基于“3S”技術(shù)的生態(tài)影響預測與評價
——以大同市某河為例

齊 娜

(北京市密云水庫管理處，北京 密云 101500)

黨的十八大以來，習近平總書記一直重視水利事業(yè)發(fā)展。習近平提出堅持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，做好“統(tǒng)籌山水林田湖草全面協(xié)調(diào)發(fā)展”，加強流域建設(shè)。由于大同市某河已幾乎多年喪失河道基本行洪能力，多為黑臭水體，需進一步加強河道生態(tài)修復，為提高此次河道綜合治理的科學性，預防和減輕實施后造成環(huán)境污染和生態(tài)破壞，促進經(jīng)濟、社會和環(huán)境的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，本文以此河為例，基于“3S”技術(shù)，利用遙感影像數(shù)據(jù)，分析綜合治理對生態(tài)的影響。

1 研究區(qū)概況

大同市某河位于大同市南郊區(qū)內(nèi)，屬于海河流域永定河水系。項目區(qū)地處大同盆地西北部，地勢西北部高，東南部低，海拔一般在 1 100 m左右，地貌主要為現(xiàn)代河床、漫灘及兩岸Ⅰ級階地。河谷斷面呈“U”型；河道河床較平坦。河道岸坡多為土質(zhì)岸坡。項目區(qū)屬于高原溫帶季風型大陸性氣候區(qū)。土壤類型以栗鈣土、粗骨土為主。土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，侵蝕程度以微度和輕度侵蝕為主。項目區(qū)分布有村莊、企業(yè)以及配套的公用基礎(chǔ)設(shè)施等，主要陸生植物為玉米、谷子、小麥、莜麥、胡麻、薯類、豆角、茄子、南瓜、黃瓜等農(nóng)作物及蔬菜，樹種主要有楊、柳、桃、蘋果等。動物主要以鳥類及嚙齒類動物為主。

工程治理河道長度18.41 km，某河防洪標準定為50年一遇，通過上游實施小流域綜合治理，下游采取控源截污、疏通河道、建設(shè)人工濕地等內(nèi)容進行河道生態(tài)修復。

2 數(shù)據(jù)來源

3 研究方法

首先根據(jù)項目特點和評價時限，選擇美國陸地資源衛(wèi)星Landsat TM影像數(shù)據(jù)，時段為2016年6月TM影像，分辨率為30 m；對該區(qū)域相關(guān)資料及專題圖件進行收集分析，在上述工作基礎(chǔ)上，粗略判斷評價區(qū)周圍土地利用、植被、敏感目標狀況，從中找出分辨困難的點位；然后進行現(xiàn)場踏勘，進一步明確評價區(qū)內(nèi)土地利用類型、植被類型、土壤類型、敏感目標保護狀況等生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，從而確定衛(wèi)片中模糊點的生境組成；利用ArcGIS軟件以2016年6月TM影像作為基礎(chǔ)信息源，其它作為輔助信息源，經(jīng)人工目視解譯、數(shù)據(jù)采集、制圖、提取評價區(qū)內(nèi)土地利用數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、土壤侵蝕數(shù)據(jù)、敏感目標等數(shù)據(jù)生成各種專題圖及相關(guān)數(shù)據(jù)，對生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀給出定量與定性的評價。

對景觀生態(tài)的影響，采用優(yōu)勢度指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)來分析。

3.1 優(yōu)勢度指數(shù)分析

優(yōu)勢度指數(shù)分析是對項目建設(shè)前后的各類拼塊優(yōu)勢度指數(shù)進行預測，以分析工程建設(shè)前后占優(yōu)勢地位的拼塊類型以及對區(qū)域景觀格局的影響程度。目前，人們多采用傳統(tǒng)生態(tài)學中計算植被重要值的方法來確定某一斑塊類型在景觀中的優(yōu)勢，也稱優(yōu)勢度值(Do)。優(yōu)勢度值由密度(Rd)、頻率(Rf)和景觀比例(Lp)3個參數(shù)計算得出。密度與景觀比例可綜合反映某一類斑塊在景觀體系中的連通程度，而頻率可反映某一類斑塊在景觀體系中的均勻程度，當某一類斑塊優(yōu)勢值明顯大于其他各類斑塊的優(yōu)勢度值時，可認為景觀體系中的生態(tài)特征由此類斑塊的生態(tài)特征所主導。

景觀生態(tài)計算公式如下：

斑塊密度Rd=(斑塊i的數(shù)目/斑塊總數(shù))×100%

斑塊樣方頻率Rf=(斑塊i出現(xiàn)的樣方數(shù)/總樣方數(shù))×100%

景觀比例Lp=(斑塊i的面積/樣地總面積)×100%

優(yōu)勢度值Do=0.5×[0.5×(Rd+ Rf)+ Lp]×100%

斑塊的類型依據(jù)評價區(qū)景觀生態(tài)環(huán)境的構(gòu)成來劃分，一般分為灌叢景觀、草叢景觀、農(nóng)業(yè)景觀、人工灌木林景觀、濕地景觀和人工建筑景觀等7類景觀類型。

3.2 景觀多樣性指數(shù)分析

景觀多樣性是指景觀在結(jié)構(gòu)、功能及其時間變化方面的多樣性，可揭示景觀的復雜性，是對景觀水平上生物組成多樣化程度的表征。

景觀多樣性指數(shù)計算公式為：

式中：Pi為某類型景觀面積占比；m為景觀類型數(shù)。

4 研究結(jié)果

4.1 對水生生態(tài)的影響分析

某河河道整治及生態(tài)修復工程結(jié)束后，清除了河道內(nèi)及兩岸多年淤積的污泥、生活垃圾及建筑垃圾，濕周范圍擴大了，有利于水生生態(tài)系統(tǒng)的完善；同時通過引入中水，滿足河道基本的生態(tài)用水量。工程竣工后，河道中的懸浮物會很快沉淀，河水變得更加清澈；底泥的清除一定程度上改善了河道水質(zhì)。主要表現(xiàn)為以下幾點：

1)通過建設(shè)人工濕地對污水處理廠尾水進一步處理，以滿足河道生態(tài)補水需求等，水體中細菌數(shù)量明顯減少，浮游植物和浮游動物的種類明顯增加，且浮游植物和浮游動物的優(yōu)勢種將發(fā)生明顯變化。

2)河道內(nèi)魚類種類和數(shù)量將有一定程度的增加，其中魚類因適應河道環(huán)境而得以生存繁殖，并且可能逐漸形成河道內(nèi)大型水生動物的優(yōu)勢種群。

3)河道清淤整治，疏浚了常年淤積的河道，有利于行洪并改善河道水質(zhì)，同時清淤改善了現(xiàn)有河道的水生生態(tài)環(huán)境。

4)擴大的河道濕周面積將為更多的水生生物提供棲息環(huán)境，一定程度上為河道水生生物多樣性的豐富提供條件。

4.2 對景觀生態(tài)的影響分析

4.2.1優(yōu)勢度指數(shù)分析

本項目運行后，評價區(qū)內(nèi)土地利用現(xiàn)狀變化情況如表1所示。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)對項目實施后的土地類型變化進行優(yōu)勢度計算，并將其與項目建設(shè)前的優(yōu)勢度值進行比較分析，其結(jié)果如表2所示。

表1 項目建設(shè)前后土地利用格局

由表2可見，有林地的優(yōu)勢度值從無到有，增加了18.68%；河流水面的優(yōu)勢度值明顯增加，優(yōu)勢度由1.51%上升至2.53%，成為僅次于有林地的拼塊類型，而其他林地、工業(yè)用地和旱地的優(yōu)勢度均明顯下降。工程建設(shè)后，明顯改變了原有的景觀格局，使評價區(qū)域內(nèi)的拼塊總數(shù)減小，水面的景觀比例和優(yōu)勢度均有大幅提高。

表2 項目建設(shè)前后各類拼塊優(yōu)勢度值

4.2.2景觀多樣性指數(shù)分析

對濕地建設(shè)前后區(qū)域的景觀多樣性指數(shù)進行計算，得出濕地建設(shè)前評價區(qū)域的多樣性指數(shù)值為1.90，建設(shè)后多樣性指數(shù)值約為2.18，可見工程實施對評價區(qū)域的景觀多樣性影響很小。本項目實施后，雖然原有的多種景觀類型將被單一的林地景觀、水面景觀取代，局部地區(qū)的景觀類型趨向單一，但從大區(qū)域來看，項目的建設(shè)明顯增加了區(qū)域的林地、水面面積，以旱地為主的農(nóng)田面積有所下降，起到了豐富區(qū)域景觀類型的作用。

4.3 對植物的影響分析

4.3.1對陸生植物的影響

項目建成后，水源涵養(yǎng)林面積將達到 1 200 hm2，城市綠地工程面積將達到558.50 hm2，可對損失的地表生物量進行補償，從而減輕項目實施對周圍自然生態(tài)環(huán)境的影響。

4.3.2對水生植物的影響

構(gòu)建多自然型的生態(tài)河道，主要通過河道環(huán)境條件的天然模擬和強化，為河道整治創(chuàng)造條件，結(jié)合生態(tài)護岸建設(shè)，采用“生態(tài)修復轉(zhuǎn)化技術(shù)”(包括生態(tài)浮島技術(shù)和水生植物修復技術(shù)等)，在實現(xiàn)再生河道生物群落的同時，實現(xiàn)岸邊、水中、水底生物多樣性的豐富度，創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境和自然環(huán)境。

1)水生植物修復

利用水生植物修復技術(shù)為河道整治創(chuàng)造條件，結(jié)合生態(tài)護岸建設(shè)，在河道淺灘以及淺水區(qū)栽植水生植物，模仿河道原有水陸邊緣的生態(tài)、景觀的連續(xù)性，重新構(gòu)建河岸植物帶，促進河岸生態(tài)系統(tǒng)的良性重建。

結(jié)合生態(tài)護岸與生態(tài)蓄水濕地方式，按照實際地形進行植物布置。在坡岸上栽植護坡防蝕植被，如結(jié)縷草等固坡效果較好的植物；在常水位附近的坡腳栽植蘆葦、香蒲、菖蒲、美人蕉等體形高大并能形成致密群落的濕生植物，借以形成對堤腳的保護，防止水流侵蝕引起的堤腳塌陷；在河灘淺水區(qū)域栽植挺水植物、浮葉植物和沉水植物組合，挺水植物選用蘆葦、水蔥、莎草、菖蒲、千屈菜等，浮葉植物選用荷花、荇菜、菱、芡實等，并在下層配置菹草、苦草、狐尾藻、微齒眼子菜和馬來眼子菜等沉水植物，組成接近自然的濕地植被。

2)生態(tài)浮島

設(shè)置生態(tài)浮島共 3 200 m2，包括漂浮型生物浮島800 m2和懸浮型生物浮島 2 400 m2。浮島中植物的選擇均采用當?shù)剡m生物種，以耐污抗污且具有較強的治污凈化潛能的植物為主。漂浮型浮島種植挺水植物，植物選用蘆葦、石菖蒲、千屈菜、黑三棱、燈芯草等；懸浮型浮島種植沉水植物，植物選用苦草、狐尾藻、金魚藻、菹草、眼子菜等。

通過科學搭配水生植物，對已遭破壞的沿岸帶進行修復，大面積增加水生、濕生植物，增加綠地面積，增加生物多樣性，生物量大幅增加，有助于水生生態(tài)系統(tǒng)步入良性循環(huán)。

4.4 對動物的影響分析

4.4.1對陸生動物的影響

項目建設(shè)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史悠久，長期受人為活動的影響，未發(fā)現(xiàn)國家及地方重點保護動物。其它野生動物均為本地常見的小型野生動物，如褐家鼠、野兔、草蛇等，其抗外界干擾能力較強，且同類生境易于在附近找尋，在工程施工期，工程建設(shè)主要影響野生動物的活動范圍，物種種群與數(shù)量不會受到明顯影響。

項目運行期，原有的灌木林、工業(yè)用地等會轉(zhuǎn)變?yōu)樗春B(yǎng)林，旱地等轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘芯G地或濕地，人類活動將會大幅度減少，為各種鳥類、魚類及兩棲動物提供良好的生境條件，水生生物種類和數(shù)量將會明顯增加，將會吸引更多的保護鳥類在此覓食、棲息和繁殖，野生動物種類將逐漸豐富。

4.4.2對水生動物的影響

在生態(tài)蓄水濕地運行后以及河岸帶修復后，河道中水生植物的數(shù)量大量增加，為促進河道生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定且便于管理，可利用生物操縱的方法，即利用草食性魚類吞噬生長過剩的菹草等水生植物，不僅可消除水草，促進魚類繁殖生產(chǎn)，還可省去人工打撈水草及之后的處理問題。

通過放養(yǎng)食浮游生物的濾食性魚類來直接攝食藻類，放養(yǎng)草食性魚類吞噬生長過剩的菹草等大型水生植物。放養(yǎng)的魚類品種采用草魚、魴魚、鰱魚，并引入以細鱗斜頜鲴等以下碎屑為主要食物的魚類，共放流魚類 30 000 尾。

項目建設(shè)將改善魚類生境，增加河流魚類資源。

5 結(jié)語

項目建成后，將明顯改善河道污染現(xiàn)狀，提高水體環(huán)境質(zhì)量，改善區(qū)域生態(tài)和景觀環(huán)境，不僅起著生態(tài)廊道作用,也是城市中重要的公共空間,能為人們提供休閑娛樂場所。將對居住環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展帶來有益的、顯著的影響，具有明顯的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。