基于“3S”技術的天生橋二級水電站減水河段土地利用變化及生態環境響應

摘 要：以天生橋二級水電站減水河段為研究區，以蓄水前、蓄水后以及現階段三期遙感影像數據為數據源，運用支持向量機分類法對三期遙感影像進行解譯，得到研究區土地利用類型數據，通過構建土地利用轉移矩陣以及基于相對生態價值的區域生態環境質量指數來定量分析三個時期研究區土地利用變化及其生態環境響應。

關鍵詞：減水河段;土地利用變化;生態環境響應

土地是人類生存和發展的根本，隨著GPS、RS以及GIS技術的不斷發展，以此為基礎融合的“3S”技術為土地利用/覆蓋研究提供更多信息源，促進土地利用變化的研究，為科學解釋生態環境演變及改善生態環境質量提供強有力的技術支撐，本研究以天生橋二級水電站減水河段為研究區，以水電站蓄水前、蓄水后以及現階段三期遙感影像數據為數據源，構建土地利用轉移矩陣及基于相對生態價值的區域生態環境質量指數來定量分析三個時期研究區土地利用變化及其生態環境響應，以期為水電站建設生態環境的改善提供技術支撐。

1 研究區概況

天生橋二級電站位于南盤江畔，廠房位于廣西隆林縣椏杈鎮納貢村，研究區以電站壩址為起點，廠房為終點，沿南盤江干流河道外擴2 km，總面積6733.87 hm²，壩址下游河段減脫水現象較為嚴重。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

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遙感影像數據。

2.2研究方法

2.2.1 分類系統及解譯

合理的土地利用分類系統是研究區域土地利用時空變化特征、規律的前提和基礎。本研究分類系統劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地等類型，以外業記錄的土地利用類型為樣本建立解譯標志數據庫，按照3：1的比例將樣本分為訓練樣本和驗證樣本，采用SVM分類法，得到三期遙感影像解譯結果后通過人機交互的方式進行修改，最后借助混淆矩陣得到解譯結果的總體精度均高于85%，滿足研究要求。

2.2.2 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣能夠定量、定向地分析區域土地利用類型轉換。本研究借助ArcGIS 10.4軟件對1990年、2003年以及2017年的解譯結果矢量數據進行疊加分析，將結果導入Excel中進行統計分析生成1990-2003、2003-2017年研究區土地利用轉移矩陣。利用單一土地利用轉出率和轉入率來反映某一土地利用類型在某一時期內轉化為其它地類的幅度。

2.2.3 基于相對生態價值的區域生態環境質量指數

本研究以生態系統服務評估單價體系為基礎，根據不同土地利用類型生態價值系數的比例關系確定不同地類的相對生態價值，再根據公式計算區域生態環境質量指數。

3 結果與分析

3.1 解譯結果

研究區以林地為主，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 土地利用類型轉化過程

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

3.3 區域生態環境質量變化

研究區1990、2003、2017年綜合生態環境質量指數分別為0.27940、0.26915、0.27314，呈現先下降后上升的趨勢，區域整體生態環境質量有所改善，但仍未恢復到1990年的狀態。

從各土地利用類型生態環境質量指數來看，1990-2003年間，雖然整體環境質量在下降，但草地、耕地以及未利用地的生態質量指數在上升，說明此段時間內，林地、水域生態效應下降較快，對生態環境變化具有主導作用;2003-2017年間，雖然整體環境質量在上升，但草地、耕地以及未利用地的生態質量指數在下降，水域不變，說明此段時間內，林地生態效應上升較快，對生態環境變化具有主導作用。

4 結語

本研究通過對比電站建設前、蓄水后到現階段水域的變化同樣發現，研究區水域面積從建站前的235.51 hm²減少到到蓄水后的92.44 hm²，再到現階段的92.46 hm²，表明天生橋二級水電站開發是河道減脫水現象產生的主要因素;未利用地的增減與河道減脫水以及經濟建設、植被恢復密切相關;草地先增加可能是由于區域裸露河灘地為草本植物發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、育林等政策使得區域植被正向發展，草地面積有所減少;林地與草地、耕地呈現相反的增減趨勢，即先減少后又增加，這主要受前期電站建設以及蓄水后部分林地消退等影響，近年來“珠江防護林體系”建設及安龍縣、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，研究區生態環境質量指數從0.2794減少到0.26915后又增長到0.27314，區域整體生態環境質量在惡化中又有所改善，但仍未恢復到1990年的水平。在惡化與改善的過程中，林地與水域是生態環境變化的主導因素，因此，推動研究區林地保護以及增質增量工作、保障減水河段下泄生態流量對研究區生態環境質量改善有重要作用。

參考文獻：

[1] 劉紀遠， 匡文慧， 張增祥， 等. 20世紀80年代末以來中國土地利用變化的基本特征與空間格局[J]. 地理學報， 2014， 69（1）： 5-16.

[2] 田光進. 基于遙感與GIS的90年代中國城鄉居民點用地時空特征研究[D]. 中國科學院遙感應用研究所， 2002.

作者簡介：翟立磊，1986.5.24，男，漢，山西省晉中市祁縣，大學本科，工程師，從事工程環保。