梯级电站计划环境评判中生态指标体系的成立和量化J.docx
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梯级电站计划环境评判中生态指标体系的成立和量化J
梯级电站计划环境评判中生态指标体系的成立和量化
牛天祥,万帆,李家勇
(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,西安市丈八东路18号,710065)
摘要
本文构建了流域梯级电站计划环境评判的生态指标体系,以“3S”技术为支持手腕结合调查、统计成立了生态指标的获取和量化方式。
该方式能够为评判水电工程对流域生态系统的阻碍提供定量的分析依据。
关键词:
梯级电站计划;环境评判;生态指标体系;“3S”技术
1引言
水利水电等大型工程的建设对我国经济的迅速进展、社会进步和人民生活水平的提高起到重要作用,二者之间彼此增进,协同进展。
而这些工程的建设规模大,牵涉到陆地、河流、居民、等多个方面,阻碍范围大,其关于自然生态环境的作用也加倍明显,具有强烈的潜在阻碍[1]。
尤其是流域水电梯级开发,对流域生态环境的现状改变更为深远和显著。
因此,对流域水电梯级开发对区域生态的阻碍及其评判具有重要的理论意义与实践意义。
《中华人民共和国环境阻碍评判法》规定:
有关部门对其组织编制的区域、流域的建设、开发利用计划,应当在计划编制进程中组织进行环境阻碍评判,编写该计划有关环境阻碍的篇章或说明,对计划实施后可能造成的环境阻碍作出分析、预测和评估[2]。
流域水电开发计划环评工作以增进环境爱惜与经济社会可持续进展为目标,从社会经济进展需求、区域环境承载力等方面分析水电开发计划的必要性和可行性;分析不同开发方案可能产生的环境问题,从环境角度推荐河段最优开发方案;充分考虑计划方案可能涉及的环境问题,对计划河段推荐开发方案可能产生的不利环境阻碍提出预防、减量化和修复补救方法,使水电开发对环境的不利阻碍控制在最小程度。
在计划环评工作中,生态环境方面的问题更是一个重要的内容。
《环境阻碍评判技术导那么水利水电工程》中要求水电计划环评应包括陆生生物、水生生物、生态完整性与灵敏生态环境问题等生态环境指标的评判。
目前,全国陆续开展了多个流域水电开发计划的环境阻碍评判,但在计划环评工作中均未针对生态环境方面的评判成立比较统一的生态评判指标体系。
为了能更好地进行流域水电开发计划生态环境阻碍评判工作,方便从生态环境角度分析并推荐最优开发方案,本文试图在借鉴国内有关计划环评指标体系研究及我院相关研究的基础上,探讨成立一个梯级电站计划环境评判的生态指标体系,并进行指标量化方式的讨论。
2梯级电站计划环评生态指标体系的成立
生态指标体系(EcologicalIndicatorSystem,EIS)是监测、评估和治理生态系统的一种有效方式和工具,它由一系列有必然层次结构的指标组成,用来代表生态系统复杂的成份、结构和功能及其之间的联系,表现生态系统的层次性和完整性。
构建完整的指标体系结构,是利用生态指标体系进行评判的关键问题[3]。
在“3S”技术日趋普遍地被应用到生态环境领域的情形下,区域尺度上兼备评判、预测与预警功能的生态研究是以后有望取得重大进展的领域。
由梯级水电计划环评推动的生态评判,可在“3S”技术,即卫星定位(GPS)、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)的技术和数据支持下,来构建适合的指标体系。
指标体系成立的原那么
由于河段开发计划涉及多座水电站,范围广、阻碍因子复杂,生态环境评判需要一个多类型、多层次的指标体系。
指标体系必需全面、准确,突出水电开发阻碍的特点,并易于量化[4]。
成立指标体系应该遵循以下原那么:
(1)系统性原那么。
所选指标必需形成一个完整体系,全面地反映诞生态环境的本质特点。
(2)科学性原那么。
评判指标明确反映学科和专业的科学内涵,能反映评判的系统特点。
(3)完整性原那么。
评判指标体系应将工程系统和生态系统作为一个整体,全面地反映水电开发计划与生态环境的彼此联系、彼此阻碍的状况及进展趋势。
(4)指标不同性。
选择的指标应尽可能地反映不同功能的不同,以确保选取的指标反映流域生态系统不同的进程特点及其功能。
(5)可操作性。
所选指标的原始数据具有易获取性,即通过调查、统计、遥感等手腕可迅速取得,而且易于定量计算,且现实意义明确[5]。
指标体系成立的进程
生态指标是综合反映生态环境某一方面情形的物理量,是评判的大体尺度和衡量标准,指标体系是生态环境综合评判的基础。
成立评判指标体系一样要通过指标初步选取、专家咨询评议和最终肯按时期[6]。
步骤如下:
2.2.1确信目标
生态环境评判应综合多种因素,确信评判的总目标。
2.2.2确信主体生态系统
在某一个区域内,能代表区域生态环境主体特点的生态系统称为主体生态系统,有一种或几种。
主体生态系统的现状和转变趋势可反映出整个区域生态环境的现状和转变。
咱们研究区域生态环境质量,主体生态系统的分析是重要的一步。
流域水电计划的主体生态系统一样要紧由陆地生态系统、水生生态系统组成。
2.2.3确信评判因子
依照己确信的主体生态系统,确信生态环境评判的因子,并依照各因子间的彼此关系、阻碍力、信息量与靠得住性等来确信主导因子。
2.2.4确信指标体系
依照评判因子的指标性质,构建确信指标体系。
指标体系一样为树状结构,可反映出评判因子之间的品级关系。
通过系统分析,初步拟出评判指标体系后,应进一步征询有关专家意见,对指标体系进行挑选,修改和完善,以最终确信指标体系。
生态指标体系的成立
水电开发会进行河道阻断、山体开挖、施工作业等一系列活动,对区域生态环境多个方面都会造成阻碍。
因此在水电工程建设的生态环境评判指标体系构建中应综合考虑方方面面的因素。
在成立指标体系时,应重点考虑通过对这些指标的评判是不是能如实反映区域生态环境现状和流域水电梯级开发对生态环境产生的积存影响。
本文构建的生态指标体系包括目标层、系统层、子系统层和指标层。
该体系的目标层为水电开发对区域生态环境的阻碍,以综合表征生态系统的程度和水平;系统层为开展评判的区域生态系统的要紧因素,如陆生生态、水生生态、自然爱惜区、水土流失等反映目标层的指标组成;子系统层为各环境要素中要紧开展的环境阻碍因子;指标层是由可直接气宇的指标组成,反映系统层各部份要素的单项指标。
通过对这些要素的评判,大体能如实地反映流域水电开发计划对生态环境产生的阻碍度。
在确信指标层具体指标时,应遵循指标体系构建的原那么,选择的指标要具有不同性,以确保选取的指标反映流域生态系统不同的进程特点及其功能。
指标要容易获取,数据来源要靠得住,而且易于定量计算。
最终本文选择了30个指标层指标,作为开展水电计划环境阻碍评判的生态指标(表1)。
表1流域电站计划环境评判生态指标体系
目标层
系统层A
子系统层B
指标层I
生态环境影响
生态完整性A1
景观生态格局B11
景观和植被类型I01
自然系统生产力B12
评价区生物量I02
评价区自然生产力I03
评价区生产量I04
自然系统稳定性B13
景观缀块优势度I05
景观多样性指数I06
景观格局稳定性I07
生态环境状况指数I08
陆生生态A2
陆生植物B21
植物区系I09
植物种类I10
珍稀植物种类和分布I11
陆生动物B22
动物种类I12
珍稀动物种类和分布I13
水生生态A3
水生生物区系B31
区系组成I14
浮游生物B32
浮游植物I15
浮游动物I16
底栖生物B33
底栖生物I17
水生植物B34
高等水生植物I18
鱼类B35
鱼类生境I19
鱼类种类I20
鱼类“三场”分布I21
渔业状况I22
珍稀及特有鱼类I23
对鱼类的累积影响I24
自然保护区A4
国家、省级保护区B41
保护区类型I25
保护对象I26
功能分区与工程距离I27
受影响面积I28
水土流失A5
水土流失类型B51
土壤侵蚀类型及面积I29
水土流失程度B52
土壤侵蚀模数I30
本文提出的关于流域水电开发计划生态评判指标体系的成立方式,可为计划环评提供参考。
在开展具体的某一个流域的计划环评时,应依照流域的实际情形及水电计划的特点,对上述指标进行适当调整。
3“3S”技术与生态指标的获取和量化
“3S”技术是RS(遥感)、GIS(地理信息系统)和GPS(全世界卫星定位系统)三位一体的现代信息技术的简称。
GIS、GPS、RS三者之问彼此依托彼此补充,只有把三者作为一个统一的整体来研究和应用,才能充分发挥各自的作用。
目前遥感信息已成为生态环境研究的要紧信息源,为大范围、动态、周期性的区域生态环境监测评判提供了数据、技术支持和功效精度保证[7-8]。
在梯级水电计划生态环境评判和生态指标体系构建的进程中,采纳3S技术和地面监测、统计、社会调查相结合的手腕,才能获取较为全面的生态环境评判所需要的各项数据。
生态完整性
3.1.1景观和植被类型及面积
采纳3S技术进行地面植被类型的调查取样和遥感影像解译,完成数字化植被类型图和土地覆盖图,提取各类型面积进行定量分析。
3.1.2评判区生物量(万t)
参照植被生物量估量模型,依照调查资料,得出评判区不同植被类型单位生物量指标,并计算取得评判区域各植被类型生物量和总生物量。
3.1.3自然生产力[g/(m2·a)]
采纳生物生产力体会公式计算评判区的现状生产力。
式中:
Y1——依照年均温度t估算的热量生产力[g/(m2·a)]
Y2——依照年降水量p估算的水分生产力[g/(m2·a)]
3.1.4生物生产量(万t/a)
可依照评判区相关部门资源调查功效,不同植被类型年生长量统计资料,结合植被类型面积,计算出评判区域内不同植被类型年实际生产量和总生产量。
3.1.5生态系统景观组成
景观结构中的“缀块”类型,采纳遥感影像取得的植被类型和土地覆盖类型制图中的单元,从中取得各景观类别的缀块数和面积。
采纳植被生态学中确信植被重要值的方式来确信缀块在景观中的优势度。
景观优势度计算的数学表达式如下:
密度Rd=(缀块i的数量/缀块总数)×100%
频率Rf=(缀块i显现的样方数/总样方数)×100%
景观比例Lp=(缀块i的面积/样地总面积)×100%
优势度Do={[(Rd+Rf)/2+Lp]/2}×100%
3.1.6景观多样性指数
采纳景观多样性指数(LandscapeDiversityIndex)来衡量评判区景观体系的复杂程度。
(1)Shannon多样性指数(ShannonLandscapeDiversityIndex)
公式中Pi:
第i种景观类型的面积占总面积的比例。
(2)Simpson多样性指数(SimpsonLandscapeDiversityIndex)
公式中Pi:
第i种景观类型的面积占总面积的比例
3.1.7生态环境状况指数(EI)
采纳GIS技术将评判区划分为假设干个评判小单元,选择生物丰度指数、植被覆盖指数和土地退化指数作为生态环境状况评判的指标。
通过遥感手腕提取评判区域各土地利用类型面积和土地侵蚀面积进行定量分析。
(1)生物丰度指数
对各土地利用类型进行生物丰度指数分权重,如表2。
表2生物丰度指数分权重
林地
草地
水域湿地
耕地
建筑用地
未利用地
权重
W1
W2
W3
W4
W5
W6
结构类型
有林地
灌木林地
疏林地
高覆盖度草地
中覆盖度草地
低覆盖度草地
河流
湖泊
滩涂湿地
水田
旱地
城镇建筑用地
农村居民点
沙地
盐碱地
裸土地
分权重
W11
W12
W13
W21
W22
W23
W31
W32
W33
W41
W42
W51
W52
W61
W62
W63
生物丰度指数=Abio×(W1×林地面积+W2×草地面积+W3×水域面积+W4×耕地面积+W5×建筑用地面积+W6×未利用地面积)/区域面积
Abio:
生物丰度指数的归一化系数。
(2)植被覆盖指数
对各土地利用类型进行植被覆盖指数分权重,如表3。
表3植被覆盖指数分权重
林地
草地
耕地
建筑用地
未利用地
权重
W1
W2
W3
W4
W5
结构类型
有林地
灌木林地
疏林地
高覆盖度草地
中覆盖度草地
低覆盖度草地
水田
旱地
城镇建筑用地
农村居民点
沙地
盐碱地
裸土地
分权重
W11
W12
W13
W21
W22
W23
W31
W32
W41
W42
W51
W52
W53
植被覆盖指数=Aveg×(W1×林地面积+W2×草地面积+W3×耕地面积+W4×建筑用地面积+W5×未利用地面积)/区域面积
Aveg:
植被覆盖指数的归一化系数。
(3)土地退化指数
对各土地退化类型进行分权重,如表4。
表4土地退化指数分权重
土地退化类型
轻度侵蚀
中度侵蚀
中度侵蚀
权重
W1
W2
W3
土地退化指数=Aero×(W1×轻度侵蚀面积+W2×中度侵蚀面积+W3×重度侵蚀面积)/区域面积
Aero:
土地退化指数的归一化系数。
(4)生态环境状况指数(EI)
对各项评判指标进行权重赋值,如表5。
表5各项评判指标权重
指标
生物丰度指数
植被覆盖度指数
土地退化指数
权重
U1
U2
U3
EI=U1×生物丰度指数+U2×植被覆盖指数+U3×土地退化指数
陆生生态
通过搜集和整理评判区及临近地域的现有资料,在综合分析现有资料的基础上,确信实地考察区域和线路。
结合GPS定位取样,取得野生动植物的区系组成、种类和散布,和珍稀动植物的散布、数量和生存状况,并在此基础上进行生态环境阻碍评判。
水生生态
水电工程建设生态评判须对工程区域要紧干流和支流进行详细的实地考察采样,考察内容包括水生生境现状、水生生物调查和渔业现状、珍稀特有鱼类及鱼类资源调查等。
对各类水生生物进行标本搜集,统计各采样点的种类数、种类密度和多样性指数;通过实际搜集和结合现有资料,对流域鱼类种类、区系组成、生活史特点进行统计,对珍稀特有鱼类现状和工程阻碍预测进行评判;对鱼类“三场”散布进行调查和定位。
自然爱惜区
通过对现有资料的搜集整理和实地调查,确信计划流域所涉及到的自然爱惜区名称、级别、要紧爱惜对象。
调查爱惜区的概况、面积、生态系统组成和区内珍稀爱惜动植物,分析爱惜区内的功能分区。
结合地理信息系统GIS,对自然爱惜区与水电计划的关系进行分析,确信自然爱惜区与水电工程的距离、是不是会受到工程阻碍和受阻碍面积。
水土流失
各梯级电站工程建设进程中可能造成的新增水土流失由两部份组成:
一是因工程建设扰动原地貌造成水土维持功能降低乃至丧失,致使土壤侵蚀加重而增加的水土流失量;二是因工程弃渣、弃土堆放不妥而增加的水土流失。
工程建设造成的新增水土流失量可采纳数学模型与类比法相结合进行预测估算。
依照工程相关技术资料,利用工程布置和施工设计图纸,结合现场调查,统计工程可能扰动的原地貌面积;计算工程开挖与回填量,进行工程弃渣量预测。
(1)加速侵蚀量估算(万t)
依照扰动地表加速侵蚀的概念,依照水保监方案涵[2002]118号推荐的扰动地表侵蚀量计算公式:
式中:
W加——扰动地表侵蚀总量(万t);
Mi——原生地貌侵蚀模数(t/km2·a);
Ai——加速侵蚀系数;
Fi——加速侵蚀面积(km2);
Ti——加速侵蚀期;
n——扰动原生地貌方式数量。
(2)弃渣流失量估算
弃渣流失量可采纳类比法估算,计算公式为:
式中:
Ws——可能产生的弃渣流失量(万m3);
α——流失系数(%);
Vs——弃渣量(万m3)。
4流域水电计划环评工程实例
以我院进行的某河段水电计划环境阻碍评判为例,通过运用上述生态指标体系的成立和量化方式,不同开发方案的生态环境阻碍评判指标比较如下:
表6不同开发方案生态指标对照
生态指标
一级高坝开发
二级高坝开发
多级开发
景观类型变化
耕地
-%
%
%
林地
-%
%
0
果园地
%
%
-10%
草地
-%
%
%
农村居民地
-%
%
%
水面
+%
+270%
%
水生生态变化
河道形态
向湖泊转变
向湖泊转变
形态变化不大
水生生物组成
向湖泊型特征演化
向湖泊型特征演化
保持明显的河流生物特征
生境变化对鱼类影响
土著类和喜流水类鱼类减少
土著类和喜流水类鱼类减少
一定程度保留鱼类生活史
下泄低温水对鱼类影响
对产卵孵化影响很大
对产卵孵化影响很大
相对较小
水土流失预测
弃渣水土流失量
万t
万t
万t
侵蚀水土流失量
万t
万t
万t
环境敏感区
国家地质公园
几乎全部淹没
几乎全部淹没
可以保存
自然保护区
不构成影响
不构成影响
不构成影响
由上表能够看出,在三种不同开发方案中,多级开发方案在景观类型转变、水生生态转变、环境灵敏区各项生态指标中均优于一级、二级开方案;只在可能造成的水土流失量这一项劣于一级、二级开方案,但只要通过严格的防护方法,水土流失量的阻碍可以大大降低。
三种开发方案的连年平均发电量别离为
亿、亿和亿,在发电指标上多级开发方案低于一、二级方案%%,但在淹没、生态环境阻碍方面远低于一、二级方案。
因此,从生态环境的角度,多级开发方案为推荐的最优方案。
5结论与展望
流域水电梯级开发建设对区域生态环境现状会造成阻碍,对景观格局、生态系统多样性和动植物散布都会造成改变。
本文分析了对流域水电梯级开发的区域生态阻碍评判的重要性,以及流域梯级水电开发计划环评的目标,说明了构建完整的生态指标体系在评判中的必要性,确立了工程阻碍评价的指标选取原那么和指标构建的一样进程,构建流域梯级电站计划环境评判的生态指标体系。
同时,引入“3S”技术的概念和优势,针对水电工程引发的景观格局和多样性转变和陆生、水生动植物种类和散布转变等指标,在定位和遥感数据支持下,对生态指标成立了获取和量化的方式,来构建完整的指标体系。
这些方式能够为咱们评判水电工程对流域生态系统的阻碍提供定量的分析依据。
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作者简介:
牛天祥,男,生于1960年3月,理学学士学位,教授级高级工程师,要紧从事水电工程环境阻碍评判和环保设计工作。
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