］　丁建麗，等。基于�玁DVI��的綠洲植被生態(tài)景觀格局變化研究［J］。地理學(xué)與國(guó)土研究，2001，18（1）：23-26.

孫濤