通天河干流水電梯級開發(fā)景觀效應(yīng)與生態(tài)安全評價(jià)

唐夫凱,崔 明,周金星,王昭艷,馬國青,方健梅

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所,北京 100091; 2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,北京 100083; 3.中國水利水電科學(xué)研究院泥沙研究所,北京 100048; 4.國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,北京 100714)

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通天河干流水電梯級開發(fā)景觀效應(yīng)與生態(tài)安全評價(jià)

唐夫凱1,2,崔 明1,周金星2,王昭艷3,馬國青4,方健梅4

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所,北京 100091; 2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,北京 100083; 3.中國水利水電科學(xué)研究院泥沙研究所,北京 100048; 4.國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,北京 100714)

摘要:為評價(jià)通天河干流水電開發(fā)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響,利用數(shù)字影像和野外調(diào)查等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以“3S”技術(shù)為支撐,運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)和生態(tài)安全指數(shù)等方法對通天河干流水電梯級開發(fā)引起的陸地生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行了分析和評價(jià)。結(jié)果表明:水電梯級開發(fā)后流域內(nèi)水體面積增加300. 72 km2,草地面積減少296. 80 km2,主要植被類型和土地利用格局未產(chǎn)生明顯變化;流域景觀格局中的優(yōu)勢景觀類型為草地,其次為裸地和林地,在景觀格局水平上景觀破碎度降低,景觀優(yōu)勢度增加,同時(shí)景觀多樣性增加,有利于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定;水電梯級開發(fā)未對流域內(nèi)植被生產(chǎn)力和河流兩岸物種豐富度造成顯著影響,水電站建成后植被生產(chǎn)力值減小1. 83×105t/ a,僅占區(qū)域原植被生產(chǎn)力值的0. 78%;水電梯級開發(fā)后流域總體生態(tài)安全指數(shù)為0. 819,較開發(fā)前增大0. 001,流域生態(tài)安全指數(shù)總體維持較高水平。通天河干流水電梯級開發(fā)后流域景觀格局、生態(tài)系統(tǒng)的功能與性質(zhì)未發(fā)生改變,未對流域生態(tài)環(huán)境與安全造成威脅。

關(guān)鍵詞:水電梯級開發(fā);環(huán)境影響;景觀效應(yīng);生態(tài)安全;通天河

攔河建壩修建水電站是當(dāng)前水資源開發(fā)利用的主要方式[1],對河流水電資源的梯級開發(fā)可以充分利用河流的落差和最大限度地開發(fā)河流的水能和水運(yùn)資源,產(chǎn)生較大的綜合效益,是當(dāng)前水電開發(fā)的趨勢[2-3]。歷史上美國密西西比河、科羅拉多河流域和蘇聯(lián)伏爾加河流域的梯級水電開發(fā)建設(shè)都促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[4]。水電工程開發(fā)與建設(shè)在給人類帶來經(jīng)濟(jì)和環(huán)境利益的同時(shí),也會對流域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生多層次的負(fù)面影響,如導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性下降等[5-6]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(ecological risk)反映了種群、生態(tài)系統(tǒng)或景觀的生態(tài)功能受外界干擾脅迫,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能減弱的狀況[7]。脆弱生態(tài)區(qū)的土地利用變化對區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)安全格局起到至關(guān)重要的作用。生態(tài)環(huán)境因素已成為大型水電工程建設(shè)主要的制約性因素,整個(gè)社會對大型水電工程建設(shè)可能引起的復(fù)雜生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題越來越重視[8]。

水電開發(fā)中淹沒引起的景觀空間結(jié)構(gòu)與功能的變化,影響著區(qū)域的物質(zhì)流、信息流和能量流特征,進(jìn)而會影響該區(qū)域的資源開發(fā)利用與保護(hù)。目前有關(guān)梯級水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響評價(jià)的研究多沿用單個(gè)水電工程生態(tài)環(huán)境的研究成果,并已有學(xué)者從水電站建設(shè)對河流水文過程、地貌生物多樣性、水質(zhì)等的影響做了單一或綜合研究[9-10],但從整體上認(rèn)識、理解和把握梯級水電站對流域生態(tài)環(huán)境的影響不足,梯級水電站建設(shè)對生態(tài)環(huán)境安全與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的系統(tǒng)研究仍比較欠缺[1,5]。

三江源是長江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地,因其具有充沛的水資源,被譽(yù)為“中華水塔”。由于地理環(huán)境和氣候條件特殊,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱,三江源生態(tài)環(huán)境與生態(tài)平衡的變化直接關(guān)系到我國的生態(tài)安全。本文采用野外調(diào)查、遙感影像解譯和Fragstats3. 3軟件平臺相結(jié)合的方法,研究青海省三江源重要干流——通天河干流水電梯級開發(fā)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響,分析工程建設(shè)前后區(qū)域景觀格局、植被生產(chǎn)力、物種多樣性和生態(tài)安全指數(shù)的變化狀況,以期為區(qū)域生態(tài)安全調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

通天河地處青海省玉樹藏族自治州,是三江源保護(hù)區(qū)最上游的主干流,是我國青藏高原生態(tài)屏障的重要組成部分;通天河同時(shí)也是南水北調(diào)西線工程的水源地之一。流域內(nèi)水量充沛,落差大,水能資源蘊(yùn)藏豐富。通天河干流河長769km,河道天然落差953m,多年平均流量424 m3/ s,理論蘊(yùn)藏量2668 MW,約占青海省蘊(yùn)藏總量的11. 5%;河段平均比降0. 124%,單位河長蘊(yùn)藏的水流出力約為3. 47 MW/ km[11]。流域平均海拔高度4400 m,區(qū)域自然環(huán)境條件相對較差,社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低。

通天河流域水電開發(fā)是國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的要求,即在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上,充分利用通天河豐富的水力資源積極開發(fā)水電、促進(jìn)地區(qū)旅游發(fā)展,遠(yuǎn)期滿足南水北調(diào)西線通天河調(diào)水要求[12-13]。由于通天河位于三江源自然保護(hù)區(qū),其生態(tài)環(huán)境保護(hù)非常重要,水電開發(fā)需充分考慮環(huán)境敏感區(qū)和重要淹沒對象的分布特點(diǎn)。通天河流域水電開發(fā)規(guī)劃按整個(gè)梯級分8級開發(fā)水資源,總利用落差592 m,裝機(jī)總?cè)萘? 838 MW,年發(fā)電量128. 32億kW·h。梯級水電站自上而下依次為克隴、若欽、立新、勒義、仲昌、跟著、拉貢和玉樹,其中拉貢水電站為已建成電站。梯級水電站布局合理,技術(shù)可行,整個(gè)流域地廣人稀,沿河兩岸居民及耕地較少,淹沒損失較小。各梯級水電站水庫特征參數(shù)見表1。

表1 通天河干流各梯級水電站水庫特征參數(shù)

2 研究方法

2. 1 研究范圍與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

研究的現(xiàn)場調(diào)查時(shí)間為2011年8月,評價(jià)時(shí)段為2011年到工程施工前的時(shí)段,評價(jià)內(nèi)容為水庫擬淹沒庫區(qū)對區(qū)域陸生生態(tài)環(huán)境的影響。研究范圍為楚瑪爾河匯口(克隴水電站水庫回水末端)至巴塘河口沿通天河兩岸第一重山脊線所包括的陸域范圍,干流河段長約511 km,總面積38346. 7 km2。

根據(jù)階梯電站的位置分布,在評價(jià)區(qū)選取11個(gè)典型河流斷面(楚瑪爾河口、克隴壩址、治曲、曲麻萊、若欽、立新、勒義、仲昌、跟著、拉貢和玉樹)設(shè)置11個(gè)調(diào)查樣帶,每個(gè)樣帶在河流兩岸淹沒區(qū)和非淹沒區(qū)分別設(shè)置樣地,并進(jìn)行固定樣地調(diào)查,調(diào)查資料包括植被群落統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),工程影響范圍內(nèi)GPS定位植被記錄數(shù)據(jù)等。在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上,對研究區(qū)2011年Landsat ETM衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)影像和DEM數(shù)據(jù)(分辨率30 m×30 m)進(jìn)行信息提取和專題解譯,確定水庫擬淹沒范圍,在Arcgis10. 0軟件平臺上建立土地利用類型數(shù)據(jù)庫[14]。利用GIS對景觀類型現(xiàn)狀等數(shù)據(jù)疊加分析,得到水電開發(fā)工程擬淹沒區(qū)景觀類型、景觀格局指數(shù)和植被蓋度等數(shù)據(jù),用于進(jìn)行各項(xiàng)預(yù)測分析。

2. 2 景觀格局與生態(tài)功能分析

a.景觀格局指數(shù)變化。以土地利用現(xiàn)狀圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),在Fragstats3. 3景觀格局軟件平臺上,基于斑塊和景觀兩個(gè)尺度計(jì)算區(qū)域淹沒前后景觀格局指數(shù)并對其進(jìn)行分析。斑塊類型尺度景觀格局指數(shù)包括斑塊數(shù)、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和分離度指數(shù)等;景觀水平尺度景觀格局指數(shù)包括蔓延度指數(shù)、分離度指數(shù)、平均分維數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)等。具體計(jì)算方法見文獻(xiàn)[15-16]。

b.植被生產(chǎn)力。以基于光能利用率的CASA模型思路來計(jì)算區(qū)域植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)[17-18]。面積的準(zhǔn)確計(jì)算是統(tǒng)計(jì)分析的必要前提,采用特定的Albers等面積投影,計(jì)算得到基于柵格圖像的結(jié)果。選取2000年、2005年和2010年對評價(jià)區(qū)典型植被類型年際、年間分布特征進(jìn)行分析,采用其平均值與淹沒后區(qū)域植被生產(chǎn)力做對比分析。

c.物種多樣性。根據(jù)11個(gè)固定調(diào)查樣帶的植被群落調(diào)查信息計(jì)算各調(diào)查樣帶河流兩岸淹沒區(qū)和非淹沒區(qū)α物種多樣性指數(shù),計(jì)算公式[15,19]如下:

式中:H為Shannon-Wiener指數(shù);D為Simpson多樣性指數(shù);JSW為Pielou均勻度指數(shù); S為物種豐富度指數(shù)(群落中的物種總數(shù));Pi為物種i的相對重要值。

2. 3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)安全評價(jià)方法

影響區(qū)域生態(tài)安全的因素主要有自然和人為兩大類,對于通天河流域水電開發(fā)而言,生態(tài)安全的主要影響因素為人類活動(dòng),通過區(qū)域的土地利用/覆被變化來反映。采用基于土地利用的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(ERI),構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)(ESI)來表征區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度[20-21]。計(jì)算公式為

式中:IER、IES分別為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和生態(tài)安全指數(shù); j為土地利用類型;Aj為樣本區(qū)域內(nèi)第j種土地利用類型的總面積;A為樣本區(qū)的土地總面積;Wj為第j種土地利用類型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度系數(shù)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越高,相應(yīng)生態(tài)安全指數(shù)則越小,表明區(qū)域內(nèi)的生態(tài)安全程度越低;反之生態(tài)安全程度越高。本研究生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度權(quán)重系數(shù)參照曾輝等[20]的研究成果,并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況做適當(dāng)修改,最終確定不同土地利用類型生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重系數(shù)為:耕地0. 31,水體0. 18,林地0. 14,草地0. 2,裸地0. 109,冰川及永久積雪0. 10。

以10 km×10 km為基本柵格單元計(jì)算生態(tài)安全指數(shù),將柵格單元值轉(zhuǎn)化為點(diǎn)數(shù)據(jù),并通過Arcgis10. 0軟件進(jìn)行插值,得到通天河流域的生態(tài)安全空間分布圖;為準(zhǔn)確評估水電開發(fā)后土地利用對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度,將生態(tài)安全指數(shù)進(jìn)一步細(xì)分為低、中、中高和高4類,并生成生態(tài)安全等級區(qū)范圍圖,以直觀地反映區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布狀況。采用Excel 2007和Sigmaplot10. 0軟件平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理以及圖表制作。

3 結(jié)果與分析

3. 1 水電梯級開發(fā)對土地利用方式的影響

水電站建成蓄水后會導(dǎo)致河流兩岸的土地利用類型發(fā)生改變,使一定面積的草地、林地、裸地等土地利用類型被水覆蓋成為水體。通天河流域總面積38346. 70 km2,其中草地面積所占比例最大,其次為裸地。表2為流域淹沒前后水庫與陸域土地利用類型面積的變化情況。

表2 淹沒前后土地利用類型面積變化

梯級水電站建設(shè)完成后,研究區(qū)土地利用類型有一定的變化,占優(yōu)勢地位的草地淹沒的面積最大,其面積變化比例也較大,其他土地利用類型的淹沒面積和比例均很小。裸地減少1. 32 km2,林地減少2. 60 km2,草地減少296. 80 km2,冰川及永久積雪沒有變化。梯級水電站建成后水體面積變化最明顯,面積增加300. 72 km2,且水體面積的增加以草地的貢獻(xiàn)最大,所占比例為98. 70%。由于壩址的選擇一般位于懸崖峭壁,建設(shè)前后各土地利用類型面積總體變化不大,土地利用類型優(yōu)勢度不變,草地最大,其次是裸地、林地和水體,冰川及永久積雪最小。

3. 2 水電梯級開發(fā)對景觀格局的影響

3. 2. 1 斑塊類型尺度景觀格局指數(shù)變化

研究區(qū)內(nèi)斑塊類型水平上的景觀格局變化見表3。各類型景觀要素由于分布范圍不同,受水庫的影響程度也不同,其中裸地、林地和冰川及永久積雪類型景觀各個(gè)指數(shù)值在淹沒前后基本沒有變化,受水庫建設(shè)影響較大的是草地和水體[14]。

草地淹沒后斑塊數(shù)、斑塊密度和最大斑塊指數(shù)有所增加,草地的景觀破碎度有所提高;草地景觀形狀指數(shù)較淹沒前增加0. 937,說明景觀的穩(wěn)定性有所降低。裸地的斑塊數(shù)、斑塊密度和景觀形狀指數(shù)淹沒后略微降低,最大斑塊指數(shù)保持不變,而平均斑塊面積略有增加。林地淹沒后除斑塊數(shù)降低1個(gè)外,其余景觀指數(shù)都有所增加,說明淹沒在一定程度上影響了景觀格局,使景觀受到一定程度的干擾。由于水庫的形成,水體景觀的斑塊數(shù)、斑塊密度明顯下降,最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和平均斑塊面積則明顯增大。由于水體在區(qū)域中所占的比重很小,不足1%,因此水體景觀的改變對流域的生態(tài)功能與作用影響小,在大尺度上表現(xiàn)不明顯。冰川及永久積雪所占比例小,其一般都位于流域的邊緣地帶,基本不受人類活動(dòng)干擾,其景觀指數(shù)都保持不變。

3. 2. 2 景觀水平尺度景觀格局指數(shù)變化

表4為在景觀水平尺度上淹沒前后研究區(qū)景觀格局指數(shù)變化狀況,淹沒后區(qū)域斑塊數(shù)、斑塊密度和最大斑塊指數(shù)均降低,說明淹沒后整個(gè)景觀格局的破碎化程度降低。景觀形狀指數(shù)和分維數(shù)指數(shù)在淹沒后呈增大趨勢,平均形狀分布指數(shù)增大,表明景觀斑塊幾何形狀較淹沒前規(guī)則[22-23]。淹沒后蔓延度指數(shù)呈減小趨勢(-2. 4%),而景觀分裂指數(shù)增大(5. 76%),表明工程建設(shè)會造成各斑塊之間的連接性水平降低。淹沒后Shannon多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)分別增大了0. 041和0. 025,但都維持在較低水平,表明工程實(shí)施后區(qū)域的景觀格局更復(fù)雜,各景觀要素斑塊更加均勻,優(yōu)勢度水平會降低。

3. 3 水電梯級開發(fā)對陸生植被生態(tài)系統(tǒng)的影響

3. 3. 1 梯級開發(fā)對植被生產(chǎn)力的影響

評價(jià)區(qū)2000年、2005年、2010年陸地生態(tài)系統(tǒng)植被生產(chǎn)力(以C計(jì),下同)的平均值分別為679.87 g/ (m2·a)、631. 04g/ (m2·a)和652. 81 g/ (m2·a),年總生產(chǎn)量分別為2. 61×107t/ a、2. 42×107t/ a、2. 50× 107t/ a。植被生產(chǎn)力的總體分布趨勢與植被類型、太陽輻射、溫度、降雨等氣候條件密切相關(guān),具有一定的空間異質(zhì)性。評價(jià)區(qū)平均植被生產(chǎn)力的空間分布格局與植被類型和植被群落關(guān)系密切,以高寒草甸植被為主的地區(qū)為植被生產(chǎn)力分布高值區(qū),而在亞高山闊葉落葉灌叢分布的區(qū)域?qū)儆谥脖簧a(chǎn)力次高值區(qū),高海拔無植被地段屬于植被生產(chǎn)力分布低值區(qū)。

表3 淹沒前后研究區(qū)斑塊類型尺度景觀格局指數(shù)的變化

表4 淹沒前后研究區(qū)景觀水平尺度景觀格局指數(shù)的變化

表5 淹沒前后研究區(qū)植被生產(chǎn)力值變化情況

從表5可以看出,水電站的建設(shè)降低了評價(jià)區(qū)的植被生產(chǎn)力值,減小值為1. 83×105t/ a,減少了區(qū)域原植被生產(chǎn)力值的0. 78%。5種主要土地利用類型中,只有水體面積增加,且增加比例較大,為原來面積的4倍多;其余除冰川及永久積雪外,都有所減少,其中草地減少的面積最大,而草地的平均植被生產(chǎn)力值也較水體面積高很多,所以區(qū)域總體表現(xiàn)為植被生產(chǎn)力值減小。

3. 3. 2 梯級開發(fā)對物種多樣性的影響

水電梯級開發(fā)會淹沒大壩上游的部分沿河地帶,使部分生境喪失,表6為在物種多樣性層次上水電梯級開發(fā)對評價(jià)區(qū)陸生生態(tài)系統(tǒng)的影響。由表6可知,各調(diào)查樣帶中左岸和右岸、淹沒區(qū)與非淹沒區(qū)樣地的物種豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)變化都很小,從而可以看出,修建電站堤壩以及水庫蓄水對兩岸的物種多樣性影響不大。

表6 淹沒前后不同樣帶生物多樣性變化

3. 4 水電梯級開發(fā)對區(qū)域生態(tài)安全影響程度

經(jīng)計(jì)算,研究區(qū)梯級水電站建設(shè)前總體的生態(tài)安全指數(shù)為0. 818(圖1(a)),梯級水電站建設(shè)完成后,通天河流域的總體生態(tài)安全指數(shù)為0. 819(圖1 (b)),建設(shè)完成后區(qū)域總體生態(tài)安全指數(shù)增加0. 001。與其他研究區(qū)相比,本區(qū)域內(nèi)生態(tài)安全程度相對較高,其原因主要為區(qū)域景觀以自然景觀為主,受到的人為活動(dòng)影響較小,對生態(tài)安全有影響的破壞性活動(dòng)較少。梯級水電站建成后,10 km×10 km基本柵格單元上的生態(tài)安全統(tǒng)計(jì)值和其空間分布同電站建設(shè)前基本一致,其最大生態(tài)安全指數(shù)和最小生態(tài)安全指數(shù)的柵格未發(fā)生變化。

圖1 梯級水電站建成前后區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)空間分布

通天河流域生態(tài)安全指數(shù)最大值為0. 86,最小值為0. 80,基本未發(fā)生變化。生態(tài)安全指數(shù)較高的區(qū)域同電站建設(shè)前的區(qū)域基本一致,生態(tài)安全指數(shù)較低的區(qū)域在東北部,整體趨勢也表現(xiàn)為東低西高。為了更細(xì)致地對比建設(shè)前后的生態(tài)安全變化,在Arcgis10. 0軟件中將兩個(gè)時(shí)期的生態(tài)安全數(shù)據(jù)疊加對比,可以發(fā)現(xiàn):日阿讓涌西南部、切如隴給、加巧、夏日貢巴、當(dāng)江榮西北、來涌與奇迪之間等區(qū)域的生態(tài)安全指數(shù)有所下降;冬特考等地生態(tài)安全指數(shù)有輕微的增大。8個(gè)梯級水電站正常蓄水后,淹沒的主要土地利用類型為草地,從土地利用類型轉(zhuǎn)移來看,草地轉(zhuǎn)換為水體,生態(tài)安全指數(shù)有所增大。從不同土地利用類型和植被的生態(tài)效益上來看,水體的生態(tài)效益大于草地,因此,淹沒區(qū)水體面積增加,這些區(qū)域的生態(tài)安全指數(shù)有輕微增大的趨勢。

通天河流域分為4個(gè)生態(tài)安全等級區(qū)域(圖2),分別為低生態(tài)安全區(qū)(0. 80～0. 81)、中生態(tài)安全區(qū)(0. 81～0. 82)、中高生態(tài)安全區(qū)(0. 82～0. 83)、高生態(tài)安全區(qū)(0. 83～0. 86)。通天河流域的西部生態(tài)安全明顯高于東部地區(qū),且通天河流域多為低生態(tài)安全區(qū)和中生態(tài)安全區(qū)。整體上中生態(tài)安全區(qū)面積最大,其次是低生態(tài)安全區(qū)、中高生態(tài)安全區(qū),而高生態(tài)安全區(qū)面積最小,低、中、中高和高生態(tài)安全區(qū)的面積比為0. 86∶1∶0. 47∶0. 11。對淹沒前后生態(tài)安全等級圖疊加發(fā)現(xiàn)淹沒前后4個(gè)生態(tài)安全等級區(qū)的空間分布基本一致,未發(fā)生明顯變化。通天河流域生態(tài)安全以中低等級為主,水電開發(fā)中應(yīng)著重考慮區(qū)域的生態(tài)安全空間分布規(guī)律,采取因地制宜的方法,盡量避免造成區(qū)域生態(tài)問題。

圖2 電站建成后區(qū)域生態(tài)安全等級空間分布

4 結(jié) 語

通天河干流水電梯級開發(fā)后區(qū)域不同土地利用類型面積變化不大,未對土地利用類型的優(yōu)勢度產(chǎn)生影響。水庫建成蓄水后區(qū)域景觀格局指數(shù),在斑塊類型尺度上景觀優(yōu)勢度水平降低,景觀形狀也較淹沒前更規(guī)則;在景觀水平尺度上景觀優(yōu)勢度水平降低,景觀破碎化增加,受淹沒影響斑塊形狀更加規(guī)則。水庫建成淹沒后,由于草地面積的顯著減少,研究區(qū)內(nèi)陸地植物植被生產(chǎn)力較淹沒前降低。從多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)來看,梯級水電站的建設(shè)對流域內(nèi)物種的生物多樣性無顯著影響。梯級水電站建設(shè)未對區(qū)域整體生態(tài)安全產(chǎn)生影響,梯級水電站建設(shè)后流域生態(tài)安全指數(shù)較建設(shè)前增大0. 001,且研究區(qū)生態(tài)安全程度相對較高。從總體上看,研究區(qū)東北部的生態(tài)安全指數(shù)相對較低,特別是海拔較高的區(qū)域,在項(xiàng)目建設(shè)中需注意生態(tài)的保護(hù)。

研究結(jié)果顯示通天河干流水電梯級開發(fā)后流域景觀要素的基本構(gòu)成不會發(fā)生明顯改變,以高山、高寒草地為主的草地在研究區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)主導(dǎo)地位不會發(fā)生本質(zhì)變化;景觀多樣性指數(shù)略有變化,但不會減弱生態(tài)系統(tǒng)抵御干擾的能力和其自然體系的穩(wěn)定性;生態(tài)安全指數(shù)略有增加,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)仍處于較穩(wěn)定的水平[24]。

本研究主要討論了通天河干流梯級水電站建設(shè)對流域土地利用類型、景觀格局、植被生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力及區(qū)域生態(tài)安全的影響,除此之外,梯級水電站的建設(shè)對陸生動(dòng)物、文物古跡、土壤侵蝕和自然保護(hù)區(qū)等都會產(chǎn)生一定的影響。工程建設(shè)會影響鳥類和獸類動(dòng)物的生化和取食環(huán)境,但其一般分布在較高海拔地段,且具有遷徙性,因而不會對動(dòng)物棲息地造成較大影響。此外,盡管工程建設(shè)會產(chǎn)生土壤侵蝕,由于壩址的選擇多位于懸崖峭壁和自然山谷,最大限度地減小了對植被的破壞[25];工程結(jié)束后梯級水庫會產(chǎn)生攔沙效益,輔以適當(dāng)?shù)闹脖换謴?fù)措施,能夠有效防治區(qū)域水土流失。

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Landscape effect and ecological security evaluation of cascade hydropower development in the mainstream of Tongtian River Basin

/ / TANG Fukai1,2, CUI Ming1, ZHOU Jinxing2, WANG Zhaoyan3, MA Guoqing4, FANG Jianmei4(1. Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 2. School of Soil and Water Conserυation, Beijing Forestry Uniυersity, Beijing 100083, China; 3. Department of Sediment Research, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100048, China; 4. Academy of Forest Inυentory and Planning, State Forestry Administration, Beijing 100714, China)

Abstract:In order to evaluate the impacts of hydropower development on the ecological environment, the impacts of the cascade development of hydropower projects in the main stream of the Tongtian River on the terrestrial ecological environment were analyzed and evaluated using the“3S”technology combined with the methods of landscape ecology and the ecological security index, as well as data from digital images and field surveys. The results show that, subsequent to cascade hydropower development, the water area increased by 300. 72 km2, the grassland area decreased by 296. 80 km2, and there was no significant change in the main vegetation types and land use patterns. Grassland was the dominant landscape type in the basin, followed by bare land and woodland. Landscape fragmentation decreased after hydropower development, while landscape dominance and diversity increased, which was conducive to the stability of regional ecosystem. Cascade hydropower development did not significantly affect the productivity of vegetation in the basin and the richness of species on both sides of the river. The productivity of vegetation decreased by 1. 83×105t/ a, and the productivity after the development only accounted for 0. 78% of that before the development. The ecological security index of the overall basin was 0. 819 after the development, 0. 001 higher than that before it, indicating a high ecological security index. In summary, since there were no major changes in landscape patterns or in ecosystem features and functions, cascade hydropower development does not pose a threat to the ecological environment and safety in the Tongtian River Basin.

Key words:cascade development of hydropower; environmental impact; landscape effect; ecological security; Tongtian River

(收稿日期:2014- 11 28 編輯:熊水斌)

通信作者:崔明(1979—),女,副研究員,博士,主要從事生態(tài)恢復(fù)和自然地理研究。E-mail:cuiming2009@ foxmail. com

作者簡介:唐夫凱(1988—),男,博士,主要從事水土保持和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)研究。E-mail:tangfk_hi@126. com

基金項(xiàng)目:“十二五”國家科技支撐計(jì)劃(2012BAC09B03);中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(CAFYBB2014ZD006)

DOI:10. 3880/ j. issn. 1006- 7647. 2016. 02. 009

中圖分類號:TV213. 2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1006- 7647(2016)02- 0046- 07