一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法

技术领域

本发明涉及生态环境影响评价技术领域，尤其涉及一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法。

背景技术

随着经济、城镇化建设的持续快速发展，全社会用电需求亦快速增长，为满足经济社会发展和能源资源更大范围的优化配置需要。大型输变电工程建设大力开展，电网建设规模和强度逐渐增加，一方面对完善社会基础设施建设、均衡区域经济发展、提高人民生活水平发挥着重要作用，另一方面，输变电工程的生态环境影响问题也日益显现，逐渐成为公众关心和关注的问题。

从生态角度看，输变电工程等工程建设是按照人类需要建立起来的人工生态系统，从某种意义上是对自然生态系统的改造和入侵。

保护生态环境是发展生态文明不可或缺的组成部分。正确认知、科学评价生态环境现状，把握生态环境动态变化规律，完善工程建设生态影响评价方法研究，指导工程建设的生态化发展，是加强生态文明建设、保护生态环境的必然基础。

大型输变电工程跨越距离可达数千公里，主要的生态影响来自于长距离的线性阻隔作用(肖峻等，2012)。长距离的线状分布及大规模的电网交织特征，还可能促成多种空间尺度上的差异化影响。大尺度上，影响主要体现于工程对沿线区域造成的整体土地利用及景观格局变化；中尺度上，影响主要来自对林地、草地等沿线片状分布的不同类型生态系统的生态效应(穆彬等，2007)；在较小尺度上，由于线路常穿(跨)越小块状分布的生态敏感区，可对敏感区物种、栖息地生境、等造成影响，在生态环评工作中，敏感区尺度的生态影响评价也是不可忽视重要部分。因此，研究与评价长距离输变电工程的生态影响与生态效应时，应全面考虑景观、生态系统、敏感区三个尺度，以便形成一种系统化的影响分析与判定方法。

因此，提出一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法，可以面考虑景观、生态系统、敏感区三个尺度对生态的影响，实现了输变电工程生态影响单要素评价到综合评价的转变，丰富了生态影响评价的方法体系。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法，具体步骤包括：

S1、数据获取步骤：通过遥感解译或现场调查获取待评价区域评价基准年与目标年的数据，作为源数据；

S2、数据分析步骤：对获取的源数据从宏观尺度、中观尺度和小尺度进行分析分类处理；

S3、层次结构搭建步骤：基于层次分析法，结合评价指标或准则，构造输变电工程多尺度生态影响评价的层次结构；

S4、计算单尺度数据步骤：利用S2中分类好的数据计算各单尺度评价指标的变化率，结合S3中层次分析赋值加权求和，计算各单尺度的生态影响指数；

S5、多尺度模型构建步骤：基于单尺度的生态影响指数，依据层次分析的赋权结果，建立多尺度生态影响综合指数模型；

S6、影响判定等级步骤：根据多尺度生态影响综合指数对评估结果进行划分。

上述的方法，可选的，S2中的宏观尺度为景观尺度生态影响判定第一准则，由土地利用第二准则和景观格局第二准则组成。

上述的方法，可选的，S2中的中观尺度为生态系统尺度生态影响判定第一准则，由四种典型生态系统第二准则组成，四种典型生态系统第二准则包括：林地生态系统第二准则、草地生态系统第二准则、农田生态系统第二准则和湿地生态系统第二准则。

上述的方法，可选的，S2中的小尺度为敏感区尺度生态影响判定第一准则，由四类生态敏感区第二准则组成，四类生态敏感区第二准则包括自然保护区第二准则、饮用水源地第二准则、风景名胜区第二准则和世界遗产地第二准则。

上述的方法，可选的，S3中的层次结构搭建步骤具体包括以下内容：

将生态影响判定作为层次分析的总目标层，景观尺度生态影响判定、生态系统尺度生态影响判定、敏感区尺度生态影响判定作为评价准则层；土地利用、景观格局、典型生态系统及四类生态敏感区为二级准则层；最下层为各准则层下的详细评价指标层。

上述的方法，可选的，S4中的计算单尺度数据步骤具体包括以下内容：

(1)计算各尺度评价指标的参数变化率；

(2)对所有参数的变化率进行数据标准化；

(3)计算各尺度的生态影响指数。

上述的方法，可选的，各尺度评价指标景观格局是在自然或人为因素驱动下，由不同大小、形状、类别的景观元素按照一定的组合形式和排列关系共同形成的景观元素集合，其具有复杂的空间结构和内部作用机制。

上述的方法，可选的，S5中多尺度模型构建步骤具体内容包括：

生态影响综合指数是由各项单一评价指标的变化率的标准值加权求和所得，计算公式如下：

I＝∑I

式中，L、E、S分别代表景观尺度、生态系统尺度及敏感区尺度，I表示生态影响综合指数，I

上述的方法，可选的，S6中的影响判定等级步骤具体包括以下内容：

生态影响综合指数是所有评价指标变化率的一种综合表征形式，其取值范围为0-1；根据均分法，最终将生态影响指数的等级划分为五个描述等级。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法，具有以下有益效果：

1、本申请公开的一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法，有利于促进学界重视对输变电工程的生态影响研究，突破多尺度整合的综合影响评价方法，进一步完善输变电工程生态影响分析与评价的科学方法体系；

2、具有重要的应用实践意义，有利于指导电网建设布局以及生态影响防控措施和生态保护措施的有效实施，服务于生态文明建设，服务于输变电工程的生态恢复与管理实践；

3、多尺度生态影响评价方法定量整合了景观、生态系统和敏感区3个尺度，实现了输变电工程生态影响单要素评价到综合评价的转变，丰富了生态影响评价的方法体系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法流程图；

图2为本发明公开的一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法层次结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

参照图1所示，本发明公开的一种基于层次结构的多尺度输变电工程生态影响评价方法，具体步骤包括：

S1、数据获取步骤：通过遥感解译或现场调查获取待评价区域评价基准年与目标年的数据，作为源数据；

S2、数据分析步骤：对获取的源数据从宏观尺度、中观尺度和小尺度进行分析分类处理；

S3、层次结构搭建步骤：基于层次分析法，结合评价指标或准则，构造输变电工程多尺度生态影响评价的层次结构；

S4、计算单尺度数据步骤：利用S2中分类好的数据计算各单尺度评价指标的变化率，结合S3中层次分析赋值加权求和，计算各单尺度的生态影响指数；

S5、多尺度模型构建步骤：基于单尺度的生态影响指数，依据层次分析的赋权结果，建立多尺度生态影响综合指数模型；

S6、影响判定等级步骤：根据多尺度生态影响综合指数对评估结果进行划分。

进一步的，S2中的宏观尺度为景观尺度生态影响判定第一准则，由土地利用第二准则和景观格局第二准则组成。

具体的，景观尺度为顶级空间尺度，它集合了不同生态系统单元和景观要素，承载了整个“面”的生态过程与格局，在宏观尺度上，表现出对景观尺度的土地利用与景观格局变化的驱动性。

更进一步的，景观格局是在自然或人为因素驱动下，由若干个不同大小、形状、类别的景观元素按照一定的组合形式和排列关系共同形成的景观元素集合，其具有复杂的空间结构和内部作用机制。研究或评估景观格局的空间特征及其变化规律，一般采用景观指数法。基于景观指数，可了解研究区的景观特征现状和土地利用格局，分析区域景观格局变化、土地利用驱动因子及发展趋势。

实例工程我国特高压格局的主要线路之一，投运后以每年370亿千瓦时的电量向中原输送，是中长期西北内陆地区电力东进外输的重要大通道。工程项目里程跨度较大，长达2210km，沿途涉及新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南六省区的40多个区县。

土地利用变化指标用年均土地利用动态度K

景观格局变化指标如表1：

表1景观格局变化指标

景观格局分析主要基于Fragstats软件平台自主导建模型得到各区工程前后景观指数及其变化核算情况。选取50m的景观粒度实施栅格化分析并提取最终tiff数据，导入模型计算工程前后各指标参数值及其变化量、变化率，以作为景观格局变化定量评估的依据。

表2-1研究区工程前后景观指数对照

注：T

表2-2研究区工程前后景观指数变化的量化核算

注：△X表示该项指标的变化量；△V表示该项指标的变化率。

进一步的，S2中的中观尺度为生态系统尺度生态影响判定第一准则，由四种典型生态系统第二准则组成，四种典型生态系统第二准则包括：林地生态系统第二准则、草地生态系统第二准则、农田生态系统第二准则和湿地生态系统第二准则。

具体的，结合前述的生态系统结构、功能及多样性评价指标体系，基于沿线的植被样方调查数据，对项目建设前后的各项指标逐一计算。生态系统评价指标如表3：

表3生态系统尺度评价指标

进一步的，S2中小尺度指的是敏感区尺度生态影响判定第一准则，由四类生态敏感区第二准则组成，四种生态敏感区第二准则包括自然保护区第二准则、饮用水源地第二准则、风景名胜区第二准则和世界遗产地第二准则。

具体的，敏感区尺度评价指标如表4：

表4敏感区尺度评价指标

进一步的，S3中层次结构搭建步骤具体内容包括：

将生态影响判定作为层次分析的总目标层，景观尺度生态影响判定、生态系统尺度生态影响判定、敏感区尺度生态影响判定作为评价准则层；土地利用、景观格局、典型生态系统及四类生态敏感区为二级准则层；最下层为各准则层下的详细评价指标层。如图2。

具体的，层次分析结构，通过两两比较法，由上而下地逐级构造判断矩阵。从B→C的赋权，对于景观尺度，分土地利用与景观格局两次重要性判断流程，即B1-1→C1-1～C1-4和B1-2→C2～C7，其中C1-1～C1-4分别为林地、草地、耕地、水域的K

表5各层级间一致性检验结果

为方便计算各评价尺度的生态影响指数和进行尺度间评价结果比较，将各指标最大特征值对应的特征向量(即权重值)在单一尺度水平上进行层次总排序。表6-1、6-2、6-3和6-4为各评价尺度权重、景观尺度指标权重详情、生态系统尺度指标权重详情、敏感区尺度指标权重详情。

表6-1各评价尺度权重

表6-2景观尺度指标权重详情

表6-3生态系统尺度指标权重详情

表6-4敏感区尺度指标权重详情

进一步的，S4中计算单尺度数据步骤具体内容包括：(1)计算各尺度评价指标的参数变化率；

(2)对所有参数的变化率进行数据标准化；

(3)计算各尺度的生态影响指数。

具体的，

(1)计算各尺度评价指标的参数变化率

式中，L，E，S分别代表景观尺度、生态系统尺度及敏感区尺度，V

(2)对所有参数的变化率进行数据标准化

由于参数变化率的取值范围无上限，在界定指标对应的范围等级时，存在较大难度。因此采取标准化处理将其转化为取值为0-1的数据，

式中，L，E，S分别代表景观尺度、生态系统尺度及敏感区尺度，表示工程前后k尺度下第i个评价指标参数变化率经标准化处理后的具体数值，表示工程建设前后k尺度下第i个评价指标的参数变化率的实际值，表示所有值的最大项取值。

(3)计算各尺度的生态影响指数

式中，L，E，S分别代表景观尺度、生态系统尺度及敏感区尺度，表示k尺度的生态影响指数，表示工程建设前后k尺度下第i个评价指标的参数变化率的经标准化转换的数值，表示k尺度下第i个评价指标的权重。

进一步的，各尺度评价指标景观格局是在自然或人为因素驱动下，由不同大小、形状、类别的景观元素按照一定的组合形式和排列关系共同形成的景观元素集合，其具有复杂的空间结构和内部作用机制。

进一步的，S5中多尺度模型构建步骤具体内容包括：

生态影响综合指数是由各项单一评价指标的变化率的标准值加权求和所得，计算公式如下：

I＝∑I

式中，L，E，S分别代表景观尺度、生态系统尺度及敏感区尺度，I表示生态影响综合指数，I

具体的，各尺度的权重确定很关键，不同工程的线路长度不一，涉及的评价范围存在差异，在不同尺度评价的重要性上也会有差异。敏感区尺度是输变电工程最重要的评价尺度，相较于一般区域而言，敏感区域的生态影响应当首先被关注，尤其对于较小规模、较短距离的输变电项目，景观尺度的评价重要性往往不高，生态影响的综合判定应当主要集中在敏感区尺度和生态系统尺度上；对于大规模，长距离的输变电工程，可跨越多个生态亚区，沿线生态条件及景观结构丰富复杂、变化强烈，使输变电工程的景观生态效应呈现区域差异化及累积效应，景观影响评价的重要性则随之升高，对于此类输变电工程，在保证敏感区尺度的第一重要性的基础上，需弱化一般生态系统尺度的权重。据此，将输变电项目分两类处理，跨越3个及以上生态亚区的类型及仅跨越1～2个生态亚区的类型，设定差异化权重赋值的参考排序，见表7。

表7不同类型的输变电项目权重赋值的参考排序

进一步的，S6中影响判定等级步骤具体内容包括：

生态影响综合指数是所有评价指标变化率的一种综合表征形式，其取值范围为0-1。根据均分法，最终将生态影响指数的等级划分为五个描述等级。

见表8，

表8单(多)尺度生态影响判定等级

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。