基于ArcGIS空間分析技術的生態(tài)敏感性評價研究
——以河北省承德市清水河生態(tài)清潔小流域為例

劉川川，周連兄，武亞南，李鳴瀟

(北京林豐源生態(tài)環(huán)境規(guī)劃設計院有限公司，北京 100083)

?

基于ArcGIS空間分析技術的生態(tài)敏感性評價研究
——以河北省承德市清水河生態(tài)清潔小流域為例

劉川川，周連兄，武亞南，李鳴瀟

(北京林豐源生態(tài)環(huán)境規(guī)劃設計院有限公司，北京 100083)

ArcGIS；生態(tài)清潔小流域；生態(tài)敏感性；綜合評價；清水河小流域；承德

在RS、GIS技術支持下，以河北省承德市清水河生態(tài)清潔小流域為例，應用ArcGIS空間分析技術評價了項目區(qū)的生態(tài)敏感性。評價結果表明，通過敏感因子選取、單因子評價、綜合評價，將綜合評價結果劃分為極敏感、高度敏感、中度敏感和低敏感4個等級，能為區(qū)域的整體規(guī)劃工作提供重要的生態(tài)數(shù)據。從研究生態(tài)敏感性評價的方法可以看出，基于ArcGIS空間分析技術的生態(tài)敏感性評價不僅簡化了評價過程，提高了生態(tài)敏感性評價的可操作性，而且使得評價結果更加符合客觀事實。

生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域內自然和人類活動干擾的敏感程度，它反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在遇到干擾時，發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和可能性的大小，并用來表示外界干擾可能造成的生態(tài)后果[1]。生態(tài)清潔小流域綜合治理的核心理念就是打造一個清潔的生態(tài)環(huán)境，從而促進小流域內的水源保護、產業(yè)發(fā)展和新農村建設。因此，生態(tài)敏感性分析是生態(tài)清潔小流域綜合治理的前提。研究ArcGIS在河北省承德市清水河生態(tài)清潔小流域生態(tài)敏感性評價中的應用，可為今后的生態(tài)敏感性評價提供參考。

1　項目概況

清水河小流域位于河北省承德市灤平縣，具有很好的區(qū)位優(yōu)勢，東部、東南部與雙灤區(qū)、承德縣為鄰，西部、西南部與北京市懷柔區(qū)、密云區(qū)接壤，北部與豐寧、隆化毗連，是河北省環(huán)首都綠色經濟圈14個重點縣之一。項目區(qū)地處河北省燕山北麓東段，屬低山丘陵區(qū)，山勢較陡峭，溝谷發(fā)育，位于寒溫帶向暖溫帶過渡區(qū)，屬半干旱半濕潤大陸性季風型山地氣候，多年平均降水量530 mm，土壤以棕壤、褐土為主，森林覆蓋率一般，農業(yè)結構單一，發(fā)展方式比較傳統(tǒng)。為此，依托灤平縣整體規(guī)劃，結合項目及其周邊現(xiàn)有的白草洼、轉山湖、石佛寺3個景區(qū)，大力開展生態(tài)小流域綜合治理，以期打造生態(tài)資源優(yōu)勢，實現(xiàn)綠色崛起。

2　評價資料與評價方法

項目區(qū)評價采用的基礎資料有1∶5萬地形圖、1∶5萬土壤侵蝕強度圖、1∶5萬TIF植被覆蓋圖(2003年)、1∶10萬TIF土地利用現(xiàn)狀圖(2013年)。

ArcGIS具有強大的空間地理數(shù)據管理和分析能力，應用ArcGIS進行生態(tài)敏感性分析過程中應主要掌握高程和坡度提取、柵格重分類、疊加分析等基本操作[2]。清水河生態(tài)清潔小流域項目的主要評價方法(圖1)為：首先調查分析項目區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題，收集生態(tài)評價基礎資料并選取評價因子；然后利用項目區(qū)的地形圖、土壤侵蝕強度圖、植物覆蓋圖和土地利用現(xiàn)狀圖得到評價因子的柵格圖，把各因子柵格圖重采樣，得到各單因子的評價圖；最后將各單因子的評價圖按照預定的權重值加權疊加，最終得到評價結果圖。

圖1　生態(tài)敏感性評價方法

3　單因子評價

首先針對特定生態(tài)環(huán)境問題進行評價，然后對多種生態(tài)環(huán)境問題的敏感性進行綜合分析，明確區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感性的分布特征[3]。根據清水河小流域項目區(qū)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀條件，調查分析后選取高程、坡度、土壤侵蝕強度、植被覆蓋度和土地利用現(xiàn)狀作為生態(tài)敏感性單因子評價指標。單因子評價的分級主要依據環(huán)保部2015年發(fā)布的《全國生態(tài)功能區(qū)劃(修編版)》，根據各類生態(tài)問題的形成機制和主要影響因素，結合項目區(qū)的生態(tài)敏感性特征，按敏感程度劃分為極敏感、高度敏感、中度敏感、低敏感 4個等級，并分別賦予4、3、2、1的分值(詳見表1)。

表1　清水河小流域生態(tài)敏感性評價因子分級標準

3.1高程因子

由于不同高度有不同的氣候土壤條件，并相應出現(xiàn)不同的森林植被，所以高程是生態(tài)敏感性評價的一個重要因子[4]。項目區(qū)高程在470～1 460 m之間，其中：470～600 m高程范圍內人口集中，土地資源利用程度高，為極敏感區(qū)；600～700 m高程范圍內植被覆蓋相對較低，土地多用于農業(yè)，為高度敏感區(qū)；700～900 m高程范圍內植被覆蓋相對較好，土地基本沒有被開發(fā)，人為影響因素少，為中度敏感區(qū)；900～1 460 m高程范圍內基本都是有林地，自然條件比較好且基本無人為開發(fā)利用，為低敏感區(qū)(詳見圖2)。

圖2　高程因子敏感性空間分布

3.2坡度因子

一般來說，坡度越陡越易發(fā)生水土流失，更易造成生態(tài)破壞，即生態(tài)敏感性越強。根據項目區(qū)的情況，0°～15°劃為低敏感區(qū)，15°～25°劃為中度敏感區(qū)，25°～45°劃為高度敏感區(qū)，45°～90°劃為極敏感區(qū)(圖3)。

圖3　坡度因子敏感性空間分布

3.3土壤侵蝕強度因子

根據項目區(qū)的土壤侵蝕強度，結合土壤侵蝕模數(shù)劃分的生態(tài)敏感性等級為：0～200 t/(hm2·a)低敏感區(qū)，200～2 500 t/(hm2·a)中度敏感區(qū)，2 500～5 000 t/(hm2·a)高度敏感區(qū)，5 000～8 000 t/(hm2·a)極敏感區(qū)(圖4)。

圖4　土壤侵蝕強度因子敏感性空間分布

3.4植被覆蓋度因子

植被覆蓋對生態(tài)敏感性的影響具有重要的作用。一般來說，植被覆蓋度越高，植物層次就越豐富，抗破壞能力就越強，生態(tài)敏感性降低?；诖?，按照覆蓋度的不同將清水河小流域劃分為4個等級區(qū)域：低度值的極敏感區(qū)、中度值的高度敏感區(qū)、較高度值的中度敏感區(qū)、高度值的低敏感區(qū)(圖5)。

3.5土地利用因子

根據項目區(qū)土地利用現(xiàn)狀和特點劃分生態(tài)敏感性等級：河流、旱地為極敏感區(qū)，村莊、道路、果園和其他園地為高度敏感區(qū)；天然牧草地和其他草地為中度敏感區(qū)；灌木林地和有林地為低敏感區(qū)(圖6)。

4　綜合評價

從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，按照層次分析法的理論要求選取合適的評價因子對項目區(qū)的生態(tài)敏感性進行綜合評價[5]時，采用專家打分法確定高程、坡度、土壤侵蝕強度、植被覆蓋度和土地利用現(xiàn)狀5個評價因子的權重(表2)，再按照權重的賦值在ArcGIS中將各單因子敏感性數(shù)據進行空間疊加，可實現(xiàn)由單因子評價到多因子綜合評價(圖7)。

圖5　植被覆蓋度敏感性空間分布

圖6　土地利用現(xiàn)狀敏感性空間分布

表2　單因子權重

由圖7可以看出，清水河小流域的生態(tài)敏感性以中度、高度敏感為主，極敏感和低敏感區(qū)比例相對較小。從生態(tài)敏感性空間分布格局來看，極敏感區(qū)主要分布于河道及河道周邊區(qū)域，此區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)環(huán)境極易受到破壞，應該把這個區(qū)域作為生態(tài)環(huán)境重點保護區(qū)。高敏感區(qū)主要分布于人為開發(fā)較多的建設用地和農業(yè)用地區(qū)域，此區(qū)域應作為控制開發(fā)區(qū)，以“在保護中開發(fā)，在開發(fā)中保護”為指導原則進行適度開發(fā)，避免對生態(tài)環(huán)境造成破壞。中度敏感區(qū)主要分布在坡面的農業(yè)用地和草地，生態(tài)環(huán)境良好，能承受一定強度的干擾，可以在社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境得以保護的前提下，統(tǒng)籌優(yōu)化開發(fā)建設。低敏感區(qū)主要分布在植被覆蓋度高的有林地和灌木林區(qū)域，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境相對較好，具有重要的生態(tài)服務功能，要實行嚴格的保護。

圖7　清水河小流域生態(tài)敏感性空間分布

5　結　語

在大力推進生態(tài)文明建設的過程中，綜合運用高新技術對整個規(guī)劃建設都有著極其重要的作用。計算機技術的快速發(fā)展和應用為規(guī)劃工作從定性分析發(fā)展到定量分析奠定了基礎，綜合運用ArcGIS空間分析技術進行區(qū)域生態(tài)敏感性評價，可以大大提高評價的科學性和可靠性，為區(qū)域總體規(guī)劃提供一個直觀的生態(tài)評價結果。

在運用ArcGIS空間分析技術進行生態(tài)敏感性分析的過程中，要充分考慮生態(tài)因子選取和權重確定兩個方面的影響，即在運用ArcGIS進行空間分析的過程中，要針對項目區(qū)特點和規(guī)劃目標恰當?shù)剡x取評價因子，合理地確定權重，以保證評價結果的科學性。

[1] 林涓涓,潘文斌.基于GIS的流域生態(tài)敏感性評價及其區(qū)劃方法研究[J].安全與環(huán)境工程,2005,12(2):23-26.

[2] 劉嘉麗.基于ArcGIS空間分析技術的城市用地適宜性評價[J].科技風,2013(15):34.

[3] 吳金華,李紀偉,朱鴻儒.基于ArcGIS區(qū)統(tǒng)計的延安市土地生態(tài)敏感性評價[J].自然資源學報,2011,26(7):1180-1188.

[4] 余濟云,周丹華,劉照程,等.基于GIS的萬泉河流域生態(tài)敏感性分析[J].中國農學通報,2012,28(10):69-73.

[5] 王巨,謝世友,戴國富.重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性調查研究[J].中國水土保持,2011(8):39-42.

(責任編輯張培虎)

S157

A

1000-0941(2016)08-0067-03

劉川川(1986—)，男，湖北荊門市人，助理工程師，學士，主要從事生態(tài)修復、景觀設計工作。

2016-05-30