基于SRP模型的渭河流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)分析

王宗輝

摘要：該文以SRP概念模型為基礎(chǔ)定量評(píng)價(jià)了渭河流域天水段的生態(tài)健康狀況，建立指標(biāo)體系和等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。通過GIS的空間疊合分析，利用自然斷點(diǎn)法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行重分類，然后根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值從而得到渭河流域天水段的生態(tài)脆弱性空間分布圖。分析表明：渭河流域天水段整體上生態(tài)脆弱度較低，全段除西北地區(qū)外，其余地區(qū)脆弱性均在中度以下;全段生態(tài)脆弱性呈現(xiàn)由西北向東南逐漸增強(qiáng)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)脆弱性??SRP模型??評(píng)價(jià)指標(biāo)??空間分布

中圖分類號(hào)：X826??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Evaluation?and?Analysis?of?Ecological?Vulnerability?in?Wei?River?Basin?based?on?SRP?Model

WANG?Zonghui

（Gansu?Forestry?Polytechnic，?Tianshui，?Gansu?Province，?741020?China）

Abstract：?Based?on?the?SRP?conceptual?model，?the?ecological?health?status?of?tianshui?section?of?Wei?River?Basin?was?quantitatively?evaluated，?and?the?index?system?and?grade?standard?were?established.?Through?the?spatial overlap?analysis?of?GIS，?the?natural?breakpoint?method?was?used?to?reclassify?each?index?after?standardized?treatment，?and?then?the?spatial?distribution?map?of?ecological?vulnerability?in?tianshui?section?of?Wei?River?Basin?was?obtained?according?to?the?weight?value?of?each?evaluation?index.?The?results?show?that?the?ecological?vulnerability?of?tianshui?section?of?Wei?River?Basin?is?low?on?the?whole，?and?the?vulnerability?of?other?areas?is?below?moderate?except?the?northwest?region.?The?overall?ecological?vulnerability?gradually?increased?from?northwest?to?southeast.

Key?Words：?Ecological?vulnerability;?SRP?model;?Evaluation?index;?Space?distribution

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)區(qū)域內(nèi)相關(guān)森林、河流等環(huán)境的影響更為明顯，河流生態(tài)系統(tǒng)功能和健康循環(huán)規(guī)律已發(fā)生了顯著的改變，不僅引發(fā)出更多的河流污染問題，同時(shí)也明顯地影響到水資源的安全和流域的生態(tài)安全問題。在分析生態(tài)安全的過程中，結(jié)合不同流域?qū)?yīng)的特點(diǎn)，對(duì)比不同條件和影響，推進(jìn)流域內(nèi)的生態(tài)安全健康狀況安全的研究，也越來越受到諸多學(xué)者的注意。

生態(tài)脆弱性是衡量在自然因素和人文因素的驅(qū)使下，研究區(qū)原有的生態(tài)環(huán)境受到外界干擾所具有的敏感程度和恢復(fù)能力[1-2]。自生態(tài)脆弱性（Ecological?Vulnerability）的相關(guān)理論提出后，由于生態(tài)脆弱性與諸多因素關(guān)聯(lián)，包括自然因素（例如地形、植被覆蓋程度等）和人為因素（例如人為活動(dòng)、景區(qū)開發(fā)等）[3]。隨著生態(tài)脆弱性研究的不斷進(jìn)展，諸多研究也從最初的破壞或擾動(dòng)的敏感性，逐漸發(fā)展到關(guān)注系統(tǒng)對(duì)刺激的承受能力和反應(yīng)能力，生態(tài)環(huán)境受到刺激后的恢復(fù)能力，后期拓展到協(xié)調(diào)人類與生態(tài)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，確保生態(tài)環(huán)境的安全方面。近年來，針對(duì)生態(tài)脆弱性的理論、方法和應(yīng)用方面的研究越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，也形成了多種生態(tài)脆弱性研究方法，目前，基于生態(tài)敏感性-生態(tài)恢復(fù)力-生態(tài)壓力度（SRP）模型的方法在多區(qū)域研究中，體現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

近十年來，由于渭河流域區(qū)域河道整體開發(fā)和城市建設(shè)、地下水的過度抽取、人工挖沙等工作以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理相對(duì)滯后，從而導(dǎo)致該河流生態(tài)功能退化和水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化。據(jù)此，該文以SRP概念模型為依據(jù)，以天水區(qū)域內(nèi)渭河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，創(chuàng)新構(gòu)建基于遙感數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)[4]，充分結(jié)合現(xiàn)有地理信息技術(shù)，融合多樣化指標(biāo)，建立合理精確的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)體系，以期為渭河流域天水段的生態(tài)恢復(fù)和資源管理提供一定參考。

1?研究區(qū)域概況

天水屬大陸性暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，中間區(qū)域渭河穿流而過，支流覆蓋天水全區(qū)，海拔平均1?100?m，年平均氣溫11?℃，年降水量500～600?mm，年平均日照時(shí)數(shù)2?100?h，冬暖夏涼，氣候宜居。地理位置如圖1所示。

渭河是黃河第一大支流，天水區(qū)域內(nèi)流域全長(zhǎng)275.35?km，流域面積11?695?km2，牛葫蘆河、藉河是區(qū)域內(nèi)主要支流。由西向東流經(jīng)武山縣、甘谷縣、麥積區(qū)，年平均自產(chǎn)地表水資源量為10.01億m3。渭河作為天水區(qū)域內(nèi)的最大河流，近年來雖然治理力度逐步加大，但是由于生態(tài)環(huán)境脆弱，泥沙量較大，降雨量較大，致使洪澇災(zāi)害頻發(fā)。

2?數(shù)據(jù)來源

該次研究所選擇的數(shù)據(jù)主要包括研究區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)據(jù)[5]。DEM數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)均來源于國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心的，社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)與人口數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)來源于《天水市統(tǒng)計(jì)年鑒》，相關(guān)數(shù)據(jù)來源如表1所示。

3?研究方法

3.1?SRP評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

SRP概念模型主要是從生態(tài)穩(wěn)定性出發(fā)，通過設(shè)置不同指標(biāo)的權(quán)重值，結(jié)合生態(tài)穩(wěn)定確定相關(guān)影響因子的權(quán)重關(guān)系，形成生態(tài)脆弱性綜合評(píng)價(jià)模型[6]。由生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復(fù)力、生態(tài)壓力三個(gè)組分共同構(gòu)成SRP概念模型。其中生態(tài)敏感性重點(diǎn)映射生態(tài)的敏感系數(shù)及生態(tài)的自我修復(fù)能力，生態(tài)恢復(fù)力指的是生態(tài)系統(tǒng)被破壞以后恢復(fù)的能力及恢復(fù)的時(shí)間，生態(tài)壓力度指外界因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾力度。因此，SRP模型能總體反映生態(tài)脆弱性的諸多影響系數(shù)及對(duì)應(yīng)生態(tài)的諸多特點(diǎn)，是現(xiàn)階段生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)較為合理的一個(gè)專業(yè)模型，并在多地區(qū)的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)中得到應(yīng)用。

3.2?評(píng)價(jià)指標(biāo)

研究區(qū)生態(tài)脆弱性分析的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)指標(biāo)是對(duì)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，在指標(biāo)選取過程中，遵循主導(dǎo)性、科學(xué)性、可行性、穩(wěn)定性以及獨(dú)立性原則，因此渭河流域天水段的生態(tài)脆弱性研究選取了自然因素（包括表粗糙度、坡度、坡向、地形起伏度、年均降水量、年均氣溫、土壤有機(jī)質(zhì)、植被覆蓋度）和社會(huì)因素（包括人口密度、公路密度、GDP密度）及初級(jí)凈生產(chǎn)力、葉面積指數(shù)、河網(wǎng)密度等多個(gè)指標(biāo)構(gòu)建了評(píng)價(jià)體系[7]。其中，人口密度、公路路網(wǎng)分布、GDP密度、地表粗糙度、坡度、坡向、地形起伏度、年均降水量等為正向指標(biāo);土壤有機(jī)質(zhì)、初級(jí)凈生產(chǎn)力、葉面積指數(shù)、河網(wǎng)密度等為負(fù)向指標(biāo)[8]。正向評(píng)價(jià)指標(biāo)值越大，脆弱性越高;負(fù)向評(píng)價(jià)指標(biāo)越小，脆弱性越高。

3.3?評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

考慮到相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)在不同參照背景下的影響，為了提升評(píng)價(jià)的精度和契合度，需要對(duì)所有指標(biāo)形成的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)處理，采用極差法對(duì)定量指標(biāo)進(jìn)行處理最終形成0-1的標(biāo)準(zhǔn)化值[9];采用分級(jí)賦值法對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

（2）負(fù)向指標(biāo)：?。

式中：i為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)（個(gè)）;Ci為第i個(gè)對(duì)稱指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù);ci為第i個(gè)指標(biāo)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù);cmin為i個(gè)指標(biāo)中的最小值;cmax為i個(gè)指標(biāo)中的最大值。

（3）定性指標(biāo)。

對(duì)于有數(shù)值值域的柵格數(shù)據(jù)，通過GIS的Reclassify工具對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值，通過自然斷點(diǎn)法，進(jìn)行正、負(fù)向指標(biāo)的賦值。

3.4?權(quán)重構(gòu)建

根據(jù)相關(guān)生態(tài)脆弱性研究，依據(jù)渭河流域的特殊性，在權(quán)重構(gòu)建過程中，采用AHP賦值權(quán)重，構(gòu)建符合實(shí)際情況的權(quán)重分析，詳細(xì)權(quán)重見表2。

3.5?生態(tài)脆弱性分級(jí)

為更直觀地度量分類生態(tài)脆弱性指數(shù)（EVI），對(duì)計(jì)算結(jié)果EVI進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

式中：S為生態(tài)脆弱性指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值，其范圍為0～1;EVImax是該地區(qū)生態(tài)脆弱性指數(shù)的最大值;EVImin是該地區(qū)生態(tài)脆弱性指數(shù)的最小值[10]。根據(jù)現(xiàn)有的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究的分級(jí)指標(biāo)，將渭河流域天水段生態(tài)脆弱性劃分為5個(gè)等級(jí)，詳細(xì)脆弱性等級(jí)及生態(tài)特征如表3所示。

4?數(shù)據(jù)處理

4.1?數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)收集到的各類數(shù)據(jù)按照研究區(qū)范圍進(jìn)行裁剪及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，形成坐標(biāo)為CGCS2000?3度分帶、覆蓋整個(gè)研究區(qū)的各類數(shù)據(jù)集（DEM數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)據(jù)）。

4.2?河網(wǎng)密度

對(duì)裁剪后的河網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)，利用ArcGIS漁網(wǎng)工具創(chuàng)建公里格網(wǎng)，對(duì)公里格網(wǎng)與河網(wǎng)矢量，進(jìn)行相交處理，得到公里格網(wǎng)河網(wǎng)覆蓋矢量，然后利用字段計(jì)算器，借助公里格網(wǎng)面積和公里格網(wǎng)河網(wǎng)長(zhǎng)度，得到公里格網(wǎng)的河網(wǎng)密度矢量成果;利用轉(zhuǎn)換工具，將河網(wǎng)密度矢量轉(zhuǎn)換成河網(wǎng)密度柵格成果。

4.3?公路密度

從裁剪后的路網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)中篩選出公路矢量然后合并，利用ArcGIS漁網(wǎng)工具創(chuàng)建公里格網(wǎng)，通過公里格網(wǎng)與公路路網(wǎng)矢量相交處理，得到公里格網(wǎng)的公路覆蓋矢量，然后利用字段計(jì)算器，借助格網(wǎng)面積和公里格網(wǎng)的公路長(zhǎng)度，得到公里格網(wǎng)的公路密度矢量成果;利用轉(zhuǎn)換工具，得到公路密度柵格成果。

4.4?GDP及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口數(shù)據(jù)

（1）利用《天水市統(tǒng)計(jì)年鑒》，分縣區(qū)統(tǒng)計(jì)第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、耕地面積、GDP總量、人口總數(shù)、區(qū)域面積等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。利用如下計(jì)算公式，進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算。

（2）以各縣區(qū)幾何中心坐標(biāo)為定位點(diǎn)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行矢量點(diǎn)層創(chuàng)建。

（3）借助空間分析工具中的插值分析工具，利用克里金法，對(duì)各社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行插值并導(dǎo)出柵格成果。

4.5?指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

利用ArcGIS模糊分類的工具，對(duì)所有指標(biāo)利用線性進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，輸出為取值范圍0～1浮點(diǎn)型柵格成果。

4.6?指標(biāo)重分類

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理的數(shù)據(jù)，利用ArcGIS重分類工具，以自然斷點(diǎn)法，將所有指標(biāo)與脆弱性的關(guān)系劃分為五類。NDVI、公路密度、坡度影響、人均GDP指標(biāo)對(duì)應(yīng)的生態(tài)脆弱性分布如圖2所示。

4.7?指標(biāo)加權(quán)分類

標(biāo)準(zhǔn)化處理的數(shù)據(jù)，利用ArcGIS的加權(quán)疊加工具，將指標(biāo)柵格各自乘以指定的權(quán)重并合計(jì)在一起，形成多指標(biāo)影響下的脆弱性空間分布柵格。渭河流域天水段生態(tài)脆弱性空間分布如圖3所示。

5?結(jié)論與討論

該次渭河流域天水段生態(tài)脆弱性研究以SRP模型為框架，考慮天水地區(qū)實(shí)際狀況、兼顧評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則，最終選取人口密度、公路密度、GDP密度、地表粗糙度、坡度、坡向、地形起伏度、年均降水量、年均氣溫、土壤有機(jī)質(zhì)、植被覆蓋度、初級(jí)凈生產(chǎn)力、葉面積指數(shù)、河網(wǎng)密度等指標(biāo)構(gòu)建了評(píng)價(jià)體系。采用AHP賦值權(quán)重，構(gòu)建了符合實(shí)際情況的權(quán)重體系，對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)籌分析。

（1）從面積上看，渭河流域天水段整體上生態(tài)脆弱度較低，中度脆弱以下地區(qū)占全段的大部分;從空間分布分析，全段生態(tài)脆弱性呈現(xiàn)由西北向東南逐漸增強(qiáng)的發(fā)展趨勢(shì)。全段除西北地區(qū)外，其余地區(qū)脆弱性均在中度以下。中度以下脆弱地區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，環(huán)境質(zhì)量相對(duì)良好;重度脆弱區(qū)主要分布在全段土地開墾力度較大、梯田數(shù)量較多的武山、甘谷縣境內(nèi)，這些區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差、抗干擾能力弱、環(huán)境惡劣、生態(tài)恢復(fù)與治理應(yīng)高度重視、長(zhǎng)期堅(jiān)持。

（2）研究表明，造成全段生態(tài)環(huán)境脆弱性空間分布差異明顯的原因，可歸納為自然因素與人為因素。土壤有機(jī)質(zhì)、坡度、植被覆蓋度、年均降水量、年均氣溫、初級(jí)凈生產(chǎn)力等是影像生態(tài)脆弱性的主導(dǎo)自然因素，而人均耕地面積、第二產(chǎn)業(yè)比重、人口密度、公路密度、人均GDP等人為因素都間接或直接影響著自然因素。因此，要實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，提高人們的環(huán)保意識(shí)、加大環(huán)保力度才是根本之策。

（3）針對(duì)渭河流域天水段生態(tài)脆弱空間分布特征，提升重度脆弱區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，積極推行退耕還林等環(huán)境保護(hù)政策，值得考慮。

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