摘 要：

绿洲是干旱区社会经济发展的根基，是干旱区生态保护的核心。理解和定量表征环境变化下绿洲的演化规律是沙漠治理和绿洲保护的关键科学问题。选用2002—2018年MODIS土地分类数据集MCD12Q1,计算绿洲动态度、绿洲重心、不同土地类型的绿洲化贡献率、林草水域与社会经济用地的转化率四个指标，对塔里木河流域及其四大源流流域的绿洲迁移过程进行分析。结果表明：(1)塔里木河流域的绿洲面积总体呈现扩张趋势，在2002—2018年间，流域内绿洲面积扩张28.3%。(2)在2002—2018年，塔里木河流域的绿洲重心总体向南迁移。和田河、阿克苏河、叶尔羌河以及开都孔雀河四个源流流域的绿洲重心总体上向塔里木河流域的地理中心逼近。(3)流域内林地和耕地对绿洲演化贡献度较弱，而水域和草原对绿洲的增长和衰退的贡献率较强。(4)在2002—2018年，塔里木河全流域及其源流流域均呈现出林草水域向社会经济用地转化的趋势。空间上，社会经济用地的边缘地带表现出林草水域向社会经济用地的转变；在社会经济用地的内部，出现林草水域增加的现象。上述结果定量化的揭示了2002年以来塔里木河绿洲迁移演化的显性化图景，可为塔里木河以及其他干旱流域的治理和规划提供一定参考。

关键词：

绿洲; 演化; 塔里木河; 流域; 水资源; 降水;

作者简介：

周瑞涛(1998—),男,硕士研究生,主要从事遥感及流域治理规划研究。E-mail:zrt1632438264@163.com;

*郑航(1982—),副教授,博士,主要从事水资源管理与水权分配研究。E-mail:zhenghang00@163.com;

基金：

清华大学-宁夏银川水联网数字治水联合研究院基金项目(sklhse-2019-Iow09);

国家自然科学基金项目“基于水能耦合的长距离调水工程优化调度理论与应用”(51909035);

引用：

周瑞涛，郑航，刘悦忆．塔里木河流域的绿洲迁移研究［J］. 水利水电技术( 中英文) ，2021，52( 2) : 155-164. ZHOU Ruitao，ZHENG Hang，LIU Yueyi． Understading the evolution of the Tarim River Oasis［J］. Water Resources and Hydropower Engineering，2021，52( 2) : 155-164.

绿洲是在大尺度荒漠背景下人类局部优化的生存环境，是干旱区能流、物流最集中的场所,也是自然与人类矛盾最为复杂和激烈的一种特殊类型的区域。在干旱半干旱区，绿洲是人类生活和生产的聚集地，也是生态系统的依存场所。全球绿洲面积虽仅占干旱区总面积的4%左右，但却养育了干旱区95%以上的人口， 创造了独特的璀璨文明。绿洲对于干旱半干旱区社会经济发展和生态保护具有关键性的支撑作用。

受气候变化和人类活动的影响，世界上很多天然绿洲面临萎缩的风险。研究干旱区绿洲的迁移演化特征及其动因是支撑绿洲保护和恢复的关键性科学问题。LAMQADEM等研究近三十年来撒哈拉地区的绿洲演化，发现绿洲的植被覆盖率下降了23%。VINCENT等研究了摩洛哥王国阿特拉斯山地流域牧场的退化过程，发现荒地面积成倍增加。SWAIN等研究了印度土地利用类型的变化，发现1995—2005年间森林和耕地的面积下降了2.26%和12.31%,荒地增加了54.02%。在我国，WEI等采用聚类分析方法对新疆玛纳斯河流域的土地利用进行分析，发现沙漠开荒极大地影响了绿洲化进程，扩大了绿洲的生态系统服务簇。TANG等研究发现公元前206年至公元1949年间，黑河流域耕地绿洲先减后增，民国时期面积最大。人口规模、农业政策、军事冲突以及洪水对绿洲演化的影响深刻。进一步地，许多学者应用数学模型对绿洲的迁移演化规律进行了定量化研究。LI等基于可靠性、风险度、稳定性、综合损失等指标对甘肃凉州绿洲的演化风险进行了分析；巩杰等通过绿洲面积、净变化速度、绿洲重心等指标，评估了甘肃金塔绿洲近50a的扩张与退缩程度；赵晓囧等采用动态度、扩张强度、绿洲重心等指标对甘肃省高台县24a间绿洲的数量和空间格局进行了分析；鲁晖等采用土地利用动态度、绿洲重心、格网变化强度、累积变化率对民勤绿洲的变化进行研究，并分析了政策、经济利益以及水资源变化对绿洲迁移的影响。

塔里木河流域是中国最大内陆河流域，是南疆地区社会经济发展的核心地区，是西北生态的关键屏障。近年来，随着西部大开发以及“一带一路”等政策的实施，新疆塔里木河流域经济迅速发展，流域内绿洲的景观格局也发生重大改变。孙天瑶等对塔里木河流域的植被覆盖的时空变化进行了研究，结果表明近20a来塔里木河流域内植被覆盖呈增加趋势；高玥等基于2009—2015年新疆土地变更数据，结合土地利用动态度、土地利用程度变化及土地利用结构时空变化指标，发现塔里木河流域内城市建设用地和耕地显著增加，林地、草原、水域则呈现出面积减少的趋势。

水资源是塔里木河流域绿洲演化的关键性驱动因素。韩松俊等分析了塔里木河流域山区和绿洲潜在蒸散发的变化规律，研究了蒸散发变化与降水和绿洲耗水的关系。熊宇斐等基于近几十年塔里木河流域的灌溉用水数据，发现在耕地面积扩张的压力下，灌溉水量出现减少趋势，这主要得益于流域的综合治理以及水资源利用效率的提升。孙金辉建立了塔里木河流域绿洲面积对水量供给的响应模型，发现中游的乔木林在连续丰水年将增加，连续枯水年将萎缩，揭示了水资源变化对绿洲演化的影响过程。

这些研究为揭示塔里木河流域绿洲的演变特征及其影响因素提供了一定的基础。但是，现有研究大都着力于流域植被覆盖、径流量、蒸散发等单一自然地理和水文循环要素的变化，对于绿洲演化特征的系统性分析和显性化指标表达方面尚存在不足，对流域管理政策制定和规划实践的指导性不强。针对这个问题，本研究拟采用MODIS遥感数据，以塔里木河全流域及其四个源流流域作为研究对象，建立绿洲演化动态度、绿洲重心、绿洲演化贡献度以及转化率四个定量指标，探究其时空变化规律，揭示塔里木河流域绿洲演化特征的显性图景，并分析绿洲演化的水资源驱动，期望对干旱区流域综合治理和绿洲保护提供借鉴。

研究区域为我国新疆维吾尔自治区南部的塔里木河流域及其四大源流流域。源流流域分别是和田河流域、叶尔羌河流域、阿克苏河流域以及开都孔雀河流域，如图1所示。塔里木河流域处于新疆天山和喀喇昆仑山之间的塔里木盆地内，塔克拉玛干沙漠横亘其中，流域内全年干旱少雨，气候干燥，蒸发量大，地表植被稀少单一，生态系统脆弱。

图1 研究区概况

2.1 数据来源及处理

本研究所采用的数据为塔里木河流域2002—2018年的土地利用和降雨数据。其中，土地利用数据采用MODIS土地分类数据集。降雨数据采用中国国家气象观测站点的降雨观测值。本文采用MCD12Q1中IGBP(国际地圈生物圈计划)全球植被分类方案的土地覆盖数据集。该方案对热带、亚热带、温带等不同地区地类进行标准化划分形成的17类土地覆盖，对本文的研究区尚不完全适用。故结合Google Earth影像，借鉴其他学者提出的干旱区绿洲土地分类体系,建立本研究的土地覆盖分类。将原数据集中水、永久湿地、雪和冰重新分类为水域；常绿林、落叶林、混交林和灌丛重新分类为林地；农用地、农用地和自然植被混交地重新分类为耕地；城市和建筑区重新分类为城市居民用地；木本热带稀树草原、热带稀树草原和草地重新分类为草原；稀疏草原重新分类为荒漠。如表1所列。

表1 土地覆盖分类系统

2.2 绿洲迁移演化分析方法

绿洲迁移主要是指绿洲面积变化、重心移动、地表覆盖/土地覆被的变化过程。本研究选取绿洲动态度、重心、贡献率和转化率四个指标，研究塔里木河全流域及其四个源流流域的绿洲迁移过程。

2.2.1 绿洲演变的动态度

本文采用土地利用类型变化的动态度计算研究区绿洲各地类变化的剧烈程度,公式如下

式中，Ua、Ub为研究初期和研究末期某一地类的面积(km2);T为研究时段长度；K为土地利用类型变化的动态度，K值的大小表征地类变化的剧烈程度，K值为正，表示扩张，K值为负，表示退缩。

2.2.2 绿洲迁移的方向性指标——绿洲重心

绿洲的迁移可以通过其重心变化进行定量化表示。重心的位置(X,Y)由式(2)计算