第一章绪论

1.1研究背景、目的及意义

水库消落带(water-level-fluctuation-zone)长期为水分梯度所控制，具有陆地和水域的双重属性，是一种较为特殊的季节性湿地生态系统（王晓荣，2010;程瑞梅等，2010)。水库消落带在陆地和库区水体之间形成大范围的过渡缓冲带,是深入分析各种生态要素相互作用机制的主要研究区域，并且周期性水位涨落和人为控制性较强是其显著特点(MitschWJ, 2008； StoneR.，2008；王晓荣，2010;程瑞梅等，2010)。目前，由于消落带的特殊性，已经成为多学科交叉研究的重点领域（Minshall et al.，2007)。水库消落带植被是水库消落带生态系统的重要组成部分，从20世纪60年代中期开始，逐渐成为人们研究的热点（Goodwidetal.，1997；谢德体等，2007)。人口数量的快速增加、工业的发展、社会的进步、土地需求量的不断加大以及利用频率的不断增加，这些因素导致河流流域遭受了较为严重的过度开发，对水库生态环境的保护已经刻不容缓（张永祥，2007)。水库消落带是水库生态系统和陆地生态系统相互联系的桥梁和纽带，水库消落带作为一个重要的过渡缓冲带，水库生态系统和陆地生态系统在水库消落带内进行着物流、能流和信息流的交换（张永祥，2007)。库区水位周期性的涨落，对水库消落带造成了极大的影响，与距离水库消落带较远的湿地植被相比，水库消落带内湿地植被的构成、分布及其周围的环境因子等具有较大的不同（张永祥，2007)。官厅水库是建国后修建的第一座大型水库，也是北京历史上第一座大型水库，地处河北怀来县和北京延庆县之间，建成以后一直作为首都北京的供水水源地，为北京市及其邻近区域的的经济发展起到了巨大的推动和促进作用（陈星银，1996;陈星银，2000;李其军等，2009;孙艳红等，2010)。

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1.2国内外研究进展

外国学者开展消落带相关研究的时间早，并且取得的研究成果较多，对消落带的理解较为深入，北美、欧洲、澳大利亚等国家又将消落带命名为“河岸带”，并且一场主题为“河岸栖息地保护、经营和重要性”学术会议于20世纪70年代在美国亚利桑那州成功召开，在这次学术会议上，参会学者就河岸带生态环境系统的重要作用、河岸带生态环境系统的理论基础等问题进行了深入的交流和探讨（程瑞梅等，2010)。1980年以后，由于河岸带的开发能够带来巨大的经济利益，所以针对河岸带的人类活动大量增加，使得其面积迅速减少，河岸带物种丰富度不断降低、生态环境不断恶化，因此关于如何对退化河岸带生态环境进行恢复、重建和科学管理引起了多方学者的密切关注（王晓荣，2010;程瑞梅等，2010)。在21世纪初，由于经济发展与生态环境保护相互对立，如果仅仅只依赖河岸带植被自行恢复，所需的时间较长，并且己经无法恢复到原来的状态，因此提出了利用生态工程进行河岸带植被恢复重建的措施（Editorical, 2005)。国外学者关于消落带的相关研究主要集中在生态恢复和管理（Hilletal.，1998； Whigham, 1999 ； Lowrance et al., 2000；Riis et al，2003； Leyer, 2005； Azza et al., 2006； Battaglia et al., 2006； Holmes et al.,2 2008)、植被演替和模拟研究（Lieffers, 1984； Gregory et al., 1991 ； Inamdar et al., 1999；Lowrance et al., 2000; Kellogg et al., 2003)、对氮憐的净化机制研究和土地利用对其的影响（Futoshi et al., 2005； Venkatachalam et al., 2005);对浮游动植物、周围植被、地下水和退化生态系统等方面的影响（Karrenberg et al., 2002； Elmore et al., 2003; Zachariaset al., 2003； Riisetal.，2003； Ali, 2004； Azzaetal., 2006； Battaglia et al., 2006； Haleetal.，2007)，同时揭示了其生态水文变化影响因子和影响结果之间的关系(Hilletal.，1998；王晓荣，2010;程瑞梅等，2010)。

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第二章研究区概况及数据资料

2.1研究区概况

官厅水库于1951年10月25日正式开工建设，1953年讯前土坝填筑达到栏洪高程，工程至1954年5月5日全部竣工。栏河现左岸有一名叫官厅的村子，水库因此而得名。官厅水库的入库水系主要包括桑干河、洋河、妨水河以及巩山河（已干涸）。桑干河的流向为西南至东北，发源于山西省宁武县管岭山。洋河发源于内蒙古自治区兴和县的东洋河，汇合南洋河、西洋河后称洋河。桑干河和洋河在河北怀来县夹河村汇合后称作永定河（又称燕尾河)，向东推进约20km后进入官厅水库。妫水河发源于北京延庆县的东北部山区，流经延庆后进入官厅水库。巩山河发源于怀来盆地的东南部山区，经桑园流入官厅水库。永定河经三家店峡谷流入平原，沿途泥沙激积，河道较宽且水深较浅，河槽经常变化，洪水频发。自1736年至1911年的176年中，永定河一共发生决溢49次，平均3.6年一次。从1912年至建国前的30多年中，卢沟桥以下的堤防大的决溢就有7次，最大受灾面积达到2000km2。其中，最为严重的是1917年和1939年的两次大洪水，当时与大清河的洪水同时发生，造成了巨大的人身财产损失。官厅水库的设计防洪标准为千年一遇，主要建筑物按照1级建筑物标准设计建造，土现、溢洪道按照地震烈度9度设防，其他建筑物按照地震烈度8度设防。自1953年以来，永定河虽然发生洪水多次，但每次洪水经过水库调蓄，能够削减洪峰70-95%，极大的减小了对下游的威胁。自80年代后期以来，由于水库上游人口急剧增加和工、农业的迅速发展，水库上游需水量和工业废污水排放量逐年增大，同时库区内水土流失、土壤侵蚀较为严重，大量泥沙、农药和化肥进入库区，导致库区水体受到污染，1997年底退出北京市饮用水体系。

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2.2数据资料

釆用的数据包括遥感信息源和非遥感信息源数据。由于官厅水库的丰水期在8、9、10三个月，所以遥感数据选用研究区1984年8月7日、1987年9月17日、1990年7月25日（8、9、10月份的影像质量不佳）、1992年9月7日、1996年9月9日、1999年8月10日、2002年8月17日、2007年8月23日、2010年8月8日、2011年7月26日和2013年9月1日的Landsat系列多光谱影像。其中2001年8月30日和2002年8月17日为 Landsat ETM+影像，2013 年 9月 1 日为Landsat 8 OLK全称：Operational Land Imager，陆地成像仪）影像，其余年份为Landsat TM影像。TM/ETM+影像的行列号为123/32或124/32, Landsat 8 OLI影像的行列号为123/32。11景影像的云量较少，图像清晰，包含6个波段（选择覆盖可见光和近红外的波段，TM/ETM+为1-5和7波段，Landsat 8 OLI为2-7波段），空间分辨率为30m。非遥感数据为官厅水库1970年-2013年每月的平均水位数据（规上站）。

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第三章水库消落带的边岸稳定性判别及分区........ 23

3.1研究方法........ 23

3.2水库消落带边岸的稳定性判别........ 26

3.3水库消落带分区 ........30

3.4本章小结........ 35

第四章水库消落带不同生态学组织尺度........ 36

4.1 研究方法........ 36

4.2不同生态学组织尺度分类体系的制定........ 41

4.3基于中分辨率影像的水库消落带湿地植被提取........ 43

4.4基于高分辨率影像的水库消落带湿地植被提取........ 50

4.5基于野外高光谱数据的水库消落带湿地植被识别........ 53

4.6本章小结 ........60

第五章水库消落带湿地植被的时空演替模式分析 ........61

5.1研究方法 ........61

5.2长期出露区湿地植被的时空变化和演替分析........ 65

5.3掩水频繁区湿地植被的时空变化和演替分析........ 85

5.4基于CA-Markov模型的水库消落带湿地植被预测........ 105

5.5水库消落带不同分区湿地植被........ 109

5.6本章小结 ........113

第六章水库消落带湿地植被的适生机制分析

水库消落带区域内的植被由于长期受到水分梯度控制，不同水分梯度下植被的光谱特征不同，植被内部的生化组分对光谱特征的响应不同，并且植被的空间分布会对其立地环境中的环境因子具有一定的适生机制，因此，通过野外调查，提取消落带区域内植被的生化参数和其立地环境中的环境因子，再结合植被光谱特征分析，利用数理统计方法分析湿地植被光谱特征与生理生化组分的相互作用机制；以物种分布统计模型-GAM(Generalized Additive Models,广义相加模型）为理论基础，结合广义回归分析和空间分布预测模块GRASP (Generalized Regression and Spatial Prediction)以及地理信息系统技术，分析植被分布对环境因子的适应性机制，揭示水库消落带湿地植被的适生机制。光谱微分技术是高光谱遥感数据最主要的分析技术之一，对光谱曲线进行微分或釆用数学函数估算整个光谱上的斜率，由此得到光谱曲线斜率称为微分光谱，又称为导数光谱，可分为一阶导数光谱和高阶导数光谱（黄文江，2009)。利用光谱微分技术可以消除大气和背景噪声的影响，突出光谱特征和规律。

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结论

本文选择消落带生境退化严重的官厅水库为研究区，以湿地生态学、生态水文学等为理论依据，以遥感和GIS为技术支撑，在合理确定水库消落带分区及其有效缓冲区宽度的基础上，从内在机理和宏观表征两个方面，研究水库消落带湿地植被的适生机制和时空演替模式，从而为首都北京的水安全的保障、流域生态环境条件的改善，以及消落带退化区域湿地植物的恢复重建提供可以借鉴的方案。(1)官厅水库的边岸类型主要分为3种，第一种为高坡度稳定型边岸，如永定河库区南岸；第二种为舒缓坡度稳定型边岸，如妨河库区西北弧形岸带和永定河口西南部岸带；第三种为舒缓坡度游积型边岸，如妨河库区东南弧形岸带。侵烛型边岸在库区分布极少，所以仅作为一种类型列出。(2)近30年间官厅水库的水域面积呈现先增加后递减的趋势，1984-1996年12年间，官厅水库的水域面积持续增加，水域边界长度也持续增加，水域面积在1996年达到最大，最大面积为113.12km2; 1996年以后，官厅水库的水域面积逐渐缩小，水域边界长度也相应减少，水域面积在2007年达到最小，最小面积为32.49kin2。虽然官厅水库的水域面积在2007年以后又有所增加，但近10年来，官厅水库的水域面积整体上还是呈现出较为明显的萎缩趋势，2002年以后，官厅水库的水域面积萎缩严重。库区水域面积不断缩小，主要是由于库区泥沙狱积、人类大量围湖造田以及入库水量的逐年减少，使得库区水域面积不断缩小，库床不断狱积抬高。

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参考文献（略）