摘要：為研究廣東省河湖庫水域系統(tǒng)歷史變遷發(fā)展規(guī)律，對其1980—2021年時空變化、景觀格局、土地利用轉移特征進行分析，并結合相關性系數分析水域變化的驅動因素。結果表明：①1980—2021年河流面積持續(xù)縮減而水庫面積不斷增長，二者變化趨勢均于1995年發(fā)生突變；②水域景觀格局表現出破碎化、復雜化、離散化的趨勢；③近40 a 內水域周邊50 m 土地利用的變化主要為河流向水庫的轉化，同時1995—2021年有大面積的河湖庫水域轉為城鄉(xiāng)、工礦、居民用地；④年平均氣溫、常住人口密度以及經濟產值是水域面積及景觀格局變化的主要驅動因子。該研究成果明確了廣東省河湖庫水域的變化特征，可為針對性的水域保護政策制定提供一定的依據。

關鍵詞：河湖庫水域系統(tǒng)；時空變化；景觀格局；土地利用轉移；驅動力；廣東省

中圖分類號：TV62 文獻標識碼：A文章編號：1001-9235（2024）06-0046-09

Characteristics and Driving Forces of Spatiotemporal Changes of River-Lake-Reservoir Water System in Guangdong Province

LIAO Tianzhu1，2， HE Min3，4， GUO Haijing3，4*， ZHAO Ruijuan3，4， KANG Yu1， LI Zhi1

（1. Guangzhou Caomufan Ecological Research Co.， Ltd.， Guangzhou 510630， China;2. Guangdong Engineering Technology ResearchCenter of Wetland Restoration， Guangzhou 510630， China;3. Surveying and Mapping Institute Lands and Resource Department ofGuangdong Province， Guangzhou 510700， China;4. Key Laboratory of Natural Resources Monitoring in Tropical and Subtropical Areaof South China， Ministry of Natural Resources， Guangzhou 510700， China）

Abstract： In order to study the historical change and development law of the river-lake-reservoir water system in Guangdong Province， the characteristics of spatiotemporal changes， landscape patterns， and land use transfer from 1980 to 2021 were analyzed， and the driving factors of the water change were analyzed by correlation coefficient. The results show that：① From 1980 to 2021， the river area continued to shrink while the reservoir area continued to grow， and the trend of both changes changed abruptly in 1995.② The water landscape pattern tended to be fragmented， complicated， and discrete.③ In the past 40 years， the land use change of 50 m around the water area was mainly the transformation of rivers into reservoirs， and a large area of the river-lake-reservoir water system was transformed into urban and rural， industrial， mining， and residential lands from 1995 to 2021.④ Annual mean temperature， permanent population density， and economic output values were the main driving factors of water area and landscape pattern change. The research results clearly define the change characteristics of the river-lake-reservoir water system in Guangdong Province and canprovide a certain basis for the formulation of targeted water protection policies.

Keywords： river-lake-reservoir water system; spatiotemporal changes; landscape pattern; land use transfer; driving forces; GuangdongProvince

在過去的幾十年里，快速的城市化進程帶來了全球性的水資源短缺、水質低下、洪水泛濫等問題［1］。而氣候變化、土地利用集約化、生物入侵等問題的不斷涌現也為水域的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴峻的威脅。河湖庫水域作為重要的淡水資源，是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有重要的資源功能、生態(tài)功能和經濟功能［2-3］，在人類社會中發(fā)揮著至關重要的作用。河湖庫水域系統(tǒng)的動態(tài)轉移趨勢與驅動機制研究是濕地地理學和生態(tài)學的熱點話題之一，對于了解其變化形勢及解釋演變機理、推動水域資源保護和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［4-5］。

自20世紀80年代以來，受經濟發(fā)展、人口增長以及全球氣候變化的多重影響，河湖庫水域系統(tǒng)時空分布及景觀格局發(fā)生了顯著變化［6］。Sun 等［7］對中國629個主要湖泊在2000—2010年的時空格局動態(tài)分布研究結果顯示，中國湖泊的總面積在研究期間有所增加，主要是青藏高原湖泊面積擴大的結果，而中國最大的2個湖泊鄱陽湖和洞庭湖卻以-54.76和-25.08 km2/a 的萎縮率銳減。唱彤等［8］發(fā)現自2000年以來江漢平原水域面積與景觀格局變化顯著，分布趨于破碎，形狀復雜度和連通性降低，孔春芳等［9］和梁芳源等［10］則發(fā)現氣候、人口、經濟的變化導致武漢濕地景觀格局發(fā)生改變，其中養(yǎng)殖、退耕還濕、圍墾、演替和城市擴張等人為驅動因素起到了主導作用。除此之外，許多研究者還對水域系統(tǒng)的綜合生態(tài)效應與生態(tài)服務功能建設［11-12］以及多樣性保護［13］等方面展開了豐富的研究，為水域系統(tǒng)的合理開發(fā)利用和濕地科學的發(fā)展提供了良好的理論指導。

廣東省河流水系豐富，湖泊水庫數量眾多，水資源總量較多。但在城鎮(zhèn)化與經濟迅速發(fā)展的背景下，廣東省河湖庫水域空間萎縮現象也日益凸顯，導致水域系統(tǒng)的供給、調節(jié)、生態(tài)、景觀等功能退化，對保障水資源與濕地環(huán)境安全造成嚴峻挑戰(zhàn)，因而亟需開展水域系統(tǒng)時空格局分析，評估水域環(huán)境生態(tài)與功能狀態(tài)［14-15］。然而，當前的研究大多停留在小尺度范圍內特定水域的生態(tài)環(huán)境評估，對于廣東省全域以及長時間序列的河湖庫水域系統(tǒng)時空動態(tài)變化特征的研究仍處于空白狀態(tài)。因此，本文以廣東省河湖庫水域系統(tǒng)為研究對象，基于1980—2021年9期土地利用數據，首次對其開展面積變化趨勢、景觀格局變化以及土地轉移特征分析，并分析討論河湖庫水域變化驅動影響因子，為廣東省統(tǒng)籌水資源、水環(huán)境、水生態(tài)治理，謀劃美麗河湖保護與建設工作，探索新階段水利高質量發(fā)展提供一定的依據和支持。

1研究區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

廣東省位于中國大陸最南部，陸地范圍在109°45′～117°20′E，20°09′～25°31′N，陸地面積17.98萬km2。廣東省屬于東亞季風區(qū)，由北向南分別為中亞熱帶、南亞熱帶和熱帶氣候，雨熱同季。年平均氣溫21.9℃ ， 呈北低南高分布；年平均降水量為1790 mm，降水集中于4—9月，空間分布不均勻；年平均日照時數自北向南由不足1500 h 增加到2100 h 以上［16］。全省多年平均水資源總量1830億m3，河流眾多，以珠江流域及獨流入海的韓江流域和粵東沿海、粵西沿海諸河為主，庫塘主要分布于丘陵和山地，庫容大于1億 m3的大型水庫有40座，如新豐江水庫、鶴地水庫等，見圖1。

1.2數據來源與處理

土地利用數據源于中國科學院資源環(huán)境科學與數據中心（http：//www. resdc. cn）的中國多時期土地利用遙感監(jiān)測數據集（CNLUCC），以及武漢大學楊杰和黃昕教授團隊公布的1990—2021年全國土地覆蓋數據，空間分辨率30 m［17］?；? m 分辨率的 Landsat TM/ETM 遙感影像，經幾何校正、影像配準、影像融合等影像預處理，結合人機交互目視解譯，最終獲得1980、1985、1990、1995、2000、2005、2010、2015、2021年共9期土地利用數據。土地利用分類參照 CNLUCC使用的分類系統(tǒng)，并將水域重新劃分為河流、湖泊、水庫和其他水域，共形成9個土地資源類型。其中，河流指天然形成或人工開挖河流常水位岸線之間的水面，不包括被堤壩攔截后形成的水庫區(qū)段水面；湖泊指天然形成的積水區(qū)常水位岸線所圍成的水面；水庫指人工攔截匯集而成的總設計庫容大于等于10萬 m3的水庫正常蓄水位岸線所圍成的水面［18］。

1.3研究方法

1.3.1累積距平法

趨勢分析指在一定時間尺度上確定水文時間序列趨勢的具體形狀并評估趨勢的顯著性，本文選擇累計距平法對水域面積變化趨勢進行分析。累積距平法是一種由曲線直觀判斷變化趨勢的方法，對于時域為 n 的水文變量 x（t），其某一時刻 t 的累積距平值 cm 為：

cm =（x （t ）- x（-）），t =1，2，3，...，n（1）

該方法的核心是當數據大于平均值時，累積距平值增加，曲線呈上升趨勢，反之則呈下降趨勢。根據曲線的起伏變化，可以判斷時間序列的長期演變趨勢和趨勢突變的大致時間［19］。

1.3.2景觀格局指數

景觀指數是廣泛應用的、可反映景觀格局結構組成和空間配置等方面特征的簡單定量指標［20］。依據水域的破碎性、連通性、聚集性等特點，從景觀水平和斑塊類型水平兩方面的景觀特征出發(fā)，分析廣東省河湖庫水域景觀空間格局變化。景觀水平上選擇平均斑塊面積（Mean Patch Size，MPS）、斑塊數量（Number of Patches，NP）、斑塊密度（Patch Density，PD）、最大斑塊指數（Largest Patch Index， LPI）、邊界密度（Edge Density，ED）、景觀形態(tài)指數（Landscape Shape Index，LSI）、蔓延度指數（Contagion，CONTAG）、連通度（Patch Cohesion Index，COHESION）、聚集度（Aggregation Index，AI）9個常用景觀指數，類型水平上選取景觀水平采用的除 CONTAG指數外的8個指數［21］。

1.3.3土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣能反映一定時間段內某一動態(tài)系統(tǒng)向另一穩(wěn)定系統(tǒng)轉化的過程?；诤恿?、湖泊、水庫及其周邊50 m 土地利用數據，本文采用土地利用轉移矩陣對廣東省河湖庫水域的地類轉移特征進行分析［22］。

1.3.4相關性系數

參考相關研究，對水域面積與氣候因子（年平均氣溫、年降水量、年日照時數）和社會經濟因子（人口密度、地區(qū)生產總值、農林牧漁業(yè)總產值、工業(yè)總產值）進行皮爾遜相關系數分析，分析1980—2021年河湖庫變化驅動力［23］。7項影響因子數據整理自《廣東統(tǒng)計年鑒》，見表1。

2結果與分析

2.1廣東省河湖庫水域時空變化特征分析

圖2所示，河流面積在1980—2021年總變化量高達-240.37 km2，年變化率達-5.86 km2/a，線性趨勢擬合模型為 y=-6.983x+15412.566（R2=0.937，plt;0.01），呈現明顯的線性減少趨勢。其中，在1995年變化趨勢發(fā)生突變，此時累積距平達到峰值399.77 km2，由此開始逐年減少。湖泊面積在近40 a 內呈先下降后上升趨勢，但由于湖泊總面積較小，因此整體變化趨勢相對不明顯。水庫面積則呈現明顯的上升趨勢，線性趨勢擬合模型為 y=7.341x-13823.661（R2=0.939，plt;0.01），近40 a 共增長了259.77 km2，年變化率達6.34 km2/a，且同樣在1995年變化趨勢發(fā)生一次突變，此時累積距平由谷值-420.93 km2開始逐步上升。然而，所有水域的總面積卻整體保持在較穩(wěn)定的狀態(tài)，水域面積距平值在-21.69～8.02 km2，相較于面積總量而言不明顯，表明其波動性不強。

水利工程的建設改變了下墊面條件、河道特性等流域邊界條件，進而影響流域的產匯流等水文過程，同時人類對河流干預程度的增加也影響了河流水文節(jié)律，河流徑流量與徑流系數隨水利工程的增加而不斷減少［24］。廣東省在近40 a 內興建了大量水利工程［25］，包括水庫、大壩、調水工程和灌溉基礎設施等，其中1995—2000年建成了飛來峽水利樞紐水庫、白石窯水電廠水庫等大型水庫工程，這也導致1995年開始廣東省河流和水庫的面積變化趨勢發(fā)生顯著的突變，水庫面積迅速增加的同時也導致河流面積銳減。

2.2廣東省河湖庫水域景觀格局特征分析

2.2.1景觀水平

景觀水平分析以量化整體景觀格局為目標，反映整個景觀鑲嵌體的空間格局變化特征［26］。由表2可以看出，河湖庫水域的 MPS 和 LPI 指數在1980—2021年呈下降趨勢，MPS 由64.24 hm2降至56.52 hm2，LPI則由49.43%大幅度減至20.86%，NP 和 PD 指數則總體呈上升趨勢，并均在2021年達到峰值，表明水域的斑塊數量和密度不斷增加，隨之而來的是斑塊面積的減小，水域整體景觀呈現破碎化趨勢，并在2021年表現最為明顯。ED 指數呈波動起伏變化，于2010年達到最大值0.102 m/hm2，LSI 指數則不斷增大，說明斑塊形態(tài)趨于復雜。CONTAG、 COHESION 和 AI指數均呈下降趨勢，表明原先較為聚集連通的水域景觀逐漸離散。綜合而言，廣東省河湖庫水域景觀格局在近40 a 間表現出破碎化、復雜化、離散化的趨勢，這與城市化進程下人與土地間矛盾日益凸顯有著密不可分的聯(lián)系［5］。前人研究也曾發(fā)現，1990—2006年珠江三角洲的水域由于建設用地占用或農業(yè)產業(yè)結構調整導致斑塊形狀復雜，土地利用景觀不斷破碎化［27］。

2.2.2類型水平

類型水平分析針對3種水域類型的具體結構進行測度，實質為破碎化指數解譯［26］。圖3的結果顯示，河流、湖泊、水庫的 MPS 指數總體均呈下降趨勢，以水庫的變化幅度最大。河流的 NP、PD指數遠大于其他水域類型，指數呈波動變化，湖泊與水庫則表現出顯著增長。河流的 LPI 指數最大，但處于下降趨勢，其中在1980—1985年降幅達42.08%，湖泊和水庫則變化不大。以上結果表明，3種水域的景觀破碎程度均有所加深，其中河流作為線性水域，其分散程度最高，也最容易受到外界因素的干擾。各水域的 ED 指數在2005—2015年均劇烈起伏，其中河流和水庫的變化趨勢相近。湖泊、水庫的 LSI 指數處于上升趨勢，表示其景觀斑塊形態(tài)愈加復雜化，而自然形態(tài)較為復雜的河流卻呈下降趨勢，景觀形態(tài)趨于規(guī)整。3種水域的 COHESION、AI指數均呈下降趨勢，表明水域之間聚集連通程度均有所減弱?？傮w而言，河流、湖泊、水庫在近40年內均表現出破碎化的傾向，其中河流的變化最為明顯，在水域景觀逐漸分散之余形態(tài)趨于規(guī)整化，湖泊和水庫景觀形態(tài)的復雜程度則逐漸加強。河流岸線受人類活動影響巨大，岸線形態(tài)在各種開發(fā)活動干擾下逐漸喪失自然形態(tài)而趨于人工化，由此景觀形態(tài)也表現出規(guī)整的趨向［28］。

2.3廣東省河湖庫水域土地轉移特征分析

河湖庫水域1980—2021年土地利用轉移矩陣結果見圖4a。近40 a，河流向其他土地利用類型的轉化總量為297.00 km2，主要包括水庫255.00 km2，城鄉(xiāng)、工礦、居民用地16.64 km2以及其他水域16.53 km2。湖泊和水庫的轉出總量均較少，分別為1.31、3.62 km2。其他土地利用類型向河湖庫水域的轉入主要表現在林地向水庫的轉移，轉入量為7.79 km2。由此可見，近40 a 內河湖庫水域的變化主要為河流向水庫的轉化，因此河湖庫水域總面積變化量較小，而城鄉(xiāng)、工礦、居民用地的需求增加是河湖庫水域萎縮的主要原因之一。

在前文的時空變化特征分析中發(fā)現，河流和水庫在1995年變化趨勢均發(fā)生了一次顯著突變。圖4b、4c 的結果顯示，1980—1995年，河流轉為水庫的面積為48.64 km2，河湖庫水域向其他土地利用類型的轉化量則均較少，但在此期間林地向水庫的轉入面積達7.85 km2。1995—2021年的土地利用轉移情況與1980—2021年的整體變化基本一致，河流轉為水庫的面積為206.46 km2，轉為城鄉(xiāng)、工礦、居民用地和其他水域的面積分別為10.31、9.37 km2。以上結果表明河湖庫水域向其他土地利用類型的轉出主要發(fā)生在1995—2021年，轉入則主要發(fā)生在1980—1995年。

結合時空和景觀格局變化特征分析結果可以看出，從1995年開始，廣東省內大面積河流轉化為水庫，河湖庫水域土地利用類型及景觀形態(tài)也發(fā)生顯著改變。葉長盛等［27］發(fā)現1990—2006年珠江三角洲水域主要轉化為水田、其他建設用地、城鎮(zhèn)用地和林地，轉入地類主要由水田、林地和旱地構成，劉月亮等［29］也發(fā)現廣州市1995—2015年水域大量轉化為建設用地，同時有大量耕地轉化為水域，由此可知水域的土地利用轉移與農林牧漁業(yè)和城鎮(zhèn)建設的發(fā)展有著重要的關聯(lián)［30］。

2.4廣東省河湖庫水域變化驅動力分析

表3展示了河湖庫水域面積及景觀水平上景觀指數變化與各項因子之間的相關系數。結果表明，對于水域面積變化，河流、湖泊、水庫的面積與年平均氣溫均存在顯著相關性（plt;0.05），年降水量和年日照時數的影響不明顯，各項社會經濟因子則與其均表現極顯著相關性（plt;0.01），但所有水域的面積在近40 a 內變化量較小且趨勢不明顯，因而與各項指標間的相關性均不強。其中河流面積變化與各項影響因子之間均呈現負相關性，表明氣溫變化及人為干擾對其產生了顯著的負面驅動作用。湖泊和水庫面積的增長趨勢及其與社會因素的正相關性則表明，人口增長和社會經濟發(fā)展導致調蓄水工程建設需求增長，自然水資源分配過程發(fā)生改變，人類對水域的利用程度大幅度增加［25］。對于景觀指數變化，與各指數之間相關性突出的驅動因子同樣是年平均氣溫以及各項社會經濟因子，其中MPS、LPI、CONTAG、COHESION、AI 與各驅動因子因子間存在負相關性，NP、PD、ED、LSI則是正相關性。廣東省人類密度和經濟水平在近40 a 內迅速增長，在發(fā)展過程中對于河湖庫的開發(fā)利用程度不斷加深，由此造成河湖庫水域景觀斑塊破碎化，斑塊間的連通度不斷降低，同時全球氣候變暖也對其產生了負面影響［5］。

余春雪等［31］研究發(fā)現中國河湖沼系統(tǒng)變化受人為因素影響較大，楊昀則等［32］對浙江省水域的相關研究同樣顯示水域系統(tǒng)變化與 GDP、農林牧漁總產值、人口密度等因子有著密切關聯(lián)，表明人類活動在與資源和環(huán)境的關系中逐漸占據主導地位。近40 a廣東省內自然形態(tài)的河流大面積轉為水庫，同時景觀格局也發(fā)生巨大的改變，亟需控制人為活動來開展水域保護。在近年，隨著灌溉、種植、生產等技術應用程度和發(fā)展水平不斷提升，人類對水資源的索取強度發(fā)生一定改變［33-34］。與此同時，國家推行退田還湖等生態(tài)保護與恢復政策，并印發(fā) SL/T 800—2020《河湖生態(tài)系統(tǒng)保護與修復工程技術導則》等標準，廣東省則制定了《廣東省河道管理條例》等法規(guī)，對廣東省河湖生態(tài)環(huán)境保護和面積保持起到了良好的促進作用［35］，表明政策制定對于水域保護具有重要意義。后續(xù)也需依據不同水域系統(tǒng)變化的特征而制定針對性的保護政策，以實現廣東省水資源的可持續(xù)利用。

3結論

基于1980—2021年9期土地利用數據，對廣東省河湖庫水域系統(tǒng)的時空變化、景觀格局以及土地利用轉移的特征進行了綜合分析，并探討其變化的驅動力機制，為后續(xù)河湖庫水域針對性保護政策的制定提供一定依據，推動水域環(huán)境與社會經濟和諧發(fā)展。主要結論如下：①近40 a 內廣東省河湖庫水域面積的變化主要表現在河流面積的逐步縮減以及水庫面積的不斷增長，且在1995年趨勢變化最為明顯，這與期間水利工程的興建有著密切的關聯(lián)；②河湖庫水庫整體景觀格局表現出破碎化、復雜化、離散化的趨勢，且各水域類型在近40 a 內均表現出破碎化的傾向，其中河流的變化最為明顯，在水域景觀逐漸分散之余形態(tài)趨于規(guī)整化，湖泊和水庫景觀形態(tài)的復雜程度則逐漸加強；③河湖庫水域土地利用轉移主要為1995—2021年河流向水庫的轉化，同時水域向城鄉(xiāng)、工礦、居民用地的大量轉入說明城鎮(zhèn)建設是河湖庫水域萎縮的主要原因之一；④全球氣候變暖、人口增長以及社會經濟的發(fā)展是廣東省河湖庫水域面積變化及景觀破碎化的主要驅動因子，因此需控制人類活動，依據不同水域類型的變化特征制定針對性的保護政策，以實現水資源的可持續(xù)利用。

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（責任編輯：向飛）