摘要：本文的研究對(duì)象為察汗淖爾湖泊?；?990—2019年的Landsat的遙感影像提取察汗淖爾30年的湖泊面積并進(jìn)行M—K突變檢驗(yàn)得出突變年份為1998年。選取康保、尚義、張北、化德、商都五個(gè)地區(qū)的年氣溫與降雨數(shù)據(jù)；察汗淖爾流域30年的河流徑流量和地下水開(kāi)采量，對(duì)1998年前后分別進(jìn)行主成分分析。結(jié)果表明：（1）30年來(lái)，察汗淖爾流域的氣溫持續(xù)上升，降雨量總體呈下降趨勢(shì)，河流徑流量有所減少，地下水的開(kāi)采量不斷增加；（2）通過(guò)主成分分析，發(fā)現(xiàn)在1990到1998年以及1999到2019年，氣溫變化均是影響因素中最重要的變量。

關(guān)鍵詞：察汗淖爾；湖泊面積；MK突變檢驗(yàn)；主成分分析

我國(guó)湖泊眾多，類(lèi)型多種多樣且分布廣泛［1］。全國(guó)湖泊面積超過(guò)1km2的天然湖泊有2683個(gè)，這些湖泊對(duì)國(guó)家的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然系統(tǒng)發(fā)揮著非常重要的生態(tài)服務(wù)功能［23］。近年來(lái)由于氣候暖干化與人類(lèi)活動(dòng)的影響［4］，北方地區(qū)，尤其是內(nèi)蒙古高原湖泊呈不斷萎縮趨勢(shì)［5］，誘發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題［6］，如大量湖泊干涸，荒漠化問(wèn)題嚴(yán)重，沙塵天氣頻發(fā)，對(duì)北方生態(tài)屏障的建設(shè)帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患［7］。

而過(guò)去對(duì)內(nèi)蒙古高原湖泊的研究主要是分析大時(shí)間尺度上湖泊萎縮的成因。但是，湖泊在不同階段萎縮成因具有較大差異性，需分不同階段來(lái)進(jìn)行探究。因此本文基于1990—2019年的Landsat的遙感影像提取察汗淖爾這30年的湖泊面積，通過(guò)分段分析，綜合探究察汗淖爾流域湖泊萎縮成因。研究結(jié)果可為保護(hù)察汗淖爾流域生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

察汗淖爾湖泊位于河北省張家口市尚義縣大營(yíng)盤(pán)鄉(xiāng)與內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市商都縣交界處，約2/3的湖體在烏蘭察布市商都縣，1/3在張家口市尚義縣，屬內(nèi)蒙古高原南緣［8］。察汗淖爾為蒙古語(yǔ)，意為“白色的湖”，是半干旱區(qū)典型的內(nèi)陸湖［910］。察汗淖爾湖泊處于華北地區(qū)，擁有豐富的鹽生植物，其覆蓋范圍廣闊，因此，不僅能夠提供豐富的種質(zhì)資源，還能有效地緩解當(dāng)?shù)氐柠}堿地環(huán)境［11］。其流域總面積約6757km2，海拔在1270～1561m之間。由于流域的自然地形較為簡(jiǎn)陋，抵御外界的影響較少，所以其生態(tài)非常薄弱。

2數(shù)據(jù)來(lái)源

遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（https：//www.gscloud.cn/），基于LandsatTM/ETM+/OLI遙感影像，提取察汗淖爾1990—2019年共30期的湖泊面積，構(gòu)建湖泊面積演化序列。氣象數(shù)據(jù)選取的是康保、尚義、張北、化德、商都五個(gè)地區(qū)的氣象站點(diǎn)30年間的連續(xù)氣象資料，通過(guò)ArcGIS軟件的氣象數(shù)據(jù)插值獲得了察汗淖爾流域30年五個(gè)地區(qū)的年平均氣溫和年平均降雨量。河流徑流量數(shù)據(jù)選取的是察汗淖爾水系中的不凍河，位于商都縣境內(nèi)，通過(guò)不凍河監(jiān)測(cè)站獲得30年間的河流徑流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。地下水開(kāi)采量是通過(guò)向地方政府收集獲取。

3數(shù)據(jù)分析

3.1湖泊面積變化

從1990—2019年，察汗淖爾的湖泊面積一直處于萎縮狀態(tài)，如圖1所示。

3.2氣象數(shù)據(jù)變化

察汗淖爾流域在全球變暖的趨勢(shì)下，整體的氣溫呈微弱的升高趨勢(shì)，年平均氣溫為3.56℃，由1990年的3.425℃上升至2019年的3.86℃。

1990—2019年察汗淖爾流域整體年平均降雨量為348.88mm，整體的降雨量變化呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，波動(dòng)程度較大，但是下降趨勢(shì)并不明顯，且各地區(qū)年平均降雨量也有所差異。其中，康保和商都的年平均降雨量呈微弱的升高趨勢(shì)。尚義、張北、化德三個(gè)地區(qū)的年平均降雨量均處于波動(dòng)下降趨勢(shì)，且波動(dòng)幅度較大，但整體降雨量下降不明顯。

3.3河流徑流量變化

本文選取察汗淖爾水系中的不凍河觀察察汗淖爾流域河流徑流量的變化，得出1990—2019年察汗淖爾流域河流徑流量變化整體呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。其中1990—1993年下降的最明顯，由0.175億m3下降到0.00752億m3。

3.4地下水開(kāi)采量變化

1990—2019年察汗淖爾流域地下水開(kāi)采量為逐步上升趨勢(shì)。地下水開(kāi)采量1990年到2005年變化率基本保持不變，開(kāi)采量在逐年增加，由0.33106億m3上升至0.976876億m3。在2005年至2010年，地下水開(kāi)采量驟增，在2010年達(dá)到頂峰，年開(kāi)采量為1.620685億m3。在2010年后開(kāi)采量下降。

4湖泊萎縮成因分析

4.1M—K突變檢驗(yàn)

對(duì)察汗淖爾1990—2019年湖泊面積進(jìn)行M—K突變檢驗(yàn)，如圖2所示。其中1998年為突變年份，說(shuō)明在1998年時(shí)，察汗淖爾流域存在氣候突變，因此分1990—1998年和1999—2019年兩個(gè)時(shí)間段，對(duì)察汗淖爾流域的自然影響因素和人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)行研究。

4.2主成分分析

利用SPSS軟件對(duì)影響湖泊面積的各因素分1990—1998年和1999—2019年兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析。

4.2.11990—1998年

通過(guò)對(duì)各個(gè)影響因子的總方差解釋可知，前三個(gè)影響因子對(duì)湖泊面積的解釋度高達(dá)86.293%，因此，我們將這三個(gè)因子作為主要的參考。其中，第一個(gè)因子的信息量最大，占比為35.383%。

通過(guò)將荷載矩陣的方差進(jìn)行最大化，能更準(zhǔn)確地描述它們之間的關(guān)系。

由表1可知，第一主成分中各地區(qū)氣溫的荷載值均＞0.9，其中商都年平均氣溫荷載值最大，為0.985，所以影響湖泊面積變化的第一主成分為氣；第二主成分中，地下水開(kāi)采量（工業(yè)）的影響最大，荷載值為0.925；第三主成分中，尚義年平均降雨量的荷載值占最大，說(shuō)明尚義的降雨量變化對(duì)湖泊面積有一定的影響。

4.2.21999—2019年

通過(guò)對(duì)各個(gè)影響因子的總方差解釋可知，前四個(gè)影響因子對(duì)湖泊面積的影響程度高達(dá)85.644%，因此，將這四個(gè)因子作為主要的參考依據(jù)。其中，第一個(gè)因子所提供的信息最多，占比為32.719%。

通過(guò)將荷載矩陣的方差進(jìn)行最大化，能更準(zhǔn)確地描述它們之間的關(guān)系。

由表2可知，第一主成分中各地區(qū)氣溫荷載值均＞0.8，其中化德年平均氣溫荷載值最大，為0.974，所以影響湖泊面積變化的第一主成分為氣溫；第二主成分中各地區(qū)降雨量都有較大荷載，受商都年平均降雨量的影響最大，荷載值為0.926；第三主成分中，地下水開(kāi)采量（工業(yè)）的荷載值占最大，說(shuō)明隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)用水量的變化會(huì)對(duì)湖泊面積產(chǎn)生影響；第四主成分中，地下水開(kāi)采量（農(nóng)業(yè)）的荷載值占最大，說(shuō)明農(nóng)業(yè)用水對(duì)湖泊面積也有一定的影響。

5結(jié)論

（1）近30年來(lái)，察汗淖爾流域呈現(xiàn)逐漸暖干化趨勢(shì)。氣溫在1998年最高，為4.78℃；降雨量在2003年時(shí)最高，達(dá)到了504.16mm。

（2）1990—2019年湖泊面積最大值出現(xiàn)在1991年，為50.5km2，最小值出現(xiàn)在2006年，僅0.01km2，湖泊的面積在過(guò)去幾年中顯著減少，最終幾乎完全枯竭。

（3）通過(guò)主成分分析可知，在兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，氣溫均為影響湖泊面積變化的主要影響因素，但是在1998年之前，氣溫變化不顯著，降雨量基本穩(wěn)定，地下水開(kāi)采單一且開(kāi)采量不大，這些因素共同導(dǎo)致河流徑流量變化有所起伏。但在1998年后，隨著氣溫的不斷升高，同時(shí)降雨量減少，地下水開(kāi)采量的迅速增加，尤其是農(nóng)業(yè)灌溉用水和工業(yè)用水量的增加尤為迅速，使得察汗淖爾的湖泊面積迅速萎縮?？傊?，氣溫升高是導(dǎo)致察汗淖爾湖泊面積減少的主要原因，而地下水的過(guò)量開(kāi)采也是導(dǎo)致湖泊減少的重要因素。

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基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（DD20221773）；中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（SK202012）

作者簡(jiǎn)介：吳俊（1998—），男，漢族，安徽宣城人，在讀研究生，研究方向：主要從事水文生態(tài)地質(zhì)方面的研究。

*通訊作者：馬榮（1982—），男，漢族，陜西延安人，博士，研究員，研究方向：主要從事生態(tài)水文地質(zhì)方面的研究。