基于“3S”技術(shù)的天生橋二級(jí)水電站減水河段土地利用變化及生態(tài)環(huán)境響應(yīng)

摘 要：以天生橋二級(jí)水電站減水河段為研究區(qū)，以蓄水前、蓄水后以及現(xiàn)階段三期遙感影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用支持向量機(jī)分類(lèi)法對(duì)三期遙感影像進(jìn)行解譯，得到研究區(qū)土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建土地利用轉(zhuǎn)移矩陣以及基于相對(duì)生態(tài)價(jià)值的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)來(lái)定量分析三個(gè)時(shí)期研究區(qū)土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：減水河段;土地利用變化;生態(tài)環(huán)境響應(yīng)

土地是人類(lèi)生存和發(fā)展的根本，隨著GPS、RS以及GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，以此為基礎(chǔ)融合的“3S”技術(shù)為土地利用/覆蓋研究提供更多信息源，促進(jìn)土地利用變化的研究，為科學(xué)解釋生態(tài)環(huán)境演變及改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，本研究以天生橋二級(jí)水電站減水河段為研究區(qū)，以水電站蓄水前、蓄水后以及現(xiàn)階段三期遙感影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，構(gòu)建土地利用轉(zhuǎn)移矩陣及基于相對(duì)生態(tài)價(jià)值的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)來(lái)定量分析三個(gè)時(shí)期研究區(qū)土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境響應(yīng)，以期為水電站建設(shè)生態(tài)環(huán)境的改善提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

天生橋二級(jí)電站位于南盤(pán)江畔，廠房位于廣西隆林縣椏杈鎮(zhèn)納貢村，研究區(qū)以電站壩址為起點(diǎn)，廠房為終點(diǎn)，沿南盤(pán)江干流河道外擴(kuò)2 km，總面積6733.87 hm²，壩址下游河段減脫水現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

研究選取1990年8月、2003年9月成像的Landsat TM以及2017年8月成像的Landsat OLI遙感影像數(shù)據(jù)。

2.2研究方法

2.2.1 分類(lèi)系統(tǒng)及解譯

合理的土地利用分類(lèi)系統(tǒng)是研究區(qū)域土地利用時(shí)空變化特征、規(guī)律的前提和基礎(chǔ)。本研究分類(lèi)系統(tǒng)劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地等類(lèi)型，以外業(yè)記錄的土地利用類(lèi)型為樣本建立解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)，按照3：1的比例將樣本分為訓(xùn)練樣本和驗(yàn)證樣本，采用SVM分類(lèi)法，得到三期遙感影像解譯結(jié)果后通過(guò)人機(jī)交互的方式進(jìn)行修改，最后借助混淆矩陣得到解譯結(jié)果的總體精度均高于85%，滿(mǎn)足研究要求。

2.2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能夠定量、定向地分析區(qū)域土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換。本研究借助ArcGIS 10.4軟件對(duì)1990年、2003年以及2017年的解譯結(jié)果矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，將結(jié)果導(dǎo)入Excel中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析生成1990-2003、2003-2017年研究區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。利用單一土地利用轉(zhuǎn)出率和轉(zhuǎn)入率來(lái)反映某一土地利用類(lèi)型在某一時(shí)期內(nèi)轉(zhuǎn)化為其它地類(lèi)的幅度。

2.2.3 基于相對(duì)生態(tài)價(jià)值的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

本研究以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估單價(jià)體系為基礎(chǔ)，根據(jù)不同土地利用類(lèi)型生態(tài)價(jià)值系數(shù)的比例關(guān)系確定不同地類(lèi)的相對(duì)生態(tài)價(jià)值，再根據(jù)公式計(jì)算區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 解譯結(jié)果

研究區(qū)以林地為主，草地次之，水域、耕地、未利用地在不同年份變化較大。1990-2003年間，草地、耕地、建設(shè)用地、未利用地分別新增12.85 hm²、47.52 hm²、1.8 hm²、105.74 hm²，林地、水域分別凈減少24.84 hm²、143.07 hm²;2003-2017年間，建設(shè)用地、林地、水域分別凈新增5.25 hm²、121.31 hm²、0.02 hm²，草地、耕地、未利用地分別凈減少58.82 hm²、14.81 hm²、52.95 hm²。

3.2 土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化過(guò)程

從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣及轉(zhuǎn)出、轉(zhuǎn)入率上看，1990-2003年間，耕地、水域以及未利用地變化較其它類(lèi)型更為顯著，具體來(lái)看，耕地以轉(zhuǎn)入為主，轉(zhuǎn)入率為47.07%，主要轉(zhuǎn)入對(duì)象為草地及林地，轉(zhuǎn)入面積分別為33.61、17.57 hm²，水域以轉(zhuǎn)出為主，轉(zhuǎn)出率為61.32%，主要轉(zhuǎn)出對(duì)象為未利用地及草地，轉(zhuǎn)出面積分別為107.96、36.10 hm²，未利用地以轉(zhuǎn)入為主，轉(zhuǎn)入率為91.16%，主要轉(zhuǎn)入對(duì)象為水域，轉(zhuǎn)入面積分別為107.96 hm²;2003-2017年間，草地、建設(shè)用地、林地以及未利用地變化較其它類(lèi)型更為顯著，具體來(lái)看，草地以轉(zhuǎn)出為主，轉(zhuǎn)出率為10.15%，主要轉(zhuǎn)出對(duì)象為林地，轉(zhuǎn)出面積為67.2 hm²，建設(shè)用地以轉(zhuǎn)入為主，轉(zhuǎn)入率為8.01%，主要轉(zhuǎn)入對(duì)象為未利用地，轉(zhuǎn)入面積為5.39 hm²，林地以轉(zhuǎn)入為主，轉(zhuǎn)入率為2.25%，主要轉(zhuǎn)入對(duì)象為草地和未利用地，轉(zhuǎn)入面積分別為67.2 hm²、40.52 hm²，未利用地以轉(zhuǎn)出為主，轉(zhuǎn)出率為46.58%，主要轉(zhuǎn)出對(duì)象為林地、草地，轉(zhuǎn)出面積分別問(wèn)40.52 hm²、9.20 hm²。

3.3 區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化

研究區(qū)1990、2003、2017年綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)分別為0.27940、0.26915、0.27314，呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所改善，但仍未恢復(fù)到1990年的狀態(tài)。

從各土地利用類(lèi)型生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)來(lái)看，1990-2003年間，雖然整體環(huán)境質(zhì)量在下降，但草地、耕地以及未利用地的生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在上升，說(shuō)明此段時(shí)間內(nèi)，林地、水域生態(tài)效應(yīng)下降較快，對(duì)生態(tài)環(huán)境變化具有主導(dǎo)作用;2003-2017年間，雖然整體環(huán)境質(zhì)量在上升，但草地、耕地以及未利用地的生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在下降，水域不變，說(shuō)明此段時(shí)間內(nèi)，林地生態(tài)效應(yīng)上升較快，對(duì)生態(tài)環(huán)境變化具有主導(dǎo)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)對(duì)比電站建設(shè)前、蓄水后到現(xiàn)階段水域的變化同樣發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)水域面積從建站前的235.51 hm²減少到到蓄水后的92.44 hm²，再到現(xiàn)階段的92.46 hm²，表明天生橋二級(jí)水電站開(kāi)發(fā)是河道減脫水現(xiàn)象產(chǎn)生的主要因素;未利用地的增減與河道減脫水以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)、植被恢復(fù)密切相關(guān);草地先增加可能是由于區(qū)域裸露河灘地為草本植物發(fā)展提供了生存空間及林地的減少使得草地裸露引起，后減少可能是由于造林、育林等政策使得區(qū)域植被正向發(fā)展，草地面積有所減少;林地與草地、耕地呈現(xiàn)相反的增減趨勢(shì)，即先減少后又增加，這主要受前期電站建設(shè)以及蓄水后部分林地消退等影響，近年來(lái)“珠江防護(hù)林體系”建設(shè)及安龍縣、隆林縣“退耕還林”、“封山育林”、“荒山荒地造林”等政策取得良好效果，又使得林地不斷增加。

近30年間，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)從0.2794減少到0.26915后又增長(zhǎng)到0.27314，區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在惡化中又有所改善，但仍未恢復(fù)到1990年的水平。在惡化與改善的過(guò)程中，林地與水域是生態(tài)環(huán)境變化的主導(dǎo)因素，因此，推動(dòng)研究區(qū)林地保護(hù)以及增質(zhì)增量工作、保障減水河段下泄生態(tài)流量對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：翟立磊，1986.5.24，男，漢，山西省晉中市祁縣，大學(xué)本科，工程師，從事工程環(huán)保。