多尺度下汾河流域生态环境质量评价与时序分析
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第2 6卷 第6期 2 0 1 1年1 2月
遥 感 技 术 与 应 用 REMOTE S EN S I NG TE CHNOLOGY AND AP P L I CAT I ON
V o l. 2 6 N o. 6 D e c. 2 0 1 1
多尺度下汾河流域生态环境质量评价与时序分析
王 鹏1, 魏 信2, 乔玉良1
( ) 太原理工大学 , 山西 太原 0 北京师范大学 , 北京 1 1. 3 0 0 2 4; 2. 0 0 0 8 5 摘要 : 选择 1 利用归一化植被指 9 7 0 s的 L a n d s a t MS S、 1 9 9 3 年和 2 0 0 9 年的 L a n d s a t TM 遥感影像 , 归一化差异水体指数 、 阈值法 、 谱间关系法 、 监督分类与非监督分类相结合的方法对汾河流域信 数、 息进行提取 , 选择上 、 中、 下游 , 行政地区和小流域 3 个尺度 , 参考环境保护总局发布的 《 生态环境状 , 选择生物丰度指数 、 水网密度指数 、 植被覆 盖 度 、 土壤退化指数与环境质量指数 况评价技术规范 》 对汾河流域进行生态环境质量评价 , 并进行时序分析 。 结果表明 : 在 3 个不同尺度下汾河流域生态 从1 环境质量均为一般或较差 ; 9 7 0 s到 1 9 9 3 年 生 态 环 境 质 量 降 低, 1 9 9 3年到2 0 0 9年流域生态环 境质量开始改善 ; 不同尺度下的生态环境质量得分不同 , 但变化趋势相同 。 关 键 词: 生态环境 ; 质量评价 ; 时序分析 ; 遥感影像 ; 汾河流域 ( ) 中图分类号 : X 8 2 1; T P 7 9 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 4 0 3 2 3 2 0 1 1 0 6 0 7 9 8 1 0 - - -
, , 引 用 格 式: W a n P e n W e i X i n Q i a o Y u l i a n . Q u a l i t E v a l u a t i o n a n d T i m e S e u e n t i a l A n a l s i s o f E c o e n v i r o n - - g g g y q y
[ [ ] , ( ) : 王 m e n t a t M u l t i s c a l e s i n F e n R i v e r B a s i n J . R e m o t e S e n s i n T e c h n o l o a n d A l i c a t i o n 2 0 1 1, 2 6 6 7 9 8 8 0 7. - - g g y p p ] 鹏, 魏信 , 乔玉良 . 多尺度下汾河流域生态环境质 量 评 价 与 时 序 分 析 [ 遥 感 技 术 与 应 用, J . 2 0 1 1, 2 6 ( ) : ] 6 7 9 8 8 0 7. -
1 引 言
流域是一个 社 会 、 经 济、 自 然 的 复 合 生 态 系 统, 是一个独立的地 貌 单 元 , 具 有 生 态 的 完 整 性。由 于 人类社会经济的发 展 , 流域生态环境的负荷越来越 重, 流域生态环境的 自 我 调 节 和 恢 复 功 能 大 幅 度 下 引起了日益严重的流域生态环境的质量问题 。 降, 国外 2 0 世纪 8 0 年代初期正式开始生态环境质 量评价 , 在上世纪 9 0 年代初由美国环保局所提出的 环境监测与评价项目 ( 是这一时期比较有影 EMA P) 响的研究 。1 9 9 8年 C a m b e l l等 p
[ 1]
[] B u s h r a等 3 利用 D P S E E A 模型对环境的可持续发 展评价进行了研究 。 我国的环境质量评价工作是于
生态环境质量评价研究开 1 9 7 0 s逐步发 展 起 来 的 , [ 4] 始于 8 多 0 年代 。 毛文永 选取了景观优势度指数 、 生态环境 综 合 指 数 ( 植 被 覆 盖 率、 土地生 样性指数 、 态适宜性 、 恢复能力 赋 值 、 抗退化能力赋值) 对生态
5] 环境进行了评价 。 刘建军等 [ 选择小流域为评价单
元, 采用以 压 力 — 状 态 — 响 应 ( 反映指标为概 P S R) 念框架 , 将流域生态系统的功能和结构结合起来 , 通 通 过监 过遥感和 G I S 技术获得生态环境变化信息 , 测和评价小流域单 元 的 健 康 状 况 , 对巢湖流域的生 态系统健康状况进行了评价 。 汾河流域的生态环境质量日益引起社会各界的 注意 , 但以往的研究 缺 少 专 门 针 对 流 域 且 从 多 角 度 进行的生态环境质量调查与评价 。 本文借助遥感与 以汾河流域为研究对象 , 从 3 个尺度对流 G I S 技术 , 域生态环境质量进 行 调 查 , 并对流域生态环境质量 的变化进行时序分 析 , 为各级部门进行生态环境治
通过研究已有的
环境模型及当前环 境 所 面 临 的 问 题 , 对生态环境模 型的建立及生态环境风险的评价方法作了分析和总 结 。 此外 , 一些组织和人们将景观生态学和 R S、 例如 G I S 技术运用到 生 态 环 境 的 监 测 与 评 价 之 中 , 1 9 9 9年 W n e t等 利用遥感 、 G I S 地图制图技术和 y 数学统计分析 方 法 对 B a t e m i河 谷 的 土 地 利 用 状 况
[ 2]
和生态环 境 状 况 进 行 了 监 测 与 评 价 研 究 。2 0 0 9年
; 收稿日期 : 修订日期 : 2 0 1 1 0 5 1 4 2 0 1 1 1 0 1 1 - - - - ( ] 基金项目 : 山西省矿业权价款地质勘查项目 “ 山西省汾河流域生态地质环境调查评价 ” 晋国土资办发 [ 资助 。 2 0 0 8 9 9 号文 ) , : 作者简介 : 王 鹏( 男, 宁夏青铜峡人 , 硕士研究生 , 主要从事环境遥感研究 。E-m 1 9 8 6- ) a i l t r u e l o v e i s m i s s 6 3. c o m。 @1 , : 通讯作者 : 魏 信( 男, 山西大同人 , 博士研究生 , 主要从事环境遥感 、 土地利用等研究 。E-m 1 9 6 3- ) a i l w e i x i n 1 c n. c o m。 @2
第 6 期 王 鹏等 : 多尺度下汾河流域生态环境质量评价与时序分析 7 9 9 理提供依据 。 草、 水体 、 居民地 、 耕地等专题信息 , 具体方法如下 :
9] )植被指数法 [ ( 和阈值法提取流域 林 、 灌、 草 1 信息 。 ] 1 0 1 3 - ( )归一 化 差 异 水 体 指 数 法 、 阈 值 法[ 及监 2 督分类等方法分别初步获取流域内的水体 、 居民地 、
2 研究区概况
汾河 流 域 范 围 为 1 1 0 ° 2 8 ′ 0 2 ″~1 1 3 ° 3 2 ′ 3 8 ″ E,
2 。汾河 面积约3 3 5 ° 1 9 ′ 1 9 ″ 9 ° 0 4 ′ 0 0 ″ N, 9 4 7 1k m ~3 流域处于山西省中南部 , 是山西高原的一部分 , 东部
道路信息 ; 获 取 一 种 地 类 信 息 后, 制作掩膜裁剪影 提高下一类的 分 类 精 度 , 在 此 基 础 上, 结合非遥 像, 感资料进行 目 视 解 译 , 最 终 获 得 研 究 区 水 体、 居民 道路信息 。 地、 ( )利用以 上 获 得 的 裁 剪 遥 感 影 像 , 减少分类 3 时的地类数 , 以提高解译精度 , 利用监督分类与非监 督分类相结合的方法 , 初步获得研究区耕地信息 , 以 此为基础 , 结合非 遥 感 资 料 , 进 行 目 视 解 译, 获得研 究区耕地信息 。 ( )利用 3 4 0m 分辨率的 A S T E R G D EM 数据 , 结 合 研 究 区 的 土 地 利 用 数 据、 植 被 覆 盖 数 据, 在 表 A r c G I S 的空间分析中生成研究区的土壤侵蚀图 , [ 1 4] 1 是汾河流域土壤侵蚀强度分级表 。 3. 2. 2 生态环境质量评价指标提取 生态环境质量评价指标主要有 : 生物丰度指数 、 植被覆盖指数 、 水 网 密 度 指 数、 土 地 退 化 指 数、 环境
1 5] , 质量指数 [ 表 2 为评价指标因子与权重 。
由北向南有云中山 、 太岳山 是以太行山为主的山地 , 和中条 山 , 呈 北 东 向 分 布, 海拔一般在1 5 0 0m 以 流域内包含山地 、 丘陵和盆地 。 汾河流域属大陆 上, 性半干旱季风气候 , 春冬两季常受蒙古高原干燥风 的袭 击 , 雨 雪 稀 少、 干 旱 而 寒 冷; 夏 季 多 雨 而 炎 热。 年平均气温自北向 南 相 差 较 大 , 大 致 在 6~1 3 ℃之 间 。 年平均降水量也是北少南多 , 山区相对多 , 盆地 相 对 少 ;大 致 在 3 0 0~7 0 0 mm 之 间 ,平 均 约 降雨年内分配不均 , 5 0 0mm, 6~9 月 降 雨 占 全 年 的 年际变化也大 , 最大年降水量为最小年降 6 0% 以上 , 水量的 3. 5倍。 汾河 是 黄 河 的 第 二 大 支 流 , 作为山西母亲河的 如今的水资源依然十分有限 , 流域内煤炭 汾河流域 , 资源丰富 , 近几年 来 , 社 会 对 能 源 的 需 求 增 大, 导致 煤炭的大量开采 , 使得流域内环境承载压力更大 , 生 态环境面临的压力也更大
[ 6]
。
3 数据与方法
3. 1 数据源与处理 本次 研 究 选 择 数 据 有 1 9 7 0年的 L a n d s a t MS S 数据 、 遥感影 1 9 9 3和2 0 0 9年的 L a n d s a t TM 数 据 , 像的时 间 均 为 9、 汾 河 流 域 1∶1 1 0 月; 0 0 0 0 0地形 、 图、 数字高程 模 型 ) 汾河流域地貌 A S T E R G D EM( 数据 、 野外考查数据 、 环境统计数据及一些与流域相 关的统计 资 料 。 遥 感 影 像 与 A S T E R G D EM 均 来 源于美国 NA S A 数据共享网站 。 根据 项 目 精 度 要 求 , 对遥感影像进行了辐射校 正、 几何校正与配准 , 几何校正的误差在 0. 5 个像元 因为研究区 包 含 多 幅 影 像 , 影 像 间 存 在 色 差, 之内 ; 在拼接前需要匀色 , 在此利用直方图匹配实现影像 间的匀色 ; 之后进行研究区遥感影像的拼接 ; 同时对 遥感影像各个波段 进 行 参 数 统 计 , 为后面土地利用 信息的提取进行参数准备 。 图 1 为本次研究的技术 流程图 。 3. 2 研究方法 3. 2. 1 基础信息的提取 依据流域生态环境质量评价所需要的数据 , 首先 进行研究区植被覆盖度
[ ] 7 9 -
图 1 研究流程图 F i . 1 D i a r a m o f w o r k f l o w g g
的计算 , 分别 提 取 林 、 灌、
遥 感 技 术 与 应 用 第 2 6卷 8 0 0
表 1 土壤侵蚀强度分级标准 T a b l e 1 C l a s s i f i c a t i o n s t a n d a r d o f t h e s o i l e r o s i o n i n t e n s i t y
植被覆盖度 5~8 非耕地 林草覆盖 分级度 6 0% ~7 5% 4 5% ~6 0% 3 0% ~4 5% 0% <3 耕地及 其他土 地类型 坡耕地 水面 居民地 未利用地 轻度 轻度 轻度 中度 轻度 微度 微度 微度 8~1 5 轻度 轻度 中度 中度 中度 微度 微度 微度 坡 度/ ° 1 5~2 5 轻度 中度 中度 强度 强度 微度 微度 微度 2 5~3 5 中度 中度 强度 极强度 极强度 微度 微度 微度 5 >3 中度 强度 极强度 剧烈 剧烈 微度 微度 微度
表 2 评价指标因子与权重 T a b l e 2 F a c t o r s a n d w e i h t s o f e v a l u a t i o n i n d i c e s g
评价指标 指标权重 评价因子 林地 草地 生物丰度指数 0. 2 5 水域湿地 耕地 建设用地 未利用地 林地 草地 植被覆盖度指数 0. 2 耕地 建设用地 未利用地 河流长度 水网密度指数 0. 2 湖库面积 水资源量 轻度侵蚀 土地退化指数 0. 2 中度侵蚀 重度侵蚀 二氧化硫 环境质量指数 0. 1 5 化学需氧量 固体废物 因子权重 0. 3 5 0. 2 1 0. 2 8 0. 1 1 0. 0 4 0. 0 1 0. 3 8 0. 3 4 0. 1 9 0. 0 7 0. 0 2 \ \ \ 0. 0 5 0. 2 5 0. 7 0. 4 0. 4 0. 2
S建 设 用 地 为建设用地的面积 , S未 利 用 地 为未利用地的面 2 。 积, S区 域 为 研究区域的面积 ,单位为 k m
( )植被覆 盖 指 数 V ( 的计 2 I V e e t a t i o n I n d e x) g 算公式为 : I =Av 0. 3 8×S林 地 +0. 3 4×S草 地 + V e g× ( 0. 1 9×S耕 地 +0. 0 7×S建 设 用 地 +0. 0 2× / S未 利 用 地 ) S区 域
2 。 其他参数意义同上 , 单位为 k 一化系数 , m
( ) 2
其中 : V I为植被覆盖指数 , Av e g为植被覆盖指数的归 植被覆盖指 数 分 权 重 见 表 2, 植被覆盖指数因 子信息从遥感影像上获取 。 ( 3) 水 网 密 度 指 数 WN D I( W a t e r N e t w o r k ) : 的计算公式为 I n d e x D e n s i t y WN D I =Ar L河 流/ S区 域 +A i v× l a k× / ( ) S湖 库 ( S区 域 +Ar S区 域 3 近 海) e s×M 水 资 源 量/ 其中 : WN D I为 水 网 密 度 指 数 , Ar i v为 河 流 长 度 的 归 一化系数 , A Ar l a k为 湖 库 面 积 的 归 一 化 系 数, e s为 水 资源量的归一 化 系 数 , L河 流 为 河 流 长 度 , S湖 库 ( 近 海 )为 近 海) 的 面 积, 湖库 ( M水资源量 为 水 资 源 量, S区 域 为 研
2 , 面积单位为 k 长度单位为 k 水 究区域的面积 , m m, 3 。 资源量的单位为百万 m
( )生 物 丰 度 指 数 B ( 1 A I B i o l o i c a l A b u n d a n c e g ) I n d e x 通过单位面积上不同生态系统类型在生物物 种数量上的差异 , 间接地反映被评价区域内生物多 样性的丰贫程度 。 生物丰度指数中的因子从遥感影 像上获取 。 B A I =Ab 0. 3 5×S林 地 +0. 2 1×S草 地 + i o× ( 0. 2 8×S水 域 湿 地 +0. 1 1×S耕 地 +0. 0 4× / ( ) S建 设 用 地 +0. 0 1×S未 利 用 地 ) S区 域 1 其中 : B A I为生物丰度指数 , Ab i o为生物丰度指数的归 一化系数 , S林 地 为林地的面积 , S草 地 为 草 地 的 面 积 , S水 域 湿 地 为 水 域 湿 地 的 面 积 , S耕 地 为 耕 地 的 面 积 ,
水网密度指数中的河流长度和湖库面积从遥感
[ 6] 影像上获取 , 水资源量从 《 汾河志 》 和《 中国环境统 ] 1 6 1 7 - 。 计年鉴 》 获取 [
( )土地 退 化 指 数 L ( 4 D I L a n d D e r a d a t i o n I n - g ) 分权重见表 2。 d e x L D I =Ae 0. 0 5×S轻 度 侵 蚀 +0. 2 5× r o× ( / ( ) S中 度 侵 蚀 +0. 7×S重 度 侵 蚀 ) S区 域 4 : , 其中 L D I为土地退化指数 S轻 度 侵 蚀 为轻度侵蚀面积 ,
S中 度 侵 蚀 为中度侵蚀面积 , S重 度 侵 蚀 为重度侵蚀面积 , A e r o 为土地退化指数的归一化系数 , 为研究区域的面 S区 域
2 。 积, 单位为 k m
第 6 期 王 鹏等 : 多尺度下汾河流域生态环境质量评价与时序分析 8 0 1 在计算汾河流域土壤侵蚀度时 , 将侵蚀强度分为 微度 、 轻度 、 中度 、 强度 、 极强度和剧烈侵蚀 。 6 个级别 : 在此计算汾河流域土地退化指数时 , 土地退化指数中 的轻度侵蚀即对应前面计算得到的微度侵蚀和轻度 侵蚀 ; 土地退化指数中的中度侵蚀对应前面计算得到 的中度侵蚀 ; 土地退化指数中的强度侵蚀对应前面计 极强度侵蚀 、 剧烈侵蚀 。 算得到的强度侵蚀 、 ( ) 环境质量指数 E 5 I( E n v i r o n m e n t Q u a n t i t y ) 计算公式为 : I n d e x E I =0. 4× ( 1 0 0-ASO2 ×MSO2/ S区 域 ) +0. 4× ( / 1 0 0-ACOD ×MCOD R区 域 )+0. 2× ( 1 0 0-As S区 域 ) o l×M 固 体 废 物/ ( ) 5 其中 : ASO2 为 S O As 2 的归 一 化 系 数 , o l为 固 体 废 物 的 归 一 化 系 数, ACOD 为 C O D 的 归 一 化 系 数, MSO2 为 S O M固体废物 为 固 体 废 物 的 排 放 量, MCOD 2 的排放量 , 为固体废物的排放量 , 排放 R区 域 为区域年均降水量 , , 降水量的单位为 mm。 量的单位为 t 环境质量指数的分权重 见 表 2。 环 境 质 量 指 数
[ ] 1 6 1 7 - 中的因子量从 《 中国环境年鉴》 和《 山西国土资
源》 获取 。
4 流域多尺度生态环境质量评价结果 与时序分析
4. 1 流域生态环境质量综合评价原则 ( 生态环境质量指数 E Q I E c o l o i c a l Q u a l i t I n - g y ) 计算方法如下 : d e x E Q I =0. 2 5×B A I +0. 2×V I +0. 2×WN D I + ( ) 6 0. 2×L D I +0. 1 5×E I 其中 : E Q I为 生 态 环 境 质 量 指 数 , B A I为 生 物 丰 度 指数 , V I为植被覆盖指数 , WN D I为水网密度指数 , L D I为土地退化指数 , E I为环境质量指数 。 根据 生 态 环 境 质 量 指 数 , 将生态环境质量分为 即优 、 良、 一般 、 较差和差 。 具体分类见表 3。 5级, 4. 2 生态环境质量评级及时序变化分析 、 通过对 汾 河 流 域 上 、 中、 下游1 9 7 0 s 1 9 9 3 年、 上、 中、 下流域 2 0 0 9年3期 进 行 生 态 环 境 质 量 评 价 ,
表 3 生态环境质量分级 T a b l e 3 E c o e n v i r o n m e n t a l c l a s s i f i c a t i o n u a l i t - q y
级别 指数 优 E Q I 5 ≥7 植被 覆 盖 度 高 , 生物 状态 说明 多样 性 丰 富 , 生态系 统稳 定 , 最适合人类 生存 良 5 5≤E Q I 5 <7 生 植被 覆 盖 度 较 高 , 物多 样 性 较 丰 富 , 基 本适合人类生存 一般 3 5≤E Q I 5 <5 植被 覆 盖 度 中 等 , 生 物多 样 性 一 般 水 平 , 较适 合 人 类 生 存 , 但 有不适人类生存的制 约性因子出现 较差 2 0≤E Q I 5 <3 严重 植被 覆 盖 较 差 , 干旱少雨 , 物种较少 , 存在着明显限制人类 生存的因素 差 E Q I 0 <2 多属戈 条件 较 恶 劣 , 壁、 沙 漠、 盐 碱 地、 秃 山或 高 寒 山 区 , 人类 生存环境恶劣
。1 得分都较低 ( 图 2) 下游生态环境质量 9 7 0 s中、 均为 一 般 ; 中 游 生 态 环 境 质 量 为 一 般, 1 9 9 3 年 上、 下游为较 差 , 这与下游临汾等污染严重的城市有 中 游 生 态 环 境 质 量 为 一 般, 下 关; 2 0 0 9 年 汾 河 上、 。 , 、 、 游为较差 从时间序列上看 汾河上 中 下 流 域 生 态环境质量得分从 1 9 7 0 s到 2 0 0 9年为先降低后增 加, 主要是因为 1 流域内社会发展 9 7 0 s到 1 9 9 3年, 迅速 , 人口扩张 、 工 业 污 染 严 重, 水 土 流 失, 却又缺
少有效的治理 , 导致生 态 环 境 质 量 下 降; 从 上、 中、 下游得分看 , 上游生态环境 质 量 得 分 最 高、 中游次 之、 下游最低 , 主要因为相比较上游工 业 污 染 较 轻 、 森林资源丰富 、 植 被 覆 盖 度 稍 高, 下游包括临汾盆 盆地内城市污染高 , 盆地旁边是丘 陵 和 山 地 , 植 地, 被覆盖度低 , 土 壤 侵 蚀 度 高; 中游生态环境质量介 于上游与下 游 之 间 。 汾 河 流 域 上 、 中、 下游生态环 境质量评价得分如表 4。
表 4 上 、 中、 下游生态环境质量评价 , u a l i t T a b l e 4 E c o e n v i r o n m e n t a l a s s e s s m e n t i n t h e u e r m i d d l e a n d l o w e r s t r e a m o f F e n r i v e r b a s i n - q y p p
年代 名称 1 9 7 0 s 上游 中游 下游 4 7. 3 7 4 4. 0 6 4 2. 1 1 1 9 9 3年 4 0. 0 3 3 6. 3 3 3 3. 4 1 2 0 0 9年 3 9. 7 4 3 7. 8 9 3 4. 4 1 1 9 7 0 s 9 9 3年 ~1 变化量 -6. 3 4 -7. 7 3 -8. 7 0 百分比/% -1 3. 6 7 -1 7. 5 4 -2 0. 6 6 1 9 9 3~2 0 0 9年 变化量 -0. 2 9 1. 5 6 1. 0 0 百分比/% -0. 7 2 4. 2 9 2. 9 9 1 9 7 0 s 0 0 9年 ~2 变化量 -6. 6 3 -6. 6 7 -7. 7 0 百分比/% -1 4. 3 0 1 4. 0 0 1 8. 2 9
遥 感 技 术 与 应 用 第 2 6卷 8 0 2 1 9 7 0 s 9 9 3 年这个时间段的生态环境质量变差 。 ~1 4. 3 行政地区单 元 生 态 环 境 质 量 综 合 评 价 得 分 及 时序变化分析 通过对汾河流域分地区进行生态环境质量评 、 、 价, 分为忻州地区 ( 部分) 吕梁地区( 部 分) 太原地 、 区、 晋中地 区 ( 部 分) 临汾地区( 部 分) 和运城地区 ( , 部分 ) 其中除了太原地区全部在流域内 , 其他地区 均是部分区域在汾河流域内 。 、 分别对 1 9 7 0 s 1 9 9 3和2 0 0 9 年 3 期进行生态环
图 2 上 、 中、 下游生态环境质量时序变化图 F i . 2 T i m e s e u e n t i a l c h a n e m a o f e n v i r o n m e n t a l u a l i t g q g p q y , t h e u e r m i d d l e a n d l o w e r s t r e a m o f F e n r i v e r b a s i n i n p p
境质量评价 , 流域内 6 个 地 区 得 分 都 较 低 , 1 9 7 0 s上 、 、 忻州地区 ( 部分 ) 吕梁地区( 部 分) 太 原 地 区、 临汾 地区 ( 部分 ) 和运城 地 区 生 态 环 境 质 量 均 为 一 般 , 得 分最低的为临汾地区 ; 部 分) 1 9 9 3 年只有运 城 地 区 ( 生态环境质量为一般 , 其余 5 个地区均为较差 , 得分 ; 最低的为临汾地区 ( 部分 ) 部 分) 2 0 0 9 年晋中 地 区 ( 与运城地区 ( 部分 ) 生 态 环 境 质 量 为 一 般, 其余4个 。 得分最低的依然为临汾地区( 部 分) 地区为较 差 , 从时间序列上看 , 汾河流域6个地区生态环境质量 得分 在 1 在 9 7 0 s~2 0 0 9 年 表 现 为 先 降 低 后 增 加, 人们在社会建设的同时 , 忽略了 生 1 9 7 0 s 9 9 3 年, ~1 态环境的重要性 , 在对生态环境破坏的时候 , 缺少有 效的治理 , 导致生态环 境 质 量 下 降 ; 1 9 9 3~2 0 0 9 年, 特别是从 2 人们越来越注重生态环境的 0 0 0 年以来 , 保护 , 使得生态环境质量得分有所增加 , 但生态环境 的治理不是一朝一 夕 的 事 情 , 特别是被破坏严重的 区域 。 表 5 为汾河流域行政地区生态环境质量评价 表 。 图 3 为汾河流域行政地区生态环境质量时序变 化图 。 忻州地区 ( 部分 ) 1 9 7 0 s 1 9 9 3 年生态环境质量得 ~ , 分减少 1 减少了 2 2 . 2 0 6 . 8 1 %, 1 9 9 3~2 0 0 9 年生态环 , 境质量得 分 增 加 1 增加了4 . 5 9 . 4 7 %, 1 9 7 0 s 0 0 9 ~2 , 年生态环境质量得分减少 1 减少了 2 0 . 6 1 3 . 3 1 %。
汾河上游 1 9 7 0 s 9 9 3 年生态环境质量得分减 ~1 减少了1 少 6. 3 4, 3. 6 7% , 1 9 9 3~2 0 0 9年生态环境 质量得 分 减 少 0. 减 少 了 0. 2 9, 7 2% , 1 9 7 0 s~2 0 0 9 年生态环境质量得分减少 6. 减少了 1 汾 6 3, 4. 3 0% ; 河中 游 , 1 9 7 0 s~1 9 9 3年生态环境质量得分减少 减少了 1 7. 7 3, 7. 5 4% , 1 9 9 3~2 0 0 9 年生态环境质量 得分增加 1. 增 加 了 4. 5 6, 2 9% , 1 9 7 0 s~2 0 0 9年生 态环境质量得分减少 6. 减少了 1 汾河下 6 7, 4. 0 0% ; 游, 减 1 9 7 0 s 9 9 3 年生态环境质量得分减少 8. 7 0, ~1 少了 2 0. 6 6% , 1 9 9 3~2 0 0 9年生态环境质量得分增 增 加 了 2. 加 1. 0 0, 9 9% ,, 1 9 7 0 s~2 0 0 9年生态环境 质量得 分 减 少 7. 减少了1 7 0, 8. 2 9% 。 图 2 为 汾 河 流域上 、 中、 下游生态环境质量时序变化图 。 由表 4 可 知 1 中、 下游 9 9 3~2 0 0 9 年 汾 河 上、 ∣ △E 最 大 值 为 1. 最 小 值 为 0. Q I∣较小 , 5 6, 2 9; 最小值为 6. 1 9 7 0 s 9 9 3 年∣ △E Q I∣值较大 , 3 4, ~1 最大值为 8. 这个时间段流域生 态 环 境 质 量 明 显 7 0, 是由于该时间 段 流 域 内 能 源 开 采 严 重 却 没 有 变差 , 注重生态环境的保护而导致 。 同样 1 9 7 0 s 0 0 9年 ~2 ∣ △E 也是因为 Q I∣ 的 值 与1 9 7 0 s 9 9 3年 接 近 , ~1
表 5 行政地区生态环境质量评价 T a b l e 5 T h e e c o e n v i r o n m e n t a l u a l i t e v a l u a t i o n i n d i f f e r e n t a d m i n i s t r a t i v e d i s t r i c t s - q y
年代 名称 1 9 7 0 s 忻州地区 ( 部分 ) 吕梁地区 ( 部分 ) 太原地区 晋中地区 ( 部分 ) 临汾地区 ( 部分 ) 运城地区 ( 部分 ) 4 5. 5 1 4 2. 3 9 4 0. 8 3 3 9. 8 1 3 8. 1 0 4 9. 2 0 1 9 9 3年 3 3. 3 1 3 1. 2 8 3 1. 6 7 3 3. 5 2 2 8. 4 6 4 1. 3 1 2 0 0 9年 3 4. 9 0 3 3. 9 5 3 2. 5 8 3 8. 6 9 2 9. 6 0 4 2. 7 1 1 9 7 0 s 9 9 3年 ~1 变化量 -1 2. 2 0 -1 1. 1 1 -9. 1 6 -6. 2 9 -9. 6 4 -7. 8 9 百分比/% -2 6. 8 1 -2 6. 2 1 -2 2. 4 3 -1 5. 8 0 -2 5. 3 0 -1 6. 0 4 1 9 9 3~2 0 0 9年 变化量 1. 5 9 2. 6 7 0. 9 1 5. 1 7 1. 1 4 1. 4 0 百分比/% 4. 4 7 8. 5 4 2. 8 7 1 5. 4 2 4. 0 1 3. 3 9 1 9 7 0 s 0 0 9年 ~2 变化量 -1 0. 6 1 -8. 4 4 -8. 2 5 -1. 1 2 -8. 5 0 -6. 4 9 百分比/% -2 3. 3 1 -1 9. 9 1 -2 0. 2 1 -2. 8 1 -2 2. 3 1 -1 3. 1 9
第 6 期 王 鹏等 : 多尺度下汾河流域生态环境质量评价与时序分析 8 0 3 5 个区域生态环境均明显变差 。 4. 4 小流域 单 元 生 态 环 境 质 量 综 合 评 价 及 时 序 变 化分析 利用 D 在A EM 数据 , r c G I S软件水文分析模块 下, 提取出汾 河 流 域 的 小 流 域 , 设 定 一 定 比 例, 将汾 河流 域 分 为 2 通过对汾河流域小流域 1 个 小 流 域, 、 1 9 7 0 s 1 9 9 3和2 0 0 9 年 3 期进行生态环境质量评价 。 1 9 7 0 s有 2 0 个小 流 域 的 生 态 环 境 质 量 为 一 般 , 1个 小流域的生态环境质量为较差 ; 1 9 9 3 年有 1 4 个小流 域的生态环境质量为一般 , 但分值都 不 高 , 接近一般
图 3 行政地区生态环境质量时序变化图 F i . 3 T h e t i m e s e u e n t i a l c h a n e m a o f e c o e n v i r o n m e n t a l - g q g p u a l i t i n d i f f e r e n t a d m i n i s t r a t i v e d i s t r i c t s q y
与较差的临 界 值 , 7个小流域的生态环境质量为较 差; 说 2 0 0 9 年有 1 6个 小 流 域 生 态 环 境 质 量 为 一 般, 明流 域 生 态 环 境 质 量 有 稍 微 的 改 善 , 有5个小流域 的生态环境质量为较差 。 从时序的 角 度 看 , 汾河小流域从1 9 7 0 s~1 9 9 3 年生态环境质量降低 , 其主要原因为 工 业 发 展 迅 速 , 滥砍滥伐严重 , 水土流失严重 , 人类在 社 会 发 展 的 同 时, 没能协调好发展与生态环境的关 系 , 导致生态环 汾河小流域生态环境质 境质量降低 ; 1 9 9 3~2 0 0 9年, 量变 化 不 大 , 主要是因为人类开始意识到生态环境 的重要性 , 在进行社会发展的同时 , 开始注意生态环 境的 保 护 , 及时对已破坏的生态环境进行治理与恢 复, 特别是近几年效果显著 , 但对于已 破 坏 的 生 态 环 其治理与恢复需要较长的时间和较大的人力与 境, 物资 的 投 入 , 短期内是无法将生态环境质量提高到 一个高的档次 。 表 6 为汾河小流域生 态 环 境 质 量 评 价表 。 由表 6 可 知 1 9 7 0 s~1 9 9 3年流域内2 1个小流 域∣ △E 最大的 为 2 最小 Q I∣ , 1 号 小 流 域 的 8. 4 5, 的为 4 号小流域的 2. 这2 5 2, 1 个小流域生态环境质 量变化的均值为 5. 说明这一时间段生态环境质 1 9, 量的变 化 趋 势 是 明 显 变 差 。1 9 9 3~2 0 0 9年流域内 最大的为1 2 1 个小 流 域 ∣ △E Q I∣ , 5号小流域的 最小的为 4 号 小 流 域 的 0. 这2 2. 3 3, 0 5, 1个小流域 说明这一时间段 生态环境质量变化的 均 值 为 0. 2 6, 生态环 境 质 量 明 显 变 化 ; 1 9 7 0 s~2 0 0 9年流域内2 1 个小 流 域 ∣ △E 最大的为1 Q I ∣, 4号小流域的
吕梁地区 ( 部分) 1 9 7 0 s 9 9 3 年生态环境质量得 ~1 , 分减少 1 减少了 2 1 . 1 1 6 . 2 1 %, 1 9 9 3~2 0 0 9 年生态环 , 境质量得分增加 2 增加了 8 . 6 7 . 5 4 %, 1 9 7 0 s 2 0 0 9年 ~ , 生态环境质量得分减少 8 减少了 . 4 4 1 9 . 9 1 %。 太原地区 1 9 7 0 s 9 9 3 年生态环境质量得 分 减 ~1 少 9. 减少了 2 1 6, 2. 4 3% , 1 9 9 3~2 0 0 9 年生态环境质 量得分增加 0. 增加了 2. 9 1, 8 7% , 1 9 7 0 s 0 0 9 年生 ~2 态环境质量得分减少 8. 减少了2 2 5, 0. 2 1% 。 晋中地区 ( 部分) 1 9 7 0 s 9 9 3 年生态环境质量得 ~1 , 分减少 6 减少了1 . 2 9 5 . 8 0 %, 1 9 9 3~2 0 0 9年生态环 , 境质量得 分 增 加 5 增加了1 . 1 7 5 . 4 2 %, 1 9 7 0 s 0 0 9 ~2 , 年生态环境质量得分减少 1 减少了 . 1 2 2 . 8 1 %。 临汾地区 ( 部分) 1 9 7 0 s 9 9 3 年生态环境质量得 ~1 , 分减少 9 减少了2 . 6 4 5 . 3 0 %, 1 9 9 3~2 0 0 9年生态环 , 境质量得分增加 1 增加了 4 . 1 4 . 0 1 %, 1 9 7 0 s 2 0 0 9年 ~ , 生态环境质量得分减少 8 减少了 . 5 0 2 2 . 3 1 %。 运城地区 ( 部分) 1 9 7 0 s 9 9 3 年生态环境质量得 ~1 , 分减少 7 减少了1 . 8 9 6 . 0 4 %, 1 9 9 3~2 0 0 9年生态环 , 境质量得分增加 1 增加了 3 . 4 0 . 3 9 %, 1 9 7 0 s 2 0 0 9年 ~ , 生态环境质量得分减少 6 减少了 . 4 9 1 3 . 1 9 %。 由表 5 可 知 , 1 9 7 0 s 9 9 3年流域内6个行政区 ~1 域( 部分 ) ∣ △E 最小值为晋中地区 ( 部分 ) Q I∣较大 , , ; 的6 最大值为 忻 州 地 区 ( 部 分) 的1 . 2 9 2 . 2 0 1 9 9 3年
部 分) ∣ △E 2 0 0 9 年流域内 5 个 行 政 区 域 ( Q I∣ 较 8. 最小的为 2 号 小 流 域 的 2. 这2 ~ 3 8, 3 5, 1个小流域 , ( ) 。 小 这 5 个区域中最大值为吕梁地区 部分 的 2 生态环境质量变化的 均 值 为 4. 虽然未达到生态 . 6 7 9 3, ( ) ; , 这 5 个行政区 部 分 生 态 环 境 质 量 略 有 变 化 另 外 环境质量明 显 变 化 的 临 界 值 , 但 也 相 差 不 多。 总 的 , 晋中地区 ( 部分) ∣ △E 生态环境明显变 Q I∣为 5 . 1 7 好。 部分 ) ∣ △E 1 9 7 0 s 2 0 0 9 年除了晋中地区 ( Q I∣ ~ , , ( 为1 变 化 较 小 外 其 余 个 行 政 地 区 部 分) . 1 2 5 , , ∣ △E 最大的为忻州地区的 1 这 Q I∣均大于 5 0 . 6 1 通过小流域尺度进行生态环境质量评价所得 说来 , 中、 下游和行政地 区 两 个 尺 度 的 到的变化趋势与上 、 结果是一样的 , 都是 1 生态环境质量 9 7 0 s 9 9 3 年, ~1 变差 , 主要是因为这一时期 , 人们在大 力 发 展 经 济 的
遥 感 技 术 与 应 用 第 2 6卷 8 0 4 时候 , 对资源无节制的开采 , 同时又不 注 重 生 态 环 境 的 保 护 与 治 理, 是 生 态 环 境 质 量 变 化 的 主 要 原 因; 这一时期 , 人 1 9 9 3~2 0 0 9 年生态环境质量有所改善 , 们开 始 注 重 生 态 环 境 的 作 用 , 加大了生态环境的保 护与治理力度 , 使得生态环境状况有 所 改 善 , 但仍然 令人堪忧 。 图 4 为汾河小流域生态环 境 质 量 时 序 变 多时序汾河流域生态环境质 化图 。 图 5 为 多 尺 度 、 量等级图 。
表 6 小流域生态环境质量评价 u a l i t T a b l e 6 T h e e c o e n v i r o n m e n t a l e v a l u a t i o n i n d i f f e r e n t s m a l l d r a i n a e s - q y g
年代 名称 1 9 7 0 s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 4 1. 9 5 3 5. 2 7 4 2. 3 7 3 7. 3 9 4 0. 7 6 4 3. 3 9 3 9. 2 5 3 6. 0 6 3 4. 0 3 4 2. 6 3 4 2. 0 6 4 3. 6 7 4 2. 3 0 3 9. 7 3 4 6. 1 8 4 2. 2 9 4 5. 3 8 4 2. 3 7 4 6. 1 9 4 3. 6 7 4 9. 8 2 1 9 9 3年 3 4. 8 4 3 1. 8 0 3 8. 3 0 3 4. 8 7 3 5. 5 6 3 9. 0 8 3 3. 7 0 3 1. 4 9 3 0. 2 6 3 7. 6 9 3 7. 2 8 3 9. 1 3 3 7. 1 5 3 2. 6 4 4 1. 5 4 3 7. 4 3 3 9. 6 2 3 6. 6 2 4 1. 2 9 3 6. 0 5 4 1. 3 7 2 0 0 9年 3 7. 0 0 3 2. 9 2 3 7. 8 9 3 4. 5 3 3 5. 8 8 3 9. 0 1 3 5. 2 4 3 1. 2 5 3 0. 7 9 3 6. 5 5 3 7. 5 2 3 7. 8 9 3 5. 9 8 3 1. 3 5 4 1. 4 9 3 6. 5 5 4 0. 7 8 3 7. 2 1 4 2. 9 8 3 8. 3 8 4 2. 0 4 1 9 7 0 s 9 9 3年 ~1 变化量 -7. 1 1 -3. 4 7 -4. 0 7 -2. 5 2 -5. 2 0 -4. 3 1 -5. 5 5 -4. 5 7 -3. 7 7 -4. 9 4 -4. 7 8 -4. 5 4 -5. 1 5 -7. 0 9 -4. 6 4 -4. 8 6 -5. 7 6 -5. 7 5 -4. 9 0 -7. 6 2 -8. 4 5 百分比/% -1 6. 5 9 -9. 8 4 -9. 6 1 -6. 7 4 -1 2. 7 6 -9. 9 3 -1 4. 1 4 -1 2. 6 7 -1 1. 0 8 -1 1. 5 9 -1 1. 3 6 -1 0. 4 0 -1 2. 1 7 -1 7. 8 5 -1 0. 0 5 -1 1. 4 9 -1 2. 6 9 -1 3. 5 7 -1 0. 6 1 -1 7. 4 5 -1 6. 9 6 1 9 9 3~2 0 0 9年 变化量 2. 1 6 1. 1 2 -0. 4 1 -0. 3 4 0. 3 2 -0. 0 7 1. 5 4 -0. 2 4 0. 5 3 -1. 1 4 0. 2 4 -1. 2 4 -1. 1 7 -1. 2 9 -0. 0 5 -0. 8 8 1. 1 6 0. 5 9 1. 6 9 2. 3 3 0. 6 7 百分比/% 6. 2 0 3. 5 2 -1. 0 7 -0. 9 8 0. 9 0 -0. 1 8 4. 5 7 -0. 7 6 1. 7 5 -3. 0 2 0. 6 4 -3. 1 7 -3. 1 5 -3. 9 5 -0. 1 2 -2. 3 5 2. 9 3 1. 6 1 4. 0 9 6. 4 6 1. 6 2 1 9 7 0 s 0 0 9年 ~2 变化量 -4. 9 5 -2. 3 5 -4. 4 8 -2. 8 6 -4. 8 8 -4. 3 8 -4. 0 1 -4. 8 1 -3. 2 4 -6. 0 8 -4. 5 4 -5. 7 8 -6. 3 2 -8. 3 8 -4. 6 9 -5. 7 4 -4. 6 0 -5. 1 6 -3. 2 1 -5. 2 9 -7. 7 8 百分比/% -5. 0 1 2. 2 3 -3. 7 4 0. 3 9 -4. 9 9 -3. 4 3 -2. 7 9 -5. 4 6 -1. 0 1 -7. 7 6 -3. 9 5 -6. 8 4 -8. 4 5 -1 4. 6 5 -3. 9 1 -6. 6 7 -5. 9 9 -1 2. 1 8 -6. 9 5 -1 2. 1 1 -1 5. 6 2
图 4 小流域生态环境质量时序变化图 F i . 4 T h e t i m e s e u e n t i a l c h a n e m a o f e c o e n v i r o n m e n t a l u a l i t i n d i f f e r e n t s m a l l d r a i n a e s - g q g p q y g
第 6 期 王 鹏等 : 多尺度下汾河流域生态环境质量评价与时序分析 8 0 5
图 5 汾河流域生态环境质量等级图 u a l i t F i . 5 C l a s s i f i n m a o f e c o e n v i r o n m e n t a l f o r F e n r i v e r b a s i n - q y g y g p
遥 感 技 术 与 应 用 第 2 6卷 8 0 6
5 结 语
利用遥感与 G 参 考 统 计 数 据, 依据《 生 I S技 术, 》 , 态环境状况评价技术规范 ( 试行 ) 对汾河流域从不 同尺度进行生态环境质量的评价 , 尺度不同 , 评价结 果的精度也会有差 异 , 但是其评价结果应该是相近 通过多尺度间的相互验证 , 使得流域生态环境质 的, 量评 价 更 可 信 。 通 过 上 、 中、 下 游, 行政地区和小流 使得 域 3 个尺度对流域 进 行 生 态 环 境 质 量 的 评 价 , 对流域生态环境质 量 状 况 有 不 同 程 度 的 了 解 , 对于 流域生态环境保护和治理有指导意义 。 该研究结果 表明 : ( 中、 下 游 流 域、 行政地区和小流域3个 1)上 、 不同尺度 下 汾 河 流 域 生 态 环 境 质 量 均 为 一 般 或 较 差, 小流域尺度下生 态 环 境 质 量 评 价 结 果 为 “ 一 般” 的比另 2 个尺度下的要多 , 但是得分却不高 , 均接近 于临界值 , 大尺度下 进 行 的 生 态 环 境 质 量 评 价 更 能 正确体现该地区生 态 环 境 质 量 状 况 , 不同尺度下的 但变化趋势相同 。 生态环境质量得分虽不同 , ( )通过对 汾 河 流 域 1 、 2 9 7 0 s 1 9 9 3和2 0 0 9年3 个 时 期 的 生 态 环 境 质 量 进 行 时 序 分 析, 得知从 汾河流域生态环境质量为一般和 1 9 7 0 s 0 0 9 年, ~2 较差 , 不容 乐 观 。1 9 7 0 s~1 9 9 3年生态环境质量降 低, 是因为 1 9 9 3~2 0 0 9年 生 态 环 境 质 量 开 始 改 善, 人们开始注意到生 态 环 境 的 重 要 性 , 在社会发展与 注重生态环境的保护 , 并对已破坏 能源开采的同时 , 的生态环境进行治理 , 但治理非一朝一夕可得 , 而且 恢复速度缓慢 , 主要原因是研究区蕴含大量的能源 , 能源开采与社会经济发展需要进一步协调 。
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第 6 期 王 鹏等 : 多尺度下汾河流域生态环境质量评价与时序分析 8 0 7
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u a l i t E v a l u a t i o n a n d T i m e S e u e n t i a l A n a l s i s o f E c o e n v i r o n m e n t - Q y q y M u l t i s c a l e s i n F e n R i v e r B a s i n a t -
1 2 1 , W a n P e n W e i X i n Q i a o Y u l i a n g g, g
( 1. T a i u a n U n i v e r s i t o T e c h n o l o T a i u a n0 3 0 0 2 4, C h i n a; y y f g y, y 2. B e i i n N o r m a l U n i v e r s i t B e i i n 0 0 8 7 5, C h i n a) j g y, j g1 : , A b s t r a c t T h e s t u d c h o o s e s t h e L a n d s a t MS S r e m o t e s e n s i n i m a e s i n 1 9 7 0 s TM i m a e s b o t h i n 1 9 9 3a n d y g g g , 2 0 0 9t o e x t r a c t i n f o r m a t i o n o f t h e F e n r i v e r b a s i n b u s i n s e v e r a l m e t h o d s s u c h a s t h e n o r m a l i z e d d i f f e r y - g , , , e n c e v e e t a t i o n i n d e x n o r m a l i z e d d i f f e r e n c e w a t e r i n d e x, t h r e s h o l d m e t h o d s e c t r a l r e l a t i o n s a c t m e t h o d g p a n d t h e c o m b i n a t i o n m e t h o d s o f s u e r v i s e d a n d u n s u e r v i s e d c l a s s i f i c a t i o n. R e f e r e n c i n t h e“ e c o l o i c a l e n - p p g g ” , v i r o n m e n t e v a l u a t i o n o f t e c h n i c a l s e c i f i c a t i o n s i s s u e d b E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A d m i n i s t r a t i o n w e p y c o n d u c t e v a l u a t i o n a n d t i m e s e u e n t i a l a n a l s i s t o e c o e n v i r o n m e n t b s e l e c t i n b i o l o i c a l a b u n u a l i t - - q y y g g q y , , , d a n c e i n d e x w a t e r n e t w o r k d e n s i t i n d e x v e e t a t i o n c o v e r s o i l d e r a d a t i o n i n d e x a n d t h e e n v i r o n m e n t a l y g g , , u a l i t i n d e x f o r t h e F e n r i v e r b a s i n a t t h r e e d i f f e r e n t s c a l e s t h e u e r m i d d l e d o w n s t r e a m s o f t h e r i v e r - q y p p : a d m i n i s t r a t i v e r e i o n s a n d s m a l l d r a i n a e s . T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e e c o e n v i r o n m e n t a l u a l i t i s f a i r o r - g g q y ; i n t h e F e n r i v e r b a s i n a t a n s c a l e s t h e e c o e n v i r o n m e n t r e d u c e d f r o m 1 9 7 0 s t o 1 9 9 3, w h i c h b e o o r u a l i t - - y p q y ; , t o b e c o m e b e t t e r f r o m 1 9 9 3t o 2 0 0 9t h e e c o e n v i r o n m e n t v a r i e s a t d i f f e r e n t s c a l e sb u t t h e a n u a l i t - g q y r o t e c t i o n c h a n e t r e n d s a r e s i m i l a r . T h i s r e s e a r c h h a s s o m e s c i e n t i f i c s i n i f i c a n c e i n t h e e c o e n v i r o n m e n t - p g g a n d m a n a e m e n t o f F e n r i v e r b a s i n. g : ; ; ; ; K e w o r d sE c o e n v i r o n m e n tQ u a l i t e v a l u a t i o n T i m e s e u e n t i a l a n a l s i s R e m o t e s e n s i n i m a e F e n r i v e r - y q y g g y b a s i n
本文关键词:多尺度下汾河流域生态环境质量评价与时序分析,由笔耕文化传播整理发布。
本文编号:156916
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