“一带一路”区域水电站工程生态环境影响遥感监测
龚 围(1992— ),女,重庆潼南人,硕士生,主要从事地理信息系统与定量遥感研究。E-mail:scpclkz1226@163.com |
收稿日期: 2020-01-02
要求修回日期: 2020-06-08
网络出版日期: 2020-09-25
基金资助
中国科学院战略性先导科技专项(XDA19030304)
国家自然科学基金项目(41771394)
版权
Monitoring and Analyzing Ecosystem Impact on Hydropower Projects by Remote Sensing in the Belt and Road Region
Received date: 2020-01-02
Request revised date: 2020-06-08
Online published: 2020-09-25
Supported by
The Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences(XDA19030304)
National Natural Science Foundation of China(41771394)
Copyright
为实现“一带一路”区域可持续发展,我国倡导绿色、低碳、循环、可持续的生产生活方式,建设绿色“一带一路”。遥感技术在生态环境监测与评价方面具有重要作用。本文以“一带一路”区域中国援建的水电站工程为研究对象,基于陆地系列卫星(Landsat)、哨兵2号(Sentinel-2)等遥感对地观测数据,利用决策树与缓冲区分析等方法,从水电站库区概况、水电站对植被生长状况与生态资源影响等方面,开展“一带一路”区域水电站项目建设对当地经济发展和生态环境影响的遥感监测及分析。本文首先根据遥感影像与DEM确定库区及库容,结合最小外接正方形面积比及平均宽度等指标确定各水电站缓冲区类型和范围。利用NDWI及NDVI构建决策树模型,提取各缓冲区土地利用类型,分为水体、林地、草地、耕地和其它5类;结合区域植被覆盖度,估算库区生态占用并对水电站建成前后的土地利用类型和植被变化进行分析。研究结果表明:① “一带一路”沿线10座水电站造成的生态损失与库区面积呈正相关,不同工程间,在水体、林地、草地、耕地和其它方面的损失面积大小存在较大差异;② 土地利用类型与植被覆盖度年均变化幅度约为0.35%、1.27%,水电站修建对周边生态资源与植被生长状况影响较小,同时在植被覆盖度较低的地区水电站的修建会明显改善周边环境;③ 各水电站周边的植被覆盖度差异较大,大部分水电站周边植被生长状况良好;④ 水电站建设始终坚持工程建设与环境保护并重,从施工设计到水电站后期维护期间,积极采取环保措施,减少占用,保护生物多样性,生态风险防范得当;⑤ 水电站提供了优质的清洁能源,促进了当地经济和社会发展。
龚围 , 李丽 , 柳钦火 , 辛晓洲 , 彭志晴 , 邬明权 , 牛铮 , 田海峰 . “一带一路”区域水电站工程生态环境影响遥感监测[J]. 地球信息科学学报, 2020 , 22(7) : 1424 -1436 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200008
China has advocated a green, low-carbon, recyclable, and sustainable lifestyle for the sustainable development of regions along the green "belt and road". Remote sensing plays an important role in monitoring and evaluating ecological environment. This study focuses on the ecological impacts of hydropower projects in the "belt and road" region supported by China. The ecological impacts of hydropower projects on reservior area, vegetation growth, and ecological resources are analyzed based on decision trees and buffer area analysis methods using Landsat and Sentinel-2 images. In our study, first, the DEM and satellite images are used to obtain reservoir area and storage capacity of each hydropower station. Then, through buffer area analysis, buffer area type and its distance to reservior area of each hydropower station are determined by the area of reservior area, the ratio of reservior area to the smallest circumscribed square, and the average width of reservior area. Decision trees of each buffer area are further built to classify water, forest, grassland, cultivated land, and other land use types based on NDWI and NDVI. The ecological footprint and changes of each land use type before and after the hydropower construction are also analyzed. The Fraction of Vegetation Coverage (FVC) is used to evaluate the status and changes of vegetation growth for each hydropower station. Results reveal that the ecological loss caused by hydropower projects has a positive correlation with the area of reservior area. Generally, the construction of hydropower station has small impact on land use types and vegetation growth of surrounding areas as the annual average variation of land use type and FVC are about 0.35% and 1.27%, respectively. However, there is a significant difference in the lost area of land use types and FVC between hydropower stations. FVC is improved in areas with low FVC after the construction of hydropower station. Furthermore, the hydropower project in areas with low vegetation coverage significantly promotes local ecological environment. During the construction, from design, building to later maintenance of hydropower stations, experts actively take environmental protection measures to reduce reservior area, protect biodiversity, and control ecological risks. Hydropower stations can provide high-quality clean energy and promote local economic and social development.
表1 “一带一路”沿线水电站分布[21]Tab. 1 Distribution of hydropower stations along the Belt and Road (个) |
名称 | 亚洲 | 非洲 | 北美洲 | 南美洲 | 南极洲 | 欧洲 | 大洋洲 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
数量 | 57 | 29 | 1 | 10 | 0 | 2 | 2 |
合计 | 101 |
表2 本次研究的10座水电站概况[21]Tab. 2 Overview of 10 hydropower stations along the “Belt and Road” |
完成情况 | 水电站 | 开工时间 | 竣工(预计)时间 | 总装机容量/MW | 地位 |
---|---|---|---|---|---|
已建成 | 水津 | 2002年6月 | 2011年10月 | 75 | 葛洲坝国际工程公司成立以来发电的首个电站 |
中宋 | 2012年11月 | 2017年6月 | 260 | 越南最后一个大中型水电重点项目 | |
麦洛维 | 2003年6月 | 2008年6月 | 1250 | 尼罗河干流第二大水电项目 | |
维捷布斯克 | 2012年4月 | 2017年7月 | 40 | “一带一路”建设重点工程 | |
尼鲁姆-杰卢姆 | 2008年1月 | 2018年4月 | 969 | 中巴经济走廊能源领域的优先重点项目 | |
拉格都 | 1978年8月 | 1984年5月 | 72 | 我国最大的对外经济援助的水利水电项目之一 | |
曼维莱 | 2012年12月 | 2019年4月 | 211 | 中喀合作的典范/喀麦隆境内在建和已建的最大水电工程 | |
莫勒格哈坎达 | 2012年7月 | 2018年1月 | 25 | 中资企业在斯里兰卡承建的第一个大型水利枢纽项目/斯里兰卡规模最大的水利枢纽工程 | |
在建 | 基塞 | 2014年7月 | 2022年4月 | 1140/600 | 阿根廷目前在建的最大水电站/目前中国企业在海外最大的水电工程融资项目 |
卡洛特 | 2015年底月 | 2020年 | 720 | “一带一路”建设的首个水电项目 |
表3 水电站缓冲区类型选取标准Tab. 3 Selection criteria for buffer zone type of hydropower station |
库区面积与库区最小外接正方形面积比 | 平均宽度/km | 库区面积/km2 | 缓冲类型 | 缓冲距离/km |
---|---|---|---|---|
≥ 0.2 | — | ≤ 50 | 中心点外扩 | 10 |
— | 50~200 | 20 | ||
— | >200 | 30 | ||
0.1~0.2 | ≤ 1 | — | 库区边缘缓冲 | 1 |
>1 | ≤ 50 | 中心点外扩 | 10 | |
50~200 | 20 | |||
>200 | 30 | |||
≤ 0.1 | ≤ 1 | — | 库区边缘缓冲 | 1 |
>1 | — | 10 |
表4 已建成水电站蓄水走向与库区面积统计表Tab. 4 Statistics of water storage trend and reservoir area of completed hydropower stations |
水电站 | 走向 | 原始河流面积/km2 | 库区面积/km2 |
---|---|---|---|
水津 | 由北向南 | 2.45 | 74.73 |
中宋 | 由北向南、由西南向东北 | 1.35 | 7.50 |
麦洛维 | 由东北向西南 | 73.88 | 685.91 |
维捷布斯克 | 由东北向西南 | 4.06 | 6.93 |
尼鲁姆-杰卢姆 | 由东向西 | 0.20 | 0.43 |
拉格都 | 由东南向西北 | — | 566.86 |
曼维莱 | 由东北向西南 | 2.36 | 13.40 |
莫勒格哈坎达 | 由南向北、由西向东 | 1.39 | 23.69 |
表5 未建成水电站蓄水走向与库区面积统计表Tab. 5 Statistics of water storage trend and reservoir area of unbuilt hydropower stations |
水电站 | 走向 | 淹没面积/km2 | 库区平均海拔/m | 正常蓄水位/m | 库容/亿m3 | 库容资料/亿m3 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
卡洛特 | 由北向南 | 6.29 | 433.82 | 461 | 1.7 | 1.5 | |
基塞-基什内尔 | 由西向东 | 238.45 | 154.54 | 176.5 | 52.4 | 62.6 | |
基塞-塞佩尼克 | 由西向东 | 191.77 | 100.76 | 114 | 25.4 | 27.2 |
表6 水电站库区占用不同生态资源统计表Tab. 6 Statistical table of different ecological resources occupied by the reservoir area of the hydropower station |
水电站 | 类型 | 草地 | 其他 | 林地 | 耕地 | 总计 |
---|---|---|---|---|---|---|
水津 | 面积/km2 | 0.01 | 1.49 | 70.50 | 1.61 | 73.61 |
占比/% | 0.01 | 1.99 | 94.34 | 2.15 | 98.49 | |
中宋水电站 | 面积/km2 | 0.01 | 0.54 | 4.31 | 1.50 | 6.36 |
占比/% | 0.17 | 7.24 | 57.46 | 20.03 | 84.90 | |
麦洛维 | 面积/km2 | 1.06 | 572.43 | 9.39 | 48.16 | 631.04 |
占比/% | 0.15 | 83.46 | 1.37 | 7.02 | 92.00 | |
维捷布斯克 | 面积/km2 | 0.00 | 0.05 | 0.77 | 2.94 | 3.76 |
占比/% | 0.00 | 0.72 | 11.11 | 42.42 | 54.25 | |
尼鲁姆-杰卢姆 | 面积/km2 | 0.13 | 0.07 | 0.02 | 0.01 | 0.23 |
占比/% | 29.54 | 16.47 | 5.77 | 1.36 | 53.14 | |
曼维莱 | 面积/km2 | 0.11 | 0.06 | 10.59 | 0.44 | 11.20 |
占比/% | 0.85 | 0.44 | 79.01 | 3.27 | 83.57 | |
莫勒格哈坎达 | 面积/km2 | 0.09 | 0.05 | 18.18 | 3.96 | 22.28 |
占比/% | 0.36 | 0.22 | 76.73 | 16.70 | 94.01 | |
卡洛特 | 面积/km2 | 0.00 | 1.25 | 1.52 | 2.70 | 5.47 |
占比/% | 0.00 | 19.87 | 24.17 | 42.93 | 86.97 | |
基赛 | 面积/km2 | 342.67 | 54.03 | 0.94 | 0.82 | 398.46 |
占比/% | 79.65 | 12.56 | 0.22 | 0.19 | 92.62 |
表7 各水电站修建前后库区边缘至1 km缓冲区内土地利用类型的面积及其占比Tab. 7 The area and proportion of land use types in the 1km buffer zone from the edge of the reservoir area before and after construction |
水电站 | 年份 | 类型 | 水域 | 草地 | 其他 | 林地 | 耕地 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
莫勒格哈坎达 | 2012 | 面积/km2 | 0.31 | 0.13 | 1.05 | 48.65 | 3.05 |
占比/% | 0.59 | 0.24 | 1.98 | 91.45 | 5.74 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.42 | 1.11 | 1.47 | 44.97 | 5.22 | |
占比/% | 0.79 | 2.09 | 2.76 | 84.53 | 9.82 | ||
麦洛维 | 2002 | 面积/km2 | 1.12 | 0.18 | 583.70 | 0.67 | 2.12 |
占比/% | 0.19 | 0.03 | 99.30 | 0.11 | 0.36 | ||
2018 | 面积/km2 | 7.07 | 1.28 | 544.62 | 1.20 | 33.62 | |
占比/% | 1.20 | 0.22 | 92.66 | 0.20 | 5.72 | ||
曼维莱 | 2011 | 面积/km2 | 1.12 | 0.49 | 0.32 | 43.47 | 2.96 |
占比/% | 2.31 | 1.01 | 0.66 | 89.90 | 6.13 | ||
2018 | 面积/km2 | 1.32 | 0.97 | 2.76 | 41.04 | 2.26 | |
占比/% | 2.73 | 2.01 | 5.71 | 84.88 | 4.67 | ||
尼鲁姆-杰卢姆 | 2008 | 面积/km2 | 0.22 | 5.94 | 0.38 | 6.75 | 1.69 |
占比/% | 1.47 | 39.64 | 2.54 | 45.06 | 11.28 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.16 | 4.15 | 0.80 | 8.23 | 1.66 | |
占比/% | 1.07 | 27.69 | 5.34 | 54.90 | 11.07 | ||
水津 | 2001 | 面积/km2 | 0.06 | 0.00 | 0.13 | 140.70 | 0.43 |
占比/% | 0.04 | 0.00 | 0.09 | 99.56 | 0.30 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.32 | 0.01 | 1.81 | 128.71 | 10.48 | |
占比/% | 0.23 | 0.00 | 1.28 | 91.07 | 7.42 | ||
维捷布斯克 | 2011 | 面积/km2 | 0.53 | 0.01 | 2.52 | 30.94 | 40.30 |
占比/% | 0.72 | 0.01 | 3.39 | 41.64 | 54.24 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.39 | 0.01 | 3.52 | 26.16 | 44.23 | |
占比/% | 0.52 | 0.01 | 4.74 | 35.20 | 59.52 | ||
中宋 | 2011 | 面积/km2 | 0.32 | 0.01 | 1.37 | 65.24 | 16.17 |
占比/% | 0.38 | 0.01 | 1.65 | 78.50 | 19.45 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.10 | 0.17 | 6.91 | 60.30 | 15.63 | |
占比/% | 0.12 | 0.20 | 8.31 | 72.55 | 18.81 |
表8 各水电站基本指标统计Tab. 8 Statistics of basic indicators of various hydropower stations |
水电站 | 库区面积 /km2 | 库区最小外接 正方形面积/km2 | 库区面积与最小外接 正方形面积占比/% | 平均宽度 /km | 缓冲区 范围/km |
---|---|---|---|---|---|
水津 | 74.73 | 755.64 | 0.10 | 2.13 | 中心点外扩20 |
中宋 | 7.50 | 304.89 | 0.02 | 0.17 | 库区边缘缓冲1 |
麦洛维 | 685.91 | 7866.92 | 0.09 | 3.78 | 库区边缘缓冲10 |
维捷布斯克 | 6.93 | 674.37 | 0.01 | 0.21 | 库区边缘缓冲1 |
尼鲁姆-杰卢姆 | 0.43 | 17.50 | 0.02 | 0.07 | 库区边缘缓冲1 |
拉格都 | 566.86 | 2731.76 | 0.21 | 10.45 | 中心点外扩30 |
曼维莱 | 13.40 | 117.21 | 0.11 | 0.72 | 库区边缘缓冲1 |
莫勒格哈坎达 | 23.69 | 110.76 | 0.21 | 1.01 | 中心点外扩10 |
卡洛特 | 6.29 | 296.37 | 0.02 | 0.28 | 库区边缘缓冲1 |
基塞 | 430.22 | 14 731.79 | 0.03 | 3.23 | 库区边缘缓冲10 |
表9 2018年各水电站缓冲区内植被覆盖度的面积及其占比Tab. 9 The area and proportion of vegetation coverage in the buffer zone of each hydropower station in 2018 |
水电站 | 类型 | 0~0.2 | 0.2~0.4 | 0.4~0.6 | 0.6~0.8 | 0.8~1.0 |
---|---|---|---|---|---|---|
水津 | 面积/km2 | 81.55 | 16.90 | 103.84 | 389.99 | 1007.72 |
占比/% | 5.10 | 1.06 | 6.49 | 24.37 | 62.98 | |
中宋 | 面积/km2 | 5.52 | 3.33 | 3.50 | 23.72 | 54.53 |
占比/% | 6.09 | 3.67 | 3.86 | 26.19 | 60.19 | |
麦洛维 | 面积/km2 | 4219.55 | 15.10 | 5.57 | 4.19 | 0.32 |
占比/% | 99.41 | 0.36 | 0.13 | 0.10 | 0.01 | |
维捷布斯克 | 面积/km2 | 6.41 | 1.17 | 4.85 | 26.80 | 42.02 |
占比/% | 7.89 | 1.44 | 5.96 | 32.99 | 51.72 | |
尼鲁姆-杰卢姆 | 面积/km2 | 0.39 | 0.68 | 2.10 | 8.31 | 3.95 |
占比/% | 2.51 | 4.41 | 13.59 | 53.87 | 25.63 | |
拉格都 | 面积/km2 | 422.06 | 88.34 | 65.99 | 1515.10 | 1508.50 |
占比/% | 11.72 | 2.45 | 1.83 | 42.09 | 41.90 | |
曼维莱 | 面积/km2 | 7.71 | 6.28 | 5.22 | 18.70 | 23.84 |
占比/% | 12.49 | 10.17 | 8.45 | 30.28 | 38.61 | |
莫勒格哈坎达 | 面积/km2 | 17.45 | 4.23 | 7.23 | 60.98 | 310.11 |
占比/% | 4.36 | 1.06 | 1.81 | 15.25 | 77.53 | |
卡洛特 | 面积/km2 | 1.38 | 2.52 | 8.18 | 31.90 | 13.58 |
占比/% | 2.39 | 4.38 | 14.22 | 55.42 | 23.59 | |
基塞 | 面积/km2 | 1330.53 | 2179.84 | 70.79 | 2.55 | 0.39 |
占比/% | 37.12 | 60.82 | 1.98 | 0.07 | 0.01 |
表10 各水电站修建前后库区边缘至1 km缓冲区内植被覆盖度的面积及其占比Tab. 10 The area and proportion of vegetation coverage in the 1km buffer zone from the edge of the reservoir area before and after the construction of each hydropower station |
水电站 | 年份 | 类型 | 0~0.2 | 0.2~0.4 | 0.4~0.6 | 0.6~0.8 | 0.8~1.0 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
莫勒格哈坎达 | 2012 | 面积/km2 | 0.42 | 1.62 | 5.30 | 26.66 | 19.20 |
占比/% | 0.79 | 3.05 | 9.96 | 50.11 | 36.09 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.04 | 0.19 | 1.20 | 6.27 | 45.51 | |
占比/% | 0.07 | 0.35 | 2.25 | 11.78 | 85.55 | ||
麦洛维 | 2002 | 面积/km2 | 585.43 | 1.08 | 1.09 | 0.18 | 0.01 |
占比/% | 99.60 | 0.18 | 0.19 | 0.03 | 0.00 | ||
2018 | 面积/km2 | 576.83 | 8.84 | 1.51 | 0.58 | 0.03 | |
占比/% | 98.14 | 1.50 | 0.26 | 0.10 | 0.01 | ||
曼维莱 | 2011 | 面积/km2 | 0.32 | 1.12 | 11.96 | 26.09 | 8.85 |
占比/% | 0.66 | 2.32 | 24.75 | 53.97 | 18.31 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.62 | 2.31 | 3.54 | 18.14 | 23.74 | |
占比/% | 1.29 | 4.77 | 7.32 | 37.52 | 49.10 | ||
尼鲁姆-杰卢姆 | 2008 | 面积/km2 | 0.18 | 0.94 | 3.85 | 7.50 | 2.52 |
占比/% | 1.19 | 6.25 | 25.70 | 50.05 | 16.81 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.12 | 0.57 | 2.05 | 8.29 | 3.95 | |
占比/% | 0.83 | 3.82 | 13.66 | 55.34 | 26.35 | ||
水津 | 2001 | 面积/km2 | 0.09 | 0.06 | 0.44 | 29.70 | 111.03 |
占比/% | 0.06 | 0.04 | 0.31 | 21.02 | 78.57 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.04 | 0.23 | 2.35 | 32.07 | 106.63 | |
占比/% | 0.03 | 0.16 | 1.66 | 22.70 | 75.46 | ||
维捷布斯克 | 2011 | 面积/km2 | 0.76 | 2.12 | 19.95 | 42.14 | 9.35 |
占比/% | 1.02 | 2.85 | 26.85 | 56.70 | 12.58 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.81 | 0.50 | 4.46 | 26.55 | 41.99 | |
占比/% | 1.09 | 0.67 | 6.00 | 35.73 | 56.51 | ||
中宋 | 2011 | 面积/km2 | 0.33 | 1.01 | 6.36 | 26.84 | 48.57 |
占比/% | 0.39 | 1.22 | 7.65 | 32.30 | 58.44 | ||
2018 | 面积/km2 | 0.65 | 1.47 | 2.99 | 23.54 | 54.46 | |
占比/% | 0.78 | 1.76 | 3.60 | 28.33 | 65.53 |
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