陳 文 夫，王 瑋，陳 洋，鄧 鑫 欣，張 勇

(1.中國(guó)三峽建工(集團(tuán))有限公司，北京 100038； 2.長(zhǎng)江水利委員會(huì) 長(zhǎng)江流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站，湖北 武漢 430010)

0 引 言

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是指自然為適宜個(gè)體與種群提供持續(xù)生存發(fā)展條件的能力，一定程度上體現(xiàn)了自然環(huán)境的優(yōu)劣，因此常被用來(lái)衡量地域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和生物多樣性[1-2]。伴隨大規(guī)模人類活動(dòng)和自然條件變化導(dǎo)致的土地利用方式、強(qiáng)度及空間格局的改變會(huì)對(duì)自然環(huán)境帶來(lái)重大影響，進(jìn)而對(duì)區(qū)域乃至全球的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀況造成深遠(yuǎn)影響，因此生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)區(qū)域生物多樣性研究及其生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作具有十分重要的意義[3-5]。

長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估采用的數(shù)據(jù)源以區(qū)域數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為主，基于專家打分模型等對(duì)非定性評(píng)估因子加以量化和判斷其權(quán)重，以行政區(qū)劃(市或縣)為評(píng)價(jià)單元進(jìn)行評(píng)價(jià)[6-7]。但由于方式類型復(fù)雜多變、數(shù)據(jù)收集難度較大、評(píng)估因子繁雜和結(jié)論往往受人為影響較大，使得結(jié)果精度不高。近年來(lái)，隨著對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，研究者開始將對(duì)地觀測(cè)手段[8]和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)合[9]，利用遙感影像獲取遙感生態(tài)指數(shù)能夠快速、準(zhǔn)確和定量地對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]，大大推動(dòng)了生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)領(lǐng)域的發(fā)展。盡管大多數(shù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法可較為客觀地對(duì)研究區(qū)生態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，但大多數(shù)學(xué)者都是針對(duì)較大空間尺度下進(jìn)行研究，多為省域[11]、保護(hù)區(qū)[12-13]、多個(gè)縣域[14]等尺度下對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分析，很少針對(duì)較小空間尺度下研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行探討與分析。

水電站工程的建設(shè)，一方面推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，承擔(dān)當(dāng)?shù)胤篮?、抗旱和發(fā)電等功能，另一方面大規(guī)模的人為活動(dòng)也會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞，如植被破壞、生物多樣性減少、水土流失和水體污染等問(wèn)題[15]。金沙江作為長(zhǎng)江的上游河道，流域面積占長(zhǎng)江流域總面積的26%，具有得天獨(dú)厚的自然環(huán)境，是中國(guó)巨大的森林生態(tài)寶庫(kù)，同時(shí)也是中國(guó)重要的水電建設(shè)區(qū)[16]。近年來(lái)，隨著白鶴灘水電站的興建，生態(tài)移民、城市化發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，導(dǎo)致土地資源使用方法也出現(xiàn)了很大改變，與之有關(guān)的自然環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題也出現(xiàn)了變化。本文基于哨兵號(hào)(Sentinel-2)遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)，在小尺度上開展白鶴灘水電站建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐恋乩煤蜕鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量影響的研究。從生物適宜性(生物豐度)、植被生長(zhǎng)狀況(植被覆蓋度)、土壤退化(土壤退化指數(shù))和水資源(土壤濕度指數(shù))等方面，探討水力發(fā)電廠項(xiàng)目建成后對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響，進(jìn)而分析白鶴灘水電站地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的空間差異性，并為其土地資源的合理優(yōu)化配置和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供了參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本文參考白鶴灘水電站建設(shè)工程擾動(dòng)范圍，結(jié)合當(dāng)?shù)亍癡”形高原深谷地貌，在囊括工程建設(shè)區(qū)的前提下，以兩側(cè)山嶺為分水線劃定小流域研究區(qū)范圍(見(jiàn)圖1)。白鶴灘水電站壩址地處云南省昭通市巧家縣大寨鄉(xiāng)和四川省涼山州寧南縣白鶴灘鎮(zhèn)交匯處，地勢(shì)北高南低，向東側(cè)傾斜，面積51.52 km2，屬亞熱帶氣候區(qū)，年平均氣溫21.7 ℃，多年平均降水量715.9 mm，多年平均蒸發(fā)量2 306.7 mm，汛期為6～9月。區(qū)域內(nèi)森林植被覆蓋稀疏，大部分區(qū)域陡坡為旱地或灌叢草坡，左岸森林覆蓋率為25.0%，右岸森林覆蓋率為29.4%，水土流失以中度、強(qiáng)烈侵蝕為主，并伴有滑坡、泥石流等極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕。土壤類型按海拔由低到高呈明顯的垂直分布規(guī)律：燥紅土、紅壤、黃棕壤、棕壤、暗棕壤、亞高山草甸土、高山寒漠土。

圖1 研究區(qū)地理位置概況

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

以2017～2021年5期的Sentinel-2多光譜影像作為研究的主要數(shù)據(jù)源，均來(lái)源于歐空局哥白尼數(shù)據(jù)中心(https：∥earthexplorer.usgs.gov)。利用Sen2cor工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，借助ArcGIS平臺(tái)，以高分辨率遙感地面測(cè)量觀測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)目視解譯對(duì)影像進(jìn)行地物識(shí)別并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理，最后經(jīng)過(guò)2次實(shí)地考察進(jìn)行野外判讀修正不確定地類，最終獲取研究區(qū)精確的土地利用現(xiàn)狀，其空間分辨率為20 m，分類精度可達(dá)85%以上。按照研究區(qū)內(nèi)的資源開發(fā)利用狀況，將研究區(qū)內(nèi)土地利用劃定為7個(gè)一級(jí)地類農(nóng)田、森林、草原、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通用地、水域和水利基礎(chǔ)設(shè)施用地、其他土地，以及13個(gè)二級(jí)地類旱地、有林地、灌木叢地、其余草原、小城鎮(zhèn)建筑用地、鄉(xiāng)村建筑用地、采礦用地、其余城鄉(xiāng)建設(shè)用地、人為擾動(dòng)、農(nóng)村道路、其他交通用地、河湖庫(kù)塘、裸土地。

2.2 研究方法

2.2.1生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

目前，對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)估方法還未統(tǒng)一，而是按照研究學(xué)者觀點(diǎn)的不同以及在不同的科研范圍和地域背景條件下，選取了不同的指標(biāo)，依據(jù)中國(guó)環(huán)境保護(hù)總局制定的HJ/T 192-2015《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[17]和相關(guān)文獻(xiàn)[18-19]，植被生長(zhǎng)情況、生物適宜性、水資源、土壤退化和污染承載5大主要方面因素常被用來(lái)評(píng)估區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，其中，生物適宜性由生物豐度(Biological Richness Index)表示，代表了研究區(qū)內(nèi)生物豐貧程度[20]。植被生長(zhǎng)狀況則由植被覆蓋度(Vegetation Coverage Index，NDVI)表示，其不僅反映了區(qū)域內(nèi)植被生長(zhǎng)狀況和植被密度，還一定程度上反映了植被的分布情況[21]。土地退化指標(biāo)由土壤亮度指數(shù)(Normalized Differential Soil Index，NDSI)表示，根據(jù)土壤背景反射率的差異性從而對(duì)土地的退化程度進(jìn)行表征[22]。水資源指標(biāo)由土壤濕度指數(shù)(Normalized Difference Moisture Index，NDMI)表示，其對(duì)濕度、含水量等信息十分敏感，故常被應(yīng)用到生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)當(dāng)中[23]。由于研究區(qū)屬于工程建設(shè)區(qū)域，故不考慮污染承載指標(biāo)，且選取的4個(gè)指已涵蓋了大部分生態(tài)環(huán)境信息，能夠較為合理地評(píng)估生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

研究首先以Sentinel-2影像作為數(shù)據(jù)源，借助ArcGIS 10.5軟件，運(yùn)用空間分析(spatial analysis)模塊下的柵格計(jì)算器(Raster calculator)功能，獲取NDVI、NDSI和NDMI指數(shù)；借助5期2017～2021年的土地利用類型數(shù)據(jù)，利用InVEST模型，提取生物豐度指數(shù)；最后基于提取的4個(gè)生態(tài)因子，通過(guò)柵格計(jì)算器計(jì)算出生態(tài)質(zhì)量指數(shù)(Ecological Index，EI)?；谏鲜鲋笜?biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)白鶴灘水電站區(qū)域2017～2021年來(lái)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)，并結(jié)合所掌握的資料和實(shí)地情況，探討結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性以及土地利用類型變化與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的相關(guān)性，以期為白鶴灘研究區(qū)土地資源的合理優(yōu)化配置及水土流失防治工作提供參考依據(jù)。

(1) 生物豐度指數(shù)。生物豐度指數(shù)作為衡量研究區(qū)內(nèi)生物數(shù)量的指標(biāo)，反映了生物的多寡程度，計(jì)算生物豐度需要獲取生物多樣性指數(shù)和生境質(zhì)量指數(shù)，其中當(dāng)生物多樣性指數(shù)數(shù)據(jù)缺失時(shí)，可用生境質(zhì)量指數(shù)直接表示生物豐度[23-24]。本研究基于InVEST模型中生物多樣性模塊，通過(guò)提取威脅源柵格數(shù)據(jù)和確定相關(guān)敏感性因子指數(shù)，綜合得到研究區(qū)的生物豐度指數(shù)。

InVEST模型以生境質(zhì)量在空間上存在著明顯的相關(guān)性為前提，評(píng)估生境質(zhì)量時(shí)綜合考慮了土地利用方式和土地利用類型的空間分布帶來(lái)的影響[25]，獲取生境質(zhì)量得分需先計(jì)算退化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。土地利用類型j中柵格x的退化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式為

(1)

(2)

(3)

式中：Dxj為退化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；R為威脅源類別數(shù)量；Wr為各威脅源的權(quán)重；Yr為各威脅源圖層在土地利用類型圖中的柵格數(shù)量；r與y為土地利用類型圖中每個(gè)柵格上威脅源的數(shù)量；Sjr為j類型土地上覆被對(duì)威脅源r的敏感性；irxy為柵格y中的威脅源r對(duì)柵格x的影響；dxy為柵格x(生境)與柵格y(威脅源)的距離，drmax為各威脅源r所代表的影響范圍；βx為法律保護(hù)程度，一般不作考慮，取值為1。

生境質(zhì)量的公式基于生境退化程度Dxj，生境質(zhì)量的計(jì)算公式為

(4)

式中：Qxj為土地利用類型圖j中柵格x的生境質(zhì)量；Hj為土地利用類型圖j的生境屬性；z表示歸一化常量；k是半飽和常數(shù)，k值一般默認(rèn)為生境退化程度最大值的1/2，值為模型默認(rèn)參數(shù)，可設(shè)置為2.5。生境質(zhì)量的值域在0～1之間，其數(shù)值隨著生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變好而逐漸增大。而其他變量(威脅源和土地利用類型等)則需要在了解研究區(qū)具體情況再做調(diào)整，如不同威脅源的影響距離需要考慮當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境因素、人為活動(dòng)強(qiáng)度和土地類型情況進(jìn)行調(diào)整并確定其具體權(quán)重。

模型在對(duì)威脅源的選擇以及模型參數(shù)確定時(shí)綜合考慮了模型的使用手冊(cè)、國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果[17，24-25]和研究區(qū)的實(shí)際情況，最后確定了威脅源表(見(jiàn)表1)和敏感度表(見(jiàn)表2)。

表1 各威脅源最大影響距離、權(quán)重及其空間衰退類型

表2 生境適宜性及其對(duì)不同威脅源的相對(duì)敏感程度賦值

(2) 植被覆蓋度。植被覆蓋度指數(shù)反映了研究區(qū)內(nèi)植被生長(zhǎng)狀況。植被覆蓋度指數(shù)和自然環(huán)境質(zhì)量狀況呈現(xiàn)緊密的正相關(guān)，在不受其他因素影響的情況下，植被覆蓋度越高的區(qū)域，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好，反之，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越差[21]。本文采用Sentinel-2遙感影像獲取歸一化植被指數(shù)，以此反映研究區(qū)內(nèi)的植被覆蓋度情況。其計(jì)算方法為

(5)

式中：NIR，Red分別為近紅外波段和紅波段。利用公式(5)計(jì)算得到白鶴灘水電站區(qū)域的植被覆蓋指數(shù)，其值域范圍在-1～1之間。

(3) 土地退化指數(shù)。土地退化指數(shù)指區(qū)域內(nèi)侵蝕(包括重力、風(fēng)力、水力等作用帶來(lái)的侵蝕)的土地面積與區(qū)域土地總面積的比值。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量會(huì)受到土地退化程度的影響，一般情況下，在不受外界因素影響下，土地退化程度較為嚴(yán)重的區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差，反之，則生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好[22]。本文采用土壤亮度指數(shù)代表土壤退化程度。其計(jì)算方法為

(6)

式中：對(duì)于Sentinel-2衛(wèi)星，Red為第4波段的亮度值；Green為第3波段的亮度值；NDSI的值域范圍為-1～1，其值越大，表示評(píng)價(jià)單元土地的裸露程度越嚴(yán)重。

(4) 土壤濕度指數(shù)。土壤濕度間接反映了土壤中水分含量的多寡和作物水分情況。土壤濕度指數(shù)一般是利用纓帽變換的濕度分量(TC3)計(jì)算得到，或是利用NDMI指數(shù)公式求取，通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)[23]，兩種方法得到的結(jié)果都呈現(xiàn)出非線性函數(shù)關(guān)系，但結(jié)合地物類型分析，NDMI優(yōu)于TC3，故采用NDMI來(lái)表示研究區(qū)內(nèi)的水文豐富程度。其計(jì)算方法為

(7)

式中：對(duì)于Sentinel-2衛(wèi)星，Green為第3波段的亮度值；SWIR1為第11波段的亮度值；NDMI的值域范圍為-1～1，其值越大，表明評(píng)價(jià)單元的土壤濕度越大。

2.2.2生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

不同指標(biāo)側(cè)重于衡量生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的不同方面，為了衡量綜合的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)要求評(píng)價(jià)指標(biāo)因子值域在0～100之間，所以需要將不同的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，NDSI、NDMI和NDVI指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化公式為

(8)

式中：N歸一化為NDSI、NDMI和NDVI指數(shù)歸一化處理后的值，N原始值為歸一化處理前的值。

而生物豐度指數(shù)其取值范圍在0～1之間，其歸一化公式為

(9)

式中：Q歸一化為生物豐度歸一化后的值，Q原始值為歸一化處理前的值，max(Qxj)為土地利用類型圖j中柵格x的最大生境質(zhì)量指數(shù)。

基于標(biāo)準(zhǔn)化后的各項(xiàng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量因子，通過(guò)參照相關(guān)的文獻(xiàn)[18-19]和《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[17]中的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)模型，進(jìn)行權(quán)重賦值，最后采用綜合得分法，計(jì)算生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)，具體公式為

0.15(100-NDSI)]

(10)

式中：EI為單個(gè)柵格的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；N為總柵格數(shù)量；Q為當(dāng)前柵格的生物豐度指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分析

基于ArcGIS10.2空間分析工具中的柵格計(jì)算器可以提取生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)，以及通過(guò)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)直方圖，同時(shí)考慮生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指標(biāo)的空間分布特點(diǎn)并按照生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn)，將生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)劃分為差(0～20)、較差(20～35)、一般(35～55)、良好(55～75)、優(yōu)(75～100)5級(jí)，見(jiàn)圖2。

圖2 2017～2021年間生境質(zhì)量空間分布

從研究區(qū)5期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)圖可以得出(見(jiàn)圖2)：在白鶴水電站的2017～2021年的建設(shè)過(guò)程中，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量均值分別為47.34，48.20，48.54，49.20和49.86，呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢(shì)(見(jiàn)圖3)，上升幅度分別為1.82%，0.71%，1.36%和1.34%。結(jié)合當(dāng)?shù)匚墨I(xiàn)資料和施工階段的建設(shè)措施表明，在工程建設(shè)期間，各工程單位高度重視水土流失防治工作，并嚴(yán)格遵循了“三同時(shí)”規(guī)定，在建設(shè)的同時(shí)，水污染治理工程也同步設(shè)計(jì)、同期施工、同步投入應(yīng)用，修建了大量水土保持臨時(shí)或永久防護(hù)措施和大范圍地進(jìn)行植被恢復(fù)工作，使得大部分水土流失得到控制，潛在的土壤流失情況均在可控范圍內(nèi)。 2017～2021年的生態(tài)環(huán)境雖然因部分必要的旱地和灌木林地被占用，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定程度的擾動(dòng)，但總體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。

圖3 2017～2021年間年平均生態(tài)質(zhì)量指數(shù)

其中，2017～2018年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量上升幅度最大，從47.34增加為48.20，增幅為1.82%。生態(tài)質(zhì)量上升的區(qū)域主要集中在白鶴灘水電站壩址區(qū)域，其原因主要是在工程建設(shè)初期，雖然水土保持措施和相關(guān)設(shè)施并未大范圍投入使用，但初期建設(shè)擾動(dòng)面積也較小，水土保持措施發(fā)揮了主要作用，所以生態(tài)環(huán)境質(zhì)量上升幅度最大。

2018～2020年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量上升趨勢(shì)變緩，生態(tài)環(huán)境指數(shù)由48.2上升到49.2，水力發(fā)電廠地區(qū)的生態(tài)環(huán)境情況總體向好。雖然在這一階段施工擾動(dòng)面積也不斷擴(kuò)大，處在對(duì)生態(tài)建設(shè)造成負(fù)面影響較為嚴(yán)重的時(shí)期，但隨著前期建設(shè)的大量生態(tài)保護(hù)措施的全面實(shí)施以及保護(hù)效果的有效發(fā)揮，無(wú)論表土保護(hù)度、水土侵蝕防治率、水土流失控制比、攔渣度、林地樹木植被修復(fù)度、森林樹木覆蓋率等6個(gè)主要生態(tài)效益指數(shù)均滿足了建設(shè)期條件，起到了較好的生態(tài)效益，所以水電站區(qū)域生態(tài)環(huán)境整體向好，受施工擾動(dòng)影響變化趨勢(shì)有所變緩。到了2021年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)由2020年的49.2上升到49.86，變化范圍主要集中在水力發(fā)電站大壩、水電廠上下游小塊地區(qū)，以及東北小塊地區(qū)，由等級(jí)一般轉(zhuǎn)為較差，這主要是由于建設(shè)末期部分的生產(chǎn)生活設(shè)備正在拆遷，對(duì)附近植被、土地等產(chǎn)生了一定程度的影響，而東北小塊地區(qū)生態(tài)變差則是由于受附近居民活動(dòng)的影響，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的地方主要集中在河流上下游河道部分，2021年6月白鶴灘水電站開始關(guān)閘蓄水，第一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，水位有所上漲，沿河道部分地區(qū)被水淹沒(méi)，河流水域面積大幅度增加，有利于維護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡、調(diào)節(jié)流域小氣候、保護(hù)流域生態(tài)功能。

2017年，生態(tài)質(zhì)量較差區(qū)域主要分布在以河流上游水域?yàn)橹行牡闹苓厖^(qū)域以及東北區(qū)域，河流、東南區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好，主要是因?yàn)榘殡S著水電站的建設(shè)，施工生產(chǎn)生活設(shè)施、棄渣場(chǎng)等建筑沿河而建，導(dǎo)致河流上游周邊生態(tài)質(zhì)量降低，而區(qū)域東北部主要為城鎮(zhèn)建筑用地，因?yàn)槿藶橛绊?，生態(tài)質(zhì)量較差。東南部區(qū)域主要為林地，有著較大面積的植被覆蓋，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好。到2020年，白鶴灘水電站經(jīng)過(guò)4 a的建設(shè)，相關(guān)設(shè)施和人為活動(dòng)的面積逐漸增大，由于前期修筑的植被護(hù)坡、鋼筋石籠擋墻、框格梁植草護(hù)坡和底部結(jié)合排水溝等工程措施水土保持措施的全面實(shí)施及其防護(hù)效益的充分發(fā)揮，其河流周邊區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量等級(jí)雖有部分生態(tài)一般向較差轉(zhuǎn)變，但整體呈現(xiàn)向好趨勢(shì)，生態(tài)質(zhì)量變好區(qū)域主要呈現(xiàn)為中部向上下游擴(kuò)散。

到2021年，白鶴灘水電站6月下閘蓄水并第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，部分相關(guān)建筑被拆除，隨著水電站投入使用，上游水域大范圍面積增加，其中水域面積從原來(lái)的1.57 km2增加為5.7 km2，增長(zhǎng)了264.08%，從原來(lái)的占研究區(qū)總面積的3.06%增加為11.07%。河流在西南地區(qū)作為特殊的生態(tài)資源，具有十分重要的生態(tài)功能價(jià)值，對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的恢復(fù)具有重要作用，所以研究區(qū)域內(nèi)河流上游生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)在大范圍轉(zhuǎn)好趨勢(shì)。

由表3可以看出：2017年，研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)狀況總體以等級(jí)一般居多，面積占比71.36%，其次為良好等級(jí)，占比18.11%，生態(tài)級(jí)別較差的區(qū)域面積占比最小，為10.52%，其中值得注意的是生態(tài)等級(jí)為差和優(yōu)占比為0，這可能是由于西南地區(qū)特有的地理位置、自然生態(tài)資源稟賦和人為活動(dòng)導(dǎo)致的。到了2018年，研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量出現(xiàn)較為明顯的改變，具體表現(xiàn)為等級(jí)一般的面積占比基本不變，從原來(lái)的71.36%增加為72.45%，增加了1.52%，而生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為良好的區(qū)域面積占比有所增加，從原來(lái)的18.11%上升到20.11%，增加了11.04%，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差的區(qū)域的面積占比則從原來(lái)的5.42%下降到3.83%，下降了29.3%，表明在白鶴灘水電站的建設(shè)過(guò)程中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一般的區(qū)域受到的影響較小，而原來(lái)較差和良好的區(qū)域也因?yàn)楣こ坛跗跀_動(dòng)面積較小和水土防治工程發(fā)揮部分作用而生態(tài)環(huán)境質(zhì)量向好。從2018～2020年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)整體上升的趨勢(shì)，其中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差區(qū)域面積占比表現(xiàn)為先增后減，從2018年的7.44%至2019年增加到8.11%再到2020年的1.65%；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為一般的區(qū)域具體表現(xiàn)為先減后增，面積占比從2018年的72.45%下降到2019年的70.43%，于2020年上升至76.63%；而生態(tài)質(zhì)量為良好的區(qū)域則表現(xiàn)為持續(xù)上升的趨勢(shì)，從2018年的20.11%增加到21.72%，增幅為8.01%，說(shuō)明在建設(shè)過(guò)程中施工方對(duì)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量十分重視，大量的水土防治措施充分發(fā)揮其生態(tài)效益，區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀態(tài)有所改善，即使這一時(shí)期施工強(qiáng)度有所增加，部分生態(tài)環(huán)境狀況較好區(qū)域受到干擾，但依舊呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。到2021年，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)質(zhì)量發(fā)生了較大的變化，生態(tài)質(zhì)量等級(jí)一般的區(qū)域面積占比驟減，從原來(lái)的76.63%降為66.69%，降幅為12.97%，與其相反的是生態(tài)質(zhì)量為良好和較差的區(qū)域驟增，分別從原來(lái)的占總面積的21.72%，1.65%增至27.35%，5.96%，增幅為25.92%，261.18%。通過(guò)查閱資料和實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在2021年中，由于施工后期部分廠區(qū)設(shè)施拆除，使得部分區(qū)域生態(tài)質(zhì)量從一般向較差轉(zhuǎn)變，但面積占比較小，僅為總面積的5.96%，而生態(tài)質(zhì)量等級(jí)一般轉(zhuǎn)向良好則是由于水土保持措施持續(xù)發(fā)揮作用和2021年6月白鶴灘水電站開閘蓄水后，河流上游水位上升，水域面積增加，導(dǎo)致上游河面及其周邊生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一般的區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)榱己玫燃?jí)。

表3 研究區(qū)各等級(jí)EI的面積和比例

3.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)與土地利用關(guān)系

2017～2021年間，研究區(qū)生態(tài)質(zhì)量變好的區(qū)域面積為11.30 km2，占總面積的21.55%。其中，生態(tài)質(zhì)量改善以增加一級(jí)為主，面積達(dá)到10.64 km2；生態(tài)質(zhì)量惡化的區(qū)域面積為2.55 km2，占總面積的4.68%，生態(tài)質(zhì)量惡化以降低一級(jí)為主，面積為2.49 km2；大范圍區(qū)域內(nèi)的生態(tài)質(zhì)量不變，面積為39.48 km2，占總面積的73.77%。

從圖4可知，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)出小區(qū)域零散變差，大范圍整體向好的趨勢(shì)。結(jié)合2017～2021年的土地利用類型圖(見(jiàn)圖5)可以發(fā)現(xiàn)，生態(tài)等級(jí)下降的零散區(qū)域的土地利用主要為旱地和農(nóng)村居民地，部分生態(tài)等級(jí)下降的區(qū)域集中在東北區(qū)域的農(nóng)村聚集地和沿河流周邊分布的采礦用地、交通運(yùn)輸用地和其他建筑用地，人為活動(dòng)是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸變差的原因。而研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體保持不變的區(qū)域主要的土地利用類型為有林地、灌木林地、其他草地和原有水域區(qū)域。生態(tài)質(zhì)量變好的區(qū)域，主要集中分布在河流的上下游，且以河道為中心向兩側(cè)延伸，其中下游沿河道零星分布，上游出現(xiàn)大面積的生態(tài)質(zhì)量轉(zhuǎn)好情況，主要原因一方面為工程建設(shè)以來(lái)開展的水土保持防治措施一直發(fā)揮其生態(tài)效益，使得河流周邊區(qū)域的生態(tài)整體向好且向兩側(cè)擴(kuò)散，另一方面則是水域面積的增加，促使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為較差和一般的區(qū)域向良好轉(zhuǎn)變，總體呈現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好的趨勢(shì)。

圖4 2017～2021年間EI等級(jí)變化的空間分布

圖5 2017～2021年土地利用類型空間分布

4 結(jié) 論

本研究從綠度、生物適應(yīng)性、土壤退化程度和濕度等方面，分別選擇了NDVI、生物豐度指數(shù)、NDSI、NDMI指標(biāo)，對(duì)白鶴灘水電站區(qū)域2017～2021年的生態(tài)環(huán)境指數(shù)(EI)及其空間分布展開研究，并綜合相關(guān)資料和5 a的土地利用類型變化對(duì)EI的適用性做出評(píng)估。結(jié)果表明：

(1) 2017～2021年間，研究區(qū)內(nèi)EI均值整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明在水電站的建設(shè)過(guò)程中雖然強(qiáng)制的土地利用類型的變更導(dǎo)致生態(tài)質(zhì)量逐漸變差，但水土流失防治措施一直發(fā)揮其生態(tài)效益且處于主導(dǎo)地位，使得在工程建設(shè)過(guò)程中總體生態(tài)質(zhì)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

(2) 據(jù)EI變化數(shù)據(jù)分析，調(diào)查區(qū)域主要是由一般級(jí)別向良好和較差級(jí)別過(guò)渡。再根據(jù)土地利用類型數(shù)據(jù)分析，表明水電站的修建對(duì)原來(lái)生態(tài)質(zhì)量情況一般的地區(qū)影響更大，對(duì)原來(lái)生態(tài)質(zhì)量情況較差的地區(qū)影響則較小，而良好等級(jí)的面積增大主要由于蓄水后水域面積的增大和水土保持措施的開展導(dǎo)致的。所以在今后的治理程中，依舊需要加緊治理生態(tài)環(huán)境等級(jí)為較差的區(qū)域，重視生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為一般的區(qū)域。

(3) 從EI空間分布規(guī)律可以看出，區(qū)域生態(tài)質(zhì)量變化與土地利用類型變化密切相關(guān)，所以想要在今后繼續(xù)改善白鶴灘水電站壩區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況，須充分考慮人為活動(dòng)等因素的影響，在水土保持治理規(guī)劃過(guò)程中更多地融入生態(tài)理念，促使項(xiàng)目區(qū)與周邊地區(qū)實(shí)現(xiàn)生態(tài)融合與協(xié)調(diào)發(fā)展。