李 翀，王 昊，彭 靜

（1.中國水利水電科學研究院 水環(huán)境研究所，北京 100038；2.北京大學 生命科學學院，北京 100872；3.中國水利水電科學研究院 國際合作處，北京 100038）

1 研究背景

中國是水利水電大國，截止2007年底，全國已建成各類水庫86353座［1］，其中15m以上高壩為26581座，2007年在建60m以上大壩為70座［2］。作為發(fā)展中國家，中國目前經(jīng)濟發(fā)展對水資源和能源的需求仍呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。中國現(xiàn)階段的水力資源開發(fā)程度僅為21%［3］，低于發(fā)達國家70%的平均河流開發(fā)程度，因此在未來相當長的時間內(nèi)，水電開發(fā)仍將作為國家能源發(fā)展的基本戰(zhàn)略，保持穩(wěn)步的發(fā)展。

不容忽視的是，河流水電開發(fā)的生態(tài)與環(huán)境影響問題正成為制約水電事業(yè)發(fā)展的控制性因素［4］。中國西南地區(qū)具有豐富的水能資源，西南水電開發(fā)在我國西電東送的能源優(yōu)化配置戰(zhàn)略中具有重要的作用。同時，中國西南山地也是世界上生物多樣性最豐富的地區(qū)之一，是世界自然保護組織保護國際（Conservation International，CI）劃定的全球34個生物多樣性熱點地區(qū)之一，也是由世界自然基金會（WWF）認可的全球重要200生態(tài)區(qū)中長江上游生態(tài)區(qū)的一部分［5-7］。據(jù)不完全統(tǒng)計［5，8-11］，該區(qū)域生存有12000種高等植物和1141種脊椎動物，其中3500種植物和178種脊椎動物是本地特有種，是國際公認的地方特有種密集分布的中心區(qū)域，具有不可替代的生物多樣性價值。其范圍西起西藏東南部，穿過川西地區(qū)，向南延伸至云南西北部，向北延伸至青海和甘肅的南部。在占國土面積的10%的范圍內(nèi)分布有中國總數(shù)的30%的高等植物物種和中國大約50%的鳥類和哺乳動物，包括大熊貓、小熊貓、金絲猴、雪豹、羚牛和白馬雞等珍稀和特有物種。水電開發(fā)與建設(shè)，作為該區(qū)域生物多樣性的脅迫性因素之一，受到國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。

自1992年，包括中國在內(nèi)的153個國家在《生物多樣性公約》上簽字后，保護生物多樣性成為了我國對國際社會的承諾。生物多樣性指標成為大尺度區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好的指示指標之一，用來定量反映生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的物種組成和變異程度，和對生態(tài)系統(tǒng)的演替等級和趨勢進行數(shù)值分析，并為生態(tài)環(huán)境保護確定目標。國際上對于水電工程對流域生態(tài)與環(huán)境的影響研究，一方面注重開展微觀尺度的水域生態(tài)環(huán)境影響的相關(guān)理論和技術(shù)研究，另一方面研究的空間尺度也逐步從河流、河流廊道發(fā)展到流域尺度。但是，由于水電工程生態(tài)環(huán)境影響的流域性、綜合性和長期性，迄今為止對水電工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境真實影響的科學認知還不夠深入，尤其大尺度的區(qū)域性研究不足，缺乏水電工程與區(qū)域生物多樣性定量關(guān)系的認識。對于水電工程對區(qū)域生物多樣性的影響方面，由于基礎(chǔ)資料的可獲性差，區(qū)域生物學的成果不能與水利科學的成果有機融合，在同一空間信息平臺上整合集成，提供相關(guān)研究者深入研究，形成學科交叉研究的基礎(chǔ)。

為此，本文基于水電開發(fā)與區(qū)域生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的需求，融合交叉水利界與生物界已有的數(shù)據(jù)資料與科研認識，將西南地區(qū)壩高超過30m的大壩位置、回水范圍與生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域地圖，在電子地圖上進行空間匹配與集成，形成大壩與生物多樣性因子位置關(guān)聯(lián)圖，為宏觀分析該區(qū)域水電工程與生物多樣性因子之間的關(guān)系提供基礎(chǔ)支撐。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù) （1）中國大壩數(shù)據(jù)。本文共獲取中國大陸地區(qū)4000多個的大壩（壩高＞30m）的信息數(shù)據(jù)，其中位于西南地區(qū)的有200余座。大壩數(shù)據(jù)源于國際大壩中國委員會、水利科學數(shù)據(jù)共享中心。大壩主要為已建成電站，但也包含一部分規(guī)劃中的待建電站。此外，還從保護國際中國項目（CI）及山水中心獲取了中國西南地區(qū)部分壩高小于30m的水庫數(shù)據(jù)。

（2）西南地區(qū)生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域電子地圖。劃分生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域（Key Biodiversity Area，KBA），是保護國際在全球尺度上開展的一項保護行動，它使用定量的標準劃分出具有關(guān)鍵保護意義的區(qū)域，為制訂全球和區(qū)域的保護策略提供決策基礎(chǔ)［12］。劃出的KBA具有以下3個特征：1）該區(qū)域在全球生物多樣性保護上具有重要意義，區(qū)域內(nèi)有生存受到威脅的物種，或有特別保護意義的地方特有種，在保護價值上高于周圍區(qū)域；2）該區(qū)域為實際保護區(qū)或潛在保護區(qū)，其本身是一個可以被保護和管理的單元；3）該區(qū)域本身（或同其他區(qū)域一起）可以為其中的目標保護物種提供足夠的生存所需資源。

北京大學按照保護國際劃分KBA的標準［12］，基于從文獻研究和實地野外調(diào)查的數(shù)據(jù)制作的314種珍稀瀕危脊椎動物和213種珍稀瀕危高等植物的分布圖以及西南山地的自然保護區(qū)分布圖，并結(jié)合該地區(qū)的專家知識，制作了西南山地生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域圖（圖1）。在中國西南地區(qū)定義了141個生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域（KBA）和58個候選生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域（CKBA），共計199個關(guān)鍵區(qū)域。在這些區(qū)域中，176個區(qū)域是由全球瀕危獸類定義的，138個區(qū)域是由全球瀕危、分布受限制或者集群遷徙的鳥類定義的，8個區(qū)域是由全球瀕危爬行類定義的，171個區(qū)域是由全球瀕危兩棲類定義的，以及54個區(qū)域是由全球瀕危植物定義的。這些區(qū)域顯示出了基于目前的知識所能夠知道的有重要生物多樣性保護價值的區(qū)域，是實際存在的生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域的現(xiàn)時子集。

（3）DEM數(shù)據(jù)及河網(wǎng)信息。本文采用USGS精度為90m的DEM數(shù)據(jù)，利用開發(fā)的軟件［13］，提取了西南地區(qū)的河網(wǎng)，并劃分子流域。該河網(wǎng)與1：25萬數(shù)字河網(wǎng)進行了校驗，吻合良好。

2.2 方法 本文主要采取空間疊加技術(shù)，將大壩及其回水區(qū)信息定位到西南地區(qū)生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域圖上，以生成大壩與生物多樣性因子位置關(guān)聯(lián)圖。

由于獲取的大壩信息不全，尤其是缺乏大壩的準確空間定位信息。如何校驗所獲取大壩空間定位數(shù)據(jù)，以使大壩能準確定位到河流上；或利用DEM、遙感數(shù)據(jù)等空間技術(shù)的運用，補充部分缺乏定位數(shù)據(jù)的大壩的空間定位，是大壩與KBA區(qū)域圖集成的一項基礎(chǔ)性工作，也是圖像集成的一個關(guān)鍵點。為此，本文確定大壩定位的3方面要求：1）大壩必須要落在河道上；2）能反映河道的縱坡降；3）大壩上游要有一段平緩的回水區(qū)（即大壩上游一定區(qū)域內(nèi)高程變化不明顯）。據(jù)此，采用Google Earth目測移動法、河網(wǎng)坡降最陡法及綜合法等3種方法，對西南地區(qū)的大壩進行了空間定位。其中Google Earth目測移動法是利用Google Earth作為后臺，在其圖像中搜索出大壩的位置，然后記錄下大壩的坐標信息，再結(jié)合DEM圖像進行對比，定位出大壩的準確位置。河網(wǎng)坡降最陡法是依據(jù)DEM提取河網(wǎng)的河道沿程坡降，根據(jù)坡降突變點（最陡坡降）確定大壩的位置［14］。綜合法則是綜合前兩種方法的優(yōu)點，以坡降突變點確定大壩的可能位置，而后用Google Earth目測定位大壩的位置。

3 結(jié)果分析

3.1 西南地區(qū)大壩及其再定位 通過前述3種方法，對長江上游（宜昌以上）、瀾滄江及怒江的293個電站進行了重新定位（圖2）。對于293個電站，基于DEM提取了大壩上游河道坡降平緩長度，并結(jié)合大壩屬性信息，在GIS圖上確定出大壩的回水長度及可能的回水水面范圍。各個河流上分布的電站如表1所示。

表1 長江上游（宜昌以上）、瀾滄江及怒江大壩分布 （單位：個）

3.2 大壩與西南地區(qū)生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域圖集成 將西南地區(qū)生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域與前述再定位的大壩進行空間集成，可得到如圖3所示的整合圖，其中落在西南KBA區(qū)域內(nèi)有105座電站。從圖上可以發(fā)現(xiàn)如下特點：1）大壩集中區(qū)與表征生物多樣性的KBA區(qū)域不重疊；2）大壩的回水水面范圍與KBA區(qū)域交集小，可能在于KBA區(qū)域多數(shù)處于水源區(qū)域且以陸地區(qū)域為主，與河流關(guān)系不密切；3）少部分水壩落在KBA區(qū)域內(nèi)，例如岷江流域，有十余座壩落在KBA區(qū)域內(nèi)，多為壩高不超過30m的中小水電站。盡管KBA區(qū)域內(nèi)包含的大壩數(shù)量少，但表明水電開發(fā)同KBA區(qū)域的保護的沖突是存在的。

盡管從大壩與KBA空間分布的特性看，大壩與KBA的關(guān)聯(lián)性不大。但是，是否就可以說，大壩的開發(fā)對區(qū)域生物多樣性影響不大，目前并不能得出肯定的結(jié)論。這是因為：①大壩的建設(shè)，體現(xiàn)為人類對河流的一種開發(fā)活動，其回水范圍、回水長度，對于以陸面生物為主的KBA影響有限。但是，對河流生態(tài)會有一定影響。目前所劃定的KBA區(qū)域是以陸生動植物為基礎(chǔ)形成，由于水生生物，魚類等數(shù)據(jù)的空缺，基于水體的KBA區(qū)域整體空缺，在未來增加了基于水生生物多樣性劃分的KBA區(qū)域后，大壩對西南山地生物多樣性的影響將可以被更客觀的評價；②現(xiàn)存生物多樣性還比較豐富的區(qū)域多處于人類活動難以到達的區(qū)域，如高山區(qū)的水源地，從經(jīng)濟、環(huán)境角度不適宜進行大型水電的開發(fā)。西南地區(qū)已有大型水電開發(fā)，多集中在相對容易開發(fā)的區(qū)域，與KBA區(qū)域交叉不多。而中小型水電開發(fā)，則可能對KBA有較多的影響。要更全面的評價水電開發(fā)對生物多樣性的影響，還需要增加中小型電站和KBA關(guān)系的研究；③隨著水電開發(fā)的繼續(xù)，KBA區(qū)域內(nèi)可能會出現(xiàn)新的大壩建設(shè)，大壩的影響需要更加謹慎的評價。

4 結(jié)論

西南地區(qū)作為國家的水電開發(fā)基地，也是全球34個生物多樣性保護的熱點地區(qū)之一。在同一空間信息平臺上整合集成大壩與區(qū)域生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域圖，是從大尺度宏觀研究西南地區(qū)水電開發(fā)與區(qū)域生物多樣性的關(guān)系的基礎(chǔ)性交叉工作。本文基于USGS 90m精度的DEM數(shù)據(jù)和西南地區(qū)大壩數(shù)據(jù)庫，在生成的數(shù)字河網(wǎng)上再定位大壩，并與西南地區(qū)生物多樣性關(guān)鍵區(qū)域(KBA)電子地圖圖像集成。通過大壩與KBA的空間位置關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)大壩集中區(qū)與表征生物多樣性的KBA區(qū)域不重疊，大壩的回水水面范圍與KBA區(qū)域交集較小，但水電開發(fā)，尤其是中小水電，同KBA區(qū)域的保護的沖突還是存在的；西南地區(qū)大壩對于以陸面生物為主劃分的KBA影響有限。在KBA中引入于水生生物多樣性后，大壩對西南山地生物多樣性的影響將可以被客觀的評價。本文研究工作將為河流開發(fā)與區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護提供宏觀的決策技術(shù)參考支持。

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