基于GIS的公路施工對(duì)沿線生態(tài)景觀格局的影響研究

邢瑋

摘要：在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展之下，GIS逐漸運(yùn)用到了公路施工的各個(gè)方面。利用空間分析以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能為公路建立不同距離的緩沖區(qū)，從而分析施工對(duì)沿線的影響是其在工程領(lǐng)域的主要應(yīng)用。本文主要根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)的原理，選取了多種指數(shù)，重點(diǎn)對(duì)重慶市的公路5公里范圍內(nèi)的沿線生態(tài)景觀格局進(jìn)行了深入分析。據(jù)調(diào)查，在2000年-2015年期間，在公路沿線的5公里緩沖區(qū)內(nèi)其中變化最大的是城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積、其次是水域面積、林地面積等。并且隨著緩沖距離的不斷增加，其中斑塊數(shù)目增長(zhǎng)度最大，景觀多樣性等指數(shù)也處于上升趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：GIS;公路施工;生態(tài)景觀格局

引言：公路的快速發(fā)展建設(shè)不僅可以促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)于沿線的生態(tài)景觀也有非常重要的影響。近些年來，我國(guó)對(duì)于生態(tài)景觀的關(guān)注度越來越高，甚至有很多學(xué)者針對(duì)不同的地域情況進(jìn)行了深入研究，但是由于公路具有特殊的線性特點(diǎn)以及建設(shè)時(shí)限性，很難對(duì)其進(jìn)行定量化的分析研究。本文主要根據(jù)生態(tài)景觀學(xué)原理及GIS的功能技術(shù)對(duì)于重慶市的公路進(jìn)行定量化的分析研究，從而對(duì)日后的生態(tài)景觀管理提供有效幫助。

1、研究區(qū)域基本概況

重慶地處我國(guó)西南部地區(qū)，位于長(zhǎng)江中上游，屬于青藏高原與長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)的交界之處。東西長(zhǎng)達(dá)470km，南北寬度約450km，地形以山地為主，東部、南部、以及北部分別由大巴山、武陵山、巫山等將其環(huán)繞，坡地面積比較大，屬于亞熱帶濕潤(rùn)性氣候。近些年來重慶地區(qū)的公路交通發(fā)展越來越快，是西南地區(qū)的重要交通樞紐。

2、GIS于公路施工中對(duì)沿線生態(tài)景觀格局的研究分析

1、數(shù)據(jù)處理

利用地理空間的數(shù)據(jù)云網(wǎng)站中的數(shù)據(jù)，并且將重慶地區(qū)土地分為：耕地、林地、草地、水域、城鎮(zhèn)建設(shè)用地和未利用地。運(yùn)用clip等工具對(duì)重慶2000-2005年的公路5km緩沖區(qū)沿線的土地使用情況進(jìn)行了分析。為了對(duì)公路周邊不同區(qū)域的景觀狀態(tài)進(jìn)行研究，每隔1-2公里建立一個(gè)緩沖帶，再將緩沖區(qū)與目前土地的使用情況進(jìn)行疊加，將最終的疊加情況導(dǎo)入相關(guān)的景觀軟件，通過計(jì)算景觀指數(shù)，從而分析出公路不同緩沖區(qū)范圍內(nèi)的景觀格局變化。

2、生態(tài)景觀格局指數(shù)分析

通常情況下，能夠?qū)樊a(chǎn)生影響的生態(tài)景觀格局指數(shù)分別有以下幾種，并且對(duì)此進(jìn)行了計(jì)算公式分析：

2.1：香濃多樣性指數(shù)計(jì)算公式：此公式中P代表第ι種景觀類型的占比總面積;m屬于研究區(qū)景觀類型的總數(shù)，這個(gè)公式主要計(jì)算的是景觀類型的豐富程度;

2.2：景觀均勻度指數(shù)計(jì)算公式：此公式中的ι、m、p分別代表的含義與香濃多樣性計(jì)算公式一樣。景觀的均勻度指數(shù)越靠近1，說明景觀類型的分布便會(huì)越均勻;

2.3：景觀分割指數(shù)計(jì)算公式：在此公式中a代表斑塊的面積，A代表整體面積，景觀分割指數(shù)可以計(jì)算出分割指數(shù)越大則斑塊的破壞程度便越大;

2.4：景觀聚合度指數(shù)計(jì)算公式：在此公式中C代表附近的相同類型的斑塊數(shù)目，計(jì)算出的景觀聚合度指數(shù)越大，則證明斑塊的幾何程度越高。

3、土地利用情況的有效分析

分析2000-2015年重慶市公路沿線5km緩沖區(qū)范圍內(nèi)的土地變化，其中耕地面積的變化最大，其次為林地，還未開發(fā)利用的土地與水域占比均較小，城鎮(zhèn)建設(shè)用地比原有的面積增加了2倍多，水域面積比之前增加了近14%，耕地面積減少近7%，還未開發(fā)利用的土地減少了將近4%，草地減少了3.1%。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在公路5km沿線范圍內(nèi)變化最大的是城鎮(zhèn)建設(shè)用地，按照城鎮(zhèn)建設(shè)用地與耕地面積減少的數(shù)量相比所差無幾，說明公路的擴(kuò)張以及城鎮(zhèn)建設(shè)用地的增加主要是通過侵占耕地達(dá)到的，會(huì)直接導(dǎo)致公路周邊的生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變。

4、公路周邊景觀格局的變化

運(yùn)用Fragstat4.2景觀軟件對(duì)各景觀指數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，分析出公路沿線的景觀格局變化。據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，隨著緩沖距離的不斷增加，斑塊數(shù)目增加的同時(shí)其密度在1-2km緩沖帶時(shí)也在增加，但是在2-5km之后發(fā)生了密度降低的情況?？梢?，隨著公路的不斷發(fā)展與建設(shè)，導(dǎo)致公路周邊的環(huán)境發(fā)生了不小的破壞，面積隨之減少，斑塊數(shù)目也在逐漸增加。由于1-2km緩沖帶間距較小的原因，其總面積也呈現(xiàn)越小，距離公路越近的區(qū)域其斑塊破碎的程度便越大，才會(huì)出現(xiàn)斑塊密度高的原因。隨著公路的延伸，在2-5km緩沖區(qū)域中，伴隨著間距及面積的不斷增大，斑塊密度越低。說明隨著距離公路越近，人類的干擾越少，斑塊數(shù)目的增多會(huì)慢慢導(dǎo)致均質(zhì)化。

據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，香濃多樣性指數(shù)與景觀均勻度指數(shù)會(huì)隨著年份以及緩沖面積的不斷增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，但是均勻性指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有多樣性指數(shù)的變化大。其中每個(gè)階段的緩沖距離的多樣性均在1左右，在2015年時(shí)其數(shù)值高達(dá)1.17，從而證明公路的發(fā)展對(duì)于景觀整體情況并沒有造成太大的影響，且公路兩側(cè)向外延伸時(shí)各個(gè)斑塊類型分布比較均衡。如果研究的面積較大、隨著緩沖區(qū)的不同變化、間隔不同 也會(huì)產(chǎn)生不一樣的研究結(jié)果。

在本次實(shí)驗(yàn)中，景觀聚合度與景觀分割指數(shù)也隨緩沖距離的增加而增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在緩沖帶1-2km距離時(shí)，數(shù)值變化出現(xiàn)異常是因?yàn)榫彌_區(qū)的寬度過于狹窄，距離兩側(cè)較近。由于本次實(shí)驗(yàn)研究的尺度較大，會(huì)出現(xiàn)斑塊破碎比較嚴(yán)重的現(xiàn)象，導(dǎo)致聚合指數(shù)突然減小，分割指數(shù)較大。

結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)重慶市公路沿線的生態(tài)景觀格局變化情況作出相應(yīng)的分析，結(jié)果對(duì)于公路沿線區(qū)域的整體景觀結(jié)構(gòu)與空間配置關(guān)系可以更加明確。公路對(duì)于沿線生態(tài)環(huán)境的影響會(huì)因?yàn)榈匦渭案蓴_程度等因素對(duì)最終的研究結(jié)果造成一定的影響，原始數(shù)據(jù)是否精準(zhǔn)也會(huì)在很大程度上影響研究的最終結(jié)果。在今后的實(shí)際研究中，需要考慮多種因素對(duì)研究過程的影響，將研究方式具體化、細(xì)致化，從而最大程度的保障研究成果的準(zhǔn)確性。

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