1导言

植被覆盖作为流域下垫面的重要组成部分，其变化会对流域产汇流发生影响，进而影响水循环过程。近年来，学界围绕植被变化开展了大量的研究，2001年章文波等人用目估法对北京植被覆盖度进行精度测量分析^[1]；2008年陈涛、李平湘等人以归一化植被指数(NDVI)像元二分法为植被覆盖度估算模型来分析武汉地区植被覆盖度的时空变化^[2]，罗志军等人在FCD Mappingmodel的原理和方法基础上,构造了可以削弱影像阴影和土壤背景影响的复合植被指数(VBSI),并采用像元二分模型方法将VBSI指数转换为植被覆盖度;然后利用TM影像,对秭归县的植被覆盖度提取进行了应用研究^[3]；2011年陈涛等人用BP神经网络法为植被覆盖度估算模型,计算了密云水库流域内不同时期的植被覆盖度的时空变化^[4]；李奇虎、陈亚宁利用GIMMS归一化植被指数(NDVI)时间序列数据,结合气象站降水、气温数据和DEM地形数据等资料,研究分析了西北干旱区植被活动的年、季变化和空间差异^[5]。

纵观目前各类成果，主要聚焦在植被覆盖度演变规律及其驱动力研究，而以流域为对象，以年代际为时间尺度、以径流对流域植被覆盖变化响应为对象的研究较为少见。为填补这一空白，本文以昆明市松华坝水库以上流域为对象，研究不同年代植被覆盖水平演变规律，揭示径流对植被覆盖变化的响应机制。

2理论与方法

本文采用植被覆盖指数和植被覆盖度为指标，以卫星影像为资料，定量分析研究对象指定年份的植被覆盖情况。

2.1植被覆盖指数NDVI

目前，在植被覆盖度研究中已发展了几十种不同的植被指数模型，使用较多的有DVI（差值植被指数）、RVI（比值植被指数）和NDVI（归一化植被指数）等，其中NDVI（归一化植被指数）是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子，且其在处理过程中，可以较好地消除与太阳高度角、卫星观测角、地形、云阴影和大气条件有关的辐照度条件变化（大气程辐射）等的影响，在植被遥感中应用最为广泛^[6]，因此，本文便采用该指数来分析评价松华坝水源区植被覆盖度的变化情况。

NDVI被定义为近红外波段与可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和的比值，即：

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)(1)

其中，NIR为近红外波段；R为红外波段。

2.2植被覆盖度F_c

根据资料条件及国内外研究状况，采用像元二分模型计算研究区域归一化植被指数（NDVI）。像元二分模型是一种简单实用的遥感估算模型^[7-10]，易于计算实现。由于归一化植被指数(NDVI)也是一种由遥感传感器所接收的地物光谱信息推算而得的反映地表植被状况的定量值，故根据像元二分模型，一个像元的NDVI值可以表达为由绿色植被部分所贡献的信息NDVI_veg，与由无植被覆盖(裸土)部分所贡献的信息NDVI_soil这两部分组成，植被覆盖度的公式如下：

F_c=(NDVI-NDVI_soil)/(NDVI_veg-NDVI_soil)(2)

其中，NDVI_soil为完全是裸土或无植被覆盖区域的值，NDVI_veg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。

3植被覆盖度对区域水资源量的影响研究3.1典型区概况

松华坝水库为昆明城市的重要供水水源地之一，对昆明城市供水安全具有至关重要的作用，但随着区域内经济社会的发展，人类活动影响逐年加大，水资源量及水环境质量有退化的趋势。近年来，政府及相关部门高度重视，采取了强有力的水资源保护措施，使退化趋势得到遏制并向好的方向发展，确保了城市供水安全。在采取的保护措施中，以封山育林、退耕还林，提高区域植被覆盖度为主。

3.2松华坝水源区植被覆盖演变趋势分析3.2.1松华坝水源区植被覆盖度计算

采用RS与GIS技术对松华坝水源区1988～2016年的TM和ETM+影像及云南省的DEM数据信息进行校正、解译、提取，按上述方法分析松华坝水源区植被覆盖度，并使用转化二值法剔除伪变化信息，最后得到松华坝水源区真实的植被覆盖度变化情况，结果见表1。

表1 松华坝水源区平均植被覆盖度年际变化成果表

3.2.2植被覆盖度演变趋势分析

由表1数据可知，松华坝水源区1988～1994年，平均植被覆盖度从45.5%增加到56.78%，这段时间植被覆盖上升，植被生长迅速；1994～2000年期间，随着经济的持续发展，生态环境保护的不足，植被覆盖度呈现下降趋势，降幅达到了9.52%；2000年以后，昆明市出台了退耕还林措施，加强森林保护，植被进入了很好的生长阶段，植被持续增加，整个水源区平均植被覆盖度从2000年的47.27%增加到2016年的54.01%，但2010年植被覆盖度有所下降，主要原因是受干旱气候影响，进而影响地表植被覆盖的生长。

3.3松华坝水库入库径流量演变趋势分析3.3.1年径流量演变趋势分析

松华坝水库径流面积为593km³，在其主要入库河流上设有中和（控制面积357km³）、白邑（控制面积46.9km³）水文站，水文站控制面积占水库以上流域面积的68.1%，且两站均有长系列实测径流资料，故松华坝水库年径流量根据两站实测资料考虑降雨影响因子采用水文比拟法进行估算，结果见表2。

由于降雨量对径流量的影响权重远远大于植被覆盖度对径流量的影响权重，为减小分析中降雨对径流量的影响比重，更直观的反映植被覆盖度变化对径流量的影响情况，基于同一流域年内下垫面、产汇流条件基本不变的前提下，假定各年份降雨一致（采用流域多年平均降雨量），采用实测降雨、径流资料分别计算各年年径流系数，并根据径流将各年径流量修正为降雨一致条件下年径流量，结果见表2。

表2 松华坝水源区年径流分析成果表

注：松华坝流域平均降雨量根据流域内9个站点实测降雨资料采用算术平均法计算，多年平均降雨量为921.8mm。

由表2分析结果可知，松华坝水资源区天然径流随降雨的增大而增大，与降雨对应性较好；在降雨一致的条件下，分析的年径流量累进均值在2008年以前总体呈上升趋势，表明该期间（1988～2008年）年径流量呈增加趋势，2008年以后累进均值呈下降趋势，表明年径流量呈减少趋势。

若按植被覆盖度变化的时间段控制来计算松华坝水源区相应时段年平均径流量，1988～1994年平均径流量为14064万m³；1994～2000年平均径流量为18324万m³；2000～2016年平均径流量为13206万m³；1994～2000年期间的年平均径流量最大，但该期间植被覆盖度呈下降趋势。

3.3.2径流量年内变化分析

根据松华坝水库流域内植被覆盖度变化情况，将松华坝水库1988～2016年径流系列分为三个时段，计算各时段中年径流过程的丰、枯（根据区域内水文气象特性及实测径流过程的年内变化情况，确定枯季为11月至次年4月，汛期为5月至10月）变化情况，主要分析汛、枯水量比，据此分析植被覆盖度变化对径流量年内变化的影响，计算结果见表3。

表3 松华坝水源区径流量年内变化及植被覆盖度变化情况

由表3可看出，松华坝水库入库径流年内汛枯比随流域平均植被覆盖度的增加而减小，具有较好的对应性。

3.4植被覆盖变化对径流驱动响应影响分析

植被覆盖度对水资源量的影响可能表现在水资源总量、年际及年内水资源量分布、径流系数等方面的影响，针对这几类要素，开展植被覆盖变化对径流影响定量分析。

3.4.1植被覆盖度变化对水资源总量的影响分析

为消除分析中降雨对径流量的影响因素，更直观的反映植被覆盖度变化对水资源总量的影响情况，根据表1及表2中植被覆盖度、降雨一致条件下的年入库径流量，绘制植被覆盖度、年径流量模比系数过程线图，如图1所示。

图1 松华坝水库径流区植被覆盖度与年径流量模比系数过程线对照图

对照图2中植被覆盖度与年径流量模比系数过程线，年径流量与植被覆盖度基本无相应关系，表明植被覆盖度变化对年径流总量基本无影响。

3.4.2植被覆盖度变化对水资源年际及年内分布的影响分析

统计表1中植被覆盖度情况，1992～1998年、2004～2008年、2012～2016年三个时段植被覆盖度超过50%，相应时段最大年径流量与最小年径流量的比值分别为1.82、1.75、1.52，径流量年际变化相对较小；而1988～1992年、2000～2004年两个时段植被覆盖度低于50%，相应时段最大年径流量与最小年径流量的比值分别为2.17、2.12，径流年际变化相对较大。表明植被覆盖度变化对径流年际变化有一定影响，该影响呈负相关关系，即流域植被覆盖度增加则径流年际变化相对减小，流域植被覆盖度降低则径流年际变化相对加大。

从表3流域平均植被覆盖度与年内径流汛枯比变化情况看，年内径流汛枯比与流域平均植被覆盖度具有较好相关性，亦呈负相关关系，即径流量年内变化随流域平均植被覆盖度增加而呈减小趋势。

上述分析表明，随着流域植被覆盖度的增加，径流量年际及年内变化均呈减小趋势，即流域对径流的调蓄能力得到增强。

3.4.3植被覆盖度变化对径流系数的影响分析

通过对表1中植被覆盖度变化与表2中降雨量及径流系数变化分析发现，随着年降雨量的量级不同，植被覆盖度对径流系数的影响规律也不同。按降雨量变化范围，将降雨变化量级分为0～800mm、800～1070mm和1070～1300mm三个阶段，建立三阶段中植被覆盖度与径流系数变化趋势相关，见图2～图4。

图2 植被覆盖度与径流系数变化趋势图 （降雨量在0-800mm）	图3 植被覆盖度与径流系数变化趋势图 （降雨量在1070-1300mm）

图4 植被覆盖度与径流系数变化趋势图
（降雨量在800-1070mm）

从图2～图4可以看出，当年降雨量低于800mm，或者高于1070mm时，植被覆盖度变化对径流系数影响有限。当降雨量在800-1070mm，即降雨量在多年平均降雨量附近变化时，径流系数随植被覆盖度增加而减小。

根据径流系数和植被覆盖度数据进行曲线拟合，得到松华坝水源地径流系数与植被覆盖度的函数关系式如下：

p₁/p₂=0.4604e^-2.2849x(3)

式中，p₁表示径流深，p₂表示降雨量，x表示植被覆盖度，r²=0.8766。

从式（3）可看出，在一定降雨量级之内，即降雨量在多年平均降雨量921.8mm附近变化时，径流系数与植被覆盖度呈指数关系，表明在该降雨变化范围内随着植被覆盖度的增加，径流系数呈减小趋势，即植被覆盖度增加后增加了土壤下渗量，对降雨具有滞蓄作用，有利于水源涵养。

4总结与展望4.1总结

本文采用RS与GIS技术结合遥感卫星影像，对松华坝水源区植被覆盖度变化过程进行解译，并结合流域实测水文资料，分析了流域植被覆盖度变化对水资源总量、年际及年内水资源量分布、径流系数的影响，得到主要结论如下：

通过基于NDVI估算松华坝水源区植被覆盖度，其变化规律是：1988至2016年近29年来植被覆盖度变化虽然有起伏，但总体呈上升趋势，特别是2000年以后，植被进入恢复阶段，植被覆盖度持续上升。

植被覆盖度变化对区域水源总量基本无影响，但对水资源量的年际、年内变化及径流系数有一定影响，该影响均呈负相关，即随着流域平均植被覆盖度的增加，水资源量的年际、年内变化均呈减小趋势，而径流系数随降雨量级变化在一定范围内（流域多年平均降雨量附近）亦呈减小趋势；此外，当降雨量在多年平均降雨量附近变化时，径流系数随植被覆盖度增加而减小。

4.2展望

近年来，以全球变暖为主要特征的气候变化已成为不争的事实，并对水文循环产生影响，而本文采用平均降雨剔除了气候变化作用，因此，无法发现气候变化对本区径流规律的影响，未来可采用长序列水文气象监测资料，研究气候变化和植被覆盖以及其它形式的人类活动对研究区水文要素驱动响应规律。

本文研究仅对已发生的历史规律进行研究，无法预测研究区未来水资源演变规律，若能引入气候模式预测产品，并结合能够反映流域下垫面条件变化的分布式水文模型，可预测不同气候和植被覆盖情景下的水资源量，从而为区域水资源开发利用规划提供科学支撑。