基于GIS的旅游古鎮(zhèn)生態(tài)敏感性分析與評價

李巍 郭莉盼

摘要?以蘭州青城古鎮(zhèn)為研究區(qū)，采用GIS空間分析技術與AHP分析法，從土壤侵蝕敏感性、水環(huán)境敏感性、生境敏感性3個方面展開，共選取5個生態(tài)子因子構建評價指標體系，對青城古鎮(zhèn)的生態(tài)敏感性進行綜合分析與評價。結果顯示：青城古鎮(zhèn)的生態(tài)敏感性總體較高，空間分異較大，呈北低南高的分異特征。全域綜合生態(tài)敏感性分為低度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)與高度敏感區(qū)3個等級，各區(qū)面積占比為32.51%、25.62%、41.87%。研究顯示，青城古鎮(zhèn)生態(tài)敏感性程度受地形地貌、植被覆蓋度與水系3類因子影響較大;鎮(zhèn)域北部黃河谷地與南部黃土梁峁山區(qū)周圍敏感性較高，而北部中心鎮(zhèn)區(qū)周圍及西南部五大坪附近敏感性較低。

關鍵詞?生態(tài)敏感性;GIS;空間分析;青城古鎮(zhèn)

中圖分類號?X321?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）03-0076-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.021

Abstract?The?study?takes?Qingcheng?Town?of?Lanzhou?City?as?the?study?area，?applying?GIS?spatial?analysis?and?AHP?analysis?method.?Then，?selects?a?total?of?five?ecological?subfactors?from?the?three?aspects?of?soil?erosion?sensitivity，?water?environment?sensitivity?and?habitat?sensitivity?to?construct?an?evaluation?index?system.?Finally，?conducts?a?comprehensive?analysis?and?evaluation?of?the?ecological?sensitivity?of?Qingcheng?Town.?The?results?show?that?the?ecological?sensitivity?of?the?Qingcheng?Town?is?generally?high?and?reflects?the?spatial?differentiation?characteristics?of?the?north?low?and?south?high.?The?ecological?sensitivity?of?the?study?area?is?divided?into?three?grades：?mildly?sensitive，?moderately?sensitive，?highly?sensitive，?respectively?accounting?for?32.51%，?25.62%?and?41.87%?of?the?total?study?area.?The?results?show?that?the?ecological?sensitivity?of?Qingcheng?Town?is?greatly?affected?by?three?factors，?such?as?geomorphology，?vegetation?coverage?and?water?system.?There?is?a?high?ecological?sensitivity?around?the?Yellow?River?valley?in?the?north?and?the?loess?ridge?mountain?area?in?the?south?of?the?town?domain，?however，?the?ecological?sensitivity?is?low?around?the?central?town?area?in?the?northern?part?of?the?town?and?near?five?big?daping?land?in?the?southwest.

Key?words?Ecological?sensitivity;GIS;Spatial?analysis;Qingcheng?Town

黨的十九大報告提出了“加快生態(tài)文明體制改革，建設美麗中國”。習近平同志指出“良好生態(tài)環(huán)境是最公平的公共產(chǎn)品，是最普惠的民生福祉”。可以看出城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境治理愈加被重視，這也突出了鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中提出的“生態(tài)宜居”的重要地位。近年來，全國各地為了響應鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，旅游城鎮(zhèn)開發(fā)建設已成為熱潮，這將對鄉(xiāng)村經(jīng)濟的發(fā)展具有明顯的推動作用，但同時也有系列的生態(tài)環(huán)境問題出現(xiàn)。因此分析旅游地的生態(tài)敏感性，一方面可以更好地促進旅游開發(fā)建設，為城鎮(zhèn)發(fā)展帶來更高的經(jīng)濟效益，另一方面能夠有效改善生態(tài)環(huán)境治理現(xiàn)狀，促進區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展[1]。

生態(tài)敏感性分析與評價是綜合諸多環(huán)境因子來顯示當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要途徑。旅游地生態(tài)敏感性的分析，主要是以自然資源環(huán)境因素為切入點，分析該地區(qū)各系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境變化以及人類行為活動作出的反應。其在選取分析要素時，根據(jù)當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，選擇影響敏感性的主要生態(tài)因子，最后評價該區(qū)的生態(tài)敏感性水平[2]。目前，國內外關于生態(tài)敏感性的研究已在多個領域展開，諸如土地生態(tài)評估[3]、國土空間規(guī)劃[4-5]及功能區(qū)劃[6-7]等方面。研究尺度從宏觀向中觀尺度轉變，且主要還是集中在特殊生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)[8-12]、生態(tài)流域[13-17]、生態(tài)保護區(qū)[18-21]等具有明確自然指向性的地區(qū)，而縣鎮(zhèn)級以下尺度的關于旅游地區(qū)生態(tài)敏感性的研究較少。

如今，蘭州市青城古鎮(zhèn)的旅游開發(fā)建設在不斷加強，旅游人數(shù)也在逐年增加。然而旅游發(fā)展在產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益的同時，也對古鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境帶來了一定的挑戰(zhàn)。該研究運用GIS技術手段，采用青城古鎮(zhèn)TM遙感影像與地理信息矢量數(shù)據(jù)，同時根據(jù)青城古鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀以及主要問題，將水環(huán)境敏感性、土壤侵蝕敏感性、生境敏感性作為該研究的主要評價內容，構建評價指標體系，綜合分析蘭州青城古鎮(zhèn)的生態(tài)敏感性水平，從而促進青城古鎮(zhèn)的“經(jīng)濟—社會—環(huán)境”關系系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展。

1?研究區(qū)概況

蘭州市青城古鎮(zhèn)位于104°08′10″～104°21′15″E，36°12′50″～36°21′30″N，東西長約18.7?km，南北寬約18.9?km，總面積137.34?km2。地勢南高北低，地形呈狹長帶狀，是典型的黃河谷地，屬黃河流域三級區(qū)。青城古鎮(zhèn)屬于溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫為9.2°C，年溫差與日溫差較大。全年氣候干燥，四季分明;夏季氣溫高，無酷暑，春秋季涼爽宜人。青城古鎮(zhèn)境內有苦水河與清水河，降雨多集中在4—9月，年日照率大于60%;南部山區(qū)年均降水量達300～400?mm，而北部河谷地帶年均降水量為280?mm。地表水資源為0.179?0億m3，地下水資源量有0.027?3億m3，水資源總量0.181?6億m3。青城古鎮(zhèn)地處華家?guī)X和鐵木山的西延部分，其基巖經(jīng)歷了長期的地質構造運動和流水侵蝕，到第四紀初被切割成低山和溝谷，黃土層覆蓋基巖。由于鎮(zhèn)域境內西南部本身溝壑縱橫，植被稀疏，加之近年來西南部五坪的不斷開發(fā)利用，區(qū)域地表侵蝕愈加嚴重，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。

2?數(shù)據(jù)來源與生態(tài)評價指標體系

2.1?數(shù)據(jù)來源

該研究所需的基礎數(shù)據(jù)主要包括RS與GIS地理信息數(shù)據(jù)、土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)以及調研統(tǒng)計數(shù)據(jù)等三大方面。具體包括青城古鎮(zhèn)TM遙感影像、30m×30m?數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，青城古鎮(zhèn)行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)、主要水系分布數(shù)據(jù)以及第二次土地調查變更數(shù)據(jù)等地理信息數(shù)據(jù)。同時，查閱與搜集了青城古鎮(zhèn)上版城市總體規(guī)劃、統(tǒng)計年鑒以及《青城志》等數(shù)據(jù)資料和社會經(jīng)濟資料;另外現(xiàn)場調研數(shù)據(jù)作為研究輔助資料。在數(shù)據(jù)運用過程中，因所得數(shù)據(jù)類型不一致，在GIS處理中會有投影信息丟失或空間坐標無法匹配等問題出現(xiàn)，故在研究前期對獲得數(shù)據(jù)或圖像需要進行矢量處理，對底圖需校準或投影變換，才可運用于后期分析。最后研究通過使用GIS技術處理青城古鎮(zhèn)鎮(zhèn)域土地利用現(xiàn)狀圖，得到青城古鎮(zhèn)斑塊圖。

2.2?生態(tài)敏感性評價指標體系

2.2.1?指標選取與分級。

依據(jù)已有相關研究成果[22-23]，參考其生態(tài)敏感性分級標準，結合青城古鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，研究主要從土壤侵蝕敏感性、水環(huán)境敏感性、生境敏感性3個方面展開，共選取5個生態(tài)子因子作為評價指標，對青城古鎮(zhèn)的生態(tài)敏感性進行分析與評價。其中影響土壤侵蝕敏感性的要素選取坡度因子和地貌因子;影響水環(huán)境敏感性的因子則用水域緩沖區(qū)分析來體現(xiàn);影響生態(tài)環(huán)境敏感性的因子選取土地利用類型因子和植被覆蓋因子（植被覆蓋度用歸一化植被指數(shù)NDVI來表征）。首先，研究采取AHP分析法，對各影響因子進行敏感性分級。將青城古鎮(zhèn)生態(tài)敏感性分為5個等級，數(shù)值1表示一般敏感，數(shù)值3表示輕度敏感，數(shù)值5表示中度敏感，數(shù)值7表示高度敏感，數(shù)值9表示極度敏感。其分級與賦值情況如表1所示。

2.2.2?研究方法。

（1）層次分析法。

層次分析法，簡稱AHP，是一種定性與定量結合的權重決策分析方法。此方法將決策問題按總目標、各層子目標、評價準則，直到具體的備投方案的順序，分解為不同的層次結構，然后用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權重，最后再通過加權求和法遞階歸并各備選方案，確定總目標的最終權重，此最終權重最大者即為最優(yōu)方案。而權屬大小能夠反映評價指標的重要程度，對影響因子進行確權能更加科學、合理地對生態(tài)敏感性作出評價。該研究通過專家座談的方式，結合青城古鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，12名專家對影響青城古鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境的5類因子的重要程度進行打分，最后結合層次分析法對蘭州青城古鎮(zhèn)進行生態(tài)敏感性分析。

（2）GIS空間分析法。

①緩沖區(qū)分析。在GIS中對青城古鎮(zhèn)水域數(shù)據(jù)進行多級緩沖區(qū)分析，以鎮(zhèn)域北部黃河水域及其向南衍生的各支流為研究實體對象，對其水域周圍進行生態(tài)敏感性分區(qū)。

②空間疊加分析。將選取的各生態(tài)影響因子數(shù)據(jù)導入到GIS軟件中，建立數(shù)據(jù)庫。再依據(jù)評價指標體系對各因子進行重分類后分級賦值，然后運用ArcToolbox?中加權疊加分析功能，將得到的多個柵格數(shù)據(jù)進行加權疊加計算，其目的是為了探究對象的自身獨特屬性與其空間特征的相關性，最后得出青城古鎮(zhèn)的各生態(tài)敏感性評價圖。

3?結果與分析

3.1?單因子敏感性分析

3.1.1?坡度生態(tài)敏感性分析。

青城古鎮(zhèn)地處屬黃土高原梁峁區(qū)，土質疏松，植被稀疏，降水少，因而坡度成為影響該區(qū)土壤侵蝕敏感性的重要因子。在GIS中由DEM高程數(shù)據(jù)計算得出地形坡度，其分析結果如圖1所示。可以看出青城古鎮(zhèn)坡度小于8°的區(qū)域主要分布在北部黃河谷地和“五大坪”區(qū)域;坡度在20°以上呈高度與極度敏感的區(qū)域主要分布于鎮(zhèn)域南部山區(qū)，而其他地形坡度在8°～20°的輕度敏感區(qū)域以及中度敏感區(qū)域較少，在南部山區(qū)分散分布，同時在河谷階地過渡帶有零星分布。

3.1.2?地貌生態(tài)敏感性分析。

青城古鎮(zhèn)鎮(zhèn)域主體為河谷階地地貌，呈“西南—東北”趨向沿黃河分布，長16?km，寬6.5?km。依據(jù)高程及基地的巖石類型和上層覆蓋類型不同，河谷兩側發(fā)育成Ⅴ級階地。各階地基座分別距黃河水面5、11、30、45、55?m。Ⅵ級階地外觀上已被切割為黃土丘陵，階地面貌已不復存在，只有從物質結構上才能顯示出階地的存在。因此研究根據(jù)青城古鎮(zhèn)的Ⅴ級階地，對地貌進行了敏感性分區(qū)。其地貌敏感性和各級階地呈對應關系，如表1所示。

綜合圖2與圖3，青城古鎮(zhèn)地貌從I級階地到V級階地，黃土覆蓋層逐漸增厚，土壤侵蝕隨著級階增大越發(fā)明顯。由于青城古鎮(zhèn)鎮(zhèn)域北部是主要的城鎮(zhèn)建設區(qū)，地處黃河谷地，地形地勢較平坦，處于I級階地，因此生態(tài)敏感性一般;而鎮(zhèn)域南部本身溝壑縱橫，地貌較復雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，因此生態(tài)敏感性較高。

3.1.3?水系生態(tài)敏感性分析。

水域是重要的生態(tài)系統(tǒng)有機組成部分，在半干旱地區(qū)河流的生態(tài)功能性更加突出，同時由于半干旱地區(qū)人類生產(chǎn)生活對河流的依賴性較強，因此對河流等水域的干擾也越大。參考相關研究，再結合青城水域實際情況，依據(jù)表1劃分標準，在GIS中對青城古鎮(zhèn)全域水系進行多級緩沖區(qū)分析，對主要河流與次要河流等水域周圍進行敏感性分區(qū)，分析結果如圖4所示。

青城古鎮(zhèn)境內主要河流為黃河，境內流經(jīng)10?km，其間吸納麋鹿溝、紅峴溝等水流。鎮(zhèn)區(qū)東部有東灘萬畝濕地，生態(tài)效益顯著，但由于地勢較低，存在較大的洪澇災害威脅，因此以設立緩沖區(qū)的方式加強對水域環(huán)境及城鎮(zhèn)建設環(huán)境的保護顯得尤為重要。據(jù)圖4可看出，青城古鎮(zhèn)鎮(zhèn)域內水域的高、極高生態(tài)敏感區(qū)主要是分布在境內的黃河及其幾大支流，以及納麋鹿溝、紅峴溝等水流周圍50～120?m內，且距離水體越近，則其生態(tài)敏感性越高。

3.1.4?土地利用生態(tài)敏感性分析。

不管是生產(chǎn)、生活，還是生態(tài)，都以土地為載體，而土地承載能力在一定程度上約束與限制了人類對土地的開發(fā)利用方式及程度。在自然作用的影響下，以及人類在土地上進行各種開發(fā)建設活動，又產(chǎn)生了不同的土地利用類型。土地利用類型在一定程度上也是對人類生產(chǎn)生活行為在空間上的劃分。

青城古鎮(zhèn)土地總面積13?734.35?hm2，截至2017年底，青城古鎮(zhèn)農(nóng)用地2?538.64?hm2，占土地總面積18.48%;建設用地370.81?hm2，占土地總面積2.70%;其他土地10?824.90?hm2，占土地總面積78.82%。青城古鎮(zhèn)全域范圍內各土地利用類型現(xiàn)狀中，自然保留地占比最大，高達75.48%，其次為耕地，占比15.45%。

青城古鎮(zhèn)的土地利用類型多樣，主要包括建筑用地、水體、耕地、園地、林地、草地和未利用地等，用地類型生態(tài)敏感性分析見圖5。青城古鎮(zhèn)土地利用類型的高、極高生態(tài)敏感區(qū)域主要分布在鎮(zhèn)區(qū)南部五大坪上，因為在此存在大量耕地和林地;中度生態(tài)敏感區(qū)主要分布在鎮(zhèn)區(qū)北部的黃河沿岸一帶，此區(qū)域多灘涂濕地，土地較脆弱;輕度敏感區(qū)主要分布在鎮(zhèn)域南部邊緣，此區(qū)域開發(fā)建設活動較少，土地利用程度較低;而一般敏感區(qū)集中分布在鎮(zhèn)域北部的中心城區(qū)以及各村莊建設區(qū)，包括道路，設施用地及居住用地等?？傮w而言，青城古鎮(zhèn)土地利用類型敏感性水平整體較高，在城鎮(zhèn)開發(fā)建設規(guī)劃中，必須遵循“生態(tài)優(yōu)先”的原則，守住青城國土底線，實現(xiàn)高質量發(fā)展。

3.1.5?植被覆蓋度生態(tài)敏感性分析。

青城古鎮(zhèn)處于半干旱地區(qū)，植被覆蓋度對于區(qū)域整體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性有著重要作用，植被覆蓋度越高的區(qū)域生態(tài)環(huán)境越好。半干旱地區(qū)自然本底條件原本就不優(yōu)越，植被一旦被破壞，自然恢復能力較弱，土地承載力降低。研究通過影像數(shù)據(jù)計算得到的歸一化植被指數(shù)NDVI來表征植被覆蓋度，再依據(jù)植被指數(shù)對植被覆蓋度敏感性進行分級。

青城古鎮(zhèn)整體植被覆蓋度較好，但在小區(qū)域內山的陰面和陽面植被覆蓋度差距較大。從圖6可以看出青城古鎮(zhèn)植被覆蓋因子敏感性最強的區(qū)域主要分布于鎮(zhèn)域北部的鎮(zhèn)中心區(qū)及其周邊地區(qū)，其他區(qū)域敏感性較低。因此在城市建設中應注重對植被覆蓋度較高地區(qū)的保護，同時應采取一定措施恢復植被覆蓋度較低區(qū)域的植被，調節(jié)小區(qū)域氣候，減少水土流失的發(fā)生。

3.2?青城古鎮(zhèn)生態(tài)敏感性綜合評價

綜合考慮青城古鎮(zhèn)自然環(huán)境特征，運用GIS將以上5個單因子生態(tài)敏感性分析結果進行加權疊加，得出青城古鎮(zhèn)綜合生態(tài)敏感性分析圖（圖7）。然后計算各單元的綜合生態(tài)敏感性評價值，根據(jù)評價值的空間分布情況，將其劃分為低敏感性、中度敏感性與高度敏感性3個等級的敏感區(qū)。

圖7顯示，生態(tài)高度敏感區(qū)域主要分布在青城古鎮(zhèn)南部黃土梁峁山區(qū)，以及溝谷底部及周邊坡度較大區(qū)域;其次分布在海拔較高、坡度較大的V級階地的山地丘陵區(qū)域及黃河沿線。青城古鎮(zhèn)鎮(zhèn)域生態(tài)敏感性整體較高，境內高度敏感區(qū)有5?750?hm2，占總面積的41.87%，這與青城古鎮(zhèn)地形地貌復雜，以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與旅游業(yè)為主的發(fā)展模式有關，一定程度上土地利用開發(fā)受限。青城古鎮(zhèn)高度生態(tài)敏感性區(qū)域將接近總面積的一半，該區(qū)域應該盡量限制建設開發(fā)，對于部分敏感性指數(shù)較高區(qū)域應禁止開發(fā)。

青城古鎮(zhèn)生態(tài)中度敏感性區(qū)域面積為3?519?hm2，占總面積的25.62%，主要集中分布于鎮(zhèn)域西南部的五大坪周圍，該區(qū)域已進行旅游開發(fā)建設，后續(xù)發(fā)展應該合理規(guī)劃與管理。其余零散分布于全域坡度較小、海拔較低的山區(qū)。

青城古鎮(zhèn)生態(tài)低敏感性地區(qū)主要分布在黃河河谷的一二三級階地上，可以考慮作為發(fā)展備用地;其次主要集中分布在鎮(zhèn)域北部的中心鎮(zhèn)區(qū)及其周邊城鎮(zhèn)建設區(qū)域。低敏感性區(qū)域面積總計4?465?hm2，約占總面積的32.51%，在不考慮其他管制因素的情況下，發(fā)展空間相對充足。各級敏感性區(qū)域具體面積及所占百分比如表3所示。

4?結論與討論

該研究從土壤侵蝕敏感性、水環(huán)境敏感性、生境敏感性3個方面展開，共選取5個生態(tài)子因子構建評價指標體系，對青城古鎮(zhèn)的生態(tài)敏感性進行綜合分析與評價。全域綜合生態(tài)敏感性分為低度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)與高度敏感區(qū)3個等級，各區(qū)面積占比為32.51%、25.62%、41.87%。研究顯示青城古鎮(zhèn)生態(tài)敏感性的空間分異較大，呈北低南高的分異特征，敏感性總體較高。青城古鎮(zhèn)生態(tài)敏感性程度受地形地貌、植被覆蓋度及水體因子影響較大;鎮(zhèn)域北部黃河谷地與南部黃土梁峁山區(qū)周圍生態(tài)敏感性較高，環(huán)境一旦破壞，很難在短時間恢復;而北部中心鎮(zhèn)區(qū)周圍及西南部五大坪附近生態(tài)敏感性較低。

青城古鎮(zhèn)是以類型多樣的古鎮(zhèn)文化為基礎的旅游小鎮(zhèn)，位于黃河南岸，南北各有山脈。伴隨古鎮(zhèn)旅游開發(fā)日漸成熟，現(xiàn)代的生活生產(chǎn)方式和自主建設性活動卻對古鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境帶來了一定挑戰(zhàn)。在未來全域旅游開發(fā)建設過程中，需考慮在“生態(tài)優(yōu)先”的原則下，如何進行高質量與高品質的旅游發(fā)展建設問題。因此對于青城古鎮(zhèn)鎮(zhèn)域內的過境河流，宜建立河流緩沖區(qū)，合理規(guī)劃調整水系河網(wǎng)，依托黃河以及境內各支流與溝渠等營造全域綠色生態(tài)廊道;同時，提高青城古鎮(zhèn)整體植被覆蓋率，對水域及其周邊環(huán)境建立保護屏障，保證青城古鎮(zhèn)全域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與完整性，促進城鎮(zhèn)健康持續(xù)發(fā)展。

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