尚博譞, 肖春蕾, 趙丹, 朱振洲, 張高強

(1.中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局國土空間生態(tài)保護修復中心，北京 100083)

0 引言

湖泊是地上地下各生態(tài)要素相互作用的紐帶，作為重要的淡水資源庫、洪水調(diào)蓄庫和物種基因庫，人類生產(chǎn)、生活與之息息相關(guān)，在維系流域生態(tài)平衡、滿足生產(chǎn)生活用水、減輕洪澇災害和提供豐富水產(chǎn)品等方面發(fā)揮著不可替代的作用[1]。中國國土幅員遼闊，湖泊數(shù)量眾多、類型全面、分布廣泛，據(jù)《中國湖泊志》[2]記載，1998年我國境內(nèi)(不包括香港、澳門與臺灣地區(qū))共有面積大于1.0 km2的湖泊2 759個，總面積91 019.6 km2，廣泛分布于東部平原、青藏高原、云貴高原、蒙新高原、東北平原與山地五大湖區(qū)。中國湖泊的分布，大致以大興安嶺—陰山—賀蘭山—祁連山—昆侖山—唐古拉山—岡底斯山一線為界。此界東南為外流湖區(qū)，湖泊大多直接或間接與海洋相通，成為河流水系的組成部分，屬吞吐性湖泊，以淡水湖為主； 此界西北為內(nèi)流湖區(qū)，湖泊處于封閉或半封閉的內(nèi)陸盆地之中，與海洋隔絕，自成小流域，為盆地水系的尾閭，以咸水湖或鹽湖為主[3]。近幾十年來，隨著氣候環(huán)境變化和人類活動干擾加劇，湖泊不僅在數(shù)量、形態(tài)和分布上發(fā)生了巨大變化，在水量、水質(zhì)和水生生物種群與數(shù)量上的變化也十分明顯。但隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展及人口不斷增長，湖泊生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)受到較大的壓力，湖泊生態(tài)環(huán)境面臨的形勢仍不容樂觀[4]。因此掌握最新的湖泊分布情況對于生態(tài)保護修復有較強的指導作用。本文以我國前期湖泊調(diào)查資料為基礎(chǔ)，結(jié)合中國地質(zhì)調(diào)查局“生態(tài)地質(zhì)調(diào)查工程”下設“全國地球關(guān)鍵帶遙感地質(zhì)調(diào)查”項目已取得的階段性成果，分析我國湖泊近期現(xiàn)狀，并針對自然與人文因素雙重作用下我國湖泊面臨的重大問題提出相應的湖泊保護與可持續(xù)利用措施，為我國湖泊的生態(tài)保護修復提供一定的調(diào)查思路和科學指導。

1 數(shù)據(jù)與技術(shù)方法

1.1 區(qū)域劃分

湖泊(自然湖泊)是指陸地上的盆地或洼地積水形成的、有一定水域面積、換水較為緩慢的水體。

中國地域?qū)拸V，大地貌階梯狀特征明顯，氣候各異，自然環(huán)境區(qū)域分異鮮明，湖泊的形成、演化和資源賦存等諸方面都呈現(xiàn)出與自然環(huán)境相對應的區(qū)域特色。本文研究過程中，為準確識別不同區(qū)域的湖泊分布特征，采取按省(直轄市、自治區(qū))行政區(qū)(本研究不包括香港、澳門與臺灣地區(qū))、五大湖區(qū)以及十大流域的劃分方式進行各分區(qū)的湖泊統(tǒng)計分析。其中，五大湖區(qū)按照地理、氣候等特征劃分，包括青藏高原湖區(qū)、蒙新湖區(qū)(也稱西北干旱區(qū)湖區(qū))、云貴高原湖區(qū)、東北平原與山地湖區(qū)和東部平原湖區(qū)[2, 5]； 十大流域按照一級水系流域劃分，包括西北諸河流域、長江流域、松花江流域、淮河流域、西南諸河流域、黃河流域、珠江流域、遼河流域、海河流域和東南諸河流域。其中，西北諸河流域基本屬于內(nèi)流區(qū)，在干旱半干旱氣候條件下，湖泊以封閉的咸水湖或鹽湖為主； 其余流域地處亞洲季風氣候區(qū)，屬外流區(qū)，以淡水湖為主。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文主要數(shù)據(jù)以空間分辨率30 m的Landsat8 OLI衛(wèi)星影像為主，該數(shù)據(jù)可在美國地質(zhì)調(diào)查局地球資源觀測與科學中心(https: //earthexplorer.usgs.gov/)獲取，同時以其他高分辨率衛(wèi)星影像為輔進行影像解譯。本研究涉及影像獲取時間為2017—2018年，部分地區(qū)(如云貴高原)受云層影響較大，影像數(shù)據(jù)時相推至2016年或2019年。

1.3 遙感解譯

本文主要研究對象為湖泊水面，通過eCognition軟件利用多尺度分割及光譜差異分割方法提取水體，將提取結(jié)果劃分為河流、湖泊及人工水面3類，根據(jù)影像的紋理特征、光譜特征、形狀、密度、大小、空間分布及色調(diào)等信息建立以面向?qū)ο蠓诸惙椒ǖ慕庾g標志(表1)。本文主要選擇OLI 5(R)4(G)3(B)波段合成，綜合進行遙感解譯。

表1 湖泊水面遙感影像解譯標志

在完成解譯基礎(chǔ)上，對錯分或漏分對象進行修正。同時，針對受陰影影響而無法區(qū)分的水體，利用人機交互分類方法進行識別，最終形成2018年全國湖泊空間分布信息。

2 我國湖泊分布特征

2.1 湖泊總體分布特征

2.1.1 行政區(qū)湖泊數(shù)量與面積

目前，我國境內(nèi)(不包括香港、澳門和臺灣地區(qū))共有1.0 km2以上的自然湖泊2 780個，總面積78 727.9 km2，約占全國國土面積的0.9%(圖1，表2)。擁有湖泊數(shù)量最多的3個省份是西藏自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)和黑龍江省，分別占全國湖泊總數(shù)量的32.9%、12.3%和9.2%。擁有湖泊面積最大的3個省份是西藏自治區(qū)、青海省和新疆維吾爾自治區(qū)，分別占全國湖泊總面積的39.7%、17.0%和9.1%。全國面積前五的湖泊分別是青海湖、鄱陽湖、色林錯、洞庭湖和呼倫湖，其中青海湖、色林錯和呼倫湖為咸水湖，鄱陽湖和洞庭湖為淡水湖。

圖1 2018年中國湖泊分布(審圖號： GS(2016)1568號)

表2 2018年全國湖泊數(shù)量與面積統(tǒng)計

(續(xù)表)

2.1.2 五大湖區(qū)湖泊分布概況

按湖區(qū)劃分，擁有湖泊數(shù)量和面積最多的湖區(qū)是青藏高原湖區(qū)，占全國湖泊總數(shù)量和總面積的42.0%和56.7%； 其次是東部平原湖區(qū)，占全國湖泊總數(shù)量和總面積的20.54%和21.73%。五大湖區(qū)的湖泊分布極不均衡，東部平原湖區(qū)和青藏高原湖區(qū)合計占全國湖泊總數(shù)量和總面積的62.5%和78.4%，是我國湖泊分布最為集中的區(qū)域，形成了東西密集分布的兩大湖群。東北、蒙新、云貴等3個湖區(qū)合計僅占全國湖泊總數(shù)量和總面積的37.4%和21.5%； 尤其是云貴湖區(qū)，是全國諸湖泊分布區(qū)中湖泊數(shù)量最少且面積最小的一個湖泊分布區(qū)(圖2，表3)。

圖2 不同級別湖泊面積與數(shù)量

表3 我國各流域湖泊面積統(tǒng)計

2.1.3 主要流域湖泊分布概況

按流域劃分，西北諸河流域湖泊面積最大，合計47 298.3 km2，其中湖泊主要分布在青藏高原地區(qū)。湖泊數(shù)量最多的3個一級流域是西北諸河流域(1 252個)、長江流域(559個)和松花江流域(442個)，分別占全國湖泊總數(shù)量的45.0%、20.1%和15.9%，然后依次是西南諸河流域(193個)、黃河流域(138個)、淮河流域(79個)、遼河流域(63個)、海河流域(21個)、珠江流域(23個)和東南諸河流域(7個)(圖3)。

圖3 我國主要流域湖泊分布圖(審圖號： GS(2016)1568號)

2.2 主要流域湖泊分布特征

2.2.1 黃河流域湖泊分布特征

黃河流域包括青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東9個省份，流域面積79.6×104km2[6]。黃河作為西北和華北典型生態(tài)屏障過渡帶，具有重要的水源涵養(yǎng)、水體凈化、氣候調(diào)節(jié)和生物棲息等多重生態(tài)系統(tǒng)服務功能[7]?？傮w上看黃河流域自然湖泊分布以上游為主，中下游湖泊零星分布(圖4，表4)。青海省自然湖泊面積最大，達到1 528.0 km2，其中最大的2個湖為扎陵湖與鄂陵湖，面積分別為684.0 km2和556.1 km2，占到黃河流域自然湖泊的51.2%。其次是內(nèi)蒙古自治區(qū)，湖泊面積為515.7 km2，其余6省湖泊面積僅有380.5 km2，占黃河流域自然湖泊總面積的15.7%。

圖4 黃河流域湖泊與河流分布

表4 黃河流域湖泊面積與數(shù)量統(tǒng)計

2.2.2 長江流域湖泊分布特征

長江流域是我國人口和經(jīng)濟活動最為密集的地區(qū)之一，也是重要的糧食生產(chǎn)、漁業(yè)基地，流域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，工業(yè)發(fā)達，礦產(chǎn)開發(fā)強度較大，城市化水平較高，但也是洪澇、干旱等自然災害的多易發(fā)區(qū)[8]。同時長江也是我國第一大河，干流全長6 300 km，流域總面積達180×104km2，流經(jīng)11個省級行政區(qū)，水資源總量高達9 755億m3，約占全國河流徑流總量的36%[9]?？傮w上看長江流域自然湖泊主要分布在中下游地區(qū)(圖5)，其中江西省自然湖泊面積最大，達到3 765.9 km2，占長江流域總面積的25.8%，以鄱陽湖為主要湖泊； 自然湖泊面積第二大的是江蘇省，達到3 137.7 km2，占長江流域總面積的21.5%，以太湖為主要湖泊； 接下來依次為湖北省、安徽省、湖南省，面積分別為2 372.0 km2、1 918.8 km2、1 799.2 km2。上述5省的自然湖泊面積達長江流域自然湖泊總面積的89.1%(表5)。

圖5 長江流域湖泊與河流分布

表5 長江流域湖泊面積與數(shù)量統(tǒng)計

2.2.3 西北諸河流域湖泊分布特征

西北諸河流域包括西北諸外流河、內(nèi)流河和國際河流，涉及新疆、西藏、甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙古、河北7個省(自治區(qū))，國土面積約336.2×104km2[10]。西北諸河流域湖泊面積47 298.3 km2，數(shù)量1 252個，空間分布不均(圖6，表6)。

圖6 西北諸河流域湖泊與河流分布

表6 西北諸河流域湖泊面積與數(shù)量統(tǒng)計

其中，西三省、自治區(qū)(西藏、青海、新疆)自然湖泊面積占到整個西北諸河流域湖泊面積的97.6%，以1～10 km2湖泊居多(表6)，多分布于人跡罕至的區(qū)域，人類活動影響較少，疊加氣候暖濕化、冰川凍土消融等因素，使得西北諸河流域自然湖泊面積保持穩(wěn)定并有穩(wěn)步提升的趨勢。

3 典型湖泊生態(tài)問題分析

3.1 北方干旱半干旱地區(qū)農(nóng)牧交錯帶湖泊萎縮干涸

壩上高原是北方農(nóng)牧交錯帶比較典型的湖泊萎縮區(qū)，該區(qū)域90%以上的湖泊處于萎縮或干涸態(tài)勢。以壩上高原西部的察汗淖爾流域為例，該流域地表水資源匱乏，開采地下水是主要的供水途徑[11]。1980—2020年，察汗淖爾水面面積萎縮近70%。察汗淖爾水面年內(nèi)變化主要受降雨的影響，每年雨季，特別是連續(xù)的大雨之后，水面恢復，枯水期逐漸萎縮。年際變化受降雨和地下水位的影響，2000—2010年，察汗淖爾流域降水減少，持續(xù)的枯水年對水面的減小有直接影響； 加之上游地區(qū)建設水庫等蓄水工程，減少了地表徑流對湖淖的補給； 流域內(nèi)大力發(fā)展錯季蔬菜，消耗大量的地下水，使得地下水位下降，減少了地下水對湖淖的補給(圖7)。

3.2 黃河流域人工湖泊建設

人工湖是指人為挖掘出來的湖泊，包括景觀湖、平原水庫(主要指通過挖掘耕地等形成)。據(jù)本次專題調(diào)查和對遙感數(shù)據(jù)人機交互解譯結(jié)果顯示，2018年黃河流域共存在人工湖泊712處，總面積274.8 km2。與2010年相比，人工湖泊數(shù)量、面積分別增加415個、107.2 km2，處于較快增長態(tài)勢(圖8)。

(a) 1990年黃河流域人工湖泊分布 (b) 2000年黃河流域人工湖泊分布

黃河流域人工湖泊主要側(cè)重于景觀功能，集中分布于銀川平原、山東黃泛平原、渭河和汾河谷地、河套平原及周邊沙漠沙地等區(qū)域。50%以上的大型人工湖泊位于城市建設區(qū)，其中石嘴山市、銀川市人工湖泊面積占城市規(guī)劃建設區(qū)比例較大，均為5%左右。1990—2018年，銀川等城市人工湖泊擴建顯著(圖9)。從黃河水資源總量約束、地理分帶條件限制、人工湖泊功能適宜性等綜合考慮，黃河流域占用耕地修建人工湖泊問題突出，且多為引黃河水入湖，缺乏黃河水資源的總體規(guī)劃，存在一定的粗放性，生態(tài)效益未充分發(fā)揮，加劇了黃河流域全系統(tǒng)水資源供需矛盾。

圖9 1990—2018年銀川市人工湖泊擴建衛(wèi)星影像

3.3 長江源區(qū)湖泊擴張

遙感監(jiān)測結(jié)果顯示，2018年長江源區(qū)面積大于1 km2的湖泊共有87個，總面積為984.73 km2(圖10)。1990—2018年，長江源區(qū)內(nèi)大于1 km2湖泊數(shù)量僅增加1個，但面積由880.89 km2增加至984.73 km2，增幅達11.8%。其中1990—2000年為緩慢擴張期，面積由880.89 km2增加到882.76 km2； 2000—2010年為迅速擴張期，面積達到992.58 km2； 2010—2018年為相對穩(wěn)定期，面積基本保持不變(表7)。由監(jiān)測結(jié)果可以看出，湖面擴大的趨勢雖然所有放緩，但可能仍將持續(xù)，這源于氣溫升高導致的冰川加速融化和降水的不斷增加。就目前來講，它有利于青藏高原農(nóng)作物的生長和生態(tài)環(huán)境的恢復，同時使藏區(qū)的冬季變得更加舒適。除此之外，冰川融水補給的河流流量會有所增加，對下游的灌溉是重大利好。但另一方面，不斷上漲的湖面已淹沒部分肥沃的草場，更值得關(guān)注的則是地質(zhì)災害的發(fā)生。目前自然湖泊水量增大，湖面擴張速度明顯，一旦湖水越過湖盆，將會“杯滿自溢”，極易造成洪水、泥石流等重大災害。

(b) 錯達日瑪水面擴張遙感影像

表7 1990—2018年長江源區(qū)湖泊數(shù)量及面積變化

4 湖泊生態(tài)保護修復建議

(1)北方農(nóng)牧交錯帶湖泊生態(tài)保護修復措施建議。北方農(nóng)牧交錯帶自然條件脆弱，生態(tài)狀況本底較差，水資源短缺。隨著農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)生活用水和生態(tài)用水的矛盾日益突出，地下水超采嚴重，形成地下水漏斗區(qū)，襲奪了地下水對湖泊的補給。為恢復水位，需統(tǒng)籌考慮水資源利用，開展河湖生態(tài)本底調(diào)查監(jiān)測、河湖濕地連通、生態(tài)補水等措施，結(jié)合地下水壓采措施，如改變農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，提升灌溉利用率，建設節(jié)水高效的高標準農(nóng)田等，減少對地下水的開采，遏制并逐漸恢復地下水位，使地下水向河湖濕地補給能力增強，從而緩解湖泊萎縮。

(2)黃河流域人工湖生態(tài)保護修復措施建議。黃河流域人工湖的主要用途是城市景觀和水資源空間調(diào)控。城市景觀湖多是引河水入湖，總體上偏重于景觀效應，未把人工湖用水放在整個流域來分析。應加強流域整體生態(tài)保護的水域總體規(guī)劃，貫徹落實習近平總書記“量水而行”的要求，牢固樹立全流域系統(tǒng)性生態(tài)保護概念，遵從水循環(huán)和水平衡的自然規(guī)律，科學編制自然、人工水域建設和控制總體規(guī)劃，把湖泊的局部生態(tài)效益放在全流域生態(tài)保護的大局去評估，避免局部有好處、全局有損害的情形發(fā)生。

研究制定城市生態(tài)景觀水面配置標準和建設項目的科學評估指標體系和方法。綜合考慮生態(tài)保護修復、耕地保護、全流域水資源配置和調(diào)控、地下水涵養(yǎng)恢復等因素，分區(qū)分類分級加強管控，先置科學論證，合理確定自然和人工水域面積、儲水量和運管方式，避免無序發(fā)展、過度追求景觀水面擴張。

(3)長江源區(qū)湖泊擴張生態(tài)保護修復措施建議。長江源區(qū)湖泊擴張以自然因素為主，人類活動干擾觸發(fā)為輔，建議加強凍土變化過程監(jiān)測，同時加強主要河流的水生態(tài)、水環(huán)境監(jiān)測，綜合提高源區(qū)整體監(jiān)測水平。開展生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化之間的響應和反饋機制研究，定量辨別氣候變暖和人類活動以及人工干預生態(tài)管理措施對生態(tài)系統(tǒng)的影響，提升對生態(tài)系統(tǒng)演變機理、生態(tài)安全格局及氣候變化影響等關(guān)鍵領(lǐng)域的認知水平。以自然恢復和保育保護為主，減輕人類干擾，提高對氣候變暖的自適應能力，加快建設以國家公園為主體的自然保護地，同時對可能影響人類活動的區(qū)域適當進行人工干預。開展相關(guān)研究，預測生態(tài)狀況趨勢，探索凍土、水生態(tài)變化對青藏高原湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的影響，以提出適應氣候變化的生態(tài)保護修復方案。