基于GIS的聊城市生態(tài)敏感性分析研究

摘 要：生態(tài)敏感性研究是城市規(guī)劃的基礎(chǔ)分析和重要的規(guī)劃依據(jù)，對(duì)城市發(fā)展規(guī)模、發(fā)展方向、用地布局起著重要的支撐作用。文章基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間分析平臺(tái)，選取高程、坡度、植被覆蓋、水文、土地、地質(zhì)條件等多個(gè)因子，構(gòu)建生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過層次分析法（AHP）確定各評(píng)價(jià)因子權(quán)重值，采用多因子評(píng)價(jià)法對(duì)聊城市進(jìn)行生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)研究。對(duì)不同等級(jí)敏感區(qū)域提出保護(hù)與發(fā)展的建議，為聊城市城鄉(xiāng)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：GIS生態(tài)敏感性；多因子評(píng)價(jià)法；聊城市

生態(tài)敏感性，是指在不損失或不降低環(huán)境質(zhì)量的前提下，生態(tài)因子對(duì)外界壓力或變化的適應(yīng)能力[1-2]。生態(tài)敏感性研究可以反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在遭受外界干擾時(shí)，發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題可能性的大小，以及進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的難易程度。生態(tài)敏感性越強(qiáng)，對(duì)外界的干擾越敏感，遭受生態(tài)環(huán)境破壞后修復(fù)的難度就越大。通過生態(tài)敏感性研究可以明確研究區(qū)域現(xiàn)狀自然環(huán)境背景下潛在的生態(tài)環(huán)境問題，并落實(shí)到空間上，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和城市發(fā)展建設(shè)提供可實(shí)施的策略及依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

聊城市地處山東省西部，京杭大運(yùn)河畔，東倚岱岳與濟(jì)南市相連，西以衛(wèi)運(yùn)河為界與冀南、豫北接壤，北與德州市毗鄰，南濱黃河與水泊梁山隔河相望。地處北緯35°47'～37°02'、東經(jīng)115°16'～116°32'之間，京九鐵路縱貫?zāi)媳?，邯?jì)鐵路、濟(jì)聊館高速公路橫穿東西。境域南北長(zhǎng)138公里，東西寬114公里，總面積8715平方公里，總?cè)丝跒?90.89萬人。

聊城市屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有顯著的季節(jié)變化和季風(fēng)氣候特征。年平均氣溫12.8～13.4℃，無霜期193～201天，年平均日照時(shí)數(shù)為2463.0～2740.8小時(shí)，年平均日照率為56～62%，年平均降水量為567.7～637.3毫米，東部、東南部多于西部、西北部，年平均地溫15.4℃。

聊城市境內(nèi)地形較為平緩，除東阿縣沿黃河一帶有十余座石灰?guī)r剝蝕殘丘外，其余皆為黃河沖積平原。地勢(shì)自西南向東北逐漸傾斜，海拔高度在22.8-47.8米之間，莘縣西南部最高，海拔49米，高唐縣的東北部最低，海拔27.5米。聊城市地貌主要為河灘高地、決口扇形地、緩平坡地、淺平洼地、背河槽狀洼地、沙質(zhì)河槽地六種類型。聊城市主要河流為黃河、徒駭河、馬頰河、衛(wèi)運(yùn)河、金堤河及小運(yùn)河，境內(nèi)除黃河、金堤河屬黃河水系外，其余均屬海河水系。聊城市地勢(shì)平坦，土層較厚，沙粘適中，墾殖率高，灌溉條件優(yōu)越，適合多種作物生長(zhǎng)。境內(nèi)土壤分為褐土、潮土、鹽土和風(fēng)沙土四類。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

生態(tài)環(huán)境問題的形成是多個(gè)因子綜合作用的結(jié)果，在生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)時(shí)，常采用多因子綜合評(píng)定法。為使構(gòu)建的指標(biāo)體系既能準(zhǔn)確描述區(qū)域的生態(tài)敏感性，又能保證建模和運(yùn)算的可能性，對(duì)于評(píng)價(jià)因子的選取，遵循以下原則[3-4]：

（1）代表性和科學(xué)性原則。選取的指標(biāo)盡可能反映城市自然景觀資源與生態(tài)狀況，并能夠?qū)φw評(píng)價(jià)和后期規(guī)劃設(shè)計(jì)工作具有指導(dǎo)意義；

（2）可操作性原則。所選取的指標(biāo)應(yīng)在數(shù)據(jù)收集上具有可操作性，數(shù)據(jù)能夠被準(zhǔn)確搜集，并且數(shù)據(jù)對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義；

（3）區(qū)域完整性原則。生態(tài)敏感性分區(qū)從理論上講，不可能和行政區(qū)劃相一致，但人類活動(dòng)受到行政區(qū)劃的強(qiáng)烈影響，在資料獲取和生態(tài)敏感性分析時(shí)主要以行政區(qū)域?yàn)榛締卧M(jìn)行。

根據(jù)對(duì)聊城市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究，選取對(duì)城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)影響最大的五個(gè)因素作為生態(tài)敏感評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)，包括：地形地貌、地質(zhì)安全與水土保持、水綜合、生境植被、生物多樣性。在一級(jí)指標(biāo)體系建立的基礎(chǔ)上，對(duì)各一級(jí)指標(biāo)體系的影響因子進(jìn)行篩選，建立二級(jí)指標(biāo)體系。

文章選用層次分析法（AHP）確定各評(píng)價(jià)因子權(quán)重值[5-7]，進(jìn)行生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)研究。綜合各項(xiàng)因子的評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)， 將區(qū)域劃分為極度生態(tài)敏感區(qū)、重度生態(tài)敏感區(qū)、中度生態(tài)敏感區(qū)、輕度生態(tài)敏感區(qū)、一般生態(tài)敏感區(qū)[8]。

2.2 評(píng)價(jià)方法

采用多因子評(píng)價(jià)法對(duì)聊城市生態(tài)敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。多因子評(píng)價(jià)法可以更加全面、綜合地反映出各類評(píng)價(jià)因子對(duì)生態(tài)環(huán)境的敏感性的影響[9-10]。構(gòu)建反映上述五類指標(biāo)狀況的各類生態(tài)敏感性指數(shù)，對(duì)各類指標(biāo)下的影響因子進(jìn)行計(jì)算，分級(jí)賦值付權(quán)重進(jìn)行疊加計(jì)算后，首先完成各個(gè)一級(jí)指標(biāo)的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)，最后對(duì)各一級(jí)生態(tài)敏感性指標(biāo)進(jìn)行分析疊加，完成綜合評(píng)價(jià)。

主要數(shù)據(jù)源包括聊城市TM遙感影像，土地利用解譯數(shù)據(jù)、30米×30米數(shù)字高程模型，地貌類型分布圖、土壤侵蝕分布圖、地質(zhì)災(zāi)害分布圖、自然保護(hù)區(qū)、水源地保護(hù)區(qū)、蓄滯洪區(qū)、水環(huán)境功能區(qū)等多種基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。

采用取權(quán)重法進(jìn)行綜合生態(tài)敏感性指數(shù)計(jì)算[11-13]，公式如下所示：

式中，SSj為j空間單元某生態(tài)環(huán)境問題敏感性指數(shù)；C（i，j）為j空間單元i因子敏感性等級(jí)值，n為因子個(gè)數(shù)，Wi為i因子影響該生態(tài)環(huán)境問題的權(quán)重；根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來確定生態(tài)環(huán)境敏感性等級(jí)。

3 結(jié)果與分析

3.1 多因子評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1.1 地形地貌敏感性

對(duì)高程、坡度、坡向、地貌等單因子進(jìn)行綜合分析，得到地形地貌敏感性分布。聊城市地形地貌大部地區(qū)屬于輕度及一般敏感區(qū)域，地勢(shì)平緩、地勢(shì)起伏較小，為典型的黃河沖擊平原，地貌以緩平坡地、河灘高地、淺平洼地為主。聊城基本的地形地貌條件對(duì)土地利用、城市建設(shè)基本不存在限制，大部分土地經(jīng)一定的工程技術(shù)措施均可以作為城市建設(shè)用地使用。

3.1.2 地質(zhì)安全與水土保持敏感性

對(duì)土壤侵蝕、地質(zhì)災(zāi)害、土地鹽漬化、土地利用、植被覆蓋等單因子進(jìn)行綜合分析，得到地質(zhì)安全與水土保持敏感性分布。東阿縣西部沉砂池區(qū)域、茌平縣西北、東昌府區(qū)東南部、臨清市南部是地質(zhì)安全與水土保持敏感區(qū)域，區(qū)域內(nèi)應(yīng)避免與環(huán)保無關(guān)的建設(shè)項(xiàng)目，加強(qiáng)植樹造林，提高植被覆蓋，保持水土，恢復(fù)生態(tài)。

3.1.3 水綜合敏感性

將水環(huán)境功能、水源保護(hù)區(qū)、蓄滯洪區(qū)等進(jìn)行綜合分析，得到水綜合敏感性分布。聊城境內(nèi)多條重要河道流經(jīng)，其中黃河、京杭大運(yùn)河、徒駭河、馬頰河、南水北調(diào)引黃干渠等屬于聊城境內(nèi)的骨干水系、航道、水源、重要景觀和生態(tài)基質(zhì)，對(duì)聊城市生態(tài)環(huán)境影響較大。河道藍(lán)線范圍內(nèi)禁止違反城市藍(lán)線保護(hù)和控制要求的建設(shè)活動(dòng)，各級(jí)水源保護(hù)區(qū)范圍按照相關(guān)規(guī)范內(nèi)嚴(yán)格限制城市建設(shè)，通過控制、管理土地利用，達(dá)到保護(hù)水資源、維護(hù)并強(qiáng)化區(qū)域水系格局的連續(xù)性與完整性，保障雨洪安全。

3.1.4 生境植被敏感性

基于歸一化差值植被指數(shù)（NDVI）來揭示聊城市植被生長(zhǎng)狀況的空間差異。植被指數(shù)是表征綠色植被的相對(duì)豐度和活性的輻射量值，可簡(jiǎn)單地通過不同遙感光譜波段間的線性和非線性組合計(jì)算獲得[14]。

通過對(duì)聊城市遙感影像進(jìn)行解譯，得到林地分布情況，再利用影像數(shù)據(jù)中近紅外波段（NIR）與可見光紅波段（R）進(jìn)行運(yùn)算，得到歸一化差值植被指數(shù)計(jì)算結(jié)果[15]。

式中，nir表示近紅外波段；red表示紅波段。NDVI值越小，生態(tài)敏感程度越高。選取聊城市2010年（TM30×30m）的遙感數(shù)據(jù)，用EADRAS軟件對(duì)其進(jìn)行解譯，并計(jì)算不同年段的NDVI指數(shù)，進(jìn)行植被指數(shù)分析。

聊城市屬平原農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)田是主要的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成因子，天然植被稀少，造成生態(tài)結(jié)構(gòu)單一，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，對(duì)外界影響因子的抵抗力較低，易發(fā)生生態(tài)破壞，系統(tǒng)恢復(fù)力較差。由于城市建設(shè)的加快，聊城市植被裸露現(xiàn)象較為突出，水土流失情況相對(duì)嚴(yán)重，不利于水土保持與生態(tài)系統(tǒng)完善，應(yīng)加以治理，做好植被保護(hù)工作，防止生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步退化。

3.1.5 生物多樣性敏感性

自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、濕地公園內(nèi)分布并保護(hù)著多種野生動(dòng)物物種和高等植物物種，是聊城市生物多樣性相對(duì)富集區(qū)域。聊城市域范圍內(nèi)設(shè)立了1處國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、1處國家級(jí)森林公園、1處省級(jí)森林公園，5處市級(jí)自然保護(hù)區(qū)及濕地公園，7處市級(jí)森林公園，受保護(hù)的國土面積僅占總國土面積的5.87%，生物多樣性保護(hù)受阻。

通過建立核心保護(hù)區(qū)，明確保護(hù)范圍，嚴(yán)格禁止非保護(hù)類的建設(shè)活動(dòng)；建立緩沖區(qū)，避免人為活動(dòng)對(duì)核心區(qū)的干擾，起到隔離與保護(hù)作用；重點(diǎn)加強(qiáng)保護(hù)區(qū)之間的生態(tài)廊道建設(shè)，提高生態(tài)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性，增強(qiáng)景觀連通性；城市建設(shè)應(yīng)以保持生物和自然過程的連續(xù)性為原則，高等級(jí)公路建設(shè)或改造前，應(yīng)預(yù)留野生動(dòng)物通道。

3.2 綜合生態(tài)敏感性分析

根據(jù)生態(tài)敏感區(qū)劃分得到的極度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)和一般敏感區(qū)。

極度及重度生態(tài)敏感區(qū)面積約2169.19平方公里，占總面積的25.39%，主要分布在東阿縣洛神湖國家級(jí)濕地公園、東阿黃河國家級(jí)森林公園、高唐清平省級(jí)森林公園等生態(tài)保護(hù)用地，以及水域、土壤強(qiáng)度侵蝕地區(qū)、水土流失嚴(yán)重地區(qū)、坡度大于25度地區(qū)。極度及重度生態(tài)敏感區(qū)是對(duì)全市生態(tài)環(huán)境具有決定性作用的地區(qū)，具有較高的生態(tài)價(jià)值，一旦遭受破壞較難恢復(fù)，對(duì)維持本地生態(tài)系統(tǒng)的平衡起到重要作用。這些地區(qū)應(yīng)以生態(tài)涵養(yǎng)和生態(tài)保育為主，嚴(yán)格控制各類開發(fā)建設(shè)活動(dòng)，盡量減少人類活動(dòng)對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)的干擾。

中度敏感區(qū)面積約2007.06平方公里，占總面積的23.49%，主要分布在土壤中度侵蝕區(qū)、水土流失較嚴(yán)重地區(qū)、植被覆蓋程度較高地區(qū)。對(duì)于核心生態(tài)系統(tǒng)具有一定緩沖與保護(hù)意義，起到隔離外界污染作用，同時(shí)防止城市無序連綿發(fā)展，該地區(qū)應(yīng)該重點(diǎn)加強(qiáng)植被保護(hù)與退耕還林建設(shè)，防控水土流失發(fā)生，逐步恢復(fù)受損的生態(tài)環(huán)境。

輕度及一般生態(tài)敏感區(qū)面積約4367.12平方公里，占總面積的51.12%，主要分布在現(xiàn)狀建成區(qū)及其周邊地區(qū)。這些地區(qū)地勢(shì)平緩，地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)，是承載城鎮(zhèn)建設(shè)的主要空間，城市發(fā)展過程中應(yīng)控制污染排放，加大環(huán)境治理力度，產(chǎn)業(yè)選擇上以環(huán)境污染少，資源消耗低的清潔產(chǎn)業(yè)為主，加強(qiáng)城市內(nèi)部綠化建設(shè)。

4 結(jié)論和建議

基于ArcGIS空間分析平臺(tái)，根據(jù)對(duì)聊城市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析研究，選取對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與城市開發(fā)建設(shè)影響最大的五個(gè)因素：地形地貌、地質(zhì)安全與水土保持、水綜合、生境植被、生物多樣性作為生態(tài)敏感評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)，在一級(jí)指標(biāo)體系建立的基礎(chǔ)上，對(duì)各一級(jí)指標(biāo)體系的影響因子進(jìn)行篩選，建立二級(jí)指標(biāo)體系，構(gòu)建兩級(jí)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。借助RS遙感解譯和ArcGIS空間分析技術(shù)，通過層次分析法確定各評(píng)價(jià)因子權(quán)重值，采用多因子評(píng)價(jià)法進(jìn)行生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)研究。

聊城市生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)分布以輕度及一般生態(tài)敏感區(qū)為主，占全市總面積的51.12%，極度及重度生態(tài)敏感區(qū)主要分布在自然保護(hù)區(qū)、森林公園、河湖濕地、水土流失嚴(yán)重地區(qū)，占全市總面積的25.39%。聊城市植被構(gòu)成以耕地為主，植被結(jié)構(gòu)單一，區(qū)域連通不強(qiáng)，雖然生態(tài)敏感度較低，但生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，并伴有水土流失及土壤沙化現(xiàn)象。對(duì)生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)資源保護(hù)與修復(fù)，以生態(tài)涵養(yǎng)和生態(tài)保育為主，構(gòu)建綠色生態(tài)保護(hù)帶，加快平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，建設(shè)以森林公園、自然保護(hù)區(qū)為林業(yè)重點(diǎn)保護(hù)節(jié)點(diǎn)，以農(nóng)田林網(wǎng)、河流道路四旁樹木為綠色通道，形成點(diǎn)、線、面相結(jié)合的林業(yè)生態(tài)體系。嚴(yán)格控制各類開發(fā)建設(shè)活動(dòng)。生態(tài)環(huán)境不敏感地區(qū)，應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)強(qiáng)度及建設(shè)類型，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，綠色產(chǎn)業(yè)，全面促進(jìn)資源集約與節(jié)約，加強(qiáng)城市內(nèi)部及周邊生態(tài)環(huán)境的構(gòu)建與保護(hù)，與區(qū)域生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建一體化的生態(tài)環(huán)境體系，同時(shí)起到防止城鎮(zhèn)建設(shè)無序蔓延擴(kuò)張發(fā)展的作用。

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作者簡(jiǎn)介：馬曉虹（1987-），女，滿族，北京人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、市政工程規(guī)劃等工作。