基于“3S”技术的生态影响预测与评价——以大同市某河为例

齐 娜

(北京市密云水库管理处，北京 密云 101500)

党的十八大以来，习近平总书记一直重视水利事业发展。习近平提出坚持“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，做好“统筹山水林田湖草全面协调发展”，加强流域建设。由于大同市某河已几乎多年丧失河道基本行洪能力，多为黑臭水体，需进一步加强河道生态修复，为提高此次河道综合治理的科学性，预防和减轻实施后造成环境污染和生态破坏，促进经济、社会和环境的全面协调可持续发展，本文以此河为例，基于“3S”技术，利用遥感影像数据，分析综合治理对生态的影响。

1 研究区概况

大同市某河位于大同市南郊区内，属于海河流域永定河水系。项目区地处大同盆地西北部，地势西北部高，东南部低，海拔一般在 1 100 m左右，地貌主要为现代河床、漫滩及两岸Ⅰ级阶地。河谷断面呈“U”型；河道河床较平坦。河道岸坡多为土质岸坡。项目区属于高原温带季风型大陆性气候区。土壤类型以栗钙土、粗骨土为主。土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，侵蚀程度以微度和轻度侵蚀为主。项目区分布有村庄、企业以及配套的公用基础设施等，主要陆生植物为玉米、谷子、小麦、莜麦、胡麻、薯类、豆角、茄子、南瓜、黄瓜等农作物及蔬菜，树种主要有杨、柳、桃、苹果等。动物主要以鸟类及啮齿类动物为主。

工程治理河道长度18.41 km，某河防洪标准定为50年一遇，通过上游实施小流域综合治理，下游采取控源截污、疏通河道、建设人工湿地等内容进行河道生态修复。

2 数据来源

3 研究方法

首先根据项目特点和评价时限，选择美国陆地资源卫星Landsat TM影像数据，时段为2016年6月TM影像，分辨率为30 m；对该区域相关资料及专题图件进行收集分析，在上述工作基础上，粗略判断评价区周围土地利用、植被、敏感目标状况，从中找出分辨困难的点位；然后进行现场踏勘，进一步明确评价区内土地利用类型、植被类型、土壤类型、敏感目标保护状况等生态环境质量现状，从而确定卫片中模糊点的生境组成；利用ArcGIS软件以2016年6月TM影像作为基础信息源，其它作为辅助信息源，经人工目视解译、数据采集、制图、提取评价区内土地利用数据、植被数据、土壤侵蚀数据、敏感目标等数据生成各种专题图及相关数据，对生态环境现状给出定量与定性的评价。

对景观生态的影响，采用优势度指数、景观多样性指数来分析。

3.1 优势度指数分析

优势度指数分析是对项目建设前后的各类拼块优势度指数进行预测，以分析工程建设前后占优势地位的拼块类型以及对区域景观格局的影响程度。目前，人们多采用传统生态学中计算植被重要值的方法来确定某一斑块类型在景观中的优势，也称优势度值(Do)。优势度值由密度(Rd)、频率(Rf)和景观比例(Lp)3个参数计算得出。密度与景观比例可综合反映某一类斑块在景观体系中的连通程度，而频率可反映某一类斑块在景观体系中的均匀程度，当某一类斑块优势值明显大于其他各类斑块的优势度值时，可认为景观体系中的生态特征由此类斑块的生态特征所主导。

景观生态计算公式如下：

斑块密度Rd=(斑块i的数目/斑块总数)×100%

斑块样方频率Rf=(斑块i出现的样方数/总样方数)×100%

景观比例Lp=(斑块i的面积/样地总面积)×100%

优势度值Do=0.5×[0.5×(Rd+ Rf)+ Lp]×100%

斑块的类型依据评价区景观生态环境的构成来划分，一般分为灌丛景观、草丛景观、农业景观、人工灌木林景观、湿地景观和人工建筑景观等7类景观类型。

3.2 景观多样性指数分析

景观多样性是指景观在结构、功能及其时间变化方面的多样性，可揭示景观的复杂性，是对景观水平上生物组成多样化程度的表征。

景观多样性指数计算公式为：

式中：Pi为某类型景观面积占比；m为景观类型数。

4 研究结果

4.1 对水生生态的影响分析

某河河道整治及生态修复工程结束后，清除了河道内及两岸多年淤积的污泥、生活垃圾及建筑垃圾，湿周范围扩大了，有利于水生生态系统的完善；同时通过引入中水，满足河道基本的生态用水量。工程竣工后，河道中的悬浮物会很快沉淀，河水变得更加清澈；底泥的清除一定程度上改善了河道水质。主要表现为以下几点：

1)通过建设人工湿地对污水处理厂尾水进一步处理，以满足河道生态补水需求等，水体中细菌数量明显减少，浮游植物和浮游动物的种类明显增加，且浮游植物和浮游动物的优势种将发生明显变化。

2)河道内鱼类种类和数量将有一定程度的增加，其中鱼类因适应河道环境而得以生存繁殖，并且可能逐渐形成河道内大型水生动物的优势种群。

3)河道清淤整治，疏浚了常年淤积的河道，有利于行洪并改善河道水质，同时清淤改善了现有河道的水生生态环境。

4)扩大的河道湿周面积将为更多的水生生物提供栖息环境，一定程度上为河道水生生物多样性的丰富提供条件。

4.2 对景观生态的影响分析

4.2.1优势度指数分析

本项目运行后，评价区内土地利用现状变化情况如表1所示。

根据表1数据对项目实施后的土地类型变化进行优势度计算，并将其与项目建设前的优势度值进行比较分析，其结果如表2所示。

表1 项目建设前后土地利用格局

由表2可见，有林地的优势度值从无到有，增加了18.68%；河流水面的优势度值明显增加，优势度由1.51%上升至2.53%，成为仅次于有林地的拼块类型，而其他林地、工业用地和旱地的优势度均明显下降。工程建设后，明显改变了原有的景观格局，使评价区域内的拼块总数减小，水面的景观比例和优势度均有大幅提高。

表2 项目建设前后各类拼块优势度值

4.2.2景观多样性指数分析

对湿地建设前后区域的景观多样性指数进行计算，得出湿地建设前评价区域的多样性指数值为1.90，建设后多样性指数值约为2.18，可见工程实施对评价区域的景观多样性影响很小。本项目实施后，虽然原有的多种景观类型将被单一的林地景观、水面景观取代，局部地区的景观类型趋向单一，但从大区域来看，项目的建设明显增加了区域的林地、水面面积，以旱地为主的农田面积有所下降，起到了丰富区域景观类型的作用。

4.3 对植物的影响分析

4.3.1对陆生植物的影响

项目建成后，水源涵养林面积将达到 1 200 hm2，城市绿地工程面积将达到558.50 hm2，可对损失的地表生物量进行补偿，从而减轻项目实施对周围自然生态环境的影响。

4.3.2对水生植物的影响

构建多自然型的生态河道，主要通过河道环境条件的天然模拟和强化，为河道整治创造条件，结合生态护岸建设，采用“生态修复转化技术”(包括生态浮岛技术和水生植物修复技术等)，在实现再生河道生物群落的同时，实现岸边、水中、水底生物多样性的丰富度，创造良好的生态环境和自然环境。

1)水生植物修复

利用水生植物修复技术为河道整治创造条件，结合生态护岸建设，在河道浅滩以及浅水区栽植水生植物，模仿河道原有水陆边缘的生态、景观的连续性，重新构建河岸植物带，促进河岸生态系统的良性重建。

结合生态护岸与生态蓄水湿地方式，按照实际地形进行植物布置。在坡岸上栽植护坡防蚀植被，如结缕草等固坡效果较好的植物；在常水位附近的坡脚栽植芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉等体形高大并能形成致密群落的湿生植物，借以形成对堤脚的保护，防止水流侵蚀引起的堤脚塌陷；在河滩浅水区域栽植挺水植物、浮叶植物和沉水植物组合，挺水植物选用芦苇、水葱、莎草、菖蒲、千屈菜等，浮叶植物选用荷花、荇菜、菱、芡实等，并在下层配置菹草、苦草、狐尾藻、微齿眼子菜和马来眼子菜等沉水植物，组成接近自然的湿地植被。

2)生态浮岛

设置生态浮岛共 3 200 m2，包括漂浮型生物浮岛800 m2和悬浮型生物浮岛 2 400 m2。浮岛中植物的选择均采用当地适生物种，以耐污抗污且具有较强的治污净化潜能的植物为主。漂浮型浮岛种植挺水植物，植物选用芦苇、石菖蒲、千屈菜、黑三棱、灯芯草等；悬浮型浮岛种植沉水植物，植物选用苦草、狐尾藻、金鱼藻、菹草、眼子菜等。

通过科学搭配水生植物，对已遭破坏的沿岸带进行修复，大面积增加水生、湿生植物，增加绿地面积，增加生物多样性，生物量大幅增加，有助于水生生态系统步入良性循环。

4.4 对动物的影响分析

4.4.1对陆生动物的影响

项目建设区域农业生产历史悠久，长期受人为活动的影响，未发现国家及地方重点保护动物。其它野生动物均为本地常见的小型野生动物，如褐家鼠、野兔、草蛇等，其抗外界干扰能力较强，且同类生境易于在附近找寻，在工程施工期，工程建设主要影响野生动物的活动范围，物种种群与数量不会受到明显影响。

项目运行期，原有的灌木林、工业用地等会转变为水源涵养林，旱地等转变为城市绿地或湿地，人类活动将会大幅度减少，为各种鸟类、鱼类及两栖动物提供良好的生境条件，水生生物种类和数量将会明显增加，将会吸引更多的保护鸟类在此觅食、栖息和繁殖，野生动物种类将逐渐丰富。

4.4.2对水生动物的影响

在生态蓄水湿地运行后以及河岸带修复后，河道中水生植物的数量大量增加，为促进河道生态系统稳定且便于管理，可利用生物操纵的方法，即利用草食性鱼类吞噬生长过剩的菹草等水生植物，不仅可消除水草，促进鱼类繁殖生产，还可省去人工打捞水草及之后的处理问题。

通过放养食浮游生物的滤食性鱼类来直接摄食藻类，放养草食性鱼类吞噬生长过剩的菹草等大型水生植物。放养的鱼类品种采用草鱼、鲂鱼、鲢鱼，并引入以细鳞斜颌鲴等以下碎屑为主要食物的鱼类，共放流鱼类 30 000 尾。

项目建设将改善鱼类生境，增加河流鱼类资源。

5 结语

项目建成后，将明显改善河道污染现状，提高水体环境质量，改善区域生态和景观环境，不仅起着生态廊道作用,也是城市中重要的公共空间,能为人们提供休闲娱乐场所。将对居住环境和经济发展带来有益的、显著的影响，具有明显的生态、经济和社会效益。