邵雄飛 陳 奕 陳增奇

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 杭州 310002）

1 引言

苕溪流域位于東徑119～120°、北緯30～31°之間，流域面積4543km2，主流河長(zhǎng)157.8km。整個(gè)流域有兩大源流，東苕溪和西苕溪。流域?qū)僦芯暥葋啛釒Ъ撅L(fēng)氣候季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，雨量豐沛，流域多年平均降雨量在1466mm 左右。地貌上苕溪流域?qū)僬惚鼻鹆甑貐^(qū)，地勢(shì)由南向北傾斜，南部為山區(qū)，北部多為平原，全流域山丘面積近70%、水域約6%、平原約24%。行政上苕溪流域覆蓋了杭嘉湖地區(qū)2 個(gè)地級(jí)行政區(qū)（杭州市及湖州市），共涉及6 個(gè)縣（區(qū)）。

苕溪流域是太湖的重要子流域之一，目前對(duì)該流域生態(tài)環(huán)境的研究主要偏重于流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中單因素或單項(xiàng)指標(biāo)的分布特征和變化趨勢(shì)。金婧靚等（2011年）應(yīng)用土壤水體評(píng)價(jià)模型（SWAT）對(duì)苕溪流域徑流量、泥沙、營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷進(jìn)行了模擬計(jì)算，分析了2008年苕溪流域非點(diǎn)源污染的時(shí)空分布特性；陳瑩等（2009年）以西苕溪流域?yàn)檠芯繀^(qū)，根據(jù)2002年土地利用數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)15年土地利用/覆被變化的空間格局進(jìn)行了模擬，并在此基礎(chǔ)上模擬分析了3 種土地利用情景對(duì)地表徑流的長(zhǎng)期影響；李兆富等（2006年）以西苕溪流域?yàn)檠芯繀^(qū)，通過(guò)對(duì)2000年TM 遙感影像解譯獲得的土地利用數(shù)據(jù)，在2004年分3 次監(jiān)測(cè)了各個(gè)小流域出口的總氮濃度，分析了小流域氮素輸出的時(shí)空變化差異以及土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)氮素輸出的影響。

然而，目前對(duì)整個(gè)苕溪流域各項(xiàng)主要生態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)的研究尚顯不足。隨著苕溪流域經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，流域內(nèi)出現(xiàn)了許多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，流域生態(tài)健康問(wèn)題逐漸受到重視。流域生態(tài)環(huán)境的治理需要因地制宜、突出重點(diǎn)地制定相關(guān)規(guī)劃，而對(duì)流域主要生態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)的科學(xué)診斷是一個(gè)基本的前提。

2 研究區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取

本文選用了覆蓋整個(gè)苕溪流域的TM 遙感影像（數(shù)據(jù)由中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心提供），空間分辨率為30m。經(jīng)了解，自1998年至今，整個(gè)苕溪流域內(nèi)天氣晴朗無(wú)云的影像較少，云量小于10 的共52 景。經(jīng)過(guò)云量、清晰度比較，并以能夠更好地反映流域內(nèi)地物特征作為出發(fā)點(diǎn)，本次研究選用三景遙感影像，成像時(shí)間分別為1998年8月11日、2003年7月24日、2008年7月5日。

遙感數(shù)據(jù)采用ERDAS 進(jìn)行解譯分析，使用ArcGIS 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與后處理，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料的研究結(jié)果，在對(duì)原始影像進(jìn)行幾何糾正和輻射校正等預(yù)處理后，選取B4、B3和B2 共3個(gè)波段進(jìn)行假彩色合成。

為了提高遙感影像的解譯精度，在影像處理過(guò)程中對(duì)照了苕溪流域地形圖（萬(wàn)分之一、五萬(wàn)分之一），同時(shí)結(jié)合Google Earth 衛(wèi)星資料，實(shí)地踏勘等方式作為輔助手段進(jìn)行分類(lèi)，最終得到苕溪流域1998、2003、2008年盛夏的土地利用情況，詳見(jiàn)表1。

表1 苕溪流域1998～2008年土地利用情況 單位：km2

3 指標(biāo)與指標(biāo)趨勢(shì)變化的計(jì)算

3.1 指標(biāo)的選取

流域生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，因此本文選取的指標(biāo)應(yīng)能綜合反映流域生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)，凸顯歷史發(fā)展情況，并為未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展提供間接信息。在綜合考慮了系統(tǒng)性、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性、可操作性等因素，本文選取林草覆蓋率（R1）、生物豐度指數(shù)（R2）、水面率（R3）、水土流失強(qiáng)度（R4）、景觀指數(shù)（R5－R7）、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（R8）6大類(lèi)別共8 項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子，用來(lái)反映苕溪流域生態(tài)系統(tǒng)的整體特征。

3.2 指標(biāo)的計(jì)算

（1）林草覆蓋率（R1）。林草覆蓋率即林草類(lèi)植被面積占流域總面積的百分比：

式中：A林為林地面積，km2；A草為草地面積，km2；A總為流域總面積（km2）。

（2）生物豐度指數(shù)（R2）。生物豐度指數(shù)根據(jù)HJ/T 192－2006《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》推薦的公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Abio為生物豐度指數(shù)的歸一化系數(shù)（無(wú)量綱）；A水為水域濕地面積，km2；A耕為耕地面積km2；A建為建設(shè)用地面積，km2；A未為未利用地面積，km2。

（3）水面率（R3）。水面率按水域濕地面積占流域總面積的比例計(jì)，即：

（4）水土流失強(qiáng)度（R4）。本文在對(duì)苕溪流域的土壤侵蝕量定量計(jì)算時(shí)采用RUSLE 模型，該模型的基本形式是：

式中：R4，t/m2；R為降雨侵蝕力因子，J/m2；K為土壤可侵蝕性因子，無(wú)量綱；LS為坡長(zhǎng)、坡度因子，無(wú)量綱；C為覆蓋與管理因子，無(wú)量綱；P為水土保持措施因子，無(wú)量綱。

（5）景觀指數(shù)（R5－R7）。參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，選擇3 個(gè)景觀水平指數(shù)，分別是：連通性（R5）、平均分維數(shù)（R6）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（R7）。各指數(shù)的定義及計(jì)算方法如下：

式中：i為斑塊類(lèi)型（i=1,2,...,m）；m為景觀中總的斑塊類(lèi)型；j為斑塊數(shù)目；aij為斑塊ij 的面積；pi為斑塊類(lèi)型i 所占景觀面積的比例；pij為斑塊ij 所占景觀面積的比例。

上述指標(biāo)均采用Fragstate 軟件進(jìn)行計(jì)算，指標(biāo)值越大則說(shuō)明斑塊連通性越好，破碎化程度越小，也就越有利于斑塊層面上物質(zhì)能量的交換及生物信息的傳遞和流通。

（6）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（R8）。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)是對(duì)各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行定量研究，即對(duì)自然因素進(jìn)行定量，實(shí)現(xiàn)貨幣化。計(jì)算中采用了我國(guó)學(xué)者謝高地等制定的我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表并使用 ArcGIS進(jìn)行計(jì)算。

3.3 指標(biāo)變化趨勢(shì)的計(jì)算

兩次調(diào)查之間狀態(tài)指標(biāo)的變化率采用如下公式計(jì)算：

分別求得1998～2008年的平均變化率V1998～2008以及2003～2008年的平均變化率V2003～2008后，根據(jù)兩數(shù)值的不同組合情況，將指標(biāo)的變化趨勢(shì)分為10 種情況，并根據(jù)變化趨勢(shì)對(duì)生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的影響程度進(jìn)行了定量化賦值，詳見(jiàn)表2。

將指標(biāo)的變化趨勢(shì)值根據(jù)程度的大小分成很健康、健康、亞健康、不健康、病態(tài)五個(gè)層次，并分別對(duì)應(yīng)五個(gè)值域，詳見(jiàn)表3。各主要生態(tài)指標(biāo)的變化趨勢(shì)分析結(jié)果詳見(jiàn)表4。

表2 狀態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)定值表

表3 苕溪流域生態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)值評(píng)價(jià)表

表4 指標(biāo)變化趨勢(shì)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論與討論

根據(jù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)可見(jiàn)：

（1）苕溪流域內(nèi)的林草覆蓋率（R1）、生物豐度指數(shù)（R2）、景觀連通性（R5）近10年略有惡化，近5年有惡化加劇的趨勢(shì)，屬于不健康狀態(tài);

（2）苕溪流域水面率（R3）近10年明顯減少，近5年速度放緩，屬于不健康狀態(tài)，必須采取措施防止水面面積的繼續(xù)萎縮;

（3）苕溪流域的水土流失狀況（R4）近10年略有惡化，近5年惡化放緩，屬于亞健康狀態(tài)。

（4）景觀指數(shù)的平均分維數(shù)（R6）近10年幾乎無(wú)變化，屬于亞健康狀態(tài);

（5）香農(nóng)多樣性指數(shù)（R7）近10年略有改善，近5年改善加速，屬于健康狀態(tài);

（6）苕溪流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（R8）近10年明顯惡化，近5年惡化加劇，屬于“病態(tài)”狀態(tài)。

由以上分析可以看出：近10年來(lái)，隨著苕溪流域內(nèi)城市化進(jìn)程的加快，林草覆蓋面積、水域面積不斷減少；水生、陸生動(dòng)植物棲息環(huán)境逐漸萎縮：生態(tài)環(huán)境受到人類(lèi)干擾程度增大；生態(tài)系統(tǒng)整體連通性變差；景觀變得分散、破碎；溪流域生態(tài)指標(biāo)的變化趨勢(shì)處于不健康狀態(tài)。這與流域內(nèi)城市發(fā)展建設(shè)占用水域、林草地等有關(guān)，因此應(yīng)重視流域內(nèi)水域的占用、減少林草地的占用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境扼制生態(tài)惡化趨勢(shì)、恢復(fù)河流濕地、合理進(jìn)行城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃減少無(wú)序建設(shè)等工作。

1 金婧靚，王飛兒，戴露瑩等.苕溪流域非點(diǎn)源污染特征及其影響因子[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2011,22(8):2119-2125.

2 陳瑩，許有鵬，尹義星.基于土地利用/覆被情景分析的長(zhǎng)期水文效應(yīng)研究——以西苕溪流域?yàn)槔齕J].自然資源學(xué)報(bào),2009,24(2):351-359.

3 李兆富，楊桂山，李恒鵬.西苕溪流域土地利用對(duì)氮素輸出影響研究[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(3):498-502.

4 楊金紅,尹球,顧松山等.城區(qū)高光譜遙感數(shù)據(jù)假彩色波段組合研究[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2005,28(3):289-290.

5 HJ/T192—2006 生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）.

6 Wischmeier W H,SmithD D.Predicting rainfall erosion losses[R].USDA Agriculture Handbook.U.S.Department of Agriculture，1978:21-22.

7 Renard K G,Foster G R,Weesies G A,et al.Predicting soil erosion by water:a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation(RUSLE)[M].USDA Handbook，No.537，1997.

8 鄔建國(guó).景觀生態(tài)學(xué)：格局、過(guò)程、尺度與等級(jí)（第二版）[M].北京:高等教育出版社,2007.

9 陳文波,肖篤寧,李秀珍.景觀指數(shù)分類(lèi)、應(yīng)用及構(gòu)建研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002，13(l):l21-125.

10 楊光梅，李文華，閔慶文.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究進(jìn)展——國(guó)外學(xué)者觀點(diǎn)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(1):205-212.

11 Costanza R.The value of the world’s ecosystem services and natural capita[J].Nature,1997,387：253-260.

12 謝高地，魯春霞，冷允法等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價(jià)值評(píng)估[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(2)：189－196.