黃河下游植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化及其與水沙過(guò)程關(guān)系

李 瑤，戴文鴻，2，3，高 嵩，陳羿名，黃飛楊

（1.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2.河海大學(xué) 水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098； 3.河海大學(xué) 水資源高效利用與工程安全國(guó)家工程研究中心，江蘇 南京 210098；4.揚(yáng)州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225007）

植被是指一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有植物的總和，是覆蓋地表的植物群落的總稱［1］。 植被調(diào)節(jié)水、碳和氮的循環(huán)，影響土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，為野生動(dòng)物提供棲息地［2］。 其中，濱河植被是指在河流附近發(fā)育起來(lái)的植物群落［3］，是河岸交錯(cuò)帶的重要組成部分。 濱河植被在河流系統(tǒng)中意義重大，當(dāng)水流處于低能態(tài)時(shí)，植被根系固岸，減少河岸沖刷，植被莖葉降低水流流速，極大地滯留泥沙，控制地貌變化［4］；當(dāng)水流處于高能態(tài)時(shí)，植被易被沖毀［5－6］，作用受限，生態(tài)價(jià)值削減。 因此，監(jiān)測(cè)濱河植被動(dòng)態(tài)變化對(duì)新時(shí)期河道生態(tài)建設(shè)、恢復(fù)河道生態(tài)價(jià)值是極為重要的。

影響植被動(dòng)態(tài)變化的因素很多。 區(qū)域植被與氣溫、降水量這些氣候因子存在一定的相關(guān)性，并且不同區(qū)域響應(yīng)時(shí)間不同［7－8］。 劉憲鋒等［9］認(rèn)為中國(guó)植被覆蓋度與生長(zhǎng)季平均氣溫和累計(jì)降水量的相關(guān)性均較強(qiáng)，且不同區(qū)域植被對(duì)氣溫、降水量的響應(yīng)存在差異。不同時(shí)間尺度下，影響植被覆蓋度的主要?dú)夂蛞蜃右膊槐M相同，但隨著時(shí)間尺度的增大，植被動(dòng)態(tài)與各個(gè)氣候因子之間的相關(guān)性越來(lái)越強(qiáng)［2］。 除氣候因子外，有研究指出植被覆蓋度與地形之間存在明顯的相關(guān)性，海拔、坡度、坡向均會(huì)影響植被覆蓋度［10－12］。 除了自然因素，人類活動(dòng)、城市化發(fā)展降低了植被覆蓋度，退耕還林等生態(tài)恢復(fù)措施有效增加了植被覆蓋度［13］。對(duì)這些影響因素與植被動(dòng)態(tài)之間關(guān)系的研究，極大地揭示了植被動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律。

對(duì)于大區(qū)域整體植被動(dòng)態(tài)而言，這些影響因素是相對(duì)完善的，但對(duì)于濱河植被，這些影響因素卻是不盡適用。 濱河植被生長(zhǎng)于陸地與水生系統(tǒng)之間的緩沖帶，受區(qū)域水力和地形變化影響更直接。 許多研究致力于揭示洪水頻次與強(qiáng)度對(duì)濱河植被動(dòng)態(tài)的影響［14－15］，并肯定了極端洪水在濱河植被演變中的主要作用，離河距離［16－17］以及水流作用下變化的地貌［18］等因素對(duì)濱河植被動(dòng)態(tài)的影響也尤為重要，但目前國(guó)內(nèi)針對(duì)水沙過(guò)程與植被生長(zhǎng)關(guān)系的研究較少。 筆者基于MODIS－NDVI 數(shù)據(jù)，采用像元二分法，研究了黃河下游整體濱河植被時(shí)空分布，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合黃河下游氣象和水文資料，進(jìn)一步探討了水沙過(guò)程、降水量、氣溫與植被覆蓋度的相關(guān)關(guān)系。

1 研究區(qū)域概況及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

黃河下游灘地指從河南桃花峪到入海口黃河主河槽與兩岸大堤之間的灘地與河道的集合，地理位置為北緯34° 52′ 55″—37° 51′ 18″、 東 經(jīng)113° 26′ 35″—119°20′02″。 黃河下游灘地承擔(dān)著汛期排洪、滯洪和滯沙的任務(wù)，也是灘區(qū)群眾生產(chǎn)和生活所必需的土地，總面積約3 544 km2，其中耕地約32 萬(wàn)hm2，現(xiàn)存村莊2 056 個(gè)，居住人口約190 萬(wàn)。

將黃河下游分為4 個(gè)河段：京廣鐵路橋至高村河段具有典型的游蕩河道特點(diǎn)，床面寬淺，主流常伴隨著較大的橫向遷移，灘區(qū)植被受水流橫向擾動(dòng)較大；高村至艾山河段河道形態(tài)從游蕩河道向彎曲河道過(guò)渡，水流橫向運(yùn)動(dòng)得到一定的控制；艾山至利津河段經(jīng)過(guò)河道整治，現(xiàn)為穩(wěn)定的彎曲河道，平面變幅不大；利津以下為入?？诤佣?。

1.2 數(shù)據(jù)源

本文所用數(shù)據(jù)集為美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）戈 達(dá) 德 航 天 中 心LAADS DAAC （https：／ ／ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov／）的植被指數(shù)產(chǎn)品MOD13Q1，該數(shù)據(jù)集的空間分辨率為250 m、時(shí)間分辨率為16 d，研究時(shí)段為2001 年1 月初至2019 年12 月末。 結(jié)合ArcGIS 和ENVI 分析植被年際變化趨勢(shì)時(shí)，采用最大化合成法，該方法可以清晰且準(zhǔn)確地顯示年度植被長(zhǎng)勢(shì)最盛的情況。 進(jìn)行年內(nèi)月度植被變化分析時(shí)，對(duì)多年該月數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值合成，有利于得到年內(nèi)變化的普遍規(guī)律。 水文數(shù)據(jù)來(lái)源于水文年鑒，氣象資料來(lái)源于中國(guó)氣象網(wǎng)（http：／／data.cma.cn）。

1.3 研究方法

1.3.1 植被覆蓋度

目前已有很多利用遙感影像數(shù)據(jù)提取植被覆蓋度的方法，較為實(shí)用的方法是利用植被指數(shù)近似估算植被覆蓋度FVC，常用的植被指數(shù)為NDVI。 本研究基于像元二分模型［10］求植被覆蓋度：

式中：NDVI1為由植被完全覆蓋像元的NDVI值；NDVI0為裸土或無(wú)植被覆蓋像元的NDVI值。

式中：NDVImin和NDVImax為區(qū)域內(nèi)NDVI的最小、最大值，考慮到存在噪聲，分別取對(duì)應(yīng)置信度為5%和95%的NDVI值為最小值、最大值；FVCmax和FVCmin分別為抽樣檢測(cè)得到的最高、最低植被覆蓋度。

因缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，故近似取最高植被覆蓋度FVCmax＝1，最低植被覆蓋度FVCmin＝0，計(jì)算可得植被覆蓋度：

1.3.2 變化趨勢(shì)分析及突變點(diǎn)檢驗(yàn)

Theil－Sen 中值趨勢(shì)分析法是一種穩(wěn)健的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)計(jì)算方法，其計(jì)算公式如下：

式中：Xi和Xk為時(shí)間樣本序列；i、k為樣本序列號(hào)；n為樣本數(shù)；β為趨勢(shì)估計(jì)量；median為取中值函數(shù)。

當(dāng)β＞0 時(shí)樣本序列整體呈上升趨勢(shì)，當(dāng)β＝0 時(shí)樣本序列未見(jiàn)明顯趨勢(shì)，當(dāng)β＜0 時(shí)樣本序列呈下降趨勢(shì)。 Theil－Sen 中值趨勢(shì)分析法結(jié)合Mann－Kendall 法可以顯示樣本序列數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)的顯著性。

式中：S為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量；Zc為標(biāo)準(zhǔn)化后的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。

對(duì)于指定置信度α水平下標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)所對(duì)應(yīng)的值Z1－α／2，當(dāng)｜Zc｜＞Z1－α／2時(shí)表示變化趨勢(shì)顯著。 5%置信水平下，當(dāng)β＞0、｜Zc｜≥1.96 時(shí)樣本序列顯著增加，β＞0、｜Zc｜＜1.96 時(shí)不顯著增加，β＜0、｜ Zc｜≥1.96 時(shí)顯著減少，β＜0、｜Zc｜＜1.96 時(shí)不顯著減少。

式中：Mj為累計(jì)數(shù)；Rk為Xk大于Xi（1≤i≤k）的累計(jì)數(shù)。

在樣本序列隨機(jī)獨(dú)立的情況下，定義統(tǒng)計(jì)量：

式中：UFj為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)量，是按樣本時(shí)間序列順序計(jì)算出來(lái)的統(tǒng)計(jì)量序列，而UBj為逆序重復(fù)上述過(guò)程，并對(duì)計(jì)算值取相反數(shù)得到的統(tǒng)計(jì)量，UF和UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)的交點(diǎn)為突變點(diǎn)；E（Mj）為累計(jì)數(shù)Mj的均值；var（Mj）為累計(jì)數(shù)Mj的方差。

1.3.3 相關(guān)性分析及多元線性回歸分析

Pearson 相關(guān)系數(shù)常用于描述兩個(gè)變量之間的相關(guān)性。 記樣本為（xi，yi），樣本數(shù)為n，則樣本的Pearson 相關(guān)系數(shù)r表示為

式中：xi、yi分別為兩個(gè)變量序列中第i個(gè)樣本；ˉx、ˉy為對(duì)應(yīng)于兩個(gè)變量樣本序列的平均值。

相關(guān)系數(shù)r＞0 時(shí)兩個(gè)變量呈正相關(guān)，r＜0 時(shí)兩個(gè)變量呈負(fù)相關(guān)，｜r ｜越趨近于0 相關(guān)性越弱，｜r ｜越趨近于1 相關(guān)性越強(qiáng)。

設(shè)影響因變量的自變量有m個(gè)，分別為U1，U2，…，Um，回歸方程的形式如下：

式中：Y為估計(jì)值；b0，…，bm為非標(biāo)準(zhǔn)化的回歸系數(shù)。

為了剔除影響小的因素，采用逐步回歸分析法，變量入選和剔除的顯著性水平分別為0.05 和0.10，從而選出主要的影響因素。

2 結(jié)果分析

2.1 水沙及植被年際變化特征

黃河下游灘區(qū)2001—2019 年植被覆蓋度年際平均值在0.62～0.71 之間，花園口至入?？诙嗄昶骄脖桓采w度為0.68，β＝0，｜Zc｜＝1.58＜1.96，故全河段年平均植被覆蓋度無(wú)明顯變化。 其中：游蕩河段多年平均植被覆蓋度為0.79，β＝0，｜Zc｜＝0.61＜1.96，同全河段變化趨勢(shì)一致；過(guò)渡河段多年平均植被覆蓋度為0.83，β＝0，｜Zc｜＝0.79＜1.96，植被覆蓋度也發(fā)生顯著變化；彎曲河段多年平均植被覆蓋度為0.77，β＝0.001 7，｜Zc｜＝1.58＜1.96，植被覆蓋度不顯著增加；入海河口段多年平均植被覆蓋度為0.39，β＝0.001 3，｜Zc｜＝1.79＜1.96，呈不顯著增加趨勢(shì)。

圖1、圖2 為年徑流量和年輸沙量的M－K 突變檢驗(yàn)結(jié)果，由圖1、圖2 可知，黃河下游各河段徑流量總體呈不顯著增加趨勢(shì)，突變發(fā)生在2002 年、2015 年、2017 年，年輸沙量無(wú)明顯變化趨勢(shì)，可能的突變點(diǎn)在2007 年。 由植被覆蓋度趨勢(shì)分析結(jié)果結(jié)合圖3 可得，2001 年以后，黃河下游河段植被覆蓋度除卻在2002年、2015 年有明顯降低外，其他年份基本持平。 根據(jù)該時(shí)期年徑流量和年輸沙量的M－K 突變點(diǎn)檢驗(yàn)可知，2002 年、2015 年分別對(duì)應(yīng)年徑流量的兩個(gè)突變點(diǎn)，根據(jù)《中國(guó)河流泥沙公報(bào)》，2002 年小浪底水庫(kù)首次成功進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，2015 年黃河進(jìn)入下游河道的輸沙量首次為0，這兩年對(duì)應(yīng)著黃河下游新的水沙變化階段的起點(diǎn)。 不同河型中，過(guò)渡河段植被覆蓋度明顯高于游蕩與彎曲河段，入海口河段植被覆蓋度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于總體平均值，4 種河型中，彎曲河段植被覆蓋度增長(zhǎng)最快，其次為入?？诤佣?。

圖1 2001—2019 年黃河下游年徑流量M－K 突變檢驗(yàn)

圖2 2001—2019 年黃河下游年輸沙量M－K 突變檢驗(yàn)

圖3 2001—2019 年黃河下游植被覆蓋度年際變化

2.2 植被年內(nèi)變化特征

對(duì)黃河下游全河段及分河段進(jìn)行年內(nèi)植被覆蓋度分析，花園口至河口全河段植被覆蓋度最大值出現(xiàn)在7 月、8 月，均為0.64，植被覆蓋度最小值出現(xiàn)在1 月、2月、12 月，均為0.48，年內(nèi)各月平均值為0.53。

由趨勢(shì)分析可得，全河段植被覆蓋度1—8 月β＝0.026 7，｜Zc｜＝2.35＞1.96，呈不顯著增加趨勢(shì)；8—12月β＝－0.036 7，｜Zc｜＝1.71＜1.96，全河段植被覆蓋度顯著下降。 游蕩河段月平均植被覆蓋度最大值在8月，為0.75，年內(nèi)各月平均植被覆蓋度為0.63，其中：1—8 月β＝0.012 9，｜Zc｜＝1.36＜1.96，呈不顯著增加趨勢(shì)；8—12 月β＝－0.021 3，｜Zc｜＝0.24＜1.96，呈不顯著下降趨勢(shì)。 過(guò)渡河段月平均植被覆蓋度最大值出現(xiàn)在8 月，為0.76，年內(nèi)各月平均植被覆蓋度為0.64，其中：1—8 月β＝0.03，｜Zc｜＝2.6＞1.96，呈顯著增加趨勢(shì)；8—12 月β＝－0.045 4，｜Zc｜＝0.73＜1.96，呈不顯著下降趨勢(shì)。 彎曲河段月平均植被覆蓋度最大值為0.74，出現(xiàn)在7 月，年內(nèi)各月平均植被覆蓋度為0.59，其中：1—3 月β＝－0.04，｜Zc｜＝1.57＜1.96，呈不顯著下降趨勢(shì)；3—7 月，β＝0.071 3，｜Zc｜＝1.11＜1.96，呈不顯著增加趨勢(shì)；7—12 月，β＝－0.037 5，｜Zc｜＝1.8＜1.96，呈不顯著下降趨勢(shì)。 入?？诤佣卧缕骄脖桓采w度最大值為0.39，年內(nèi)各月平均植被覆蓋度為0.26，其中：1—4 月β＝－0.045，｜Zc ｜＝0.94＜1.96，呈不顯著下降趨勢(shì)；4—10 月β＝0.04，｜Zc｜＝2.1＞1.96，呈顯著上升趨勢(shì)；10—12 月β＝－0.105，｜Zc｜＝1.04＜1.96，呈不顯著下降趨勢(shì)。

結(jié)合各河段植被覆蓋度和變化趨勢(shì)分析可以看出，游蕩河段全年植被覆蓋度較高，且年內(nèi)變化幅度最小，相較于其他河型，始終處于較高的植被覆蓋下；過(guò)渡河段整體植被覆蓋度最高，但年內(nèi)變化較為明顯，增幅高于游蕩河段，降幅僅次于入?？诤佣?；彎曲河段植被覆蓋度低于游蕩及過(guò)渡河段，年內(nèi)變化趨勢(shì)明顯，增幅最大，降幅僅大于游蕩河段；入?？诤佣沃脖桓采w率遠(yuǎn)低于其他河段，年內(nèi)變化明顯，增幅僅次于彎曲河段，降幅最大。

2.3 植被橫向分布特征

近年來(lái)，一些學(xué)者探討了河岸植被對(duì)河流擾動(dòng)的敏感性。 Bendix 等認(rèn)為濱河植被帶內(nèi)，洪水干擾和水資源供給水平沿河道橫向、縱向和時(shí)間均會(huì)變化，當(dāng)河流橫向過(guò)程影響大時(shí)，植被分布和結(jié)構(gòu)將與橫向變量相關(guān)，如橫斷面形狀以及離主河道的距離等［4］。 Lite等［19］指出河道橫向上，洪水?dāng)_動(dòng)的強(qiáng)度和頻率通常隨距河道距離的增加而減小。 黃河下游濱河區(qū)域也展現(xiàn)出這一規(guī)律。

在黃河下游各河段建立緩沖條帶，以河道中心線為基準(zhǔn)，兩側(cè)每隔250 m 設(shè)一緩沖條帶，對(duì)緩沖條帶內(nèi)月均植被覆蓋度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可知，離河距離1 km 范圍內(nèi)，植被覆蓋度FVC與離河距離L近似成線性關(guān)系，表達(dá)式如下（R2為擬合優(yōu)度）。

圖4 不同河段植被覆蓋度橫向分布

游蕩河段：FVC＝0.000 6L－ 0.012 7 （R2＝0.995 7）

過(guò)渡河段：FVC＝0.000 8L＋0.010 6 （R2＝0.913 2）彎曲河段：FVC＝0.000 8L＋0.086 9 （R2＝0.854 0）入海河口段：FVC＝0.000 5L＋0.062 2 （R2＝0.785 4）

在進(jìn)行緩沖條帶設(shè)置時(shí)，部分河段堤距較小，離河距離較大處對(duì)應(yīng)的緩沖條帶提取出來(lái)的FVC值設(shè)置為空，不參與河段植被覆蓋度計(jì)算。 以離河中心線1 km 處為界，1 km 以內(nèi)為主河槽附近。 當(dāng)河流由游蕩型轉(zhuǎn)為彎曲型時(shí)，植被覆蓋度隨之增大，彎曲河段植被覆蓋度最大。 1 km 以外，過(guò)渡和彎曲河段植被覆蓋度不再增大，維持一個(gè)穩(wěn)定值，受堤距限制，對(duì)于過(guò)渡河段的植被覆蓋度統(tǒng)計(jì)限制在離河3 km 以內(nèi)，對(duì)于彎曲河段限制在2 km 以內(nèi)。 游蕩河段的植被覆蓋度雖然增速變慢，但仍處于增大的狀態(tài)，3 km 以外，游蕩河段植被覆蓋度超過(guò)了彎曲與過(guò)渡河段最終的穩(wěn)定值。 從離河距離和植被覆蓋度的關(guān)系可以看出，水流橫向過(guò)程較多的游蕩河段河道對(duì)于濱河植被覆蓋度的橫向影響范圍最寬，過(guò)渡河段次之，彎曲河段植被覆蓋度在1 km 緩沖帶外便不再隨離河距離發(fā)生變化。

2.4 植被覆蓋度與降水量、溫度相關(guān)性分析

植被覆蓋度與氣象條件聯(lián)系緊密，植被覆蓋度的恢復(fù)取決于流域的水熱平衡［20］。 降水量和氣溫?cái)?shù)據(jù)由開(kāi)封、新鄉(xiāng)、菏澤、莘縣、惠民、濟(jì)南6 個(gè)氣象站數(shù)據(jù)插值得到，一年分4 個(gè)季度，每個(gè)季度樣本數(shù)為39 個(gè)，由于入?？诤佣稳鄙贉y(cè)站，因此暫不討論。 植被覆蓋度與降水量和氣溫的相關(guān)性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 植被覆蓋度與降水量和氣溫的相關(guān)系數(shù)

降水量與植被覆蓋度在第三季度顯著正相關(guān)；游蕩河段氣溫與植被覆蓋度在第一、第三季度顯著正相關(guān)，在第二、第四季度顯著負(fù)相關(guān)；過(guò)渡河段氣溫與植被覆蓋度在第二、第四季度顯著負(fù)相關(guān)，在第三季度正相關(guān)；彎曲河段氣溫與植被覆蓋度在第二、第三季度顯著正相關(guān)。 黃河下游降水量?jī)H與植被覆蓋度單季度相關(guān)，而氣溫與植被覆蓋度的相關(guān)性是多季度的。

2.5 植被與河道水沙過(guò)程相關(guān)性分析

受研究區(qū)域水文資料限制，選取黃河下游7 個(gè)水文站（花園口、夾河灘、高村、孫口、艾山、濼口、利津）2002—2014 年流量及其變幅與對(duì)應(yīng)的植被覆蓋度進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表2，由于入?？诤佣螣o(wú)水文測(cè)站，因此暫不討論。

表2 植被覆蓋度與流量及流量變幅的相關(guān)系數(shù)

河道水流通過(guò)補(bǔ)給土壤水、淹沒(méi)、河岸沖刷以及灘槽交換等作用影響植被生長(zhǎng)［21］，而流量作為河道重要的水文特征，對(duì)于植被影響是多方面的。 3—5 月河道流量較小，對(duì)植被的影響主要體現(xiàn)在補(bǔ)充土壤水，故而這個(gè)階段植被覆蓋度多與流量正相關(guān)，然而本文除卻彎曲河段，游蕩和過(guò)渡河段在該時(shí)期并未顯現(xiàn)出這一特征。 如圖5 所示，彎曲河段4 月植被覆蓋度與流量的顯著相關(guān)系數(shù)隨離河距離增加先增大后減小。 不同河段植被覆蓋度與流量在該階段表現(xiàn)出來(lái)的相關(guān)性差異受水分限制。 游蕩和過(guò)渡河段水流橫向過(guò)程范圍廣，供給水分區(qū)域較寬，水分限制低，而彎曲河段主河穩(wěn)定，橫向過(guò)程受限制，近河區(qū)域水分供給較為充足，水分對(duì)植被生長(zhǎng)的限制較弱，流量與植被覆蓋度的相關(guān)性不強(qiáng)，隨著離河距離增加，河水補(bǔ)充地下水，水分對(duì)植被生長(zhǎng)的限制逐步恢復(fù)，流量與植被覆蓋度的相關(guān)性增強(qiáng)，而當(dāng)離河距離超過(guò)1.25 km 之后相關(guān)性減弱。

汛期流量增大，水位上漲，流速加快，會(huì)加劇水流對(duì)河岸的沖刷侵蝕，引起植被面積大幅減少［22］。 如圖6 所示，游蕩河段6 月植被覆蓋度與河道流量顯著負(fù)相關(guān)，且其負(fù)相關(guān)性隨離河橫向距離增加而減弱，這可能是流量增加，水流橫向過(guò)程增強(qiáng)，沖毀植被引起的，離河1 km 以外負(fù)相關(guān)性增強(qiáng)，這可能與不同河距植被結(jié)構(gòu)以及類型有關(guān)，比如近河道植被耐淹，遠(yuǎn)河道植被耐淹性差等；過(guò)渡河段11 月植被覆蓋度與流量顯著負(fù)相關(guān)，且其與植被覆蓋度的負(fù)相關(guān)性隨離河距離增加而增強(qiáng)；彎曲河段11 月植被覆蓋度則與流量顯著正相關(guān)，且先隨離河距離增加相關(guān)系數(shù)減小，1 km 以外相關(guān)性基本不再變化，這可能是因?yàn)閺澢佣嗡鳈M向過(guò)程受到限制，近河水分充足，對(duì)于流量的正向響應(yīng)不強(qiáng)，遠(yuǎn)河段對(duì)流量的響應(yīng)更敏感。 洪水過(guò)后，河道流量降低，彎曲河段11 月植被覆蓋度與流量顯著正相關(guān)，且其正相關(guān)性隨離河距離的增加而減弱。 圖5（實(shí)線對(duì)應(yīng)流量，虛線對(duì)應(yīng)流量變幅）、圖6 中的數(shù)據(jù)值均通過(guò)了0.05 顯著性檢驗(yàn)。

圖5 植被覆蓋度與流量及其變幅正相關(guān)性沿河橫向變化

圖6 植被覆蓋度與流量及其變幅負(fù)相關(guān)性沿河橫向變化

洪水脈沖引起的季節(jié)性漫灘是灘槽營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)橫向交換的重要方式［23］，為灘區(qū)植被提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)也會(huì)沖刷、淹沒(méi)植被，故其對(duì)植被生長(zhǎng)的影響是多樣的。 游蕩河段中，大的洪水脈沖意味著較強(qiáng)的水流橫向過(guò)程，易沖毀或淹沒(méi)植被［24］。 因此植被覆蓋度在6月、11 月與流量變幅顯著負(fù)相關(guān)，在11 月兩者相關(guān)性沿橫向變化沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，6 月流量變幅與植被覆蓋度的負(fù)相關(guān)性隨離河距離的增大而減弱。

各河段9 月植被覆蓋度與流量變幅均顯著正相關(guān)。 由圖5 可知，各河段9 月植被覆蓋度與流量變幅的相關(guān)系數(shù)隨離河距離增大而降低，這意味著近河處的植被覆蓋度對(duì)流量變幅的正向響應(yīng)強(qiáng)于遠(yuǎn)河處。 原因可能是9 月處于夏季洪水退水期，河道流量小，流速降低，大的流量變幅意味著洪水快速退水，有利于富含有機(jī)質(zhì)的細(xì)顆粒泥沙在灘區(qū)沉積，提供灘區(qū)植被生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 過(guò)渡河段11 月植被覆蓋度與流量變幅顯著負(fù)相關(guān)，且其負(fù)相關(guān)性隨離河距離的增加而減弱，離河1.25 km 以外負(fù)相關(guān)性略有增強(qiáng)。

表3 為植被覆蓋度與其他水沙過(guò)程變量相關(guān)系數(shù)，從表3 中可看出，各河段植被覆蓋度與水沙過(guò)程變量的顯著相關(guān)性主要集中在第二季度，此季度為該區(qū)域重要的植被生長(zhǎng)季，游蕩河段與過(guò)渡河段的河面寬度、河段沖刷量、含沙量、單位水流功與植被覆蓋度顯著負(fù)相關(guān)。 彎曲河段河面寬度、河段沖刷量與植被覆蓋度顯著正相關(guān)，第一季度單位水流功與植被覆蓋度顯著負(fù)相關(guān)。

表3 植被覆蓋度與其他水沙過(guò)程變量的相關(guān)系數(shù)

游蕩和過(guò)渡河段水流橫向過(guò)程比彎曲河段劇烈，對(duì)于河岸的沖刷作用也大，易剝蝕岸灘土壤，致使植被覆蓋度下降的同時(shí)增加河道含沙量。 彎曲河段通過(guò)整治，水流的橫向過(guò)程受到一定限制，離河較遠(yuǎn)處水分補(bǔ)給對(duì)植被生長(zhǎng)的限制逐漸加強(qiáng)，故而在植被生長(zhǎng)季，水流橫向過(guò)程反而有利于植被生長(zhǎng)，且河道整治工程削弱了對(duì)河岸植被的沖刷，沖刷主要表現(xiàn)為下切河床。黃河下游彎曲段是黃河流域凌汛災(zāi)害較為嚴(yán)重的河段，在第一季度，植被新生時(shí)期，單位水流功越大，流速越快，在該流量級(jí)別下，河段也趨向于增強(qiáng)河道蜿蜒性來(lái)增加河長(zhǎng)，從而降低比降，以維持較小的單位水流功，流速與蜿蜒性的變化均會(huì)對(duì)新生植被生長(zhǎng)產(chǎn)生干擾，從而使植被覆蓋度下降。

2.6 逐步多元線性回歸分析

基于逐步多元線性回歸分析，對(duì)各季度植被覆蓋度進(jìn)行估計(jì)。 逐步法在向前引入每一個(gè)新自變量之后都要重新對(duì)已代入的自變量進(jìn)行計(jì)算，以檢驗(yàn)其有無(wú)繼續(xù)保留在方程中的價(jià)值，并以此為依據(jù)進(jìn)行自變量的引入和剔除，直到?jīng)]有新的變量可以引入或剔除為止。 本次回歸計(jì)算選擇擬合度最高、顯著性通過(guò)0.05級(jí)別檢驗(yàn)的變量擬合結(jié)果（見(jiàn)表4），包含了對(duì)植被覆蓋度貢獻(xiàn)高的變量及其擬合優(yōu)度R2，其中P為月降水量，T為月均溫度，Q為月均流量，ΔQ為月流量變幅，E為沖刷量，“／”表示0.05 級(jí)別的顯著性檢驗(yàn)下，在上述變量中未找到能夠表征植被覆蓋度的變量與對(duì)應(yīng)擬合優(yōu)度。

根據(jù)多元線性回歸結(jié)果，溫度與水流運(yùn)動(dòng)在多個(gè)季度、多個(gè)河段為植被覆蓋度的擬合做出貢獻(xiàn)，而降水僅在過(guò)渡河段第三季度對(duì)植被覆蓋度的擬合做出貢獻(xiàn)。 由表4 可得相較于其他季節(jié)，各河段第二季度植被覆蓋度的擬合結(jié)果最好，主要影響因素集中在溫度、流量以及流量變幅，由此可以看出，在第二季度，相較于降水量，黃河下游濱河區(qū)域植被受河道水流的影響更大。 其他季度擬合優(yōu)度相對(duì)較低，表明這些變量對(duì)植被覆蓋度的影響較弱，可能存在其他主導(dǎo)的影響因子。

表4 逐步多元線性回歸擬合結(jié)果

3 結(jié)論

（1）2001—2019 年黃河下游濱河植被覆蓋度年際變化不明顯。 4 個(gè)河段中，游蕩河段植被覆蓋度年內(nèi)變幅最小，且處于較高水平；過(guò)渡河段年均植被覆蓋度最高，但年內(nèi)變化較大；彎曲河段植被覆蓋度僅高于入?？诤佣?，入海口河段植被覆蓋度最低。

（2）水流橫向過(guò)程相對(duì)劇烈的游蕩河段對(duì)濱河植被覆蓋度的橫向影響范圍最寬，過(guò)渡河段次之，彎曲河段植被覆蓋度在1 km 條帶外便不再隨離河距離發(fā)生變化。

（3）降水對(duì)植被覆蓋度的影響集中體現(xiàn)在第三季度，氣溫多季度與區(qū)域內(nèi)濱河植被覆蓋度顯著相關(guān)。

（4）游蕩河段植被覆蓋度與流量變幅在6 月、11月負(fù)相關(guān)，在9 月正相關(guān)，與流量在6 月負(fù)相關(guān)。 過(guò)渡河段植被覆蓋度與流量變幅在4 月、9 月正相關(guān)，在11月負(fù)相關(guān)，與流量在11 月負(fù)相關(guān)。 彎曲河段植被覆蓋度與流量變幅在9 月、11 月正相關(guān)，與流量在4 月、11月正相關(guān)。 其他水沙過(guò)程變量與植被覆蓋度的相關(guān)性多集中于第二季度。

（5）逐步多元回歸分析結(jié)果表明，相較于降水，氣溫及河道水沙過(guò)程在多個(gè)季度影響黃河下游多個(gè)河段的植被覆蓋度，故在研究該區(qū)域植被覆蓋度變化時(shí)，水沙過(guò)程的作用是不可忽視的。