摘要
地表水为人类提供了丰富的生活和生产用水，是水循环、区域气候调节和生态系统维护中不可或缺的一部分。由于我国气候、地形地貌和经济发展水平存在明显的空间差异，使得不同类型的地表水空间分布不均衡。在过去的几十年里，显著的气候变化以及经济和人口的快速增长加剧了我国地表水的时空变化，并引发了洪涝和干旱等一系列的环境问题。气候变化和人类活动是地表水面积变化的主要原因，并且在不同地区与不同类型水体具有不同时空变化特征和影响机制。因此，了解不同类型地表水的时空变化规律，探讨不同类型地表水的变化原因，对于我国生态环境可持续性发展和保障水资源安全具有重要意义。 本论文研究首先基于JointResearchCentreGlobalSurfaceWater（JRCGSW）将1980s-2019年时段全国新增和消失地表水区分不同水体类型，解析全国不同类型的地表水新增和消失空间分布特征；为了解多种水体类型地表水新增和消失原因，挑选典型区域，结合历史影像、重要事件和现有研究，分析了多种水体类型地表水时空变化的原因；最后，为深入分析地表水面积逐年变化且准确量化年内地表水变化特征，引入等效水体面积概念，以东北地区为例将2020年东北地表水分类，获取各类型水体的空间分布特征，并提取不同类型水体在1999-2020年连续22年地表水等效水面积时间序列，分析东北地区地表水逐年时空变化特征，并结合降水等气候数据探讨永久水体和季节水体年际变化规律及原因。 主要研究工作和成果如下： （1）首先利用JRCGSW水体数据集获取1980s-2019年全国面积大于0.1km2的新增和消失地表水，结合多源遥感数据和历史影像使用半自动化方法按水体类型对新增和消失地表水分类，统计省级行政单元内不同水体类型变化地表水的空间分布特征。结果表明：1980s-2019年全国新增地表水面积约是消失水体面积的4倍，整体来看，我国地表水面积呈上升趋势，净增长面积为35071.71km2。其中新增水体主要分布在我国的东部和西部地区，而消失水体主要分布在我国的东部地区。所有地表水中，湖泊型地表水增加面积最大，约占全国新增水体面积的2/5。海滨型地表水消失面积最大，约占全国消失水体面积的3/10，且海滨是所有水体类型中唯一净增长面积为负数的水体类型。 （2）结合历史影像、历史资料及现有文献，分析地表水新增和消失面积较大的典型区域其地表水面积变化原因。研究结果表明：①就湖泊型地表水来看，西藏自治区共有1035个大于1km2的湖泊，其中面积增长的湖泊约有788个，增长的主要原因是2000年后受降雨影响，湖泊面积迅速扩张；白洋淀因水浅湖广，入淀河流蒸散发和渗透量较大，政府采取水库供水和南水北调补水恢复了白洋淀蓄水；而长江中下游地区因退耕还湖和农业或建设用地转变为水产养殖区，天然湖泊和人工湖泊面积有所恢复。②就水库型地表水来看，黑龙江省至2019年共有941个大于0.1km2的水库，其中约374个水库面积增长，总增长面积为803.48km2，水库修建成功开始蓄水是水库面积增加的主要原因。③就海滨型地表水来看，浙江省杭州湾海滨消失面积较大，原因是杭州湾为补充土地资源围海造地，土地逐渐变为不透水层；而山东省海滨消失352.43km2，增长380.97km2，净增长为28.54km2，海水侵蚀和黄河携带泥沙淤积分别是造成海滨新增和消失的主要原因。④对于河流型地表水变化显著的黑龙江，河流型新增水体面积分布在松花江中上游，增长原因是当地政府为防止水土流失修建河道，河流形成了更加集中和稳定的水域，而河流型消失水体主要分布在嫩江下游和松花江下游，消失原因一方面是上游蓄水，下游水量减少，另一方面是当地将原有河道开垦为耕地，地表水消失。 （3）为更深入了解不同类型水体面积的连续变化特征，选择地表水类型丰富的东北地区，参考其2020年地表水分布区分不同水体类型，计算1999-2020年不同水体类型地表水等效水面积来准确量化年内地表水面积，分析多种类型地表水时空变化特征。结果发现：2020年东北地区地表水等效水面积约33009km2，主要分布在中部和东部，季节性水体面积略大于永久性水体面积。东北地区地表水共分为湖泊型、水库型、河流型、海滨养殖区型、沼泽型和其他非常规型水体6种类型。6种水体类型中非常规水体面积最大，约占东北总地表水面积的2/5，集中分布在中部和东南部地区，海滨养殖区水体主要分布在沿黄渤海诸河地区，而纬度越高水库型水体占比越少，纬度越低湖泊型水体占比越少。对比1999-2009年和2010-2020年两个11年时间段的等效水淹面积，发现6种水体类型中，只有湖泊型和海滨型水体面积下降，而其他类型水体面积均有所增加；中部、东部和北部地表水面积呈上升趋势，西部和南部地表水面积呈下降趋势，离中部地区越远，地表水面积上升和下降趋势越明显。研究还发现湖泊型、水库型、河流型和海滨养殖区型水体以永久性水体为主，沼泽型和非常规水体型以季节性水体为主。与降水数据对比分析发现，过去22年地表水面积随降水量增加而增加，特别是季节性水体面积与降水量波动几乎一致，而永久性水体增长相对平缓。
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