胡艳欣，周建伟，冯海波，张津瑞

（1.湖北省水利水电科学研究院，武汉 430070；2.湖北省水利水电科技情报中心，武汉 430070；3.中国地质大学（武汉），武汉 430074；4.中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，武汉 430071）

0 引 言

河湖水位波动是湖泊生态系统结构与功能的重要控制因素，也是影响湖岸带植物以及湿生水生植物群落稳定乃至河湖生态平衡的关键因子[1]。近年来，全球变化以及人类活动等导致湖泊水位波动节律异常变化，持续高水位或反季水位波动异常都会导致湖泊生态系统退化与失稳[2]。

相关研究表明，湖泊现存的植被类型是对水位长期变动适应的结果[3]，因此不正常的水位变异将有可能产生负面影响[4]。湖泊长期的高水位，会抑制湿生及水生植物萌发生长[5]。如早春时节，一般为枯水期，湖泊的长期高水位会使得植物繁殖体被淹没而难以萌发，幼苗因被淹没难以获得足够的光照生长受到抑制，最终导致湖岸植被格局发生重大改变[5]。而湖泊长期维持较低的水位则会减小敞水区面积，使得湖泊水温和盐度上升。尤其是在夏季丰水期长期维持低水位，会导致湖泊水生植物疯长，这不仅会对湖泊水质产生影响，还会影响水下其他生物的生长繁殖，导致湖泊生态系统的退化[4]。

梁子湖作为长江中下游的典型浅水湖之一，以其生物多样性和稀有性被列为省级湿地自然保护区。近年来随着流域经济的迅速发展和城镇化进程加快，梁子湖多年水位动态以及湿地退化存在较大风险[6,7]。尤其在1980-2000年间，经济发展及工程建设高速发展，围垦造田、过度开发等行为导致湖泊面积与水位动态明显。因此，本文以梁子湖为研究对象，通过对1980-2000年近20年湖泊水位动态的分析，揭示水位波动对湖岸植被分布格局的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

梁子湖位于湖北省鄂州市，地处江汉平原东南（图1），坐标东经114°31′19″～114°42′52″、北纬30°4′55″～30°20′26″之间，是长江中游地区典型的浅水草型湖泊，是湖北省面积第二、库容第一的淡水湖，集水面积2 085 km2，湖泊水面约227 km2，平均水深2.5 m，容积约5.7 亿m3。

图1 研究区地理位置图Fig.1 Location of the studied area

梁子湖流域属亚热带季风气候区，区域年平均气温17.0 ℃，多年平均降水量为1 347.4 mm，主要集中于春夏两个季节。

区内主要的植被类型为水生植被和湿生植被。初步统计，梁子湖高等植物有331 种（含变种），全湖沉水植物占绝对优势，覆盖面积达80%以上，以微齿眼子菜群落为主；挺水植物次之；湿地植被是非地带性植被。

1.2 资料与方法

根据1981-2000年梁子湖水文站湖水位日动态数据、降水数据等水文资料，通过对水位数据的统计分析，分别选取丰水年、平水年和枯水年1983年、1992年以及2000年枯水期与丰水期进行湖区及湖滨带植被覆盖度遥感解译。遥感影像数据源主要采用Landsat 系列遥感影像数据（表1），影像空间分辨率为30 m。

表1 Landsat影像数据Tab.1 Landsat image data

本文采用ENVI 中的辐射定标及FLAASH 大气校正功能对6期遥感影像进行了辐射校正。目前使用较多的植被指数转化法是Gutman 提出的根据归一化植被指数(NDVI)来计算植被覆盖度的方法[8]，根据像元二分模型，每个像元的NDVI值可以看成是有植被覆盖部分的NDVI值与无植被覆盖部分的NDVI的加权平均，利用NDVI计算植被覆盖度的公式：

由公式（1）可得：

式中：F为植被覆盖度，%；NDVI为归一化植被覆盖指数，取值-1～1；NDVImax和NDVImin分别为区域内最大和最小的NDVI值。

利用ENVI 5.3 遥感图像处理软件中的Band Math 编写MODEL 计算植被覆盖度，并将研究区植被覆盖度划分为5 个等级，Ⅴ：高植被覆盖度（F>80%），Ⅳ：中高植被覆盖度（60%

2 结果与讨论

2.1 1981-2000年湖水位动态分析

2.1.1 水位分析

1981-2000年期间，梁子湖最高水位为20.35 m，出现在1983年；多年最低水位为16.13 m，出现在2000年；1984年、1990年、1991年、1996年、1998年及1999年均出现多峰高水位（图2）。

图2 梁子湖1981-2000年日均水位及降水量分布图Fig.2 Daily average water level and precipitation of Liangzi Lake from 1981 to 2000

根据多年月平均水位（图3）可知，8月份平均水位最高，为18.85 m，3月份平均水位最低，为16.98 m，两者水位相差1.87 m。结合降水量分析，水位变化与降水丰枯规律具有较强的相关关系，丰水期水位较高，枯水期水位较低。

图3 1981-2000年月平均水位与月平均降水量分布图Fig.3 Monthly average water level and precipitation from 1981 to 2000

本文将梁子湖水文站1981-2000年逐日观测的水位数据划分为若干水位区间，根据水位区间频率分布图（图4）可见，17.00 m 以下的低水位出现概率接近20%（19.71%），20.00 m以上的高水位出现概率接近12%（11.72%），总体来看，水位在17.00～18.50 m区间内的出现概率较高，达48.99%。

图4 1981-2000年水位在不同区间的分布频率Fig.4 Water level distribution frequency in different water level range from 1981 to 2000

2.1.2 丰、平、枯水年的划分

采用频率分析法（皮尔逊Ⅲ型曲线）确定统计参数和各频率设计值，使其作为划分水位丰、平、枯径流系列的标准，取保证率P≤20%的年份为丰水年，20%＜P≤80%的年份为平水年，P≥80%的年份为枯水年（见图5和表2）。

表2 丰水年、平水年与枯水年的划分Tab.2 Division of high,normal,and low flow year

图5 1981-2000年均水位频率统计图Fig.5 Statistical chart of annual average water level frequency from 1981 to 2000

丰水年出现次数占总系列的31.6%，平水年占36.8%，枯水年占31.6%，3 个特征级别的百分比基本均衡，认为该系列代表性较好，划分妥当且能反映客观规律。

本文选取1983年（极丰）、1992年（平）以及2000年（极枯）3 个具有典型降水量特征的年份，研究水位波动对湖岸植被分布格局的影响。

2.2 植被覆盖度动态分析

通过植被覆盖度的分析显示（图6和表3），研究区1983、1992 与2000年同一个水文年内，丰水即每年的4-6月份，随着7月份雨季的到来，梁子湖水位逐渐上升，植被生长季结束，此时为植被长势最好，覆盖度最高的时期，8月到达全年梁子湖水位最高时期，湖岸带植物逐渐被水体淹没，此后高植被覆盖度区域面积迅速降低。

图6 研究区不同时相植被覆盖度分布图Fig.6 The vegetation coverage distribution in different phases in the study area

表3 植被覆盖度分级面积统计km2Tab.3 Statistic of the classified area of vegetation coverage

对比丰水年1983年、平水年1992年与枯水年2000年湖水位与植被覆盖度发现，1983年、1992年与2000年春季枯水期湖水位差别较小（多年均值为17.50 m），分别为17.09、17.47以及17.50 m。植被覆盖度大于60%的Ⅳ、Ⅴ区域面积表现为与多年平均水位相近的2000年最大。由此可见，春季枯水期湖水位保持在多年平均水位更有利于湖岸带植被萌发与生长，适宜的水位既可以保证湖岸带滩地植物繁殖体的呼吸和萌发；又可以保障浅水区充足的阳光，有利于植物春季的萌发和幼苗的生长。

1983年、1992年与2000年夏季丰水期湖水位相差较大（多年均值为18.50 m），分别为20.71、19.15 和16.73 m，而对应的植被覆盖度大于60%的Ⅳ、Ⅴ区域面积在2000年>1992年>1983年，分别占总面积的30.8%、17.9%和14.8%；植被覆盖度小于20%的I 区域面积表现出相反的趋势：枯水年2000年面积最小，为174.61 km2；在丰水年2000年最大，为233.73 km2。由此可见，研究区丰水期植被覆盖度与水位呈负相关关系，2000年的低水位对应高植被覆盖度；1983年的高水位对应低植被覆盖度。

2.3 水位异常波动对湖滨带植被分布格局的影响

2000年夏季丰水期降水量显著低于多年平均降水量，导致梁子湖湖水位在2000年出现异常波动，其丰水期的湖水位较其余枯水期水位低，而该年份的低水位使湖岸带范围扩张，促使湖岸带湿生植物生长，增加了岸带植被覆盖度。同时，夏季丰水期湖水位的异常降低，加之气温较高，促使湖泊水生植物（包括漂浮植物、沉水植物）出现疯长的现象，一些沉水植物一旦到达水面，生物量更会急剧增加[9]，不仅影响水质，还影响水下其他生物的生长繁殖，引发水体生态失衡的现象，导致生态系统退化[5,10]。

湿生及水生植物群落是河湖生态系统的重要初级生产者。无论是河湖滨岸带挺水植物，还是敞水区沉水植物，都是长期适应自然河湖水环境而形成的独特植物群落[11,12]。水位波动通过改变水下光照、温度、溶解氧等因素影响水生植物[5,13]。湖泊水位的自然波动一般遵循枯水期水位较低，更有利于岸带植被呼吸萌发，以及幼苗的生长[14]；而在丰水期，水位较高，使沉水植物淹没在水下，抑制水生植物的疯长[15]。这样的自然节律更有利于长期维持水生生态系统的平衡。由此可见，恢复与维持河湖自然波动节律是促进河湖生态保护与修复的关键环节。

3 结 语

梁子湖水位自然波动遵循春季低水位、夏季高水位的节律，春季平均水位为17.50 m，夏季平均水位为18.50 m。

植被覆盖度与水位呈负相关关系，2000年枯水年，湖泊水位极低，而植被覆盖度高；1983年湖泊水位高，植被覆盖度低。这主要是水位过高致使滨岸带植被生境长期被湖水淹没，导致植被覆盖度较低。由此可知，虽然丰富的降水量是对植被生长有利因素，但在一定边界条件下，过于丰富的降水量反而会破坏了植被的生长环境，从而影响植被生长。

由此可见，水位的有序波动是河湖生态系统各生态因子长期演替与适应的结果，保护与维持河湖水位自然波动的节律是河湖生态系统保护的关键。