基于GIS的滇池流域人居環(huán)境適宜性評價研究*

霍震,李亞光

（北京林業(yè)大學水土保持學院,北京 100083）

人居環(huán)境作為人類聚居、生活生產(chǎn)的主要場所,很早就引起學者的關(guān)注。1958年,希臘學者道薩迪亞斯(C.A.Doxiadis)創(chuàng)建了人類聚居科學,對人類生活環(huán)境等問題作了大量基礎(chǔ)研究[1]。1995年清華大學正式成立了“人居環(huán)境研究中心”,并展開系列研究[2]。吳良鏞先生參照道氏學說,將人居環(huán)境系統(tǒng)劃分為五大系統(tǒng):自然系統(tǒng)、人類系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、居住系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)[3]。圍繞這五大系統(tǒng),不同領(lǐng)域的學者以不同的視角展開研究,人居環(huán)境已日益成為建筑、規(guī)劃、地理、環(huán)境等學科所關(guān)注的熱點[1-4]。

隨著社會發(fā)展中一系列生態(tài)環(huán)境問題的普遍出現(xiàn),從區(qū)域及更宏觀的尺度探討自然地理因子所形成的復(fù)雜自然系統(tǒng)與人類聚居之間的關(guān)系,定量表達區(qū)域人居環(huán)境的綜合自然背景,并以此指導區(qū)域發(fā)展定位,實現(xiàn)人口、資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展成為可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。同時,GIS技術(shù)的快速發(fā)展,也為多要素、綜合定量研究提供了可能[5-6]。

以滇池流域為研究區(qū)域,在借鑒大量研究資料基礎(chǔ)上,從城市濕地環(huán)境的角度出發(fā),討論城市濕地對城市人居環(huán)境影響的推動和制約效應(yīng),建立滇池流域人居環(huán)境適宜性評價指標體系,運用GIS技術(shù),依據(jù)各項指標等級的劃分標準進行綜合評價,并繪制評價等級圖。以期為城市人居環(huán)境建設(shè)及其與城市濕地的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學依據(jù)和決策支持,并且為不同地區(qū)城市濕地區(qū)域人居環(huán)境適宜性評價提供參考。

1 研究區(qū)概況

滇池是我國著名的高原淡水湖泊,位于云貴高原中部,屬長江流域金沙江水系,地處長江、珠江、紅河三大河流水系的分水嶺地帶,由于其處于昆明市主城區(qū)下游,因此對昆明市經(jīng)濟社會的發(fā)展和宜人氣候的形成起著重要作用。滇池流域是云南省的政治、經(jīng)濟、文化中心和交通樞紐,總面積2 920 km2,雖然僅占全市面積的13.8%,占全省面積的0.78%,卻是云南省經(jīng)濟最發(fā)達、人口最集中、城市化水平最高的區(qū)域。滇池是昆明市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)平衡的核心,具有防洪、工農(nóng)業(yè)用水、氣候調(diào)節(jié)、運輸、旅游等多項功能。

滇池流域?qū)儆诘嶂懈咴瓟嘞輼?gòu)造盆地地貌類型,沿滇東斷裂帶形成昆明-玉溪盆地,地層斷陷形成滇池。主要入滇池河流有盤龍江、東白沙河、寶象河、馬料河、撈魚河、梁王河、大河、柴河、東大河、西北沙河、新河、運糧河等,新河和運糧河主要為昆明排污河道,各河流呈向心狀注入滇池。滇池唯一出湖河道為?？诤?由滇池西南的海口(西山區(qū))中灘起,匯入金沙江水系,?？诤釉谖魃絽^(qū)?？阪?zhèn)段稱?？诤?流經(jīng)安寧、西山谷律鄉(xiāng),至富民縣永定大橋段稱螳螂川;永定大橋以下至匯入金沙江段稱普渡河[7-8]。

2 數(shù)據(jù)來源

本文使用的數(shù)據(jù)包括:2005年滇池流域l∶10萬DEM 數(shù)據(jù),由中科院遙感所提供;滇池流域2005年土地利用數(shù)據(jù)和2000年土壤侵蝕數(shù)據(jù),分別來自全國土地利用數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)和全國土壤侵蝕數(shù)據(jù)分類系統(tǒng),原圖為Arc/info矢量數(shù)據(jù),比例尺1∶10萬,是以陸地衛(wèi)星TM/ETM+、CBERS等數(shù)據(jù)為主要信息源建設(shè)完成的;2006年的《昆明年鑒》、《昆明統(tǒng)計年鑒》、《中國城市年鑒》以及昆明市環(huán)保局提供的相關(guān)圖件和資料等。

3 理論演繹

3.1 城市濕地

濕地是指天然或人工、長久或暫時的沼澤地、泥炭地或水域地帶,帶有或靜止或流動或為淡水、半咸水或咸水的水體,包括低潮時水深不超過6 m的水域[9]。較發(fā)達的城市都難以再找到建城初期那種原始的天然濕地,因此分類學上將城市濕地定位于人工濕地、半人工濕地與自然濕地的復(fù)合體[10]。主要包括濱海濕地、河流濕地、湖泊濕地和沼澤濕地4種類型。城市濕地不一定有固定的地域界限,城市中錯綜復(fù)雜的水溝、小溪、人工水池、河流、湖泊等都是城市濕地的類型,它們可能相互聯(lián)系、共同作用,影響著城市人居環(huán)境的質(zhì)量。因此認為城市濕地是分布于城市中的各類濕地,能夠為城市和城市居民提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

3.2 城市濕地對城市人居環(huán)境的影響

城市濕地對城市人居環(huán)境的影響是一個復(fù)雜的過程。一方面,城市人居環(huán)境的發(fā)展受惠于城市濕地,城市濕地以其富有生機的濕地多樣性、健康的綜合服務(wù)功能等為城市人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻;另一方面,城市人居環(huán)境的發(fā)展也受制于城市濕地,隨著濕地本身情況的不同和人類作用下產(chǎn)生的不良變化,可能會給城市人居環(huán)境帶來制約因子和不利因素。而這兩種關(guān)系往往是共存的,并且是一個長期變化的過程。

另外,城市濕地的類型、分布狀況以及數(shù)量配置的差異等等,都會對城市人居環(huán)境系統(tǒng)造成不同程度的影響。所以城市濕地保護與合理規(guī)劃十分重要,不能盲目地對濕地進行開發(fā),要制定行之有效的措施,根據(jù)濕地對人居環(huán)境的影響情況進行階段性的引導和規(guī)劃,充分發(fā)揮濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能,以推動城市人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[11]。

3.3 滇池流域人居環(huán)境適宜性評價理論

滇池是一個大型淺水天然湖泊,水面面積292 km2,平均水深4.4 m,具有濕地系統(tǒng)的屬性.滇池濕地為湖泊濕地類型,由湖泊及岸邊湖濱低地所構(gòu)成,這類濕地多有蘆葦塘濕草甸。湖泊濕地是魚類和鳥類重要的繁殖地和棲息地,是淡水魚類的主要生產(chǎn)基地[12]。因此,只有滇池濕地健康運行,才能對調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候、保障農(nóng)牧漁業(yè)生產(chǎn)、提供人類休歇環(huán)境等諸多方面都起到重要的作用,一旦滇池濕地功能退化,其帶來的影響將直接制約滇池流域人居環(huán)境的建設(shè)與發(fā)展。

鑒于這種滇池濕地對滇池流域人居環(huán)境質(zhì)量的推動與制約效應(yīng),本文將滇池流域人居環(huán)境適宜性評價劃分為滇池流域自然性和脆弱性評價兩方面的內(nèi)容。其中,自然性評價選取滇池流域的坡度、地形起伏度和土地利用類型等3個指標,脆弱性評價選取人均GDP水平、土壤侵蝕強度和磷礦污染輻射分布等3個指標。

4 滇池流域自然性評價

滇池流域自然性評價是滇池流域人居環(huán)境適宜性評價的基礎(chǔ),為城市人居環(huán)境的合理規(guī)劃提供依據(jù)。

4.1 坡度

坡度是用來表述局部地表坡面在空間的傾斜程度。坡度的大小直接影響著地表物質(zhì)的流動與能量轉(zhuǎn)換的規(guī)模與強度,是制約生產(chǎn)力空間布局的重要因子[13]。以滇池流域1∶10萬DEM 數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ),根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準(SL190-96)》,將滇池流域分為≤5°、5°～ 8°、8°～ 15°、15°～ 25°、25°～35°和≥35°等 6個土地坡度,在ArcGIS生成滇池流域坡度圖(附圖8),坡度越低分值越高。

4.2 地形起伏度

地形起伏度為中國人居環(huán)境自然評價的重要指標之一,服務(wù)于大尺度全國人居自然環(huán)境評價工作[14]。參考牛文元等地形起伏度的提取方法[15],本文將地形起伏度定義為

式中:RDLS——地形 起 伏 度;max(H)和min(H)——區(qū)域內(nèi)的最高與最低海拔(m);P(A)——區(qū)域內(nèi)的平地面積(km2);A——區(qū)域總面積。本文為區(qū)域尺度的人居環(huán)境自然評價服務(wù),確定5 km×5 km柵格為區(qū)域單元,地形起伏度越大,分值越低(附圖9)。

4.3 土地利用現(xiàn)狀

滇池流域土地總面積為2 920 km2,其中耕地面積56 384.76 hm2,占總面積的19.31%,耕地中水澆地10 613.66 hm2、梯坪地 11 601.65 hm2、水田18 249.18 hm2、坡耕地 15 920.27 hm2;林地99 336.04 hm2,占總面積的34.02%,其中喬木林45 254.04 hm2,灌木林 18 843.65 hm2,經(jīng)濟林8 796.8 hm2,疏幼林26 441.55 hm2;草地3 473.21 hm2,占總面積的1.19%;果園13 477.33 hm2,占總面積的4.62%;水域38 643.62 hm2,占總面積的13.81%;未利用地44 390.55 hm2,占總面積的15.20%,其中荒山荒坡28 719.26 hm2、難利用地7 988.77 hm2、其他用地 7 682.53 hm2;城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點、工交道路及工礦用地34 604.96 hm2,占總面積的11.85%[8]。

通過地理信息判別,可直觀地得到滇池流域土地利用現(xiàn)狀(附圖10)。容易發(fā)現(xiàn),各種土地利用類型對滇池流域人居環(huán)境適宜性也存在一定的影響,可以根據(jù)用地類型給各種類型賦值,如水域、林地、草地為比較適宜區(qū),城鄉(xiāng)、工礦用地及耕地適宜性相對較差。

5 滇池流域脆弱性評價

滇池流域脆弱性評價是滇池流域人居環(huán)境適宜性評價的重要環(huán)節(jié),主要研究滇池流域人類活動對其造成影響的重要制約因素,對城市規(guī)劃部門、城市管理和建設(shè)設(shè)計部門具有重要的參考價值。

5.1 人均GDP

滇池流域是云南省政治、經(jīng)濟、文化中心,涉及五華、盤龍、西山、官渡、呈貢、晉寧、嵩明等7個區(qū)縣的42個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和尋甸縣、澄江縣小部分,共44個鄉(xiāng)鎮(zhèn),土地總面積2 920 km2。滇池在昆明市和云南省有著特殊的地位,其流域內(nèi)農(nóng)業(yè)及工業(yè)總產(chǎn)值分別占全市的78.9%和82.2%,而昆明市的農(nóng)業(yè)及工業(yè)總產(chǎn)值分別占全省的32%和44%[7]。滇池環(huán)境急劇惡化的階段,正好是昆明市工業(yè)化、城市化迅速發(fā)展的階段,強烈的發(fā)展愿望使得滇池流域承載著過重的生態(tài)負擔。因此,滇池流域工業(yè)化越高的區(qū)域,也是脆弱性越高的區(qū)域(附圖11)。

5.2 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)滇池流域土壤侵蝕遙感調(diào)查成果,滇池流域總面積2 920 km2,無明顯流失面積 2 166.74 km2,占總面積的74.77%;水土流失面積736.84 km2,占總面積的 25.23%。其中輕度流失面積371.03 km2,占總面積的12.79%,占水土流失面積的50.35%;中度流失面積307.84 km2,占總面積的10.54%,占水土流失面積的41.78%;強度流失面積55.75 km2,占總面積的1.91%,占水土流失面積的7.57%;極強度流失面積2.21 km2,占總面積的0.08%,占水土流失面積的0.3%。年土壤侵蝕總量為283.1萬t,土壤侵蝕模數(shù)為994 t/(km2?a),年平均剝蝕厚度0.74 mm/a(按土容重為1.35 g/cm3計算)。山區(qū)、半山區(qū)年侵蝕總量為272.78×104t,侵蝕模數(shù)為1 359 t/(km2?a),年平均剝蝕厚度為1.00 mm[8]。通過地理信息判別,可得出滇池流域土壤侵蝕分類(附圖12)。

5.3 礦區(qū)污染問題

滇池流域具有豐富的磷礦、鋁礦等資源,國家更是要建設(shè)為全國最大的磷礦基地[16]。但是,礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境隨著礦區(qū)的開發(fā)也遭受了嚴重的破壞。礦山開采形成大面積的采空區(qū)和塌陷區(qū),植被大面積被破壞,致使地表完全裸露,生物生產(chǎn)力喪失,蓄水保土能力降低,生態(tài)系統(tǒng)功能嚴重削弱甚至完全喪失[7]?？紤]到距離磷礦越遠,脆弱性越小,使用Spatial Analyst中的直線距離函數(shù)Straight-Line Distance,量測每一單元到最近磷礦的直線距離,采用等間距分級分為6級,距離磷礦越近,分值越低(附圖13)。

就本次調(diào)查成果看,流域內(nèi)各縣(區(qū))水土流失嚴重的區(qū)域除陡坡耕地外,又以礦產(chǎn)資源開發(fā)區(qū)為重,例如晉寧縣的古城鎮(zhèn)、西山區(qū)的碧雞和呈貢縣的松山頂、關(guān)坡山、雞叫山和橫沖水庫一帶嚴重的水土流失,均與磷礦資源的開采有著密切的關(guān)系。另外流域內(nèi)廣泛分布有鋁礦、鐵礦和石灰石等,尤其是作為主要建筑原材料的石灰?guī)r在流域內(nèi)的廣泛分布,形成大量的采石場,部分石場開采未按水土保持有關(guān)規(guī)范進行,也是造成嚴重的水土流失的一個重要原因。

6 滇池流域人居環(huán)境適宜性評價

滇池流域人居環(huán)境適宜性評價是在滇池流域自然性評價和脆弱性評價基礎(chǔ)上進行的綜合評價,其綜合反映滇池流域人居環(huán)境的好壞,評價結(jié)果對政府決策部門進行城市規(guī)劃、建議和整改具有重要的價值。

6.1 權(quán)重確定

在滇池流域自然性和脆弱性評價的基礎(chǔ)上,利用SPSS 16.0軟件,對滇池流域坡度、地形起伏度、土地利用現(xiàn)狀、人均GDP、土壤侵蝕強度和磷礦分布等各單因子與人口密度(附圖14)的相關(guān)性進行了分析,根據(jù)單項指標與人口密度的相關(guān)系數(shù)占各因子相關(guān)系數(shù)總和的比例[17],確定了滇池流域各單項指標的權(quán)重(表1),經(jīng)過專家鑒定和評價結(jié)果核實,權(quán)重取值符合專家意愿。

表1 各單項指標與人口密度的相關(guān)系數(shù)及其權(quán)重

6.2 評價結(jié)果與討論

結(jié)合以上分析,經(jīng)ArcGIS柵格疊加分析,生成滇池流域人居環(huán)境適宜性分級評價圖(附圖15)。結(jié)果表明:(1)滇池流域人居環(huán)境適宜程度整體呈現(xiàn)出南北兩端較差,中部地區(qū)較好的分布趨勢。(2)高度適宜區(qū)主要分布在昆明市周邊西山區(qū)、五華區(qū)、盤龍區(qū)和官渡區(qū)及環(huán)滇池濕地區(qū)域,土地面積約為1 020 km2,約占流域總面積的35%,說明昆明市社會經(jīng)濟發(fā)展水平對滇池流域人居環(huán)境適宜性有較大影響;滇池濕地生態(tài)服務(wù)功能不明顯,基本符合滇池污染嚴重的現(xiàn)狀。(3)滇池流域北部及南部地區(qū)人居環(huán)境適宜性相對較差,坡耕地等農(nóng)業(yè)用地約為33 000hm2,占流域總農(nóng)業(yè)用地的68%,磷礦污染程度、土地利用類型、土壤侵蝕強度、地形起伏度及坡度對滇池流域人居環(huán)境適宜性都有一定影響。其中,磷礦、采石場等污染源的影響尤為明顯,土地利用類型、土壤侵蝕強度次之。

7 結(jié)論

以滇池流域為研究單元,從城市濕地環(huán)境的角度出發(fā),通過討論城市濕地對城市人居環(huán)境影響的推動和制約效應(yīng),分別選取滇池流域自然性和脆弱性兩方面的評價指標,基于ArcGIS 9.2數(shù)據(jù)處理平臺,從區(qū)域尺度對滇池流域進行人居環(huán)境適宜性評價。評價結(jié)果較好地反映了滇池流域人居環(huán)境適宜性的特征,定量揭示了滇池流域自然性和脆弱性各單項指標的空間分布格局,具有較好的實用性,為城市人居環(huán)境建設(shè)及其與城市濕地的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學依據(jù)和決策支持,也可為其他地區(qū)城市濕地區(qū)域人居環(huán)境適宜性評價提供參考。

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