摘要：利用遙感技術(shù)，運(yùn)用生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)體系，以金沙江下游兩期Landsat衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)源，定量和定性對(duì)比分析研究區(qū)內(nèi)4個(gè)最重要一級(jí)電站在2000、2014年建設(shè)前后生態(tài)環(huán)境在時(shí)間和空間上的變化狀況。結(jié)果表明，整個(gè)金沙江下游的生態(tài)環(huán)境狀況處于優(yōu)良狀態(tài)，但是總體上生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有很大幅度的下降，尤其明顯的是正在建設(shè)中的烏東德電站和白鶴灘電站流域，而已建成投產(chǎn)的溪洛渡電站和向家壩電站流域的生態(tài)環(huán)境狀況稍好，由此說明水電站在建設(shè)過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響比建成之后更大。

關(guān)鍵詞：水電開發(fā)；生態(tài)環(huán)境；遙感技術(shù)；金沙江下游

中圖分類號(hào)：X821 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）11-2755-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.011

近年來，利用3S技術(shù)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行研究已得到廣泛應(yīng)用[1-8]。水能資源以及興建水利水電設(shè)施對(duì)于支撐中國能源建設(shè)具有重要意義，同時(shí)在保護(hù)環(huán)境的前提下如何合理利用和開發(fā)水能資源更是一個(gè)亟待解決的重要課題[3]。如何更有效合理地利用水電資源，建立合適的監(jiān)測機(jī)制，確保將水電開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響降到最低，對(duì)金沙江下游、長江乃至全國的水電開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。水電開發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響是多方面、大面積且十分復(fù)雜的，涉及到資源與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)等諸多領(lǐng)域。研究水電開發(fā)建設(shè)過程中對(duì)區(qū)域或流域生態(tài)環(huán)境的影響程度，分析其影響因素，并在水電工程建設(shè)過程中和建成之后對(duì)問題進(jìn)行針對(duì)性處理，可最大限度地降低水電建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞程度，增強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的自我恢復(fù)能力。遙感（Remote sensing，RS）和地理信息系統(tǒng)（Geographil information system，GIS）為水利水電開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境影響提供了良好的監(jiān)測數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)分析手段，可以在定性和定量的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的防治措施[9-11]。

金沙江作為長江的上游橫貫中國一二級(jí)階梯，地形復(fù)雜多變，地勢落差大，灘多水急，占長江水力資源的40%以上[12]。金沙江全流域共計(jì)劃開發(fā)25級(jí)電站，總裝機(jī)規(guī)模相當(dāng)于4座三峽大壩。其中金沙江下游特別是大涼山地區(qū)年降水量高，徑流深度大，已建成或正在開發(fā)建設(shè)的烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4座世界級(jí)電站，總裝機(jī)規(guī)模相當(dāng)于2座三峽大壩。同時(shí)金沙江流域成為歐亞大陸生物物種南來北往的主要通道和避難所，是歐亞大陸生物群落最富集的地區(qū)。這一地區(qū)占中國國土面積不到0.4%，卻擁有全國20%以上的高等植物和全國25%的動(dòng)物種數(shù)。金沙江下游是四川省乃至全國的主要林業(yè)生產(chǎn)基地和長江上游水源區(qū)，是中國長江上游的重要生態(tài)屏障。本研究利用RS和GIS技術(shù)，結(jié)合《HJ/T 192-2006，生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》[13]的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和計(jì)算方法等要求提取金沙江下游區(qū)域的各生態(tài)指標(biāo)參數(shù)，對(duì)金沙江下游在2000、2014年水電開發(fā)前后的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響及其程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本研究數(shù)據(jù)源包括兩個(gè)部分，第一部分為遙感影像數(shù)據(jù)，包括長江下游（金沙江段）的Landsat-5 TM和Landsat-8 OLI影像數(shù)據(jù)；第二部分為長江下游（金沙江段）的ASTER GlobalDEM（簡稱ASTER GDEM）高程數(shù)據(jù)，精度為30 m。Landsat-5擁有7個(gè)波段，其多光譜空間分辨率為30 m和120 m（第六波段）；Landsat-8 OLI擁有9個(gè)波段，多光譜空間分辨率為30 m，全色波段分辨率為15 m。通過研究區(qū)所在影像軌道號(hào)獲取的數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2 研究方法

運(yùn)用ENVI 5.1和ArcGIS9.3軟件對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，主要利用ENVI 5.1進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正，利用ArcGIS9.3對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行鑲嵌、裁剪、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及坡度計(jì)算等，其中鑲嵌中的誤差不大于2個(gè)像素。利用30 m空間分辨率的ASTER GDEM數(shù)據(jù)制作出高程分布情況，并且對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的高程做出了分布統(tǒng)計(jì)，對(duì)研究區(qū)的高程值進(jìn)行分級(jí)處理，結(jié)合《中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》對(duì)研究區(qū)的坡度進(jìn)行分級(jí)，并且統(tǒng)計(jì)各坡度范圍內(nèi)面積，可以看出研究區(qū)內(nèi)急陡坡占了很大一部分，所以該區(qū)域地勢上屬于急陡坡的山區(qū)[14，15]。利用監(jiān)督分類和綜合閾值法[16]進(jìn)行數(shù)據(jù)分類和對(duì)比分析。

通過對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)的科學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)來評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。結(jié)合已解譯的土地類型數(shù)據(jù)，依據(jù)《HJ/T 192-2006，生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》[13]進(jìn)行指標(biāo)篩選，本研究選取生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)和人類干擾指數(shù)5個(gè)指標(biāo)因子分析流域內(nèi)生物、植被、水資源、土地以及人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，通過賦予各指標(biāo)不同的權(quán)重，計(jì)算區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重與計(jì)算方法如下：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)（EI）=0.25×生物豐度指數(shù)+0.20×植被覆蓋指數(shù)+0.20×水網(wǎng)密度指數(shù)+0.20×土地退化指數(shù)+0.15×人類干擾指數(shù)[13]。

1.2.1 生物豐度指數(shù) 指通過單位面積上不同生態(tài)系統(tǒng)類型在生物物種數(shù)量上的差異，間接地反映被評(píng)價(jià)區(qū)域的生物豐度的豐貧程度[13]。

生物豐度指數(shù)=Abio×（0.35×S林地+0.21×S草地+0.28×S水域濕地+0.11×S耕地+0.04×S建筑用地+0.01×S未利用地）/S區(qū)域

式中，Abio為生物豐度指數(shù)的歸一化系數(shù)；S表示某類型土地的面積（km2）。

1.2.2 植被覆蓋指數(shù) 指區(qū)域內(nèi)林地、草地、農(nóng)田、建設(shè)用地和未利用地5種類型的面積占被評(píng)價(jià)區(qū)域的比例，用于反映區(qū)域植被覆蓋的程度[13]。

植被覆蓋指數(shù)=Aveg×（0.38×S林地+0.34×S草地+0.19×S耕地+0.07×S建筑用地+0.02×S未利用地）/S區(qū)域

式中，Aveg為植被覆蓋指數(shù)的歸一化系數(shù)。

1.2.3 水網(wǎng)密度指數(shù) 指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)河流總長度、水域面積和水資源量占被評(píng)價(jià)區(qū)域面積的比例，用于反映評(píng)價(jià)區(qū)域的豐富程度[13]。

水網(wǎng)密度指數(shù)=Awat×S水體/S區(qū)域

式中，Awat為水體密度指數(shù)的歸一化系數(shù)。

1.2.4 土地退化指數(shù) 指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)風(fēng)蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占被評(píng)價(jià)區(qū)域面積的比例，用于反映被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的土地退化程度[13]。

土地退化指數(shù)=Aero×（0.05×S輕度侵蝕+0.25×S中度侵蝕+0.70×S重度侵蝕）/S區(qū)域

式中，Aero為土地退化指數(shù)的歸一化系數(shù)。

1.2.5 人類干擾指數(shù) 指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾程度，對(duì)于不同的土地利用類型，人類的干擾程度不同[13]。

人類干擾指數(shù)=Apop×（10×S林地+47×S耕地+34×S水域濕地+70×S建筑用地+40×S未利用地）/S區(qū)域

式中，Apop為人類干擾指數(shù)的歸一化系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)區(qū)域劃分

結(jié)合Google Earth解譯研究區(qū)域內(nèi)的4個(gè)一級(jí)電站位置圖。研究區(qū)內(nèi)水電站包括烏東德電站、白鶴灘電站、溪洛渡電站和向家壩電站，并將4個(gè)電站劃分為4個(gè)流域單元，對(duì)4個(gè)流域單元進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，獲得4個(gè)單元的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。4個(gè)一級(jí)電站位置和4個(gè)流域單元?jiǎng)澐秩鐖D1所示。

2.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和變化幅度

通過對(duì)研究區(qū)電站建設(shè)前后的生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)和人類干擾指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)的各指標(biāo)權(quán)重及計(jì)算方法計(jì)算出研究區(qū)的4個(gè)單元的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，并根據(jù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（EI≥75的為優(yōu)、55≤EI<75的為良、35≤EI<55的為一般、25≤EI<35的為較差、EI<25的為差）對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2所示。

通過生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，可以計(jì)算得到研究區(qū)的生態(tài)狀況變化幅度，并將其分為4級(jí)：|ΔEI|≤2為無明顯變化、2<|ΔEI|≤5為略有變化、5<|ΔEI|≤10為明顯變化、|ΔEI|>10為顯著變化，得到研究區(qū)的生態(tài)狀況變化幅度如表3所示。

通過研究區(qū)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析，雖然電站建設(shè)前后4個(gè)流域單元的生態(tài)狀況都處于良好的狀態(tài)，但是通過表2和表3不難發(fā)現(xiàn)研究區(qū)大體上生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是呈下降趨勢的，尤其比較明顯的是烏東德電站和白鶴灘電站流域，這兩個(gè)電站呈顯著下降趨勢，主要是因?yàn)檫@兩個(gè)電站仍在建設(shè)當(dāng)中，這說明水電站在建設(shè)過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較建成之后的更大，而溪洛渡電站和向家壩電站流域生態(tài)環(huán)境狀況稍好。

3 結(jié)論

金沙江下游生態(tài)環(huán)境質(zhì)量處于優(yōu)良狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定，但也存在一定的生態(tài)問題。影響金沙江下游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要因素有人為干擾較大、工礦業(yè)眾多、土地墾殖和放牧過度、水土流失嚴(yán)重、滑坡和泥石流等自然災(zāi)害較多等。因此，應(yīng)在流域范圍內(nèi)繼續(xù)加強(qiáng)林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)、控制農(nóng)業(yè)以及放牧業(yè)面源污染源，加之區(qū)域內(nèi)繼續(xù)實(shí)行天然林保護(hù)工程和退耕還林還草工程，會(huì)使得流域范圍內(nèi)的林地以及草地面積增加，這些因素可能會(huì)使流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況向更好的方向發(fā)展。

2000年金沙江下游生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好，4個(gè)流域單元生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分級(jí)均達(dá)到了優(yōu)；2014年金沙江下游生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好，4個(gè)流域單元生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分級(jí)均達(dá)到了良及以上；2000-2014年金沙江下游4個(gè)流域單元生態(tài)環(huán)境質(zhì)量除了向家壩電站流域無明顯變化，其余3個(gè)均有明顯變化，其中溪洛渡電站流域明顯變差，烏東德電站和白鶴灘電站流域顯著變差。總體來講，在水電工程建設(shè)過程中對(duì)生態(tài)的破壞強(qiáng)度更大，建成之后由于生態(tài)環(huán)境的自我恢復(fù)功能和國家地方等政策的實(shí)施，降低了水電開發(fā)對(duì)環(huán)境后期的影響程度，使得流域的生態(tài)環(huán)境得到了有效恢復(fù)。

利用RS的方法進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量研究，與只局限于通過地面測量的傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)調(diào)查方法相比，多源多尺度的遙感圖像在大時(shí)間、大空間尺度的環(huán)境監(jiān)測方面能提供重要的數(shù)據(jù)支撐，尤其是在動(dòng)態(tài)反演地表信息情況下具有巨大的尺度優(yōu)勢，為流域的生態(tài)環(huán)境遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供了有力支持。其能綜合考慮多方面因素帶來的影響，具有方便快捷、更新周期短、速度快、節(jié)省人力物力財(cái)力的特點(diǎn)，能為掌握生態(tài)環(huán)境信息提供第一手資料，而且其為水利水電開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境變化提供了動(dòng)態(tài)監(jiān)測的可能和必要的數(shù)據(jù)分析手段，可以在定性和定量的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的防治措施。

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