雅安4·20震后寶興河流域農(nóng)村居住區(qū)適宜性評(píng)價(jià)

米琳迪, 周 英, 王 青

(西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 四川 綿陽(yáng) 621010)

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雅安4·20震后寶興河流域農(nóng)村居住區(qū)適宜性評(píng)價(jià)

米琳迪, 周 英, 王 青

(西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 四川 綿陽(yáng) 621010)

在汶川—蘆山兩次強(qiáng)震作用下，先天脆弱與高風(fēng)險(xiǎn)并存的武都—瀘定一線山區(qū)成為受災(zāi)最為嚴(yán)重的地理單元。災(zāi)區(qū)生境重建是4·20災(zāi)后重建的重點(diǎn)、難點(diǎn)，也是維護(hù)災(zāi)區(qū)社會(huì)穩(wěn)定的關(guān)鍵之一。以寶興河流域農(nóng)村居住地為研究對(duì)象，選取了地形、氣象、植被、地質(zhì)災(zāi)害、大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)等影響適宜性的關(guān)鍵因子，開(kāi)展農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：(1) 山區(qū)農(nóng)村居住地適宜性分布呈現(xiàn)出明顯的海拔、坡度、坡向指向，且集中分布在世界遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)及其外圍。海拔2 900 m以下、坡度小于30°且陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡地帶是適宜性及次適宜性的主要分布區(qū)，具有沿河流及兩側(cè)集聚分布的特征，說(shuō)明地形條件是影響適宜性分布的主要因子；(2) 海拔2 900 m以上、坡度大于30°且半陰坡、陰坡地帶是較不適宜及不適宜的分布區(qū)域，這與山高坡陡、熱量不足等局地植被生境限制條件有關(guān)；(3) 農(nóng)村居住地適宜性由東南部向西北部逐漸降低，適宜區(qū)占總面積的16.79%，次適宜區(qū)占26.93%，較不適宜區(qū)占32.47%，不適宜區(qū)占23.81%。研究結(jié)果可為地震災(zāi)區(qū)安全選址與生境修復(fù)提供科技支撐。

雅安4·20地震; 農(nóng)村居住地; GIS; 適宜性評(píng)價(jià)

農(nóng)村居住地環(huán)境的形成和發(fā)展，是長(zhǎng)期以來(lái)人類(lèi)利用自然資源、適應(yīng)自然環(huán)境的產(chǎn)物。山區(qū)地形、氣候及突發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)嚴(yán)重影響到居民的生存環(huán)境，易造成居住地適宜性發(fā)生變化。雅安“4·20”地震后，寶興河流域居民住房倒損約215萬(wàn)m2，農(nóng)村房屋倒損約14.4萬(wàn)間，各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)系統(tǒng)受到嚴(yán)重?fù)p毀[1]，地震引發(fā)的環(huán)境破壞已被列為是導(dǎo)致農(nóng)村居住區(qū)環(huán)境變化的主要原因，受損生境的修復(fù)已成為當(dāng)前地理學(xué)和生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)課題[2-4]。伴隨著3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，特別是GIS技術(shù)的應(yīng)用，在大尺度范圍上開(kāi)展適宜性研究已成為新的研究熱點(diǎn)[5-11]。然而傳統(tǒng)的適宜性評(píng)價(jià)往往依靠專(zhuān)家的野外觀察選取幾種生境因子，通過(guò)簡(jiǎn)單的地圖疊加功能產(chǎn)生適宜性分布圖，數(shù)據(jù)來(lái)源及質(zhì)量難以保證、專(zhuān)業(yè)模型缺乏通用性、系統(tǒng)集成性差[12-14]。

雅安地震災(zāi)區(qū)的農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)是保證居民安居樂(lè)業(yè)和實(shí)現(xiàn)災(zāi)后山區(qū)安全選址的基本前提。對(duì)災(zāi)區(qū)居住地環(huán)境進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，不僅在于反映其地質(zhì)條件及自然環(huán)境狀況對(duì)生物的生存、繁衍等生命活動(dòng)的影響及適宜狀況，更重要的是按適宜性級(jí)別制定出相應(yīng)的災(zāi)后生態(tài)恢復(fù)措施，因地制宜地進(jìn)行生態(tài)重建和恢復(fù)。當(dāng)前，災(zāi)后重建研究多集中于地震引發(fā)的次生災(zāi)害的評(píng)估與預(yù)測(cè)，對(duì)災(zāi)區(qū)地質(zhì)條件及自然本底狀況的分析研究涉及較少。因此，依據(jù)國(guó)內(nèi)外適宜性評(píng)價(jià)的最新研究成果，綜合采用層次分析法、熵值法并結(jié)合GIS空間分析技術(shù)，選取寶興河流域農(nóng)村居住地為研究對(duì)象，針對(duì)農(nóng)村居住地環(huán)境特征開(kāi)展定量評(píng)價(jià)，明確適宜性等級(jí)，研究結(jié)果可為地震災(zāi)區(qū)重建規(guī)劃與場(chǎng)地選址提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

寶興河流域位于雅安市北部的青衣江上游，寶興河系其主源，發(fā)源于夾金山東段巴朗山南麓螞蟥溝，上游分為東、西兩河，東河為主流，兩河在寶興縣城上游2 km處的河口相匯。本文的研究區(qū)域?yàn)檠虐彩袑毰d縣，全縣位于30°09′—30°56′N(xiāo)，102°29′—103°01′E，土地面積3 114 km2。以高山峽谷為主要地貌特征，地勢(shì)西北高東南低，海拔為700～5 300 m，受山地海拔影響，具有從亞熱帶到永凍帶的立體氣候，年均降水量939.15 mm，年均氣溫14.6℃[2]。同時(shí)該區(qū)植被類(lèi)型多樣，垂直分布明顯：(1) 海拔1 800 m以下的基帶為偏濕性亞熱帶常綠闊葉林；(2) 海拔1 800～2 200 m為常綠和落葉闊葉混交林；(3) 海拔2 200～2 900 m為針闊混交林；(4) 海拔2 900～3 200 m為亞高山針葉林；(5) 海拔3 200 m以上為高山灌叢、草甸帶；(6) 海拔4 500 m以上為高山稀疏植被[15]。

2　數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

2.1.1數(shù)據(jù)來(lái)源研究采用的數(shù)據(jù)主要源于：(1) 遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于中科院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心的SPOT-5影像和Google公司的Google Earth在線數(shù)據(jù)；(2) 聚落高程、坡度、坡向數(shù)據(jù)來(lái)源于30 m精度的ASTER GDEM數(shù)據(jù)和90 m精度的ARTM數(shù)據(jù)；(3) 統(tǒng)計(jì)資料包括縣統(tǒng)計(jì)年鑒、縣志等；(4) 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)包括寶興縣行政區(qū)劃圖、大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)分布圖(1∶1 000 000)、寶興縣土地利用現(xiàn)狀圖、寶興縣居住地分布圖和中國(guó)植被類(lèi)型圖(1∶1 000 000)；(5) 氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于四川省氣象信息中心觀測(cè)站1999—2013年的統(tǒng)計(jì)資料；(6) 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)來(lái)自于雅安市地質(zhì)災(zāi)害分布圖(1∶100 000)。

2.1.2數(shù)據(jù)預(yù)處理(1) 基于ArcGIS 9.3軟件平臺(tái)，利用Arc Toolbox對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正及數(shù)據(jù)中雜點(diǎn)的消除，選擇WGS_1984_UTM_Zone_48N坐標(biāo)系統(tǒng)，以實(shí)地采取的控制點(diǎn)為地理參考，獲取海拔、坡度、坡向等數(shù)據(jù)；(2) 利用植被類(lèi)型圖、大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)分布圖、地質(zhì)災(zāi)害分布圖、居住地分布圖等，在ArcGIS軟件中利用Editor工具進(jìn)行地圖數(shù)字化，完成植被、地質(zhì)、農(nóng)村居住地及大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)等專(zhuān)題圖的制作；(3) 搜集、整理寶興河流域降水、溫度、日照等氣象資料，考慮自然環(huán)境如海拔、坡度等對(duì)氣溫、降水、日照等氣候因素的影響，利用空間插值法生成。

2.2研究方法

居住地環(huán)境適宜性反映了地質(zhì)條件及自然環(huán)境狀況對(duì)人類(lèi)生存活動(dòng)的適宜程度。對(duì)農(nóng)村居住地環(huán)境的適宜性評(píng)價(jià)采用多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)評(píng)價(jià)模型，充分考慮多種因素對(duì)農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)的影響，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：S——適宜性綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；Wi——第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的相對(duì)權(quán)重；Si——第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的分值；n——評(píng)價(jià)因子數(shù)。

3　適宜性評(píng)價(jià)

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的選擇與量化是進(jìn)行居住地環(huán)境評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，其合理與否直接關(guān)系到評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和完整性。因此，在指標(biāo)選取過(guò)程中，以地形、植被、地質(zhì)災(zāi)害及大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)分布狀況為主要評(píng)定條件，同時(shí)考慮氣象因素的影響。遵循主導(dǎo)性、穩(wěn)定性及可操作性的原則，選擇了海拔、坡度、坡向3個(gè)地形因子；年均降水量、干濕季日照時(shí)數(shù)、干濕季均溫、干濕季相對(duì)濕度、干濕季蒸發(fā)量等9個(gè)氣象因子；植被類(lèi)型、地層巖性、地震烈度、大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)等共16個(gè)評(píng)定指標(biāo)，考慮區(qū)域不同生態(tài)因子對(duì)適宜性影響程度不同，研究中采用問(wèn)卷調(diào)查和專(zhuān)家打分法[16-19]，并運(yùn)用熵值法修正的層次分析法確定不同生態(tài)因子對(duì)適宜性影響的權(quán)重及分級(jí)(表1)，其中，分值越高，表示適宜性程度越大。

表1　寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)因子權(quán)重及分級(jí)

注：A1海拔(m)，A2坡度(°)，A3坡向，A4植被，A5地層巖性，A6大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)，A7地震烈度，A8年均降水量(mm)，A9干季日照時(shí)數(shù)(h)，A10濕季日照時(shí)數(shù)(h)，A11干季平均溫度(℃)，A12濕季平均溫度(℃)，A13干季相對(duì)濕度(%)，A14濕季相對(duì)濕度(%)，A15干季蒸發(fā)量(mm)，A16濕季蒸發(fā)量(mm)。

3.2評(píng)價(jià)因子分級(jí)

在ArcGIS軟件中，以Spatial Analyst為分析工具，結(jié)合寶興河流域的地形和通過(guò)空間插值法生成的氣溫、降水、日照等氣象資料，完成地形和氣象因子分級(jí)圖的制作；以Editor為分析工具，完成植被、地層巖性、地震烈度、大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)等評(píng)價(jià)因子分級(jí)圖的制作(附圖14)。

3.3結(jié)果與分析

根據(jù)地形、氣象、植被、地層巖性、地震烈度及大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)等因子的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，借助ArcGIS 9.3軟件平臺(tái)，應(yīng)用多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)評(píng)價(jià)模型，在統(tǒng)一的空間框架中，對(duì)寶興河流域各評(píng)價(jià)因子的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，計(jì)算出寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性指數(shù)(0.740～3.804)，完成對(duì)研究區(qū)適宜性的綜合評(píng)價(jià)(圖1)。為了更加直觀地表示評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)適宜性指數(shù)值的大小，采用自然斷點(diǎn)法、按照數(shù)值由大到小的順序?qū)⒕C合評(píng)價(jià)指數(shù)劃分為4級(jí)，其代表的適宜性等級(jí)分別為適宜、次適宜、較不適宜、不適宜(表2)。

農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性空間分布特征反映了地質(zhì)條件和自然因子對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的影響。通過(guò)對(duì)寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜數(shù)據(jù)的量化處理，得出該區(qū)適宜性面積及適宜性空間分布特征。將寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性指數(shù)圖與人口分布圖疊加，兩者輪廓基本吻合，為研究結(jié)果的科學(xué)性提供了證明(圖1—2)。

3.3.1適宜性面積通過(guò)對(duì)寶興河流域16個(gè)評(píng)價(jià)因子的定量研究，結(jié)果表明：寶興河流域農(nóng)村居住地適宜性面積522.85 km2，比例最小，僅為16.79%；次適宜面積838.50 km2，所占比例較大，達(dá)26.93%；較不適宜面積最大，達(dá)1 011.13 km2，占總面積的32.47%；不適宜面積741.52 km2，占總面積的23.81%(圖3)。

3.3.2適宜性空間分布特征(1) 農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性空間分布與地質(zhì)條件密切相關(guān)。農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性分布呈現(xiàn)出明顯的海拔、坡度、坡向指向，其中具有較大影響作用的因素依次為海拔、坡度、坡向、地層巖性及地震烈度，氣象因子間差異并不顯著。適宜性區(qū)域主要集中在南部、東南部，且集聚特征明顯。海拔2 900 m以下、坡度小于30°、陽(yáng)坡及半陽(yáng)坡是適宜性和次適宜性的主要分布區(qū)。該區(qū)域海拔較低、坡度較小、朝南或盡可能朝南的坡向日照充足，耕地和林地資源豐富，更適宜居住。

(2) 農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性空間分布具有沿河流及兩側(cè)集聚分布的特征。寶興河流域適宜性及次適宜性區(qū)域大部分沿河流及兩側(cè)分布，該區(qū)主要位于世界遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)及外圍，生態(tài)服務(wù)功能明顯；海拔適宜，土壤穩(wěn)定性較高；氣溫、降水、日照等氣候條件適宜，有利于植物生長(zhǎng)，植被類(lèi)型多為喬木，生境質(zhì)量較好。

(3) 不適宜區(qū)域主要分布在高山區(qū)。在寶興河流域的中山區(qū)和高山區(qū)，適宜性指數(shù)偏低，適宜性等級(jí)表現(xiàn)為較不適宜和不適宜，生境修復(fù)難度較大，主要與該區(qū)的地形、地質(zhì)災(zāi)害及氣候條件有關(guān)。該區(qū)海拔較高，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，災(zāi)害頻發(fā)，人類(lèi)活動(dòng)較少。地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害及氣象因子成為該區(qū)環(huán)境質(zhì)量的主要限制因子。植被類(lèi)型以高山灌叢、草甸為主，生境質(zhì)量差，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高。

表2　寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

圖1　寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性等級(jí)

圖2　寶興河流域農(nóng)村居住地分布

圖3　寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性面積

4　結(jié)論與建議

地震災(zāi)區(qū)生境修復(fù)是實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)社會(huì)穩(wěn)定、居民安居樂(lè)業(yè)，加快山區(qū)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要內(nèi)容。針對(duì)寶興河流域農(nóng)村居住區(qū)的適宜性特征選取了16個(gè)評(píng)價(jià)因子，應(yīng)用多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)評(píng)價(jià)模型，得出寶興河流域農(nóng)村居住地的環(huán)境適宜性空間分布特征，結(jié)論如下：寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜性程度在空間上呈現(xiàn)出東南部適宜程度較高，西北部山區(qū)適宜程度偏低的分布特征。適宜性及次適宜性區(qū)域集中分布于海拔2 900 m以下、坡度小于30°、陽(yáng)坡及半陽(yáng)坡地帶且大部分沿河流及兩側(cè)分布，具有沿河流集聚分布的特征；而中山區(qū)和高山區(qū)，適宜性指數(shù)偏低，適宜性等級(jí)表現(xiàn)為較不適宜和不適宜，生境修復(fù)難度較大，反映了地形和地質(zhì)災(zāi)害等是決定寶興河流域農(nóng)村居住地環(huán)境適宜程度差異的主導(dǎo)因素。較不適宜、不適宜面積總和占總面積的56.28%，說(shuō)明該區(qū)環(huán)境保護(hù)的急迫性。因此，在地震災(zāi)區(qū)重建規(guī)劃過(guò)程中，寶興河流域?yàn)?zāi)區(qū)生境修復(fù)可分區(qū)進(jìn)行。

(1) 適宜性區(qū)域。該區(qū)域主要分布在寶興河一級(jí)支流兩側(cè)，地勢(shì)平坦，自然生態(tài)環(huán)境適宜，人口密集，是區(qū)域水電開(kāi)發(fā)、生態(tài)旅游的集中地，同時(shí)也是世界遺產(chǎn)外圍保護(hù)區(qū)。該區(qū)可在原基礎(chǔ)上進(jìn)行修復(fù)，充分利用現(xiàn)有資源，合理規(guī)劃用地類(lèi)型。

(2) 次適宜性區(qū)域。該區(qū)域多分布在寶興河二級(jí)支流流域，大部分位于世界遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)內(nèi)，地理位置和經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好，具有改造和發(fā)展的潛力。應(yīng)根據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀改造交通條件，恢復(fù)植被，從而引導(dǎo)和促進(jìn)該區(qū)域向適宜性區(qū)域的轉(zhuǎn)變。

(3) 較不適宜性區(qū)域。該區(qū)域主要分布在海拔較高的中山區(qū)，生態(tài)環(huán)境的敏感性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，地形起伏大，難以滿足用地要求，且生境修復(fù)難度較大。該區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，整治水土流失，提高土地的生產(chǎn)效益，進(jìn)一步優(yōu)化空間格局。

(4) 不適宜性區(qū)域。該區(qū)域主要集中在高山區(qū)的地震斷裂活動(dòng)帶和泄洪通道，易引發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，不宜建設(shè)居民住房和永久性設(shè)施。該類(lèi)區(qū)域的居民應(yīng)遷至交通條件好、有發(fā)展空間的區(qū)位。

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Suitability Evaluation of Rural Residence in Baoxing River Basin After Ya′an 4·20 Earthquake

MI Lindi, ZHOU Ying, WANG Qing

(SchoolofEnvironmentandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang,Sichuan621010,China)

The mountainous area of Wudu-Luding line with fragile environment has become the most serious geographical unit after strong earthquake of Wenchuan and Lushan. It is intractable to reconstruct the damaged habitat after earthquake and inevitable to maintain the social stability of disaster areas. In order to evaluate residence environmental suitability, we selected topography, weather, vegetation, geological disaster, and world natural heritage of giant panda habitat as key factors in the rural residence of Baoxing River Basin. The results are as follows. (1) The distribution of rural residence suitability is characterized by altitude, slope, and aspect, and especially concentrated in the world heritage area and its periphery. This distribution characterization indicates that the terrain is the main influence factor of habitat suitability. The suitability and sub-suitability habitats mainly distribute in the sunny slope and half sunny slope positions where the altitudes are less than 2 900 m and slope gradients are less than 30°； (2) The half shady slope and shady slope places with altitude of greater than 2 900 m and slope greater than 30° are the main distribution areas of sub-unsuitability and unsuitable habitat. This distribution characterization is related to limited factors of vegetation growth, such as high altitude, steep slope and shortage of heat； (3) The suitability of rural residence reduced gradually from the southeast to the northwest. The suitable region accounts for 16.79% of the study area, and sub-suitable region, sub-unsuitable region and unsuitable region account for 26.93%, 32.47% and 23.81%, respectively. According to the above main evaluation results of residence environmental suitability, this research could provide scientific support for the selection of safe site and habitat restoration of earthquake areas.

Ya′an 4·20 earthquake; rural residence; GIS; suitability evaluation

2015-05-02

2015-06-01

科技部“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2015BAC05B04-01);四川省科技廳項(xiàng)目(2014SZ0063,2013SZ0101,2013SZ0159)

米琳迪(1989—),女,河北邢臺(tái)人,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃與管理。E-mail:milindi1223@163.com

王青(1967—),男,山西陽(yáng)高人,博士,教授,主要從事環(huán)境規(guī)劃與管理研究。E-mail:qingw@imde.ac.cn

F301; X826

A

1005-3409(2016)03-0199-05