GIS 與RS技術(shù)在延安寶塔區(qū)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

劉亮 張亞 彭濤

（1陜西中圣環(huán)境科技發(fā)展有限公司 陜西西安 710054 2中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心 陜西西安 710054）

1 寶塔區(qū)的背景

延安寶塔區(qū)位于延河流域，延河流域處于東亞森林溫帶的西部邊緣，北部面向蒙古高原，具有黃土高原地質(zhì)地貌的基本特征及其氣候特點(diǎn)。該區(qū)域隨著東南季風(fēng)的逐漸深入，降水量逐漸減少。而其北面則受到蒙古高原干熱風(fēng)和低溫的影響，形成從半濕潤(rùn)到半干旱氣候的梯度遞變。在這個(gè)遞變序列中，根據(jù)生物和氣候的特點(diǎn)以及地質(zhì)歷史的變遷，明顯地反映出區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方向是由北向南推進(jìn)的，也顯示了生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)蕩、分化和重組。

延河流域又位于我國(guó)西北黃土高原中部，經(jīng)過長(zhǎng)期的沖刷剝蝕，溝谷發(fā)育，地形復(fù)雜，形成典型的黃土峁粱溝壑區(qū)，地勢(shì)為東低西高。從延河上游分水嶺向西，氣候越來越干燥，到靖邊縣城已經(jīng)位于毛烏索沙漠的邊緣，南部秦嶺橫越，具有典型的溫帶氣候特點(diǎn)。

2 專題評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是指反映生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)的各種專題系列圖[1]。對(duì)于延河流域?qū)毸^(qū)的生態(tài)評(píng)價(jià)處理，本文選用生態(tài)環(huán)境區(qū)劃圖、土地利用圖、水資源分布圖、土壤圖和植被分布圖作為評(píng)價(jià)的基本數(shù)據(jù)。

2.1 生態(tài)環(huán)境區(qū)劃圖

生態(tài)環(huán)境區(qū)劃圖是在綜合考慮影響生態(tài)環(huán)境的各種主要要素的基礎(chǔ)上，將人文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、氣象、土地利用情況、水資源等方面，采用自然分區(qū)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)分區(qū)相結(jié)合的劃分方法，提出的基于生態(tài)環(huán)境亞區(qū)模型的劃分方案。主要包括下述幾類：

2.1.1 黃土峁坡、丘陵及川地生態(tài)系統(tǒng)

黃土峁坡、丘陵及川地生態(tài)系統(tǒng)屬于延河流域較好的生態(tài)環(huán)境，區(qū)域光、溫、水分條件充足，以肥沃的淤土為主，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)較好。存在的問題是人口持續(xù)增加，耕地減少，科技含量低，土地生產(chǎn)率突破性提高難度大，人均收入增長(zhǎng)緩慢。

2.1.2 黃土丘陵溝壑生態(tài)系統(tǒng)

黃土丘陵溝壑生態(tài)系統(tǒng)屬于延河流域最差的生態(tài)環(huán)境，具有嚴(yán)重水土流失、土地生產(chǎn)力下降、人均收入增長(zhǎng)極慢的特點(diǎn)。延河流域絕大部分屬于黃土溝壑區(qū)，其中寶塔、安塞的大部分和延長(zhǎng)的西部是梁峁?fàn)钋鹆?，寶塔東北部是黃土峁梁，延長(zhǎng)的中、東部是黃土寬梁殘塬。

2.1.3 梁峁及溝谷灌叢生態(tài)系統(tǒng)與梁峁坡及黃土丘陵草原生態(tài)系統(tǒng)

梁峁及溝谷灌叢生態(tài)系統(tǒng)地貌屬于土石低山區(qū)、土壤多為灰褐色森林土，植被中梢林、灌木普遍發(fā)育。延河流域的嶗山具有典型的土石低山梢林灌木生態(tài)環(huán)境亞區(qū)特征。該區(qū)縱貫寶塔區(qū)南部，呈北西－南東走向，是延河流域和云巖河的分水嶺。

2.1.4 城鄉(xiāng)居民點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)

延河流域的城鄉(xiāng)居民點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)主要集中分布在川道和溝谷內(nèi)。城鎮(zhèn)空間規(guī)模較大，但結(jié)構(gòu)格局受川道支配；鄉(xiāng)村空間規(guī)模小，數(shù)量多，結(jié)構(gòu)格局以集聚的團(tuán)塊狀、長(zhǎng)條延伸的線狀和不規(guī)則的星點(diǎn)狀為主。

2.1.5 內(nèi)陸水體生態(tài)系統(tǒng)

延河流域孕育著大量的局部陸地水生態(tài)環(huán)境，但由于降水量少，尤其是近年來流域地區(qū)對(duì)水資源的過度開發(fā)以及水質(zhì)污染的迅速發(fā)展和用水的浪費(fèi)，使得水資源更顯短缺，成為延河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。

圖1 生態(tài)環(huán)境區(qū)劃圖

2.2 水資源分布

延河流域發(fā)源于靖邊縣天賜灣周山，由西北向東南流，經(jīng)志丹、安塞、寶塔，于延長(zhǎng)縣南河溝鄉(xiāng)匯入黃河，全長(zhǎng)286.9 km，流域面積7725 km2，多年平均徑流總量2.94×108m3，流經(jīng)寶塔地區(qū)的河流主要包括延河和汾川河。

2.3 土壤分布

延河流域地質(zhì)地貌的基本特征表現(xiàn)為黃土丘陵地貌，這種地貌條件，成為黃土高原強(qiáng)烈土壤侵蝕發(fā)生的最基本條件。按照土壤性態(tài)特征本區(qū)分為黃綿土、典型潮土、典型黑壚土、積鈣紅粘土、沖積土、石灰性紫色土、淹育水稻土幾大類。

2.4 土地利用

土地分類包括人工用地與農(nóng)業(yè)用地、自然/半自然植被、水體等三大類。其中，人工用地主要沿河谷、溝谷等地形較平坦的地區(qū)分布；農(nóng)業(yè)用地可細(xì)分為平原川道農(nóng)業(yè)用地和黃土塬梁峁溝坡地農(nóng)業(yè)用地兩大類，前者沿著河谷川道分布，后者主要是梁峁坡地；自然和半自然植被主要沿黃土坡地、溝幫分布；區(qū)內(nèi)主要水體為延河、汾川河等。

2.5 植被分布

延河流域生態(tài)環(huán)境處在濕潤(rùn)與半干旱的過渡地區(qū)，區(qū)內(nèi)植被從南向北或從南向西北都有著明顯的水平方向變化或遞變。植物群落的基本類型包括針葉林、溫帶落葉闊葉林、灌叢、草原幾大類。其中針葉林主要分布于延長(zhǎng)—延安—西川河以南，成小片或斑塊狀林；溫帶落葉闊葉林主要分布在嶗山北坡的溝谷坡地；灌叢多數(shù)沿著闊葉林的邊緣或?yàn)槊黠@的山楊林演替前期階段，無大面積自然灌叢出現(xiàn)；草原是本區(qū)具有地帶性特征的植被類型，明顯地向水平方向過渡、重疊或交叉。

圖2 水資源分布圖

圖3 土壤圖

植被覆蓋分布規(guī)律為植物群落的類型從東南向西北出現(xiàn)地帶性的變化。東南部區(qū)域發(fā)育溫帶落葉闊葉林，植被豐富；向西北部植物類型逐步過渡為灌木、草原和旱地，植被稀疏。

圖4 土地利用圖

圖5 植被分布圖

3 評(píng)價(jià)效果綜述

3.1 彩色圖像的合成

組合方案土壤（紅）-植被（綠）-生態(tài)區(qū)劃（藍(lán)）（見圖3-1）是以生態(tài)環(huán)境區(qū)劃為背景，以土壤類型為參考內(nèi)容，以植被發(fā)育狀況為動(dòng)態(tài)變化成分，進(jìn)行彩色合成。研究區(qū)南部的黃綿土土壤發(fā)育地區(qū)，自然和半自然植被發(fā)育較好，圖中顯示為下部土紅色區(qū)域；而沿著河流分布的川地農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境亞區(qū)中，土壤在延河流域以沖積土為主，汾川河流域上游以石灰性紫色土為主，下游以典型潮土為主。合成圖顯示延河流域的中心—延安市區(qū)域范圍的的城鄉(xiāng)居民點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)。此外研究區(qū)北部圖像總體顯示在生態(tài)環(huán)境區(qū)劃分基礎(chǔ)上的，由于植被的變化顯示總體為橙紅色。

組合方案土壤（紅）-植被（綠）--水資源（藍(lán)）（見圖3-2）是以水資源分區(qū)（流域分區(qū)）為背景，以土壤類型為參考內(nèi)容，以植被發(fā)育狀況為動(dòng)態(tài)變化成分，進(jìn)行彩色合成。北部的蟠龍川流域以藍(lán)和橙紅為基色調(diào)，西部的西川河流域以黃紅色為基色調(diào)，南部的汾川河流域以白與橙紅為基色調(diào)。而在各流域因自然與半自然植被的差異和土壤類型的差異而在基色調(diào)基礎(chǔ)上顯示出色彩差異的圖像。北部地區(qū)半自然植被較發(fā)育，土地利用主要類型為農(nóng)業(yè)用地。其中橙色夾雜著黃色的區(qū)域是黃土梁峁溝壑梯坡耕地—人造林灌,鮮艷黃色部分顯示植被相對(duì)比較發(fā)育，生態(tài)環(huán)境較好。而藍(lán)色為主的地區(qū)為川地灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，該部分植被發(fā)育較好。

3.2 多波段圖象的組合

通過ERADAS軟件可以對(duì)若干分波段圖像進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，使不同波段的圖像組合在一張圖上。這樣可以綜合了各個(gè)波段的特性，擴(kuò)展了肉眼的觀測(cè)范圍，使在圖像上不同類別，形態(tài)的地物獲得良好的視覺效果。波段圖像的相加實(shí)際上是象元點(diǎn)上輻射能量求和，這種處理可以理解為簡(jiǎn)單的信息壓縮，但因?yàn)榀B加的運(yùn)算產(chǎn)生“填平補(bǔ)齊”現(xiàn)象，即某些地物在不同波段顯示出不同差異，而在疊加圖上卻一致。將水資源圖、植被分布圖及土壤分布圖相疊加（見圖8），可以比較清晰的看到在圖的上部以綠、藍(lán)、褐色為基色，藍(lán)色覆蓋區(qū)域是蟠龍川流域，橙紅及黑等色地區(qū)表示了不同的土壤類型，綠色表明植被分布較好。在圖的左部分，西川河流域，橘紅色表示植被分布好。沿各水系分布有很多不同顏色的地區(qū)，代表了不同的土壤類型，分別是淹育水稻土，典型黑壚土，黃綿土等。

圖6 組合圖

圖7 組合圖

4 結(jié)語

通過應(yīng)用GIS和RS技術(shù)對(duì)延安寶塔區(qū)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)，取得了如下主要成果和結(jié)論：

4.1 通過地理信息軟件MAPGIS、ARCVIEW，完成了寶塔區(qū)生態(tài)環(huán)境區(qū)劃圖、水資源分布圖、植被分布圖、土壤圖、土地利用圖。

圖8 水資源+植被分布+土壤分布圖

4.2 通過遙感圖象處理軟件ERDAS，完成了多波段圖像的組合和彩色增強(qiáng)，生成了彩色合成圖。

4.3 通過對(duì)成果圖件的分析，得出延河流域是以農(nóng)為主的區(qū)域，該地區(qū)經(jīng)過長(zhǎng)期的沖刷剝蝕，溝谷發(fā)育，地形復(fù)雜，形成典型的黃土峁梁溝壑區(qū)，地勢(shì)為東低西高。各種生態(tài)系統(tǒng)正處于急劇不平衡和脆弱狀態(tài)，人們正面臨著環(huán)境的惡化和資源枯竭，生存和發(fā)展受到嚴(yán)重威脅。水土流失和土壤沙漠化是該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的主要問題。

[1]黨安榮,王曉棟,陳曉峰,張建寶.遙感圖象處理方法,清華大學(xué)人居環(huán)境研究中心,2006,2.

[2]湯國(guó)安,陳正江,趙牡丹,劉萬青,劉詠梅.ARCVIEW地理信息系空間分析方法.北京：科學(xué)出版社,2006,6.

[3]秦其明,曹五豐,陳杉.ARCVIEW地理信息系統(tǒng)實(shí)用教程.北京：北京大學(xué)出版社,2005,3.

[4]王華東.環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社,2008.