黃 勇，李子漪，武鵬峰，鄭 國(guó)，陳 忱

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100101；2.沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034)

遼寧蒲石河抽水蓄能電站對(duì)景觀格局影響的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

黃 勇1，李子漪1，武鵬峰2，鄭 國(guó)2，陳 忱1

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100101；2.沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034)

以遼寧蒲石河流域新建成的蒲石河抽水蓄能電站及其下游區(qū)域?yàn)檠芯康攸c(diǎn)，基于2003年和2013年兩期ETM遙感數(shù)據(jù)，采用RS和GIS技術(shù)分析了10年間本區(qū)域土地的利用變化，并結(jié)合景觀生態(tài)研究方法，計(jì)算了斑塊數(shù)、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)等景觀指數(shù)，對(duì)該區(qū)域景觀格局狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，旨在明確抽水蓄能電站工程建設(shè)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響程度.結(jié)果表明：森林景觀在工程建設(shè)前后均為整個(gè)區(qū)域的主體景觀，面積所占比例分別達(dá)到84.80%和80.65%；水域景觀和農(nóng)田建設(shè)景觀均有所增加，尤其是水域景觀，增加幅度為5.89%，而且多以不規(guī)則斑塊的形式增加；整個(gè)研究區(qū)域景觀多樣性和均勻度增大.抽水蓄能電站建成后，該區(qū)域主體仍然是自然林，工程建設(shè)對(duì)區(qū)域土地利用格局的影響較小，而且建設(shè)用地呈現(xiàn)上升趨勢(shì).在未來(lái)的管理中要協(xié)調(diào)各種景觀間的關(guān)系，并繼續(xù)推進(jìn)天然林保護(hù)、封山育林等工程，保證區(qū)域生態(tài)功能的有效發(fā)揮.

遙感；土地利用；景觀格局；景觀指數(shù)

土地利用/覆被變化(land use/cover change，LUCC)是土地科學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[1-2].土地利用和土地覆被動(dòng)態(tài)被認(rèn)為是研究環(huán)境變化的關(guān)鍵[3].土地利用資源的數(shù)量、空間格局的變化及土地利用類(lèi)型組合方式的改變都會(huì)引起自然環(huán)境和生態(tài)過(guò)程的改變，從而形成土地利用的生態(tài)環(huán)境效應(yīng).[4-5]通過(guò)景觀效應(yīng)分析，能夠?qū)ν恋乩煤屯恋匾?guī)劃提供理論依據(jù).景觀格局是指景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，即景觀組成單元的多樣性和空間配置.景觀格局及其變化是自然、社會(huì)和生物要素相互作用的結(jié)果[6-8]，特別是人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然景觀的改造作用.人為干擾影響著景觀格局變化的速率和方向，這在景觀格局變化過(guò)程中的作用越來(lái)越大，同時(shí)景觀格局的變化也對(duì)人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生了重大影響.[9-10]于興修等以浙江省西苕溪流域?yàn)槔?，分析了流域在不同年份間的土地利用變化所引起的景觀結(jié)構(gòu)和景觀異質(zhì)性的變化以及該過(guò)程所產(chǎn)生的生境質(zhì)量下降、邊緣效應(yīng)增強(qiáng)和土地退化等景觀生態(tài)效應(yīng).[11]

蒲石河抽水蓄能電站是經(jīng)國(guó)家批準(zhǔn)立項(xiàng)的東北地區(qū)第一座大型抽水蓄能電站，它由東北電網(wǎng)負(fù)責(zé)建設(shè)和管理.蒲石河抽水蓄能電站工程于2006年8月開(kāi)工，2012年12月完工.工程總投資40多億元，總裝機(jī)容量120萬(wàn)kW，裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量為30萬(wàn)kW，年發(fā)電量18.6億kW·h.年平均抽水電量為24.09億kW·h，年抽水小時(shí)數(shù)為2 008 h，綜合效益為77.2%.但是，關(guān)于電站建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)鼐坝^格局的影響，以及由此引起的生態(tài)效應(yīng)，至今鮮有報(bào)道.

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

蒲石河抽水蓄能電站(40°25′N(xiāo)，124°40′E)位于遼寧省丹東市寬甸滿(mǎn)族自治縣長(zhǎng)甸鎮(zhèn)境內(nèi)(見(jiàn)圖1)，距丹東市約60 km，分上游、下游兩個(gè)庫(kù)區(qū)，上游庫(kù)區(qū)位于長(zhǎng)甸鎮(zhèn)東洋河村境內(nèi)，下游庫(kù)區(qū)位于長(zhǎng)甸鎮(zhèn)小孤山子村境內(nèi).上、下水庫(kù)間的直線平面距離約為2.5 km，上、下水庫(kù)壩址處庫(kù)底高差約280 m.

寬甸縣位于遼寧省東部、鴨綠江中下游右岸，東南與朝鮮隔江相望，東北與吉林省集安接壤，西接鳳城，北鄰桓仁，西北與本溪毗鄰，西南與丹東相連.地勢(shì)自北向南逐漸降低，季風(fēng)氣候明顯，四季分明，冬暖夏涼.年平均氣溫6.5℃，積溫3 000℃，無(wú)霜期140 d.雨量充沛，降雨受地形抬升影響，常以暴雨形式出現(xiàn)，每年暴雨天數(shù)最高可達(dá)12 d，降雨量年內(nèi)分配主要集中在7—8月.

圖1 蒲石河抽水蓄能電站地理位置

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

為說(shuō)明工程建設(shè)對(duì)調(diào)查區(qū)域景觀空間格局的影響，利用了工程建設(shè)前后兩個(gè)時(shí)段的兩幅ETM數(shù)據(jù)(空間分辨率28.5 m)作為數(shù)據(jù)源.兩幅影像的獲取時(shí)間分別為2003年6月10日和2013年5月15日，影像集中于5月和6月，避免了由于農(nóng)作物的生長(zhǎng)而產(chǎn)生的季節(jié)性差異.考慮到ETM數(shù)據(jù)在2003年后出現(xiàn)條帶狀缺失的問(wèn)題，利用空間差值的方法對(duì)影像中條帶進(jìn)行消除處理.然后，對(duì)處理后影像進(jìn)行地理坐標(biāo)匹配和幾何精校正(以1∶100 000地形圖作為基準(zhǔn))，獲得同一坐標(biāo)系下兩幅匹配完好的影像數(shù)據(jù).

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用類(lèi)型劃分

經(jīng)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地多于農(nóng)田用地，且建設(shè)用地在農(nóng)田用地間零星分布，難以對(duì)建設(shè)用地與農(nóng)田用地做出精確、有效的區(qū)分，因此，結(jié)合國(guó)標(biāo)《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》的分類(lèi)體系，參考調(diào)查區(qū)域土地利用特征以及Landsat-7ETM影像數(shù)據(jù)特點(diǎn)，確定劃分4種土地利用類(lèi)型：森林、灌草區(qū)、水域、農(nóng)田及建設(shè)用地.

1.3.2 影像分類(lèi)和指數(shù)計(jì)算

基于野外考察實(shí)際，在ENVI軟件中利用最大似然分類(lèi)法對(duì)兩幅影像數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，以獲取蒲石河抽水蓄能電站在兩個(gè)時(shí)段(2003年和2013年)的景觀格局處理結(jié)果.經(jīng)過(guò)精度檢驗(yàn)，兩幅影像分類(lèi)精度分別為82.4%和85.6%，滿(mǎn)足遙感解譯精度要求，然后在ARCGIS軟件中作圖.景觀格局指數(shù)能高度濃縮景觀格局信息，是反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置方面特征的簡(jiǎn)單定量指標(biāo)[12-14]，因此以獲取的景觀分類(lèi)結(jié)果為基礎(chǔ)，利用FRAGSTATS軟件計(jì)算景觀指數(shù).在景觀類(lèi)型水平上，計(jì)算斑塊數(shù)(NP)、斑塊密度(DP)、最大斑塊指數(shù)(ILP)、景觀形狀指數(shù)(ILS)；在景觀水平上，計(jì)算景觀優(yōu)勢(shì)度(ILD)、多樣性指數(shù)(ISHD)、均勻度指數(shù)(ISHE).ILD，ISHD，ISHE三個(gè)指數(shù)用來(lái)討論景觀多樣性，而NP，PD，ILP，ILS等用來(lái)描述景觀的破碎程度和復(fù)雜程度.各指數(shù)計(jì)算公式見(jiàn)表1.

表1 各景觀指數(shù)公式計(jì)算表

2 結(jié)果分析

2.1 2003—2013年土地利用類(lèi)型變化

蒲石河抽水蓄能電站在工程建設(shè)前后土地利用發(fā)生明顯變化(見(jiàn)圖2及表2).其中，水域的變化最為明顯，在上庫(kù)和下庫(kù)兩個(gè)位置，都有一定程度的增加，而且下庫(kù)水域景觀增加量大于上庫(kù).森林和灌草兩種景觀趨于減少，從整體來(lái)看，兩種景觀向水域景觀轉(zhuǎn)換；在上庫(kù)壩址和下庫(kù)壩址等一些局部區(qū)域，也存在兩類(lèi)景觀的相互轉(zhuǎn)換，但其轉(zhuǎn)換面積較少.農(nóng)田和建設(shè)用地所占比例較少，零散分布于幾類(lèi)景觀之中.

圖2 蒲石河抽水蓄能電站在工程建設(shè)前后土地利用變化

表2 蒲石河抽水蓄能電站在工程建設(shè)前后各景觀類(lèi)型面積

蒲石河抽水蓄能電站在工程建設(shè)前后的10年(2003—2013年)中，水域面積增加了520 hm2，對(duì)該區(qū)域環(huán)境、水生生物、鳥(niǎo)類(lèi)和兩棲動(dòng)物等都會(huì)產(chǎn)生重要影響；森林景觀是整個(gè)區(qū)域的主體景觀，在2003年和2013年所占比例分別達(dá)到了84.80%和80.65%，盡管有所減少，但仍然占據(jù)較大比重；灌草區(qū)被水域所占據(jù)，面積減少了182 hm2，所占比例減少了2.07%；農(nóng)田和建設(shè)用地僅增加29 hm2，雖然數(shù)量較少，但已經(jīng)呈現(xiàn)出擴(kuò)張的趨勢(shì).

2.2 2003—2013年4類(lèi)景觀結(jié)構(gòu)對(duì)比

2.2.1 森林景觀、水域景觀、灌草景觀、農(nóng)田與建設(shè)景觀結(jié)構(gòu)變化

在景觀類(lèi)型水平，4類(lèi)景觀在破碎化程度和復(fù)雜性上呈現(xiàn)了不同的格局(見(jiàn)表3).

森林景觀破碎程度最低，在2003年和2013年斑塊數(shù)分別為119和117，連通性較高；森林景觀最大斑塊指數(shù)遠(yuǎn)大于其他幾類(lèi)景觀也反映了高連通性這一特征；景觀形狀指數(shù)最小，而且變化量?jī)H為0.355，表明森林景觀復(fù)雜性較低，景觀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.

水域景觀破碎程度較高，斑塊數(shù)從125增加到756，斑塊密度從0.776增加到4.696，變化幅度大于其他3類(lèi)景觀；最大斑塊指數(shù)表現(xiàn)增大趨勢(shì)，表明隨著工程的修建，原來(lái)較小水域斑塊聚集成為較大的斑塊；景觀形狀指數(shù)增加量最大，達(dá)到9.630，水域景觀在工程建成后，景觀結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜.

灌草區(qū)域被水域景觀占據(jù)，從破碎程度看，破碎程度有一定下降，但其破碎程度依然很高，斑塊數(shù)從581降到485；最大斑塊指數(shù)降低幅度超過(guò)50%；景觀形狀指數(shù)較大，景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜.

農(nóng)田和建設(shè)用地增加，散布于其他幾類(lèi)景觀之間，斑塊面積較小，但斑塊數(shù)較多；在景觀結(jié)構(gòu)上，與水域景觀變化類(lèi)似，景觀結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，而且不規(guī)則.

表3 景觀類(lèi)型水平景觀指數(shù)對(duì)比

2.2.2 整體景觀結(jié)構(gòu)變化

從整體景觀水平來(lái)看，破碎化程度有一定上升，斑塊數(shù)和斑塊密度都有增加趨勢(shì)，主要與水域景觀和農(nóng)田建設(shè)景觀的不規(guī)則增加有關(guān)；最大斑塊指數(shù)下降，但其數(shù)值依然較高，可能與森林在兩個(gè)時(shí)期都作為主體景觀有關(guān)；景觀多樣性增加，均勻度增加，優(yōu)勢(shì)度下降，整個(gè)區(qū)域景觀類(lèi)型呈現(xiàn)多元化(見(jiàn)表4).

表4 景觀水平景觀格局指數(shù)對(duì)比

NP為斑塊數(shù)；DP為斑塊密度；ILP為最大斑塊指數(shù)；ILS為景觀形狀指數(shù)；ISHD為Shannon多樣性指數(shù)；ISHE為Shannon均勻度指數(shù)；ILD為景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù).

3 討論與結(jié)論

土地利用景觀格局是自然與人為因素相互作用所產(chǎn)生的一定區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反應(yīng)[15].水電工程的開(kāi)發(fā)建設(shè)是對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的一種大規(guī)模擾動(dòng)，是改變河流自然特性的最主要因素.[16]蒙吉軍等利用綜合指標(biāo)法對(duì)三峽庫(kù)區(qū)景觀生態(tài)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明三峽庫(kù)區(qū)景觀生態(tài)質(zhì)量表現(xiàn)出中等質(zhì)量占主體的特點(diǎn)，而且景觀質(zhì)量存在水平區(qū)域差異和垂直差異；[17]鄒秀萍等研究了1985—2000年怒江流域土地利用/覆被變化及其景觀格局變化，顯示怒江流域景觀總體上異質(zhì)性在減小，斑塊類(lèi)型出現(xiàn)均勻分布的趨勢(shì)，景觀穩(wěn)定性在降低；[18]夏兵等利用馬爾可夫模型深入分析了北京懷柔水庫(kù)流域近15年的景觀動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化特征，指出流域景觀組分相對(duì)穩(wěn)定，且灌木林面積下降趨勢(shì)明顯.[19]

將遙感技術(shù)應(yīng)用于土地利用和土地覆蓋已成為專(zhuān)家關(guān)注的熱點(diǎn)，這是進(jìn)行生態(tài)環(huán)境變化和土地資源調(diào)查研究的一種重要方法.[20-22]利用遙感手段進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測(cè)正逐步成為近幾年來(lái)生態(tài)監(jiān)測(cè)研究的重點(diǎn)，是宏觀監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì).[23]王根緒等在黑河流域選擇兩個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行了土地利用變化的空間差異與影響的對(duì)比研究；[24]謝國(guó)清和魯韋坤利用TM數(shù)據(jù)分析了云南松華壩水庫(kù)流域景觀格局及其動(dòng)態(tài)變化；[25]張宏鋒等利用MSS數(shù)據(jù)、TM數(shù)據(jù)、ETM數(shù)據(jù)研究了新疆瑪納斯河流域景觀格局變化及其生態(tài)效應(yīng).需要指出，遙感影像質(zhì)量和分類(lèi)方法的選擇是應(yīng)用遙感技術(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié).[26]

生態(tài)完整性是支持和保持一個(gè)平衡的、綜合的、適宜的生物系統(tǒng)的能力[27].在非污染生態(tài)影響評(píng)價(jià)中，生態(tài)完整性的判定是整個(gè)評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)[28]，也是深入進(jìn)行各子項(xiàng)目評(píng)價(jià)的前提.運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)及遙感相結(jié)合的方法，能夠有效地對(duì)區(qū)域生態(tài)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià).尹曉煜以山西省石膏山水庫(kù)為研究區(qū)域，采用遙感手段獲得植被信息，分析了水庫(kù)工程建設(shè)前后景觀結(jié)構(gòu)、景觀異質(zhì)性的變化，指出工程所在區(qū)域景觀的生態(tài)完整性未因工程建設(shè)受到較大影響，石膏山水庫(kù)工程對(duì)生態(tài)環(huán)境影響是自然體系可以承受的[29].這一評(píng)價(jià)方法已經(jīng)在眾多水庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，如浙江省周公宅水庫(kù)[30]、黑龍江省桃山水庫(kù)[31]、遼寧省錦凌水庫(kù)[32]，并取得了較好的效果.

總體而言，經(jīng)過(guò)對(duì)蒲石河抽水蓄能電站在工程建設(shè)前后土地利用和景觀格局的分析，發(fā)現(xiàn)電站工程結(jié)束后森林景觀面積輕微減少，但依然是整個(gè)區(qū)域的主體景觀，說(shuō)明該區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量主要受天然林生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié).同時(shí)，多年的封山育林政策保證了該區(qū)域森林總量的穩(wěn)定，未來(lái)進(jìn)一步增加其景觀連通性是該區(qū)域森林保護(hù)工作的發(fā)展目標(biāo).抽水蓄能電站建成后，水域景觀和農(nóng)田建設(shè)景觀以不規(guī)則斑塊的形式有所增加，灌草景觀面積有所減少，在未來(lái)的管理中要協(xié)調(diào)各種景觀間的關(guān)系，并繼續(xù)推進(jìn)天然林保護(hù)、封山育林等工程，維護(hù)生態(tài)完整性，保證區(qū)域生態(tài)功能的有效發(fā)揮.

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(責(zé)任編輯：方 林)

Ecological risk assessment of effect on landscape pattern of Pushihe pumped-storage power station in Liaoning

HUANG Yong1，LI Zi-yi1，WU Peng-feng2，ZHENG Guo2，CHEN Chen1

(1.Assessment Center of Environmental Engineering，Department of Environmental Protection，Beijing 100101，China；2.College of Chemistry and Life Sciences，Shenyang Normal University，Shenyang 110034，China)

The change of land-use pattern of watershed could alter nature environments and ecological courses，and then lead to some effects of environment. The study was carried out in the part of Pushihe watershed，accurately where Pushihe pumped-storage power station was built and the downstream region. Based on two ETM data，classified using maximum likelihood classification and mapped the results in ARCGIS. Combined with methods of landscape ecology，calculated seven landscape metrics，such as number of patches，density of patches，largest patch indices，landscape shape indices，Shannon diversity indices，Shannon evenness indices，and landscape dominance indices and assessed the landscape pattern of the region，aiming at knowing the degrees of impacts to local ecological environment caused by pumped-storage power station. The results shows forests are still the dominat landscape of the area before and after the engineering construction，the percentage amounting for 84.80% and 80.65% respectively. Water area and farming-constructing landscapes are slightly increasing，especially the ratio of water area increasing by 5.89%，more in irregular patch style. The diversity and evenness of the wold landscape are enhancing. In a word，the dominance of the area is nature forest，and the influence of the station project is relatively weak to local landscape pattern. However，the percent of constrction area is appearing an increasing trend so that should coordinate the development of landscape in the future management. Have to continue to promote such projects as nature forest protection and closing hillsides for forest conservation in order to guarantee that the ecological functions take effect efficiently.

remote sensing；land use；landscape pattern；landscape metrics

1000-1832(2015)04-0137-06

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2015.04.029

2014-07-09

國(guó)家環(huán)保部公益性行業(yè)重大專(zhuān)項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(201209029).

黃勇(1980—)，男，博士研究生，高級(jí)工程師，主要從事水電開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)研究；通訊作者：陳忱(1964—)，男，高級(jí)工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究.

X 820.3 [學(xué)科代碼] 610·3040

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