吳文佑，雷婉寧，謝光武，操昌碧

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 前 言

濕地是地球上水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一［1］。在過去的幾個(gè)世紀(jì)，濕地為人類的生產(chǎn)、生活提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ):人類利用濕地發(fā)展農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè);利用森林濕地排水發(fā)展林業(yè);圍湖造田、造地發(fā)展農(nóng)業(yè)和建筑業(yè)等等。然而在人類利用濕地的開發(fā)活動(dòng)中對(duì)濕地的占?jí)汉蛿_動(dòng)等，使得濕地面積減少、水質(zhì)改變、濕地生物多樣性降低，濕地生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢較為明顯。因此，保護(hù)現(xiàn)有濕地并恢復(fù)退化濕地，成為保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境的一項(xiàng)重要任務(wù)。在對(duì)濕地功能評(píng)價(jià)并確定濕地生態(tài)系統(tǒng)是否處于健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上［2］，提出有針對(duì)性的科學(xué)的濕地恢復(fù)方案是濕地生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容。

濕地恢復(fù)的研究，早在20世紀(jì)70年代就受到了國內(nèi)外生態(tài)學(xué)者的關(guān)注。在受損濕地恢復(fù)與重建方面，美國開展得較早。從1975～1985年的10年間，聯(lián)邦政府環(huán)境保護(hù)局(EPA)清潔湖泊項(xiàng)目(CLP)的313個(gè)濕地恢復(fù)研究項(xiàng)目得到政府資助。1990～1991年，NRC、EPA、CRAM 和農(nóng)業(yè)部提出了龐大的濕地恢復(fù)計(jì)劃［2］。歐洲的一些國家如瑞典、瑞士、丹麥、荷蘭等在濕地恢復(fù)研究方面也有了很大進(jìn)展［4、5］，例如，在西班牙的 Donana 國家公園，安裝水泵來充斥沼澤，補(bǔ)償減少的河流和地下水流;1993年，大約200多位學(xué)者聚集在英國謝菲爾德大學(xué)討論了濕地恢復(fù)問題。在1995年，出版了這次會(huì)議的論文集《溫帶濕地的恢復(fù)》，從沼澤濕地恢復(fù)的基本理論到實(shí)踐，文中都有詳盡的論述?？梢哉f，通過這次會(huì)議，對(duì)濕地恢復(fù)的研究又進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。

地理信息系統(tǒng)(GIS)是一門介于信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的新技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，使描述客觀世界的各種數(shù)據(jù)按其地理坐標(biāo)或空間數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，并在其中存貯更新、查詢檢索、量測運(yùn)算、分析處理、綜合應(yīng)用、顯示制圖和輸出的一種技術(shù)系統(tǒng)［6］。遙感信息具有綜合、豐富、宏觀、動(dòng)態(tài)、快速、多源的特點(diǎn)，為地球資源調(diào)查與開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測及全球研究提供了一種強(qiáng)有力的探測手段［7］?！?S”技術(shù)在陸生生態(tài)資源調(diào)查及評(píng)價(jià)、景觀格局分析的應(yīng)用也逐漸發(fā)展起來，并且許多學(xué)者引入“3S”技術(shù)對(duì)基于景觀格局分析的河流濕地生態(tài)恢復(fù)研究進(jìn)行了新的探討。如邊延輝等［8］在對(duì)洪河濕地生態(tài)修復(fù)研究中，利用3S技術(shù)并應(yīng)用MATLAB6.5軟件輔助計(jì)算，對(duì)洪河濕地水域、灌木林、喬木林、沼澤濕地、耕地、荒草地景觀進(jìn)行分析及預(yù)測，提出保護(hù)區(qū)的生態(tài)修復(fù)對(duì)策。劉曉嫣等［9］通過對(duì)青西濕地景觀環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行定性的適宜性分析，并進(jìn)一步確定濕地恢復(fù)方案。鄔秀杰［10］等采用DHP法對(duì)宋建湖濕地進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，提出該地區(qū)濕地保護(hù)的可行性方案?，F(xiàn)有的研究多是針對(duì)湖泊濕地景觀格局進(jìn)行定性分析，少數(shù)定量分析也只是運(yùn)用3S技術(shù)對(duì)濕地按不同地類進(jìn)行分析預(yù)測，但系統(tǒng)地運(yùn)用GIS技術(shù)按濕地敏感目標(biāo)進(jìn)行景觀格局分析，并據(jù)此提出有針對(duì)性的受損濕地景觀恢復(fù)方案尚不多見。鑒于此，筆者探討了GIS與RS技術(shù)結(jié)合的河流濕地景觀格局分析的方法，并據(jù)此分析并提出了受損濕地生態(tài)恢復(fù)方案，以期為今后受損濕地恢復(fù)工作提供一定的借鑒和參考。

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

2.1.1 地形與影像獲取

基于GIS的受損濕地生態(tài)恢復(fù)，需要以研究區(qū)的遙感影像和地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。為分析擬建工程對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響及生態(tài)恢復(fù)的可行性，本工程購買了研究河段高分辨率的GeoEye－1影像。通過高分辨率的遙感影像，借助遙感軟件提取研究區(qū)內(nèi)主要居民點(diǎn)分布圖和土地利用類型圖。

為獲得研究區(qū)的三維場景模擬，收集了研究區(qū)內(nèi)的地形數(shù)據(jù)ASTER GDEM。利用GIS軟件的空間分析功能，提取研究區(qū)內(nèi)的坡度圖、坡向圖，作為景觀格局分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，在GIS軟件的三維模塊中，將研究區(qū)的遙感影像和DEM進(jìn)行疊加，即可獲得研究區(qū)的三維場景模擬。

2.1.2 景觀現(xiàn)狀調(diào)查

濕地景觀格局的分析，除收集遙感影像和地形信息外，還需對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。分析并明確研究區(qū)的濕地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀、生態(tài)敏感目標(biāo):

(1)植物調(diào)查采用樣方法。

(2)動(dòng)物調(diào)查主要用樣帶法，輔以樣方進(jìn)行。

(3)濕地類型調(diào)查:收集1∶10 000地形圖結(jié)合現(xiàn)場查勘，記錄濕地類型、典型類型分布地點(diǎn)并用GPS精確定位;通過衛(wèi)片遙感解譯進(jìn)行不同類型濕地的面積計(jì)算。

收集擬建工程的相關(guān)資料，用以預(yù)測分析擬建工程對(duì)濕地景觀格局的影響。

2.1.3 洪水資料收集

根據(jù)工程防洪規(guī)劃報(bào)告的洪水風(fēng)頻相關(guān)數(shù)據(jù)，采用洪水計(jì)算數(shù)學(xué)模型，選取與工程相關(guān)的幾個(gè)控制斷面，分別計(jì)算天然情況及工程運(yùn)行后兩個(gè)工況下的洪水水位、水深及流速等。

2.2 研究方法

景觀格局的分析是把景觀過程(包括水的流動(dòng)、物種的空間運(yùn)動(dòng)等)作為通過克服空間阻力來實(shí)現(xiàn)景觀控制和覆蓋的過程。要有效實(shí)現(xiàn)控制和覆蓋，必須選擇具有主導(dǎo)作用的關(guān)鍵性景觀元素［11］。本研究選擇了洪水景觀格局、敏感動(dòng)物生境適應(yīng)性景觀格局及視覺敏感性景觀格局三個(gè)元素進(jìn)行工程區(qū)景觀格局分析。

2.2.1 洪水景觀格局分析

洪水景觀格局的目標(biāo)在于建立符合洪水自然過程的空間格局，從整個(gè)流域洪水景觀格局出發(fā)，恢復(fù)可供調(diào)、滯、蓄洪的濕地和河道緩沖區(qū)，滿足洪水自然宣泄的空間。根據(jù)工程區(qū)洪水風(fēng)頻計(jì)算結(jié)果，借助GIS技術(shù)，將研究河流洪水風(fēng)險(xiǎn)頻率和擬建工程正常蓄水位模擬疊加，建立高、中、低不同洪水景觀格局下的濕地規(guī)模和格局。

2.2.2 敏感動(dòng)物生境適應(yīng)性景觀格局分析

根據(jù)工程區(qū)敏感目標(biāo)調(diào)查結(jié)果，選取具有代表性的動(dòng)物進(jìn)行棲息地適宜性分析。根據(jù)現(xiàn)場查勘結(jié)果及文獻(xiàn)查閱，確定影響該敏感目標(biāo)棲息地適宜性的因素、分值及權(quán)重，在GIS中對(duì)影響該敏感目標(biāo)的因素圖層進(jìn)行疊加分析，最終將該敏感目標(biāo)適宜生境劃分為高、中、低水平，得出生境適應(yīng)性景觀格局分析結(jié)果。

2.2.3 視覺敏感性景觀格局分析

視覺景觀格局是維護(hù)景觀視覺感知過程的關(guān)鍵性景觀元素和空間聯(lián)系。針對(duì)各區(qū)域和廊道進(jìn)行可視度分析，確定研究范圍內(nèi)的景觀視覺敏感區(qū)域，保護(hù)某些景觀視覺質(zhì)量較高的地區(qū)，并對(duì)視覺過程影響最大的區(qū)域進(jìn)行控制，建立不同水平的景觀視覺格局。通過對(duì)場地現(xiàn)狀踏勘分析，確定敏感視點(diǎn)及視覺景觀廊道，通過GIS視覺分析工具對(duì)敏感試點(diǎn)或廊道周圍景觀可視度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)可視度分布的直方圖(可視度分布曲線)將研究范圍的敏感區(qū)分為三個(gè)等級(jí):高敏感區(qū)、中敏感區(qū)、低敏感區(qū)。對(duì)于視覺高敏感區(qū)域應(yīng)建立視覺通廊和視覺控制區(qū)，為濕地景觀恢復(fù)視覺效果營造提供依據(jù)。

3 某航電工程受損河流濕地景觀格局分析及生態(tài)恢復(fù)方案

3.1 某航電工程項(xiàng)目概況

該航電工程以航運(yùn)為主、航電結(jié)合，兼顧防洪等綜合利用的工程。電站壩址控制流域面積約124 686km2，水庫正常蓄水位358m，航道及船閘等級(jí)為Ⅲ級(jí)，裝機(jī)容量360MW，為河床式航電工程，采用右船閘右廠房的布置形式。樞紐主要建筑物自左至右依次布置泄洪沖沙閘、電站廠房、船閘等，為減少淹沒損失，在庫區(qū)壩前段兩岸修建防洪堤。

3.2 敏感目標(biāo)的確定

根據(jù)景觀現(xiàn)狀調(diào)查，結(jié)合工程分析可知，本工程建設(shè)區(qū)河流濕地主要由沿岸邊灘、河流心灘、江心洲、河流水域以及水陸交錯(cuò)帶組成。河漫灘濕地植物有五節(jié)芒濕地草叢、白茅濕地草叢、棒頭草濕地草叢、菵草濕地草叢和虉草濕地草叢5種植被類型。水生植物有挺水植物蘆葦、五節(jié)芒、芭芒等;浮水植物有鳳眼蓮、浮萍等;沉水植物有粉綠狐尾藻等。此外，河流生態(tài)系統(tǒng)中，鳳洲島、老江壩的西側(cè)和南側(cè)有大面積沙洲，鷺類、鸛類、鸻類等涉禽類會(huì)在沙洲上捕食沙蠶、蟹、蚌等底棲動(dòng)物;而一些以魚類為食的水禽，如鴨類、鷗類、鸛類、翠鳥等，會(huì)以沙洲為落腳點(diǎn)，甚至在此筑巢棲息。通過現(xiàn)場調(diào)查及分析，工程主要敏感目標(biāo)為:桫欏、黑鸛和黑頸鶴、水獺。

本工程建設(shè)對(duì)河網(wǎng)濕地生態(tài)系統(tǒng)影響主要為:水庫淹沒、航道河道疏浚及防洪堤建設(shè)使得河流水域面積增加，沙洲灘涂濕地面積大為縮小，河流渠化;樞紐工程永久占地、河流兩側(cè)河網(wǎng)回填造地改變河網(wǎng)濕地水文條件等。

3.3 基于GIS的工程區(qū)景觀生態(tài)格局分析

3.3.1 洪水景觀格局分析

根據(jù)工程區(qū)洪水風(fēng)頻計(jì)算結(jié)果見表1、2，對(duì)擬建工程河流洪水風(fēng)險(xiǎn)頻率和擬建電站正常蓄水位模擬疊加，確立高、中、低不同洪水景觀格局下的濕地規(guī)模和格局，如圖1所示。

圖1 工程區(qū)洪水景觀格局分析

表1 天然狀況下水位計(jì)算

表2 正常蓄水位358m狀況下水位計(jì)算

通過對(duì)天然水位及航電工程運(yùn)行后水位的模擬疊加，運(yùn)行后水位上漲4～1m不等，一些原本具有調(diào)洪功能的濕地將常年位于水下，而之前的水陸過渡帶區(qū)域?qū)⒊蔀樾碌闹匾獫竦厣?。根?jù)洪水景觀格局分析結(jié)果圖，在洪水高風(fēng)頻區(qū)域(五年一遇)應(yīng)保護(hù)、保留自然濕地面貌，對(duì)已經(jīng)被人工改造的濕地，應(yīng)盡量退耕還濕，恢復(fù)為自然濕地，以此滿足滯水、生物棲息等過程的需要;在洪水中風(fēng)頻區(qū)域(十年一遇)可保留農(nóng)田，但應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，種植耐淹、高桿作物;在洪水低風(fēng)頻區(qū)域(二十年一遇)應(yīng)限制開發(fā)和建設(shè)規(guī)模，避免布置大中型項(xiàng)目。此外，在滿足行洪安全的框架下，可考慮社會(huì)、文化審美需求，如建設(shè)濕地公園，開發(fā)利用濕地科普教育功能，開辟水上游覽線路，結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖，開展自助捕魚游憩活動(dòng)。

3.3.2 鳥類生境適應(yīng)性景觀格局分析

根據(jù)工程區(qū)陸生生態(tài)調(diào)查結(jié)果，區(qū)域濕地的變化將對(duì)涉禽類的覓食環(huán)境及棲息地產(chǎn)生較為明顯的影響。本文對(duì)以黑頸鶴為代表的涉禽類進(jìn)行棲息地適宜性分析。通過文獻(xiàn)查閱，確定影響其棲息地適宜性的因素、分值及權(quán)重見表3。在GIS中對(duì)土地利用類型圖、坡度圖及居民點(diǎn)分布圖三個(gè)圖層進(jìn)行疊加分析，可將區(qū)域以黑頸鶴為代表的涉禽類適宜生境劃分為高、中、低水平。鳥類生境適應(yīng)性生態(tài)格局分析見圖2。

表3 以黑頸鶴為代表的涉禽類棲息生境適宜性分析

圖2 工程區(qū)鳥類生境適應(yīng)性景觀格局分析

對(duì)于高適宜水平區(qū)(得分分值6～10分)，建議盡量保護(hù)濕地自然狀態(tài)，以地帶性鄉(xiāng)土植被為目標(biāo)，從植物類型和豐富度等方面改善濕地景觀功能，選擇鄉(xiāng)土濕生植物進(jìn)行濕地生態(tài)恢復(fù)。從生物核心棲息地構(gòu)建與外圍的連接廊道，為動(dòng)物遷徙提供連通性良好的棲息地和廊道;中等適宜水平區(qū)(得分分值3～6分)，改善植被群落組分結(jié)構(gòu)，在關(guān)鍵部位種植或恢復(fù)鄉(xiāng)土濕地植被斑塊，加寬景觀元素間的連接廊道，人工建設(shè)避開生態(tài)敏感區(qū)。低適宜水平區(qū)(得分分值0～3分)，調(diào)整土地利用格局，在關(guān)鍵部位引入或恢復(fù)鄉(xiāng)土濕地植被斑塊，建設(shè)防護(hù)林體系，構(gòu)建生物廊道系統(tǒng)，人工建設(shè)避開生態(tài)敏感區(qū)。

3.3.3 視覺景觀格局分析

通過對(duì)場地現(xiàn)狀踏勘分析，重點(diǎn)對(duì)四條廊道進(jìn)行可視度分析:烏尤山環(huán)型廊道、涌斯江游憩廊道、岷江主航道廊道、鳳洲島環(huán)島廊道。借助GIS視覺分析工具，將研究范圍的敏感區(qū)分為三個(gè)等級(jí):高敏感區(qū)、中敏感區(qū)、低敏感區(qū)(圖3)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)視覺敏感區(qū)域包括:

烏尤山環(huán)型廊道:視覺敏感區(qū)域包括凌云山、烏尤山;

涌斯江游憩廊道:由于地形較為平坦，主要的視覺敏感區(qū)域?yàn)檠匕毒用裆鐓^(qū);

岷江主航道廊道:主要的視覺敏感區(qū)域?yàn)楹降纼蓚?cè)人口聚居片區(qū);

鳳洲島環(huán)島廊道:主要的視覺敏感區(qū)域?yàn)榧沃莨懦菂^(qū)、岷江三橋及其江心島以及該地的某世界遺產(chǎn)景點(diǎn);

圖3 視覺景觀格局分析

對(duì)于視覺高敏感區(qū)域應(yīng)建立視覺通廊和視覺控制區(qū)，為濕地景觀恢復(fù)視覺效果營造提供依據(jù)。

3.4 濕地生態(tài)恢復(fù)方案

基于區(qū)域景觀生態(tài)格局分析，遵循各水平區(qū)域濕地恢復(fù)建設(shè)原則及內(nèi)容，提出濕地生態(tài)恢復(fù)建設(shè)總體布局為:“一環(huán)一廊兩島兩區(qū)九片”。

一環(huán):凌云山與烏尤山之間的環(huán)型溢洪河道。由河網(wǎng)草本灘涂濕地、農(nóng)田濕地、凌云山與烏尤山濱水林帶組成，是連接凌云山、烏尤山與烏尤壩以及岷江的重要生態(tài)廊道。

一廊:指涌斯江生態(tài)走廊。涌斯江是岷江重要的支流，是岷江流域靜緩流魚類以及其他水生動(dòng)物的重要棲息地，同時(shí)，也是沿岸居民社區(qū)與岷江水域連通的景觀鏈，是區(qū)域中重要的水系廊道。

兩島:烏尤壩、鳳洲島。

兩區(qū):濕地區(qū)根據(jù)功能定位和周邊環(huán)境的不同，分為兩個(gè)主要功能區(qū):上游濕地景觀功能區(qū):上至岷江三橋以上宋中壩江心島，下至杜家場段;下游航道水景觀區(qū):包括修筑防洪堤的岷江航道以及電站壩區(qū)。

九片:濕地區(qū)內(nèi)9個(gè)主要的人口聚居片區(qū)，建設(shè)用地集中區(qū)，包括7個(gè)主要河壩，即王壩子、青衣壩、黃天壩、湯家壩、楠木壩、馬桑壩、天池壩，以及2個(gè)農(nóng)村聚居點(diǎn):烏木莊、胡家灣。

4 討 論

(1)運(yùn)用GIS進(jìn)行受損濕地生態(tài)系統(tǒng)景觀格局分析，可以將計(jì)算機(jī)技術(shù)與地理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來，并借助于地理信息系統(tǒng)的建模分析功能，使生態(tài)恢復(fù)建設(shè)方案具有科學(xué)性和可操作性。特別是在ArcGIS軟件的支持下以高分辨率的遙感影像和DEM為底圖，模擬研究區(qū)的三維場景，為濕地景觀格局分析提供了很大的方便。

(2)本研究采用景觀安全格局途徑，將格局的現(xiàn)狀進(jìn)行量化判讀并結(jié)合工程影響進(jìn)行趨勢預(yù)測，根據(jù)生態(tài)修復(fù)的原則和方法最終確定出適合于研究區(qū)的宏觀生態(tài)修復(fù)方案。研究初步嘗試了借助GIS軟件與地形、遙感影像等基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)下的景觀格局現(xiàn)狀定量化判讀，結(jié)果較為客觀;由于技術(shù)有限，景觀格局的定量化判讀研究還有待進(jìn)一步深入。希望本文能夠?qū)笃诘纳钊胙芯科鸬綊伌u引玉的作用。

5 結(jié) 語

經(jīng)本研究實(shí)際驗(yàn)證，以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，GIS為分析手段進(jìn)行濕地景觀格局分析具有可行性及科學(xué)性?；贕IS的濕地景觀格局分析結(jié)果反應(yīng)了受損濕地景觀的現(xiàn)狀特征及發(fā)展趨勢，對(duì)制定科學(xué)合理的景觀生態(tài)恢復(fù)方案具有很大的指導(dǎo)意義。在生態(tài)環(huán)境問題較為突出的今天，濕地的景觀生態(tài)恢復(fù)已成為全球較為重視的問題，GIS在應(yīng)用于濕地景觀生態(tài)修復(fù)過程中，為其帶來了不少的新思路和方法，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］Wheeler B D．Introduction:Restoration and wetlands［A］.In:Wheeler B D，Shaw S C，F(xiàn)o jt W J，et al eds．Restoration of Temperate Wetlands［C］.Chichester:John Wiley ＆ Sons L td，1995，11－18.

［2］徐艷艷，徐艷東.國內(nèi)外濕地研究進(jìn)展和展望［J］.河北漁業(yè)，2008(1).

［3］崔保山，劉興土.濕地恢復(fù)研究綜述［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，1999.

［4］Henry C P，Amoros C．Restoraton ecology of riverine wetlands(I):A scientific base［J］.Environmental Management，1995，19(6):891－902.

［5］Henry C P，Amoros C，Giuliani Y．Restoration ecology ofriverine wetlands(II):An example in a former channel of the Rhone River［J］.Environmental Management，1995，19(6):903 － 913.

［6］黃杏元，等.地理信息系統(tǒng)概論［M］.高等教育出版社，1989.

［7］徐冠華.遙感與資源環(huán)境信息系統(tǒng)的應(yīng)用與展望［J］.環(huán)境遙感，1994，9(4):241 －247.

［8］邊延輝，等.洪河濕地生態(tài)修復(fù)研究［D］.吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

［9］劉曉嫣，李軼倫.濕地生態(tài)修復(fù)與景觀規(guī)劃研究——以上海青西濕地生態(tài)修復(fù)工程為例［J］.中國園林，2010.

［10］鄔秀杰，李輝.宋建湖濕地景觀資源的評(píng)析與保護(hù)［J］.資源與環(huán)境，2007(29):150.

［11］俞孔堅(jiān)，李迪華，等.“反規(guī)劃”途徑［M］.中國建筑工業(yè)出版社，2005(27).