1、塔里木河概況

　　塔里木河（以下簡(jiǎn)稱(chēng)塔河）是我國最長(cháng)的內陸河，從它的源頭葉爾羌河算起，全長(cháng)2300km.主要支流阿克蘇河、葉爾羌河、和田河匯合于肖夾克，肖夾克以下到臺特瑪湖為塔河干流，總長(cháng)1321km[1].從阿拉爾至英巴扎為上游，長(cháng)度447km；英巴扎至卡拉為中游，長(cháng)度398km；卡拉至臺特瑪湖為下游，長(cháng)度428km.塔河在卡拉以上的上中游河段，大體上沿著(zhù)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(zhù)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木塔格大沙漠的分界線(xiàn)。

　　塔河干流兩岸并不產(chǎn)水，其水源完全來(lái)自發(fā)源于四周山區的各支流。據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、塔河下游應急輸水

　　塔河兩岸過(guò)去沒(méi)有農田，盛長(cháng)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木塔格兩大沙漠的綠色走廊。沿岸分布著(zhù)8個(gè)縣市十多個(gè)團場(chǎng)，養育了新疆總人口的44％。隨著(zhù)人類(lèi)活動(dòng)的加劇及水資源的過(guò)度利用，自20世紀50年代以來(lái)，雖然各支流的天然來(lái)水沒(méi)有減少，但由于源流區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特瑪湖萎縮到了現在的大西海子水庫，塔河下游大西海子水庫以下河道于1972年斷流，臺特瑪湖于1974年干涸，下游320km河道由此消失。

　　伴隨著(zhù)塔河的萎縮，河水的減少，斷流正改變著(zhù)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，又從孔雀河修渠引水接濟，才得勉強維持，即使這樣，水源仍不能得到保證，而且受下游地區的沙化威脅，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)惡化的持續已經(jīng)引起了國家和新疆維吾爾自治區政府的高度重視，從1999年開(kāi)始實(shí)施治理塔河的一系列重大項目，解決水資源的問(wèn)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(kāi)都河來(lái)水一直偏豐，使得博斯騰湖水位長(cháng)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大，最大時(shí)增至1700多km²，周?chē)�及孔雀河沿岸部分地區不同程度的存在著(zhù)防洪安全隱患，一部分沿湖地帶常被湖水淹沒(méi)。而為搶救塔河下游綠色走廊和生態(tài)系統正愁找不到水源，20世紀80年代以來(lái)為解決兵團幾個(gè)團場(chǎng)的農業(yè)灌溉問(wèn)題，建成了連通孔雀河和塔河干流的庫塔干渠，這使得向塔河下游應急輸水在水源和工程設施方面都成為可能。從2000年5月中旬開(kāi)始到2003年6月，新疆自治區連續5次將博斯騰湖水引入塔河下游河道內（5次輸水的詳細資料見(jiàn)表1）。

　　表1　塔河5次應急輸水一覽

　　3、生態(tài)變化遙感監測分析

　　利用遙感等現代信息技術(shù)進(jìn)行流域下游生態(tài)動(dòng)態(tài)變化監測非常必要，通過(guò)衛星遙感手段提供準確的流域生態(tài)本底數據不僅事半功倍、快速有效，而且在一些無(wú)資料地區，對于大范圍的變化監測又是不可替代的。為了解輸水效果及其對塔河下游的生態(tài)影響，中國水利水電科學(xué)研究院遙感技術(shù)應用中心針對連續3年的5次應急輸水，通過(guò)地面實(shí)地調查并結合遙感信息資料的分析應用，研究了塔河應急輸水，恢復下游河道以后生態(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星圖像。選取1999年、2001年和2003年7月3個(gè)時(shí)相的圖像數據進(jìn)行分析。其中1999年代表應急輸水前的情況，2001年代表輸水過(guò)程中應急輸水對生態(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衛星7號星發(fā)生故障，不能接收圖像，所以2003年的圖像選用中巴資源衛星代替。

　　合成后的三幅假彩色影像一方面反映出在應急輸水工程實(shí)施后，塔河干流下游河道兩側植被有所改善。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，沿河兩側也出現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(guò)宏觀(guān)上定性的觀(guān)察以外，通過(guò)遙感影像的解譯結果和植被指數等來(lái)定量探討應急輸水對生態(tài)環(huán)境的影響。

　　3.1　影像解譯和分類(lèi)　根據衛星遙感TM影像，進(jìn)行土地利用分類(lèi)解譯，分類(lèi)包括：耕地、林地、草地、水域、城鄉、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，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(guò)充分分析，提取從大西海子到臺特瑪湖之間的塔河干流，然后作緩沖區分析，將其兩側各10km的范圍作為影像解譯的區間，解譯結果形成專(zhuān)題圖。從分類(lèi)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(zhù)河道兩側局部范圍內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(zhù)河道兩側局部范圍內的林地面積增加更為明顯。

　　根據圖1進(jìn)行統計得到3個(gè)時(shí)相土地分類(lèi)面積（表2），從中可以看出面積的變化，在塔河干流實(shí)施應急工程輸水后生態(tài)環(huán)境有所改善，如輸水處下游河道兩側10km范圍內灌木林面積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(lèi)面積變化（單位：km²）

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

　　求取NDVI前，進(jìn)行圖像數據預處理，包括圖像增強、幾何配準、特征提取、統計分析等基礎性工作。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)相的圖像各數據層像素間需嚴格配準，誤差必須小于一個(gè)像元，經(jīng)過(guò)計算后NDVI的值域在-1.0～1.0，將該值轉換成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距離近處值較高，反映了植被覆蓋較好，而離河道距離較遠處，植被覆蓋較差，為沙地。

　　將植被指數應用于資源環(huán)境的監測和評價(jià)，最好是賦予NDVI值以相應的植被覆蓋度含義，由于植被指數既反映了特定景觀(guān)中群落面積同景觀(guān)總面積的比例關(guān)系，也反映了植物群落層片結構的特點(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。所以把植物指數轉化為植被蓋度等級，實(shí)際上是對植被指數進(jìn)行綜合和簡(jiǎn)化，對于植被生態(tài)景觀(guān)面積變化的定量評價(jià)更為直觀(guān)。

　　為達到既不丟失信息少的灰度級，又便于等級劃分的目的，先將植被指數直方圖按高斯分布統一做直方圖規定化圖像增強處理，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字圖像的編制，供植被生態(tài)景觀(guān)格局質(zhì)量變化的評價(jià)[4].

　　表3的4個(gè)等級植被蓋度是根據國家《土地利用現狀調查技術(shù)規程》，全國《草場(chǎng)資源調查技術(shù)規程》，《全國沙漠類(lèi)型劃分原則》的有關(guān)條款為指導，并結合干旱區綠洲植被特有的生態(tài)特征來(lái)劃分的。

表3　植被指數灰度級與蓋度級的對應關(guān)系

表4　塔河下游河道兩側10km范圍內植被覆蓋分類(lèi)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)明應急輸水對生態(tài)環(huán)境的恢復起到了積極的作用，使植被覆蓋情況明顯改善。通過(guò)時(shí)相間生態(tài)狀況動(dòng)態(tài)變化專(zhuān)題圖也可反映出輸水河道兩側大部分區域植被明顯好轉，尤其在下游的下部，應急輸水以前河道基本處于干涸狀態(tài)，大片胡楊林死亡，應急輸水工程使沿河兩岸更大面積的地表植被得到了滋養，對恢復塔河下游百年前的生態(tài)植被將起到加速作用。

　　4、結論和建議

　�。�1）遙感作為一種多時(shí)相，快捷、及時(shí)的數據獲取方式在動(dòng)態(tài)監測中發(fā)揮了重要的作用，為我們提供了定性甚至定量的分析結果。從圖像解譯和分類(lèi)的結果反映了輸水后植被和湖泊面積的擴大以及河道長(cháng)度和寬度的變化。對植被指數和植被覆蓋度的分析表明，即使輸水后植被在面積上沒(méi)有大的變化，但是長(cháng)勢明顯好轉。

　�。�2）從遙感影像分析成果來(lái)看，連續3年的5次應急輸水對塔河下游的生態(tài)恢復起到了關(guān)鍵的作用，既解除了博斯騰湖的“湖溢”危機，又使塔河下游斷流近30年的河道恢復流程。在距河道中心500～800m范圍，沿河兩側約800km2地下水得到補充，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，據有關(guān)部門(mén)觀(guān)測，這對于胡楊林等植物的生長(cháng)至少可以維持5年到更長(cháng)的時(shí)間。塔河輸水為人們采取措施來(lái)綜合治理塔河、全面恢復塔河下游的生態(tài)系統贏(yíng)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，充分利用博斯騰湖豐水期的水量，節約農業(yè)灌溉用水，將多余和節余的水源向塔河下游輸水，以進(jìn)一步恢復綠色走廊，為維護和恢復生態(tài)系統繼續發(fā)揮作用，實(shí)現輸水的“雙贏(yíng)”。在輸水路線(xiàn)的選擇及輸水量的確定方面不應只限于應急，而是要力促環(huán)境趨向良性發(fā)展。同時(shí)應該看到，因應急輸水的水量有限，加之蒸發(fā)量大，前3次輸水補充的地下水位急劇下降，臺特瑪湖又再次干涸。只靠輸水來(lái)恢復塔河下游生態(tài)是不現實(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，采取有效嚴密的節水和定額用水措施，使塔河恢復全部流程，才是治本之策。

　　致謝：感謝中國水利水電科學(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(lèi)、處理和分析方面提供的大力幫助。

　　參考文獻：

　�。�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［J］。水土保持學(xué)報，2002，16（1）：11-15.

　�。�2］　新疆新聞在線(xiàn)［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，2001，4，（4）：295-298.

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

孫濤