［中图分类号］TV121+.1 ［文献标识码］A ［文章编号］1002－0624（2011）01－0035－03
Study on rainfall infiltration recharge under conditions of difference land use and cover in Songnen basin
LIN Lan, YIN Yu-jie, XIE Yi-nan
[Abstract] The condition of the land use and cover is the main influence factor of the rainfall infiltration recharge. In the past 10 years, conditions of land use/cover have changed obviously. By using the WetSpass model, the paper calculates the rainfall infiltration recharge influence under the difference condition of land use and cover, analyzes the rainfall infiltration recharge influence under the transformation of land use and cover and calculates the annual average rainfall infiltration recharge influence under the condition change of land use and cover in Songnen basin in the 10-year period from 1995 to 2005.
[Key words] Songnen basin; rainfall infiltration recharge; condition of land use and cover
0 引言
松嫩盆地的地下水资源分布广泛、水质好，是盆地内水资源的重要组成部分。根据第二次全国水资源综合规划调查评价，松嫩盆地地下水多年平均天然资源量为148.67×108 m3，其中降水入渗补给量119.48×108 m3、山前侧向补给量26.44×108 m3，降水入渗补给量在地下水天然资源量中所占的比例高达80.37%。降水入渗补给量的变化对松嫩盆地的地下水资源量有重要影响。20 世纪以来松嫩盆地的土地利用/覆被条件发生了巨大变化，仅以松嫩盆地中生态相对较脆弱的西部地区为例，近50 年来草地共计减少了0.70×104 km2，耕地增加了0.30×104 km2，草地除部分转化为耕地外，大量退化为盐碱地、沙地。这些变化对降水入渗补给量有直接影响，当它们发生变化时，松嫩盆地降水入渗补给量也要发生相应的变化，进而引起地下水资源量的变化。
1 松嫩盆地土地利用/覆被变化特征
1.1 数据来源
遥感技术是空间对地观测技术的重要组成部分，其信息的空间性和周期性特点，可以满足土地利用/覆被变化调查所需要的信息源，对于把握土地利用/覆被变化的空间特点具有无可比拟的优势。遥感技术是目前国内外研究土地利用/覆被变化问题最重要的技术方法。
依托遥感和GIS 技术，以TM 数据为主要信息源，以GIS 专业软件ArcGIS9.0 作为数据信息处理、管理、分析的主要技术手段，通过人机交互判读分析，获取土地利用/覆被变化专题信息。本次研究采用的遥感信息源为美国的陆地卫星Landsat 在1995 年和2005 年时拍摄的影像。
1.2 土地利用分类
参照我国20 世纪80 年代末期至90 年代末期的土地利用动态信息系统，结合本次研究的目的和要求以及遥感信息源的情况，将松嫩盆地土地利用/覆被分为11 类。旱地：指无灌溉水源及设施，靠天然水源生长作物的耕地；有水源和浇灌设施，在一般年景下能正常灌溉的旱作物；以种菜为主的耕地；正常轮作的休闲地和轮歇地。水田：指有水源保证和灌溉设施，在一般年景能正常灌溉，用以种植水稻、莲藕等水生作物的耕地，包括实行水稻和旱地作物轮种的耕地。林地：指郁闭度大于30%的天然林和人工林，包括用材林、经济林、防护林等成片林地。疏林地：指林木郁闭度为10%～30%的林地。高覆盖草地：指覆盖度大于50%的天然草地、改良草地和割草地，此类草地一般水分条件较好。中覆盖草地：指覆盖度在20%～50%的天然草地和改良草地，此类草地一般水分不足。低覆盖草地：指覆盖度在5%～20%的然草地，此类草地水分缺乏，草被稀疏，牧业利用条件差。水体：指河流、湖泊和水库坑塘等。城镇用地：指大、中城市及县镇以上建成区用地。湿地：指地势平坦低洼，排水不畅，长期潮湿，季节性积水或常年积水，表层生长湿生植物的土地。盐碱地：指地表盐碱地聚集，植被稀少，只能生长耐碱植物的土地。
1.3 土地利用/覆被动态信息的提取
本次研究提取的土地利用/覆被动态信息为1995 年和2005 年的土地利用/覆被变化数据。在ArcGIS9.0 软件平台下，勾画出1995 年各种土地利用类型的图斑，以线表示图斑的边界，数字化完成后进行拓扑分析，无错后再将线状图层转化成面状图层，生成1995 年土地利用/覆被类型图，即完成1995 年土地利用/覆被条件的遥感解译。
将1995 年土地利用/覆被条件解译的中间成果，以线状图层方式叠加到2005 年的遥感影像上，对照2005 年影像的变化做相应的调整，数字化2005 年的遥感影像。同样将得到的线状图层进行拓扑分析，无错后再将线状图层转化为面状图层，完成2005 年的遥感影像的解译，得到2005年的土地利用/覆被类型图。
1.4 不同土地利用/覆被的数量结构变化
不同土地利用/覆被类型面积总量变化能反映区域土地利用/覆被变化的幅度和总态势。对1995 年和2005 年两期遥感影像解译生成的土地利用/覆被图形数据进行统计，如表1 所示。
表1 1995—2005 年松嫩盆地土地利用面积变化km2
2 不同土地利用/覆被类型对降水入渗补给量的影响
降水入渗补给过程复杂，降水入渗补给的影响因素众多，降水入渗补给的任何一个影响因素发生变化都会对降水入渗补给量产生影响。WetSpass 是比利时布鲁塞尔自由大学Batelaan 和De Smedt 教授开发的一种分布式降水入渗补给量评价模型。降水入渗补给的主要影响因素，如土地利用/覆被条件、气候、土壤质地和地下水位埋深等都在WetSpass 模型中分别有所体现。WetSpass 模型可以模拟气候和土地利用/覆被条件等任一降水入渗补给量的主要影响因素变化对区域降水入渗补给量的影响。本次研究采用WetSpass 模型计算土地利用/覆被条件不同对降水入渗补给量的影响。
松嫩盆地的土地利用/覆被类型共有11 种，为研究土地利用/覆被类型不同对降水入渗补给量的影响，将模型输入的气候因素改为整个盆地的均值，整个盆地的土壤质地类型都统一为砂土。根据模型的计算结果，统计不同土地利用/覆被类型区的年均降水入渗补给量，其年均降水入渗补给量从大到小为旱地、低覆盖草地、中覆盖草地、高覆盖草地、疏林地、林地、居民生活用地、盐碱地、水田、湿地、水体。生长植被的地区如旱地、中覆盖草地降水入渗补给量的差异主要是由区域内的植被蒸腾差异引起的。居民生活用地、盐碱地的降水入渗补给量较低是由于在这两种类型区内都有不透水的区域存在，如城市修建的公路、房屋，土地盐碱化后也可形成不透水或弱透水区域。
3 不同土地利用/覆被条件下松嫩盆地降水入渗补给量及其变化特征
土地利用/覆被条件的变化对降水入渗补给量有重要影响。由于人类活动和自然因素的共同作用，1995—2005年间松嫩盆地的土地利用/覆被数量结构发生了明显变化，其不同的土地利用/覆被类型之间发生了相互转化，这种转化必然对松嫩盆地的降水入渗补给量产生影响。
本次研究利用IDRISI 的土地利用变化分析功能，统计出松嫩盆地1995—2005 年间各种土地利用/覆被类型之间转化的面积，并进一步分析这些转化对降水入渗补给量的影响。下面主要分析这10 年间面积变化比较大的几种土地利用/覆被类型对降水入渗补给量的影响。
1）旱地。旱地是松嫩盆地内面积最大的土地利用/覆被类型，1995—2005 年间其面积增加1 244 km2，增加量仅次于水田。图1 是其它土地利用/覆被类型对旱地面积变化的贡献图，分析图中数据，林地、高覆盖草地、中覆盖草地和湿地等在这10 年期间都有部分面积转化为旱地，旱地是松嫩盆地中降水入渗补给能力最强的土地利用/覆被类型，其它土地利用/覆被类型向旱地转化可使降水入渗补给量增大，尤其是对原来为湿地和水体的区域，转化为旱地后，降水入渗补给量的增加最明显。
图1 其它土地利用类型对旱地面积变化的贡献图
2）水田。水田是松嫩盆地10 年间增长面积最多的土地利用/覆被类型，从图2 中可以看出水田面积的增加主要来源于旱地、高覆盖草地和中覆盖草地的减少。水田区域的降水入渗补给能力较小，仅大于湿地和不发生降水入渗的水体，因此水田面积的增加导致了松嫩盆地内降水入渗补给量减少。
3）高覆盖草地。高覆盖草地在2005 年的面积相对1995年有所减少，从图3 可以看出，其主要转化为旱地、居民生活用地和疏林地等。高覆盖草地转化为旱地使转化区域的降水入渗补给量增加；转化为林地或居民生活用地使转化区域的降水入渗补给量减少。这种转化发生对降水入渗补给的影响，还与转化发生区域的气候条件和土壤质地相关，因此很难定性的分析出高覆盖草地的减少是使区域的降水入渗补给量增加还是减少。
4）中覆盖草地。图4 为其它土地利用/覆被类型对中覆盖草地面积变化的贡献图，分析图中数据，中覆盖草地减少的面积主要转化为盐碱地、旱地和高覆盖草地等，中覆盖草地转化为旱地使转化区域的降水入渗补给量增加，而转化为高覆盖草地、疏林地、水田和居民生活用地后，使转化区域的降水入渗补给量减少。因此，中覆盖草地的减少对松嫩盆地降水入渗补给量的影响也比较复杂，很难分析出其面积减少后盆地内降水入渗补给量的变化趋势。
图4 其它土地利用类型对中覆盖草地面积变化的贡献图
为定量分析土地利用/覆被条件的变化对松嫩盆地降水入渗补给量的影响，本次研究建立两个用于分析土地利用/覆被条件变化对降水入渗补给量影响的对比模型，两模型的输入数据除土地利用数据不同外，其它输入项均相同。两模型的土地利用/覆被类型数据分别采用1995 年和2005 年的资料。
1995 年的土地利用/覆被条件下，松嫩盆地的年均降水入渗补给量为60.28 mm，2005 年的土地利用/覆被条件下松嫩盆地年均降水入渗补给量为60.14 mm，1995 年到2005 年土地利用/覆被条件的变化使松嫩盆地的年均降水入渗补给量略有减少。
4 结语
1）土地利用/覆被条件的变化对松嫩盆地的降水入渗补给量有重要影响，土地利用/覆被条件变化的同时降水入渗补给量及其空间分布也都发生相应的变化。
2）近10 年来松嫩盆地土地利用/覆被变化显著，总体表现为旱地、水田、居民生活用地等土地利用/覆被类型面积的增加，林地、高覆盖草地和中覆盖草地等土地利用/覆被类型面积的减少。
3）松嫩盆地土地利用/覆被条件变化对降水入渗补给量的影响具有双向性，一方面，旱地等类型面积增加使盆地内的降水入渗补给量有所增加，另一方面，水田和居民生活用地的增加使盆地内的降水入渗补给量减少。因此很难定性分析出土地利用/覆被条件变化使松嫩盆地的降水入渗补给量是增加还是减少。
4）WetSpass 模型计算的结果表明，1995—2005 这10年间，松嫩盆地的土地利用/覆被条件变化使其年均降水入渗补给量略有增长。
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