遥感与分形理论在确定水利工程生态环境影响评价范围中的应用

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发布时间：2021-08-19

资料介绍

是时间上各类斑块都存在复杂性和变异性，表现出

明显的时空特征，具有从简单到复杂、从低级到高级

的发展规律，从而使看似复杂、无序的生态环境问题

(生物多样性、景观异质性、生态系统稳定性等)的背

后隐藏着非线性可控的耗散规律，在微分成单元以

后，各子系统均呈现出自相似性，分形理论恰好可以

揭示这些规律。斑块分维数用来衡量斑块形状的复

杂程度或斑块形状影响内部斑块的变化过程[1-2]。

生态分形打破了传统研究方法对尺度的过分依赖，

为研究评价范围提供了一条途径。

1．2 陆面生态系统的整体性

陆面生态系统中各种生物以它们与周围无机环

境之间的错综复杂关系组成一个有机整体，一个成

分的变化将会对全群落和整个生态系统产生反响性

效应 j，某些结构成分的微小刺激可能会导致整个

生态系统产生巨大的反应，局部的变化可能通过整

个系统的调节而得以恢复。因此，从陆面生态系统

的整体性出发，将建设项目作为生态系统中的一个

作用因子，这样才能反映出项目建设与陆面生态系

统各因子之间在时间和空间上相互作用产生的变化

规律，从而确定一个合适的评价范围。

1．3 水利工程建设的特殊性

水利工程建设的空间布局有点状(大坝、电厂)、

线状(施工道路、公路)、蛛网状(管线、引洪道)，形成

了不同的施工方式和运营特点，影响方式和特点各

异。针对其特殊性确定评价范围，可以科学地揭示

项目建设对生态环境的影响程度[4-5 J。

1．4 生态环境的敏感性

水利工程通常在水资源欠开发、经济落后的地

区选址，这些地区通常又是生态环境比较敏感和脆

弱的区域，或者是区域内存在环境限制因子的“两控

区”，区域生态系统抗干扰能力较脆弱，项目建设对

其的影响相对较大，范围也较广。

2 生态环境影响评价范围确定的难点

2．1 生态环境信息的不确定性和不易获取

《环境影响评价技术导则》(以下称《导则》)规定

“生态因子之间相互影响和相互依存的关系是划定

评价范围的原则和依据”，也就是说，生态环境影响

评价范围以受影响的各种生物及非生物因子为确定

评价范围上的主体。然而，各种生物及非生物因子

构成的非污染生态信息具有不确定性，实际操作时

不易获取，使生态环境影响定量评价变得更加困难。

2．2 缺乏可行的定量评价方法

《导则》规定“评价范围要以重要评价因子受影

响的方向为扩展距离，一般不能小于8～30km，2

8 km，1—2km J，’，

但在实际环评中水利工程建设涉

及的影响距离比规定的高限值还大得多，项目布局

分别按照点、线、网状进行，在水系、地形地貌、生态

特征、工程规模、能流物流强度、场地与作业点、集中

临时生活区等因素上具有很大的区别，针对生态系

统的类型、生态系统的开放性特征生态因子的调查

内容和评价重点差别较大，目前没有针对水利工程

建设具体可行的评价范围确定方法。

3 构建评价范围的基本框架

3．1 依据建设区生态系统特征确定评价范围

工程建设区具有各自不同的生态系统特征，生

态环境影响的核心问题就是随着工程建设的进程，

在生态环境系统影响时空动态变化全生命周期中，

建设项目或规划影响区域自然生态体系是否超过生

态阈值而失稳、生物多样性会不会降低、自然资源是

否在生态承载容量范围、区域性水土流失是否加剧。

因此，可根据生态完整性、生态敏感问题和区域生态

问题的直接影响和间接影响确定评价范围。

3．2 应用分形学建立定量评价模型

分形理论[7-8 J可用于揭示非线性系统中有序和

无序几何形态，在很宽的尺度范围内，系统无特征尺

度却有自相似性和自仿射性。生态系统是典型的热

力学系统与耗散自组织系统，生物群落是生态系统

的核心，具有标度不变性的自相似性特点，并且这

样的自相似性存在于一定的标度范围内，产生了不

规则、不稳定且具有高度复杂结构的分维数值现象，

这就为利用分形模型解释生态系统受工程影响程度

奠定了理论基础_9l。

分形式 Ⅳ(r)=go (1)

式中：Ⅳ(r)为在一定的观测尺度r上所获得的某种

分形变量；K为比例常数；D为分维数。

根据式(1)从不同的层次和尺度调查收集生态

系统在某一观测尺度内的复杂、无序的生态环境问

题，探寻隐藏着的非线性可控的耗散规律，在微分成

单元以后，各子系统均呈现出自相似性斑块，结合斑

块分维数的实际意义，在评价区选用控制性生态景

观来揭示受影响的评价范围。

斑块分维数用来衡量斑块形状的复杂程度或斑

块形状影响内部斑块的变化过程，计算公式为

P ： (2)

甘由

其中 F2·n㈡

a =

式中：P为斑块周长；k为常数，k=4；A为斑块面

积；Fd为斑块分维数。

水利

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