張峰水庫建設對周邊生態(tài)型景觀格局變化的影響

關(guān)志剛

（山西省水利水電工程建設監(jiān)理有限公司）

景觀格局一般是指其空間格局，即大小和形狀各異的景觀要素在空間上的排列和組合，包括景觀組成單元的類型、數(shù)目及空間分布與配置[1]。景觀格局是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)，又是各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果[2]。生態(tài)型景觀是指具有生態(tài)服務功能的景觀類型的統(tǒng)稱，對生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著改善作用。水利工程建設是一種對地表景觀和流域生態(tài)過程具有重要影響的建設活動，往往會導致森林、草地、河流等生態(tài)型景觀斑塊破碎化，影響水庫周邊景觀格局的完整性和上下游生態(tài)功能的連續(xù)性[3]。張峰水庫是黃河流域沁河干流上第一座大型水利樞紐工程，以城市生活和工業(yè)供水、農(nóng)村人畜飲水為主，兼顧防洪、發(fā)電等功能的綜合性水工程。研究了解其建設前后周邊生態(tài)型景觀格局變化及其影響機制，對合理配置水土資源、有效保護和利用生態(tài)型景觀資源、促進地方經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 工程建設概況

張峰水庫位于沁水縣鄭莊鎮(zhèn)張峰村附近的沁河干流上，距晉城市區(qū)90 km，設計總庫容3.94億m3。壩址以上干流長224 km，流域面積4 990 km2。工程由樞紐工程與輸水工程兩部分組成：樞紐工程主要由大壩、溢洪道、導流泄洪洞、供水發(fā)電洞及渠首電站、輸水泵站等組成；輸水工程包括輸水渠系工程和河道輸水工程。輸水渠系由總干渠、一干渠、二干渠、三干渠及揚水站組成，總干渠全長51.57 km，一干渠全長48.41 km，二干渠全長19.24 km，三干渠全長26.12 km。東山揚水站由引渠、進水閘、箱涵流道、進水池、主副廠房、壓力管道段、出水池等組成。河道輸水工程布置攔河閘3座，沉沙池3座，提水泵站9座，調(diào)蓄水庫4座（總庫容250萬m3）。樞紐工程位于山區(qū)河谷地帶，輸水工程從山區(qū)過渡到丘陵區(qū)。項目區(qū)屬于山西省水土保持重點預防保護區(qū)。目前，樞紐工程已全部建成運行，輸水工程部分建成運行部分在建。

2 研究方法

為了提取工程施工前和下閘蓄水后庫區(qū)周邊景觀格局的變化情況，選取2002年、2010年TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，采用空間校正、目視解譯、后處理等手段，將土地利用劃分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)建設用地、其他用地6個類型。經(jīng)混淆矩陣檢驗，整體分類精度達85%以上，完全能滿足本項研究的需求。根據(jù)研究需要，將工程建設影響范圍分為樞紐工程及蓄水影響區(qū)、輸水工程影響區(qū)和總工程影響區(qū)三大塊，其中，樞紐工程及蓄水影響范圍為以庫區(qū)河道中心線為軸線，以水庫最大淹沒范圍為邊界并向四周外延5 000 m，所形成的橢圓形生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域；輸水工程影響范圍上至穿坡電站、下至二干渠輸水終點所形成的線性廊道兩側(cè)360 m所圍成的區(qū)域。根據(jù)張峰水庫建設工程性質(zhì)、水庫淹沒征地情況、土地利用景觀等因素，結(jié)合指標典型性及其指示作用，從樞紐工程及蓄水影響區(qū)、輸水工程影響區(qū)、總工程影響區(qū)（含水庫蓄水區(qū)、樞紐工程區(qū)、輸水工程區(qū)）3個空間尺度，選擇斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、邊緣密度（ED）、景觀形狀指數(shù)（LSI）等景觀指標來表征工程建設前后景觀格局特征，通過比較分析來揭示工程建設對區(qū)域景觀格局與功能的影響。各項指標計算公式及生態(tài)學意義見相關(guān)景觀生態(tài)學研究著作或文獻資料[4]。本研究采用的軟件為Arcgis9.3、ERDAS IMAGINE 9.2 和Fragstats 3.3。

3 結(jié)果分析

張峰水庫建設前后對區(qū)域景觀的影響分析結(jié)果見表1，下面進行分區(qū)分析。

3.1 樞紐工程及蓄水影響區(qū)

對樞紐工程及蓄水影響區(qū)6種土地利用類型施工前期（2002年）和蓄水后期（2010年）進行景觀格局變化分析。從表1比較發(fā)現(xiàn)：耕地斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、邊緣密度、景觀形狀指數(shù)明顯下降；林地景觀斑塊特征未發(fā)生變化；草地景觀的斑塊密度、最大斑塊指數(shù)呈增加趨勢，而邊緣密度和景觀形狀指數(shù)呈降低趨勢；水域景觀最大斑塊指數(shù)表現(xiàn)為增加，而斑塊密度、邊緣密度、景觀形狀指數(shù)降低明顯。說明施工前后，由于耕地這一土壤侵蝕源地景觀比重的降低，以及林草地、水域景觀生態(tài)型面積的不斷增大，該區(qū)域內(nèi)生態(tài)型景觀為主導型景觀，由于林草植被覆蓋率的增加，景觀生態(tài)格局不斷趨于合理化和自然化。同時，水域景觀會對區(qū)域氣候、水文條件、植被恢復等產(chǎn)生積極作用，更加有利于水庫岸邊植被帶景觀恢復。

表1 張峰水庫施工前后景觀類型斑塊特征變化情況分析表

3.2 輸水工程影響區(qū)

表1分析表明，輸水工程影響區(qū)的耕地景觀斑塊的各項指標均呈現(xiàn)下降，林地依然保持不變，草地的各項指標均呈現(xiàn)增加，水域景觀保持不變，城鄉(xiāng)建設用地各項指標表現(xiàn)為上升。結(jié)合實際調(diào)查，輸水工程管線大部分區(qū)域均采用地下涵管形式，對地表土地景觀的破壞程度較小。耕地景觀的各項指標呈微下降趨勢，說明輸水工程建設僅占用了少量耕地，未對沿線耕地景觀破碎化、生態(tài)功能下降等方面產(chǎn)生重大不利影響。工程建設沒有破壞林地和水域，草地景觀各項指標增加明顯，植被覆蓋率提高，使得輸水工程影響區(qū)內(nèi)景觀功能得到增強。

3.3 總工程影響區(qū)

表1分析表明：水庫樞紐工程、輸水配套工程建設前后及下閘蓄水運行后，總工程影響區(qū)景觀格局發(fā)生了一定變化。主要表現(xiàn)為耕地斑塊數(shù)量、面積減小，形狀簡單化，但這種變化不能全部歸因于工程建設，盡管水庫蓄水會造成淹沒線以下耕地轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，但可能更多緣于退耕還林還草等引起的土地利用結(jié)構(gòu)變化。從生態(tài)影響來看，耕地面積下降能夠減小耕地侵蝕源區(qū)對下游河道、水域等地區(qū)的泥沙貢獻，有利于流域生態(tài)安全維護；林地景觀保持不變，說明工程建設未對整個項目區(qū)森林植被格局產(chǎn)生影響；草地景觀斑塊數(shù)量、面積趨于增大，而邊緣密度、形狀指數(shù)表現(xiàn)為下降，說明項目區(qū)內(nèi)大面積的草地斑塊增加明顯，但草地斑塊形狀表現(xiàn)為簡單化，人為影響明顯；水域斑塊密度保持不變，最大斑塊指數(shù)增加，邊緣密度和景觀形狀指數(shù)表現(xiàn)為下降，意味著蓄水導致區(qū)域內(nèi)水域景觀最大斑塊面積比不斷增大；城鄉(xiāng)建設用地景觀的各項指標一致表現(xiàn)為上升趨勢，這并不是水庫建設影響造成的。

4 結(jié)語

水利建設工程對景觀格局和生態(tài)過程的影響現(xiàn)已成為生態(tài)環(huán)境保護研究領(lǐng)域的重點。本項研究以張峰水庫為例，從不同空間、不同角度進行對比分析發(fā)現(xiàn)：在樞紐工程及蓄水影響區(qū)，耕地景觀數(shù)量和面積均呈現(xiàn)降低，林地保持不變，草地斑塊數(shù)量和面積呈現(xiàn)增大，水域向著水庫型景觀發(fā)展；在輸水工程影響區(qū)，耕地景觀斑塊的各項指標均呈現(xiàn)微下降，林地依然保持不變，草地的各項指標均呈現(xiàn)增加，水域景觀保持不變；從整個工程影響區(qū)來看，耕地斑塊數(shù)量、面積減小且形狀簡單化，草地景觀斑塊數(shù)量、面積趨于增大且邊緣密度、形狀指數(shù)表現(xiàn)為下降，工程建設對林地景觀格局未產(chǎn)生明顯影響。綜合來看，張峰水庫建設對水庫周邊生態(tài)型景觀空間格局變化具有一定影響，但這種影響與空間尺度有一定關(guān)系。為了更好地涵養(yǎng)水源，保護水土資源，促進庫區(qū)及周邊水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提高，建議結(jié)合地形地貌、土壤、水文、流域氣候等條件，遵照適地適樹原則，進行造林種草，以增加林草植被覆蓋率，提高林地景觀連通性和植物多樣性。另外，水庫蓄水會影響周邊生態(tài)環(huán)境，特別適合于構(gòu)建水庫岸邊植被帶，營造水庫休閑觀光景觀。

［1］王計平，楊 磊，衛(wèi) 偉，等.黃土丘陵區(qū)景觀格局對水土流失過程的影響—景觀水平與多尺度比較［J］.生態(tài)學報，2011，31（19）：5 531-5 541.

［2］劉 頌，郭菲菲，李 倩.我國景觀格局研究進展及發(fā)展趨勢［J］.東北農(nóng)業(yè)大學學報，2010，41（6）：144-151.

［3］胡淑萍，余新曉.京郊半城子水庫流域土地利用及景觀格局變化分析［J］.水土保持研究，2010，17（1）：88-91.

［4］傅伯杰，陳利頂，馬克明，等.景觀生態(tài)學原理及應用［M］.北京：科學出版社，2001.