第16卷第1期2007年1月长江流域资源与环境
ResourcesandEnvironmentintheYangtzeBasinVol.16No.1Jan.2007
文章编号:07)01-0118-05
聚类分析在江汉湖群典型湖泊分类中的应用
宁龙梅1,2,王学雷2*,朱明勇2
(1.武汉大学资源与环境学院,湖北武汉.中国科学院测量与地球物理研究所,湖北武汉430077)摘 要:江汉湖群中的许多通江湖泊由于自然和人为原因失去了与长江及其支流的天然联系,对湖泊生态和湖区经济可持续发展造成了不利影响,重建江湖联系对湖泊生态环境改善和湖区经济发展意义重大。根据4项选择标准,选取江汉湖群中13个典型湖泊作为研究对象,以有关社会经济、生态等方面的调查统计数据为基础,利用聚类分析的方法对江汉湖群中的13个阻隔湖泊进行分类。根据所挑选的16个指标将这些湖泊划分为4大类,并对各类湖泊特点进行了分析,确定了这些湖泊的通江顺序。关键词:江汉湖群;聚类分析;分类文献标识码:A
江汉湖群是长江中游地区的平原湖泊群,地处东经111 48 ~116 10 ,北纬29 30 ~31 1 之间。湖区人口密集,经济发达,是湖北省有名的鱼米之乡。江汉湖群在1950年以前多为通江湖泊,后因人为原因,大部分湖泊被切断了与江河的自然联系。江湖阻隔对于湖泊生态系统及其功能造成了极大影响。根据湖泊生态、社会经济和人类活动影响等因素对阻隔湖泊进行分类,可以为恢复江湖联系提供有用信息,便于政府和相关管理部门做出正确的决策。
根据不同的分类原则和指标体系可形成不同的湖泊分类系统,目前常见的分类方法有湖泊成因分类、湖泊营养状况分类、盐度分类等,这些分类大多为单因子分类。本文分类则是在考虑湖泊自然属性的基础上,根据湖泊多要素的异同性进行归类,其主要目的是对湖泊资源进行保护与可持续利用,属于一种综合性分类。聚类分析是多元分析中研究物以类聚的一种方法,可以避免普通分类中的主观随意性,因此本文应用SPSS对江汉湖群中的阻隔湖泊进行分类分析。
河之间季节性或永久性联系的天然湖泊;②湖泊面积较大,人为阻隔前面积大于70km,目前也大于30km2;③在资源特色、功能特点、价值服务、区位经济等方面有一定的代表性;④已设立或计划设立湿地自然保护区。选定洪湖、长湖、沉湖、涨渡湖、梁子湖、龙感湖、斧头湖、网湖、大冶湖、天鹅洲故道、东湖、西梁湖、汈汊湖等13个湖泊作为分类对象。1.2 分类指标体系
江汉湖群属于平原地区的浅水湖泊,湖底平坦,湖岸线因水位变化多不稳定,湖泊形态因受人类活动强烈干扰而变化迅速,湖泊生态环境与周边人类活动密切相关,湖河关系也主要受人类活动的影响而改变。选择湖泊成因、生态保护价值、社会经济地位、人类干扰强度、通江成本等5个分类要素,每个分类要素通过次一级分类指标说明,指标选择遵循系统性、层次性、可操作性原则,同时考虑数据易得性,湖泊分类指标体系见图1。1.3 指标计算
所选指标中难以用准确的数据衡量的指标采用分等级专家评分法赋值,包括河湖关系密切程度、自然保护区级别、净化污染能力、旅游科研能力、供水能力、交通能力和通江成本。物种丰度以单位面积湖泊湿地上分布的物种数量表示;围垦率是指围垦前后湖泊面积之差占阻隔前湖泊面积的百分数;其
1 实验部分
1.1 研究对象
根据4个选择标准:①因各种原因失去了与江
收稿日期:;修回日期:
基金项目:世界自然基金会长江项目(WWF-HSBCCN0088.04)、中国科学院湿地生态与环境重点实验室基金资助.
作者简介:宁龙梅(1977~ ),女,湖北省钟祥人,博士研究生,主要从事资源与环境科学研究.E-mail:.cn*通讯作者:E-mail:xlwang@
宁龙梅等:聚类分析在江汉湖群典型湖泊分类中的应用
他指标值来源于统计资料[2]和有关文献[3~8]。各指
。119多种,采用不同方法聚类,结果有些微差别,经过比较,在此以欧式距离平方作为距离测度方法,以组间
连接方法进行聚类(Q型聚类)[9]。聚类流程如图2
图1 湖泊分类指标体系
Fig.1 IndexSystemofClassificationofLakes图2 聚类分析流程图Fig.2 ProcessofHierarchicalClusterAnalysis
采用聚类分析法对样本进行分析,采用软件
SPSS11.0完成分析过程。所选取的各项分类指标
量纲不同,为了使数据具有可比性,先对原始数据进
行标准化,采用标准差标准化方法。因聚类方法有2 结果与分析2.1 聚类结果及通江类别划分从聚类图谱(见图3)看出,在距离系数等于5.3
表1 各湖泊主要分类指标值
Tab.1 MainIndexesofLakes Classificat
长江流域资源与环境
为了更好地说明不同类别中的湖泊在生态、社会经济以及人类活动等方面的特点和通江问题,在此运用各指标相对于湖泊面积的集中化指数来表示不同类型湖泊对于所选指标的相对集中程度和优势地位,同时计算不同类型湖泊对所选指标的平均指数,以反映各项指标在各类的平均水平。计算公式如下:
j=1时,可以将所列13个湖泊聚为4大类,第一类中包括洪湖和梁子湖,第二类为沉湖、涨渡湖、天鹅洲故道,第三类为龙感湖、网湖、大冶湖、东湖,第四类为斧头湖、西凉湖、长湖、
式中,F(xk)是指标xk相对于湖泊面积的集中化程度,
表示第k个指标在j类型的指标和,
图3 聚类谱序图
Fig.3 ProcedureofClusteroftheLakes
表示k指标在所有湖泊中的和。分母为j类中
湖泊的面积在所选湖泊中的总面积的比例。聚类的湖泊面积集中化指数见表2。
表2 系统聚类的湖泊面积集中化指数
Tab.2 ConcentrationIndexofLakes AreaoftheCluster
x10.372.472.000.92
x20.160.240.050.06
x30.620.110.170.18
x41.601.444.833.00
x50.740.891.021.48
x60.330.050.030.08
x70.740.040.160.17
x80.782.849.323.73
x90.296.431.511.53
x100.940.020.010.03
x110.740.050.180.12
x130.700.970.842.34
x141.130.030.010.03
x150.220.120.450.15
2.2 湖泊特点分析
第一类湖泊的特点是:生态保护价值大,湖泊功能强大,人类干扰较大,通江成本小。洪湖在湖北省属于第一大淡水湖,全国第七大淡水湖,在长江中下游地区的浅水草型湖泊中具有典型意义,其生物多样性高,是许多重要越冬候鸟的栖息地,每年各类越冬迁徙和栖息水禽在100万只以上。同时,洪湖承担着接纳四湖地区上中游来水,及在汛期调蓄长江洪水的重要作用,而且其春灌、养殖功能在洪湖地区也不可忽视。根据规划,洪湖滞涝湖容可达5亿m,每年还可为6万hm的土地提供春灌水源,早在1998年时,洪湖的鱼、虾、蟹、贝类产量就可达137097t。洪湖的经济价值还体现在间接造田上,洪湖人为阻隔后被围垦率达到48%,围垦面积约317.5km2。梁子湖湖泊面积仅次于洪湖,生物多样性也很高,物种丰度达到2.229。其养殖和旅游经济在鄂州市占据着重要地位,梁子湖的武昌鱼已33
航运方面,洪湖全年通航里程为152km,航道级别为8级,梁子湖为99km,航道级别为6级。从保护级别来看,这两个湖泊都成立了省级湿地保护区,洪湖已经申报国家级湿地,梁子湖群湿地也被《中国湿地保护行动计划》列入中国重要湿地名录。这两类湖泊也存在一定的生态环境问题,需要通江来缓解生物多样性降低、水质下降等问题。而这类湖泊的通江成本集中化指数不高,只有0.10。因此通江风险不是很大,而通江的效益却很明显。
第二类湖泊的特点是:河湖关系很密切,生态保护价值很大,湖泊经济功能较大,人类干扰小,通江成本不是很大。涨渡湖、沉湖和天鹅洲故道紧邻长江,与长江的关系密切,河湖关系密切集中化指数为2.47,是四类湖泊中最高的。涨渡湖、沉湖和天鹅洲故道的生物多样性也较高,物种丰度分别为3.6、3.7、7.8,特有物种保护级别高,涨渡湖是我国重要经济鱼类
黄颡鱼的原产地,沉湖是鹤类、鹳类以及其它水禽的越冬地,天鹅洲故道是国家级白鱀豚
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