京杭大运河作为举世瞩目的伟大生态工程，在中国历史上发挥了重要的漕运、政治、军事、经济、文化功能，至今仍是连通中国东部最发达区域的轴心。本书从生态环境构成要素多维度出发，以历史文献资料为基础，引入新技术、新方法，通过大量野外调查，并辅以遥感影像数据，以期深入开展近20年来大运河沿线60km甚至更广区域的生态环境演变研究。 首先，利用遥感解译和植被反演分析运河沿线60km范围的土地利用结构变化，以及植被分布的年内变化和年际变化情况。其次，以徐州段为例，采用温度反演和RegCM3气候模拟，提出不同年代区域森林覆盖率和区域平均温度变化的定量关系式，探讨各区域多年平均气温和森林覆盖率的关系。接着以扬州段为例，运用3S技术和历史地理学研究方法，通过将河口、河道、运河变迁和城市演变相结合，复原2500年间扬州北岸由于大量泥沙淤积带来的长江河道和古城空间演变。最后以北京段为例，提出历史文化遗产类环境评价构成要素及新的综合环境评价模型。 京杭大运河作为世界遗产的一部分，其沿线区域生态环境保护面临新的机遇和挑战，开展大运河沿线典型区域生态环境演变研究，对大运河区域及沿线城市可持续发展具有现实意义。

序 京杭大运河是中国乃至世界上工程最大、历史最为悠久的人工运河，是串联中国东部最繁华地带的轴心，被誉为中国古代的三项伟大工程之一。自20世纪80年代以来，京杭大运河一直是中国遗产保护部门和航运部门的重点关注对象，有关运河“开凿历史”、“水系演变”等方面的著述不断涌现。尤其是2014年6月22日，中国大运河被联合国教科文组织正式批准列入世界文化遗产名录以来，运河的保护更加备受世人瞩目，其沿线生态环境问题也成为学术界关注的热点之一。近年来，由于运河沿线生态环境变化多样，可参考的文献还不够多，有着研究的现实复杂性。因此，关于“环境变化”方面的论文、著作尤其是系统性的研究成果还十分少见。 2007—2010年，大运河课题组充分发挥多单位合作、多学科协同的创新优势，应用先进的技术手段，课题组成员以吃苦耐劳的品德、厚积薄发和淡薄名利的科学探索精神，历经多个春秋的努力，先后多次对京杭大运河全线的环境现状进行调查、取样和文献资料查询，尤其是对全线进行GPS定位测量。基于团队调研的深厚基础，杨静博士采用多期卫星遥感影像解译等方法，获取土地利用类型、植被反演数据源和温度反演数据等，为长时间序列、大空间范围的沿线生态变迁研究提供了可能。其后经过反复多次的讨论、修改，《京杭大运河沿线典型区域生态环境演变》一书即将问世，杨静博士在研究和编写过程中，付出了辛勤的汗水。 该书在研究方法和研究视野上多有创新之处。首先分析了京杭大运河两岸60km范围内土地利用、覆被变化特征及其与环境变化的关系；其次，通过选取典型岸段和代表性城市，分别进行沿线气候变化、城市变迁和环境评价等的研究，研究内容既有整体上的广度，又有代表性区域的深度，达到点面结合的目的。在京杭大运河沿线气候变化研究方面，以京杭大运河徐州段为例，应用卫星遥感影像进行徐州市的区域土地利用类型和林草覆被状况解译及温度反演，提出了区域平均温度与森林覆盖率间的定量模型，并运用RegCM3气候模型对近50年来的区域地表温度进行模拟，揭示了森林覆盖率对平均气温的影响规律。在沿线城市变迁研究方面，以扬州段为例，通过将河口、河道、运河变迁和城市演变相结合的方法，复原了扬州市自城市形成之初至2006年这2500年间的空间演变，通过历史文献查阅和卫星遥感影像解译，提取了不同时期城市空间变化的属性数据，深入分析了引起城市变迁的驱动力因素。在环境评价方面，以京杭大运河北京段为例，结合线性遗产和大运河本体的特性，提出了历史文化遗产类环境评价的构成要素和指标体系，构建了新的综合环境评价模型，对京杭大运河北京段沿线的环境现状进行了综合评价，为沿线的生态环境保护提供理论支撑。 该书在运河沿线森林植被变化与区域气候的关系、城市发展与运河变迁间的关系方面的研究成果，具有重大的现实意义： （1）在全球气候变暖大背景下，研究森林植被变化与区域气候效应的关系，阐明森林在降温增湿方面的巨大功能，为森林控制区域变暖提供了正向案例。 徐州曾是我国历史上森林覆盖率极低的城市之一，新中国成立初期森林覆盖率不足3％，2000年增加到20％左右，目前已达到30％以上。历史上的徐州，尤其是黄河故道区的丰县、沛县等地，盐碱、风沙问题突出，民不聊生，经过60年的植树造林和植被恢复，现今的徐州从历史上的盐碱地、飞沙窝，变迁为整体风沙灭绝、生态适宜居住、环境优良的林、粮、果基地。在过去60年间，徐州的森林面积由少到多，区域气候改善显著。在此背景下，组织具有遥感、林业、气候变化等专业背景的团队，应用卫星遥感反演方法解析森林覆盖率变化与区域平均气温关系，运用区域气象监测资料耦合森林与气候变化关系，在理论和实践层面，进一步佐证了森林覆盖率增加对控制区域气候变暖的巨大作用。 （2）分析了扬州2500年间城市演变与运河变迁关系，彰显京杭大运河悠久的历史文化。 扬州作为京杭大运河上的代表性城市，宛如运河上的一颗明珠，璀璨光芒，既有悠久的历史文化，又与运河的变迁密切相关。本书基于3S技术，对扬州市2500年间的城市变化和运河变迁规律进行了关联分析，阐明京杭大运河在2500年间城市发展中不可或缺的巨大作用，大大提升了京杭大运河的经济、文化和社会价值。 由于京杭大运河沿线城市众多、区域范围广、人为干扰大、资料搜集困难，既有研究的复杂性，又受专业水平所限，本书编写过程中错漏在所难免，权当抛砖引玉，恳请同行专家或业界朋友提出宝贵意见。 让我们协同一致，共同推进京杭大运河沿线的生态建设和环境保护，为世界文化遗产的保护做出更大贡献。 张金池 2014年8月

总 序 出版说明 序 绪 论 / 001 第一章京杭大运河沿线生态环境的内涵及现状 005 京杭大运河沿线生态环境的内涵 / 005 大气成分变化与全球气候变暖 / 006 生态环境演变理论 / 012 京杭大运河沿线生态环境的界定 / 017 京杭大运河沿线生态环境研究的理论与方法 / 018 研究范围及典型区域选择 / 018 京杭大运河沿线及典型区域生态环境研究方法 / 024 京杭大运河沿线生态环境现状 / 032 京杭大运河及沿线区域生态环境 / 032 京杭大运河及其生态环境地位 / 052 京杭大运河面临新的机遇和挑战 / 056 第二章京杭大运河沿线生态环境演变的研究数据及其分析处理 059 数据获取 / 060 历史文献数据的获取 / 059 遥感数据的获取 / 060 生态环境指标数据的获取 / 064 遥感数据处理 / 066 波段的选择与优化组合 / 067 基础校正 / 068 特征集构建 / 071 植被指数提取 / 071 水体指数提取 / 072 缨帽变换 / 073 主成分变换 / 074 图像融合 / 076 土地利用/覆被变化信息提取 / 077 分类系统构建 / 079 解译标志建立及影像解译 / 079 分类精度评价及比较 / 082 第三章京杭大运河沿线水环境变迁 085 京杭大运河河道本体历史演变 / 086 第1期运河，运河的萌芽时期 / 086 第2期运河，主要指隋代的运河系统，即南北大运河 / 089 第3期运河，主要指元代的运河系统，即元代京杭运河 / 092 第4期运河，现代京杭大运河 / 098 京杭大运河水环境 / 100 通惠河和北运河沿线水环境 / 108 京杭大运河北京段水质现状 / 112 南运河沿线水环境 / 116 鲁运河沿线水环境 / 122 中运河和里运河沿线水环境 / 124 江南运河沿线水环境 / 134 京杭大运河水污染变化趋势与特点 / 135 京杭大运河水环境保护的意义 / 137 整治水环境的合理化需求 / 139 河道变迁 / 140 运河本体的变化 / 140 空间布局结构的变化 / 140 第四章京杭大运河沿线土地利用变化 143 土地利用/覆被变化空间分布 / 150 土地利用/覆被变化总体特征 / 151 总体特征 / 151 各土地类型变化特征 / 152 土地利用/覆被变化评价 / 153 土地利用/覆被转移矩阵 / 153 土地利用/覆被动态度 / 155 土地利用/覆被程度综合指数 / 156 马尔科夫预测 / 158 第五章京杭大运河沿线植被变化 159 MODIS-NDVI数据处理 / 165 植被动态研究指数选取 / 165 植被指数变化特征 / 165 区域NDVI时空分布 / 166 区域NDVI年内变化 / 167 区域NDVI年际变化 / 167 运河沿线省市森林覆盖率现状 / 170 第六章京杭大运河沿线典型区域气候变化——以徐州为例 183 城市历史概况 / 187 地理位置 / 187 气候状况 / 190 水文资源 / 190 区域土地利用变化 / 194 数据处理 / 194 信息提取 / 196 变化因素分析 / 197 驱动力因素分析 / 205 结论和讨论 / 206 区域气候对森林覆盖率增加响应研究 / 207 遥感温度反演 / 208 区域气候模拟 / 216 区域森林覆盖率和温度反演结果分析 / 218 区域气候变化和农业关系的响应 / 219 丰县历史概况 / 219 气温变化 / 223 气候变化与农业生产的相互影响 / 229 本章小结 / 236 第七章京杭大运河沿线典型城市变迁——以扬州为例 237 城市历史概况 / 243 地理位置 / 243 城市发展特征 / 252 城市空间演变 / 256 研究方法 / 262 不同历史时期扬州附近长江河道空间演变 / 263 春秋时期江岸线 / 264 汉代和晋代江岸线 / 265 唐代江岸线 / 266 明清及现代江岸线 / 267 不同历史时期扬州城市建成区范围变化 / 269 春秋邗城 / 269 汉广陵城 / 270 唐子城和罗城 / 271 宋三城 / 272 明清新旧城 / 273 现代扬州城 / 274 空间演变特征分析 / 276 城市面积变化幅度 / 278 城市面积变化速度 / 279 驱动力因素分析 / 280 气候变化 / 280 水系变化 / 281 人类活动 / 282 洪涝灾害 / 283 商业繁荣 / 284 本章小结 / 286 第八章京杭大运河沿线综合环境价值评价——以北京为例 287 城市历史概况 / 301 地理概况 / 301 区域概况 / 303 环境评价区范围 / 308 数据源及信息处理 / 310 遥感数据 / 310 环境数据 / 310 信息处理 / 310 综合环境评价指标构建 / 311 生态环境评价指标体系和人文环境评价指标体系 / 312 评价指标标准化及模型构建 / 313 综合环境评价分析 / 316 生态环境评价 / 316 人文环境评价 / 317 综合环境评价 / 318 北京市生态环境现状及展望 / 319 本章小结 / 326 后 记 / 327 参考文献 / 329 索引 / 334