黃 勇，李子漪，武鵬峰，鄭 國，陳 忱

(1.環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心，北京 100101；2.沈陽師范大學化學與生命科學學院，遼寧 沈陽 110034)

遼寧蒲石河抽水蓄能電站對景觀格局影響的生態(tài)風險評價

黃 勇1，李子漪1，武鵬峰2，鄭 國2，陳 忱1

(1.環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心，北京 100101；2.沈陽師范大學化學與生命科學學院，遼寧 沈陽 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)域為研究地點，基于2003年和2013年兩期ETM遙感數(shù)據(jù)，采用RS和GIS技術分析了10年間本區(qū)域土地的利用變化，并結合景觀生態(tài)研究方法，計算了斑塊數(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)勢度指數(shù)等景觀指數(shù)，對該區(qū)域景觀格局狀態(tài)進行了評價，旨在明確抽水蓄能電站工程建設對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響程度.結果表明：森林景觀在工程建設前后均為整個區(qū)域的主體景觀，面積所占比例分別達到84.80%和80.65%；水域景觀和農田建設景觀均有所增加，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，工程建設對區(qū)域土地利用格局的影響較小，而且建設用地呈現(xiàn)上升趨勢.在未來的管理中要協(xié)調各種景觀間的關系，并繼續(xù)推進天然林保護、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)是土地科學研究的熱點問題之一[1-2].土地利用和土地覆被動態(tài)被認為是研究環(huán)境變化的關鍵[3].土地利用資源的數(shù)量、空間格局的變化及土地利用類型組合方式的改變都會引起自然環(huán)境和生態(tài)過程的改變，從而形成土地利用的生態(tài)環(huán)境效應.[4-5]通過景觀效應分析，能夠對土地利用和土地規(guī)劃提供理論依據(jù).景觀格局是指景觀的空間結構特征，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、社會和生物要素相互作用的結果[6-8]，特別是人類活動對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程中的作用越來越大，同時景觀格局的變化也對人類活動產生了重大影響.[9-10]于興修等以浙江省西苕溪流域為例，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構和景觀異質性的變化以及該過程所產生的生境質量下降、邊緣效應增強和土地退化等景觀生態(tài)效應.[11]

蒲石河抽水蓄能電站是經(jīng)國家批準立項的東北地區(qū)第一座大型抽水蓄能電站，它由東北電網(wǎng)負責建設和管理.蒲石河抽水蓄能電站工程于2006年8月開工，2012年12月完工.工程總投資40多億元，總裝機容量120萬kW，裝機4臺，單機容量為30萬kW，年發(fā)電量18.6億kW·h.年平均抽水電量為24.09億kW·h，年抽水小時數(shù)為2 008 h，綜合效益為77.2%.但是，關于電站建設對當?shù)鼐坝^格局的影響，以及由此引起的生態(tài)效應，至今鮮有報道.

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，124°40′E)位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣長甸鎮(zhèn)境內(見圖1)，距丹東市約60 km，分上游、下游兩個庫區(qū)，上游庫區(qū)位于長甸鎮(zhèn)東洋河村境內，下游庫區(qū)位于長甸鎮(zhèn)小孤山子村境內.上、下水庫間的直線平面距離約為2.5 km，上、下水庫壩址處庫底高差約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.地勢自北向南逐漸降低，季風氣候明顯，四季分明，冬暖夏涼.年平均氣溫6.5℃，積溫3 000℃，無霜期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12 d，降雨量年內分配主要集中在7—8月.

圖1 蒲石河抽水蓄能電站地理位置

1.2 數(shù)據(jù)預處理

為說明工程建設對調查區(qū)域景觀空間格局的影響，利用了工程建設前后兩個時段的兩幅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，避免了由于農作物的生長而產生的季節(jié)性差異.考慮到ETM數(shù)據(jù)在2003年后出現(xiàn)條帶狀缺失的問題，利用空間差值的方法對影像中條帶進行消除處理.然后，對處理后影像進行地理坐標匹配和幾何精校正(以1∶100 000地形圖作為基準)，獲得同一坐標系下兩幅匹配完好的影像數(shù)據(jù).

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用類型劃分

經(jīng)實地考察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域內建設用地多于農田用地，且建設用地在農田用地間零星分布，難以對建設用地與農田用地做出精確、有效的區(qū)分，因此，結合國標《土地利用現(xiàn)狀分類》的分類體系，參考調查區(qū)域土地利用特征以及Landsat-7ETM影像數(shù)據(jù)特點，確定劃分4種土地利用類型：森林、灌草區(qū)、水域、農田及建設用地.

1.3.2 影像分類和指數(shù)計算

基于野外考察實際，在ENVI軟件中利用最大似然分類法對兩幅影像數(shù)據(jù)進行監(jiān)督分類，以獲取蒲石河抽水蓄能電站在兩個時段(2003年和2013年)的景觀格局處理結果.經(jīng)過精度檢驗，兩幅影像分類精度分別為82.4%和85.6%，滿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，是反映其結構組成和空間配置方面特征的簡單定量指標[12-14]，因此以獲取的景觀分類結果為基礎，利用FRAGSTATS軟件計算景觀指數(shù).在景觀類型水平上，計算斑塊數(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，計算景觀優(yōu)勢度(ILD)、多樣性指數(shù)(ISHD)、均勻度指數(shù)(ISHE).ILD，ISHD，ISHE三個指數(shù)用來討論景觀多樣性，而NP，PD，ILP，ILS等用來描述景觀的破碎程度和復雜程度.各指數(shù)計算公式見表1.

表1 各景觀指數(shù)公式計算表

2 結果分析

2.1 2003—2013年土地利用類型變化

蒲石河抽水蓄能電站在工程建設前后土地利用發(fā)生明顯變化(見圖2及表2).其中，水域的變化最為明顯，在上庫和下庫兩個位置，都有一定程度的增加，而且下庫水域景觀增加量大于上庫.森林和灌草兩種景觀趨于減少，從整體來看，兩種景觀向水域景觀轉換；在上庫壩址和下庫壩址等一些局部區(qū)域，也存在兩類景觀的相互轉換，但其轉換面積較少.農田和建設用地所占比例較少，零散分布于幾類景觀之中.

圖2 蒲石河抽水蓄能電站在工程建設前后土地利用變化

表2 蒲石河抽水蓄能電站在工程建設前后各景觀類型面積

蒲石河抽水蓄能電站在工程建設前后的10年(2003—2013年)中，水域面積增加了520 hm2，對該區(qū)域環(huán)境、水生生物、鳥類和兩棲動物等都會產生重要影響；森林景觀是整個區(qū)域的主體景觀，在2003年和2013年所占比例分別達到了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%；農田和建設用地僅增加29 hm2，雖然數(shù)量較少，但已經(jīng)呈現(xiàn)出擴張的趨勢.

2.2 2003—2013年4類景觀結構對比

2.2.1 森林景觀、水域景觀、灌草景觀、農田與建設景觀結構變化

在景觀類型水平，4類景觀在破碎化程度和復雜性上呈現(xiàn)了不同的格局(見表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)遠大于其他幾類景觀也反映了高連通性這一特征；景觀形狀指數(shù)最小，而且變化量僅為0.355，表明森林景觀復雜性較低，景觀結構簡單.

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類景觀；最大斑塊指數(shù)表現(xiàn)增大趨勢，表明隨著工程的修建，原來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，達到9.630，水域景觀在工程建成后，景觀結構趨于復雜.

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50%；景觀形狀指數(shù)較大，景觀結構復雜.

農田和建設用地增加，散布于其他幾類景觀之間，斑塊面積較小，但斑塊數(shù)較多；在景觀結構上，與水域景觀變化類似，景觀結構趨于復雜，而且不規(guī)則.

表3 景觀類型水平景觀指數(shù)對比

2.2.2 整體景觀結構變化

從整體景觀水平來看，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，主要與水域景觀和農田建設景觀的不規(guī)則增加有關；最大斑塊指數(shù)下降，但其數(shù)值依然較高，可能與森林在兩個時期都作為主體景觀有關；景觀多樣性增加，均勻度增加，優(yōu)勢度下降，整個區(qū)域景觀類型呈現(xiàn)多元化(見表4).

表4 景觀水平景觀格局指數(shù)對比

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)勢度指數(shù).

3 討論與結論

土地利用景觀格局是自然與人為因素相互作用所產生的一定區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反應[15].水電工程的開發(fā)建設是對河流生態(tài)系統(tǒng)的一種大規(guī)模擾動，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法對三峽庫區(qū)景觀生態(tài)進行了綜合評價，結果表明三峽庫區(qū)景觀生態(tài)質量表現(xiàn)出中等質量占主體的特點，而且景觀質量存在水平區(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性在減小，斑塊類型出現(xiàn)均勻分布的趨勢，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流域近15年的景觀動態(tài)轉化特征，指出流域景觀組分相對穩(wěn)定，且灌木林面積下降趨勢明顯.[19]

將遙感技術應用于土地利用和土地覆蓋已成為專家關注的熱點，這是進行生態(tài)環(huán)境變化和土地資源調查研究的一種重要方法.[20-22]利用遙感手段進行生態(tài)監(jiān)測正逐步成為近幾年來生態(tài)監(jiān)測研究的重點，是宏觀監(jiān)測技術發(fā)展的趨勢.[23]王根緒等在黑河流域選擇兩個典型區(qū)域進行了土地利用變化的空間差異與影響的對比研究；[24]謝國清和魯韋坤利用TM數(shù)據(jù)分析了云南松華壩水庫流域景觀格局及其動態(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.需要指出，遙感影像質量和分類方法的選擇是應用遙感技術的兩個關鍵環(huán)節(jié).[26]

生態(tài)完整性是支持和保持一個平衡的、綜合的、適宜的生物系統(tǒng)的能力[27].在非污染生態(tài)影響評價中，生態(tài)完整性的判定是整個評價工作的基礎[28]，也是深入進行各子項目評價的前提.運用景觀生態(tài)學及遙感相結合的方法，能夠有效地對區(qū)域生態(tài)完整性進行評價.尹曉煜以山西省石膏山水庫為研究區(qū)域，采用遙感手段獲得植被信息，分析了水庫工程建設前后景觀結構、景觀異質性的變化，指出工程所在區(qū)域景觀的生態(tài)完整性未因工程建設受到較大影響，石膏山水庫工程對生態(tài)環(huán)境影響是自然體系可以承受的[29].這一評價方法已經(jīng)在眾多水庫建設項目中得到了應用，如浙江省周公宅水庫[30]、黑龍江省桃山水庫[31]、遼寧省錦凌水庫[32]，并取得了較好的效果.

總體而言，經(jīng)過對蒲石河抽水蓄能電站在工程建設前后土地利用和景觀格局的分析，發(fā)現(xiàn)電站工程結束后森林景觀面積輕微減少，但依然是整個區(qū)域的主體景觀，說明該區(qū)域的環(huán)境質量主要受天然林生態(tài)系統(tǒng)調節(jié).同時，多年的封山育林政策保證了該區(qū)域森林總量的穩(wěn)定，未來進一步增加其景觀連通性是該區(qū)域森林保護工作的發(fā)展目標.抽水蓄能電站建成后，水域景觀和農田建設景觀以不規(guī)則斑塊的形式有所增加，灌草景觀面積有所減少，在未來的管理中要協(xié)調各種景觀間的關系，并繼續(xù)推進天然林保護、封山育林等工程，維護生態(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

國家環(huán)保部公益性行業(yè)重大專項基金資助項目(201209029).

黃勇(1980—)，男，博士研究生，高級工程師，主要從事水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境效應評價研究；通訊作者：陳忱(1964—)，男，高級工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境影響評價研究.

X 820.3 [學科代碼] 610·3040

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