白鶴灘水電站壩址區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價

陳 文 夫，王 瑋，陳 洋，鄧 鑫 欣，張 勇

(1.中國三峽建工(集團)有限公司，北京 100038； 2.長江水利委員會 長江流域水土保持監(jiān)測中心站，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)模人類活動和自然條件變化導(dǎo)致的土地利用方式、強度及空間格局的改變會對自然環(huán)境帶來重大影響，進而對區(qū)域乃至全球的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀況造成深遠影響，因此生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價對區(qū)域生物多樣性研究及其生態(tài)環(huán)境保護工作具有十分重要的意義[3-5]。

長期以來，中國進行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估采用的數(shù)據(jù)源以區(qū)域數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為主，基于專家打分模型等對非定性評估因子加以量化和判斷其權(quán)重，以行政區(qū)劃(市或縣)為評價單元進行評價[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，隨著對地觀測技術(shù)的發(fā)展，研究者開始將對地觀測手段[8]和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(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)確和定量地對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行評價[10]，大大推動了生態(tài)質(zhì)量評價領(lǐng)域的發(fā)展。盡管大多數(shù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法可較為客觀地對研究區(qū)生態(tài)進行評價，但大多數(shù)學(xué)者都是針對較大空間尺度下進行研究，多為省域[11]、保護區(qū)[12-13]、多個縣域[14]等尺度下對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行分析，很少針對較小空間尺度下研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行探討與分析。

水電站工程的建設(shè)，一方面推動了社會經(jīng)濟的發(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)模的人為活動也會對當(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題[15]。金沙江作為長江的上游河道，流域面積占長江流域總面積的26%，具有得天獨厚的自然環(huán)境，是中國巨大的森林生態(tài)寶庫，同時也是中國重要的水電建設(shè)區(qū)[16]。近年來，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)量問題也出現(xiàn)了變化。本文基于哨兵號(Sentinel-2)遙感觀測數(shù)據(jù)，在小尺度上開展白鶴灘水電站建設(shè)對當(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)電廠項目建成后對地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響，進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、強烈侵蝕為主，并伴有滑坡、泥石流等極強烈和劇烈侵蝕。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，均來源于歐空局哥白尼數(shù)據(jù)中心(https：∥earthexplorer.usgs.gov)。利用Sen2cor工具對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后，借助ArcGIS平臺，以高分辨率遙感地面測量觀測技術(shù)為基礎(chǔ)，通過目視解譯對影像進行地物識別并對其進行數(shù)字化處理，最后經(jīng)過2次實地考察進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個一級地類農(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個二級地類旱地、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、農(nóng)村道路、其他交通用地、河湖庫塘、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，對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評估方法還未統(tǒng)一，而是按照研究學(xué)者觀點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)中國環(huán)境保護總局制定的HJ/T 192-2015《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[17]和相關(guān)文獻[18-19]，植被生長情況、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評估區(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土地的退化程度進行表征[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個指已涵蓋了大部分生態(tài)環(huán)境信息，能夠較為合理地評估生態(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，運用空間分析(spatial analysis)模塊下的柵格計算器(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個生態(tài)因子，通過柵格計算器計算出生態(tài)質(zhì)量指數(shù)(Ecological Index，EI)?；谏鲜鲋笜?biāo)實現(xiàn)對白鶴灘水電站區(qū)域2017～2021年來生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的綜合評價，并結(jié)合所掌握的資料和實地情況，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，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，評估生境質(zhì)量時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的影響[25]，獲取生境質(zhì)量得分需先計算退化風(fēng)險指數(shù)。土地利用類型j中柵格x的退化風(fēng)險指數(shù)計算公式為

(1)

(2)

(3)

式中：Dxj為退化風(fēng)險指數(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柵格上威脅源的數(shù)量；Sjr為j類型土地上覆被對威脅源r的敏感性；irxy為柵格y中的威脅源r對柵格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、人為活動強度和土地類型情況進行調(diào)整并確定其具體權(quán)重。

模型在對威脅源的選擇以及模型參數(shù)確定時綜合考慮了模型的使用手冊、國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果[17，24-25]和研究區(qū)的實際情況，最后確定了威脅源表(見表1)和敏感度表(見表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 生境適宜性及其對不同威脅源的相對敏感程度賦值

(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。其計算方法為

(6)

式中：對于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，表示評價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)計算得到，或是利用NDMI指數(shù)公式求取，通過查閱文獻發(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來表示研究區(qū)內(nèi)的水文豐富程度。其計算方法為

(7)

式中：對于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，表明評價單元的土壤濕度越大。

2.2.2生態(tài)環(huán)境評價

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)量評價要求評價指標(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)量評價因子進行標(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)化后的各項生態(tài)環(huán)境質(zhì)量因子，通過參照相關(guān)的文獻[18-19]和《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》[17]中的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)模型，進行權(quán)重賦值，最后采用綜合得分法，計算生態(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算器可以提取生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)，以及通過生態(tài)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計直方圖，同時考慮生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指標(biāo)的空間分布特點并按照生態(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，見圖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(見圖2)：在白鶴水電站的2017～2021年的建設(shè)過程中，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(見圖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”規(guī)定，在建設(shè)的同時，水污染治理工程也同步設(shè)計、同期施工、同步投入應(yīng)用，修建了大量水土保持臨時或永久防護措施和大范圍地進行植被恢復(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，對生態(tài)環(huán)境造成一定程度的擾動，但總體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。

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面積也不斷擴大，處在對生態(tài)建設(shè)造成負(fù)面影響較為嚴(yán)重的時期，但隨著前期建設(shè)的大量生態(tài)保護措施的全面實施以及保護效果的有效發(fā)揮，無論表土保護度、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，受施工擾動影響變化趨勢有所變緩。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，第一臺機組投入運行，水位有所上漲，沿河道部分地區(qū)被水淹沒，河流水域面積大幅度增加，有利于維護濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡、調(diào)節(jié)流域小氣候、保護流域生態(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為中心的周邊區(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，主要是因為伴隨著水電站的建設(shè)，施工生產(chǎn)生活設(shè)施、棄渣場等建筑沿河而建，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，因為人為影響，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4 a的建設(shè)，相關(guān)設(shè)施和人為活動的面積逐漸增大，由于前期修筑的植被護坡、鋼筋石籠擋墻、框格梁植草護坡和底部結(jié)合排水溝等工程措施水土保持措施的全面實施及其防護效益的充分發(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，生態(tài)質(zhì)量變好區(qū)域主要呈現(xiàn)為中部向上下游擴散。

到2021年，白鶴灘水電站6月下閘蓄水并第一臺機組投產(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的1.57 km2增加為5.7 km2，增長了264.08%，從原來的占研究區(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)功能價值，對生態(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。

由表3可以看出：2017年，研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)狀況總體以等級一般居多，面積占比71.36%，其次為良好等級，占比18.11%，生態(tài)級別較差的區(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)為等級一般的面積占比基本不變，從原來的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，而原來較差和良好的區(qū)域也因為工程初期擾動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，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，從2018年的20.11%增加到21.72%，增幅為8.01%，說明在建設(shè)過程中施工方對區(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，即使這一時期施工強度有所增加，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。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)量等級一般的區(qū)域面積占比驟減，從原來的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%。通過查閱資料和實地調(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)榱己玫燃墶?/p>

表3 研究區(qū)各等級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)量改善以增加一級為主，面積達到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。結(jié)合2017～2021年的土地利用類型圖(見圖5)可以發(fā)現(xiàn)，生態(tài)等級下降的零散區(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、交通運輸用地和其他建筑用地，人為活動是導(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。

圖4 2017～2021年間EI等級變化的空間分布

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EI的適用性做出評估。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，表明在水電站的建設(shè)過程中雖然強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)過程中總體生態(tài)質(zhì)量呈現(xiàn)上升趨勢。

(2) 據(jù)EI變化數(shù)據(jù)分析，調(diào)查區(qū)域主要是由一般級別向良好和較差級別過渡。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原來生態(tài)質(zhì)量情況一般的地區(qū)影響更大，對原來生態(tài)質(zhì)量情況較差的地區(qū)影響則較小，而良好等級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等因素的影響，在水土保持治理規(guī)劃過程中更多地融入生態(tài)理念，促使項目區(qū)與周邊地區(qū)實現(xiàn)生態(tài)融合與協(xié)調(diào)發(fā)展。