基于韌性理念的舟曲縣生態(tài)敏感性評價

劉延秀, 王昱之

(蘭州交通大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院, 蘭州 730070)

隨著城市化進(jìn)程的加速,持續(xù)擴(kuò)張的城市建設(shè)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到破壞。同時,人們越來越重視賴以生存的綠色生態(tài)環(huán)境。

1973年,加拿大生物學(xué)家Holling[1]對生態(tài)系統(tǒng)的韌性進(jìn)行了總結(jié)和歸納,首次將韌性的概念應(yīng)用到生態(tài)領(lǐng)域,描述生態(tài)系統(tǒng)在受到干擾后維持或恢復(fù)原有功能的能力。薄景山等[2]從韌性城市的緣起、定義以及主要特征出發(fā),認(rèn)為韌性城市是指城市在受到干擾時具有吸收和抵抗干擾的能力,并且能夠恢復(fù)并調(diào)整適應(yīng)新的狀態(tài),實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的城市。生態(tài)敏感性是生態(tài)系統(tǒng)對自然環(huán)境變化和人類活動干擾的反映程度及生態(tài)環(huán)境問題發(fā)生難易程度和可能性大小的重要因素之一[3]。趙欣等[4]運(yùn)用層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)方法對縣域尺度生態(tài)敏感進(jìn)行了空間研究。楊柳等[5]對生態(tài)敏感性進(jìn)行了時間和空間的研究。研究區(qū)域主要集中在自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景區(qū)、各類公園及旅游區(qū)[6-8]。近些年來,學(xué)者們從不同角度對于生態(tài)敏感性進(jìn)行了相關(guān)研究,從研究尺度出發(fā),大多從國家或者省市層面以及專項研究層面進(jìn)行生態(tài)敏感性分析[9-11],縣域尺度的相關(guān)研究較少[12-13]。

西北高山峽谷區(qū)作為我國典型的生態(tài)敏感區(qū),舟曲縣作為典型的高山峽谷型城市,目前大多數(shù)研究圍繞地質(zhì)災(zāi)害、土地質(zhì)量以及植被覆蓋方面,較少有學(xué)者從舟曲縣生態(tài)敏感性出發(fā)。因此,研究舟曲縣生態(tài)敏感性可對舟曲縣生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供一定的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

舟曲縣位于甘南藏族自治州東南部,地理空間方位為103°51′E～104°45′E、33°13′N～34°1′N,總面積3 009.98 km2,轄15鎮(zhèn)4鄉(xiāng)(圖1),2021年舟曲縣總?cè)丝诩s14.36萬人。舟曲縣屬于溫帶季風(fēng)性氣候,地處西秦嶺山地,境內(nèi)山巒重疊,溝壑縱橫,海拔高度為1 173～4 504 m,地勢西北高、東南低,一江兩河(白龍江、拱壩河、博峪河)貫穿其中。舟曲縣是典型的高山峽谷地貌,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱,水土流失較為嚴(yán)重。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括基于地理空間數(shù)據(jù)云30 m分辨率的含云量低于10%的DEM(數(shù)字高程)數(shù)據(jù),植被覆蓋數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云Landsat8 OLI_TIRS 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品數(shù)據(jù)集,采用ENVI5.6對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index,NDVI)數(shù)據(jù),地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所。

2 研究方法

2.1 評價因子的選取及等級結(jié)構(gòu)劃分

依據(jù)《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》及相關(guān)研究成果,結(jié)合舟曲縣地理位置,將地質(zhì)災(zāi)害作為一個生態(tài)敏感性評價的影響因子,最終選擇9個生態(tài)環(huán)境影響因子作為評價指標(biāo)。對各因子在地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)中進(jìn)行重分類處理,最終將舟曲縣生態(tài)敏感性程度劃分為極高敏感、高度敏感、中度敏感、輕度敏感、不敏感5個等級,并分別賦值為5、4、3、2、1(表1)。

2.2 評價因子權(quán)重確定

利用AHP和專家打分法確定生態(tài)敏感性評價指標(biāo)各因子的單項權(quán)重(表1),根據(jù)判斷矩陣一致性檢驗成果,經(jīng)計算一致性比率CR=0.072<0.1,說明此權(quán)重的結(jié)果可靠有效,進(jìn)而在GIS中對各單因子權(quán)重加權(quán)疊加分析,最終得到綜合生態(tài)敏感性分析結(jié)果。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 單因子生態(tài)敏感性分析

3.1.1 高程敏感性分析

舟曲縣海拔最高達(dá)到4 504 m,整體地勢西北高、東南低,海拔高度不同,氣候也會隨之變化,進(jìn)而影響植被和生物的多樣性和豐富度。海拔高度越高,生物多樣性越低,抗干擾能力越弱,生態(tài)敏感性也就越高。由圖2和表2可知,極高敏感區(qū)和高度敏感區(qū)大約占全域面積的1/2,主要分布在西北和西南方向山體部分,少量位于東北方向;中度敏感區(qū)主要在舟曲縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)沿河流少量分布,占全域面積的27.77%;輕度和不敏感區(qū)域主要沿白龍江流域、拱壩河以及博峪河流域的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布,占全域面積的13.49%、2.41%。

表2 生態(tài)敏感性因子分級統(tǒng)計結(jié)果

圖2 高程敏感性分布

3.1.2 坡度敏感性分析

坡度大小可反映地勢高低,從而影響地表面物質(zhì)活動和能量轉(zhuǎn)換的強(qiáng)度和規(guī)模,呈現(xiàn)出不同的分布差異,坡度越大越容易水土流失,同時制約著土地的使用和建筑布置[14]。由圖3和表2可知,舟曲縣坡度以中度敏感區(qū)和輕度敏感區(qū)為主,約占全縣總面積的85.31%,主要分布在中部和西南部地區(qū);極高敏感區(qū)和高度敏感區(qū)分別占全域面積的0.49%、9.68%,主要分布在東北部巴藏鎮(zhèn)、立節(jié)鎮(zhèn)、憨班鎮(zhèn)、坪定鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、東山鎮(zhèn)等地以及東南部曲告納鎮(zhèn),坡度較大也是舟曲縣容易遭受泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的主要原因;不敏感區(qū)占全域面積的4.52%,主要分布在河流兩側(cè)平坦地區(qū)。

圖3 坡度敏感性分布

3.1.3 坡向敏感性分析

坡向不同,受到太陽輻射時間也會不同,一定程度上會影響降雨量,進(jìn)而對植物的生長也有一定的影響。舟曲縣境內(nèi)山巒眾多,溝壑縱橫,錯落分布,由圖4和表2可知,高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)以及輕度敏感區(qū)分布較為均勻,分別占全域面積的25.95%、24.89%、24.66%,光照較充足,植被覆蓋度較高;極高敏感區(qū)占全域面積的12.54%,該區(qū)域為正北坡向,為陰坡,接受到的太陽輻射較少,植被覆蓋度較低;不敏感區(qū)占全域面積的11.96%,主要分布在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點所在區(qū)域。

圖4 坡向敏感性分布

3.1.4 水域敏感性分析

水作為舟曲縣重要組成部分,一江兩河貫穿其中,由圖5和表2可知,極高敏感區(qū)和高度敏感區(qū)分別占全域面積的2.88%、8.74%,這部分區(qū)域距離水體200 m之內(nèi),地勢平坦適宜人類居住;中度敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)分別占全域面積的16.05%、14.96%,主要分布在200～800 m的水域緩沖區(qū)內(nèi);河流緩沖區(qū)超過800 m為不敏感區(qū)域,由于舟曲縣特殊的高山峽谷地貌,水域不敏感區(qū)占全域面積比例最大,約占全域面積的53.37%。

圖5 水域敏感性分布

3.1.5 植被覆蓋度敏感性分析

植被覆蓋度是影響生態(tài)敏感性的重要指標(biāo)之一,一定程度上能夠影響土壤侵蝕和水土流失。采用NDVI值進(jìn)行植被覆蓋度分析。舟曲縣植被種類較多,全縣林地和經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)品豐富,由圖6和表2可知,植被覆蓋度總體生態(tài)敏感性較高。極高敏感區(qū)、高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)分別占全域面積的16.49%、22.28%、32.97%,主要分布在中部及南部區(qū)域,植被較為豐富,生物多樣性較高;輕度敏感區(qū)和不敏感區(qū)域分別占全域面積的15.19%、13.07%,主要分布在東部各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民居住地區(qū),人類活動頻繁,植被覆蓋度較小。

圖6 植被覆蓋度敏感性分布

3.1.6 土地利用敏感性分析

通過相關(guān)軟件對土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,將舟曲縣土地利用類型分為水域、林地、草地、耕地、建設(shè)用地和未利用地6類。由圖7和表2可知,極高敏感區(qū)占全域面積的73.74%,主要是水域和林地,是舟曲縣的主要用地類型;高度敏感區(qū)和中度敏感區(qū)分別占全域面積的14.35%、10.49%,主要分布在東部及東南部地區(qū);輕度敏感區(qū)和不敏感區(qū)所占比例較小,主要為建設(shè)用地和未利用地,約占全域面積的1.42%,主要分布在東部及東南部地區(qū),說明該縣由于地形地貌影響,建設(shè)開發(fā)強(qiáng)度較低。

圖7 土地利用敏感性分布

3.1.7 農(nóng)村道路敏感性分析

由于受地形限制,舟曲縣農(nóng)村道路多為蜿蜒曲折的山路,對居民出行影響較大。由圖8和表2可知,總體來說農(nóng)村道路生態(tài)敏感性較大。極高敏感區(qū)占全域面積的34.93%,主要分布在東部地區(qū);高度敏感區(qū)占全域面積的19.86%,分布在農(nóng)村道路周邊;中度敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)分別占全域面積的14.51%、10.20%,主要分布在無人居住的山地區(qū)域,不敏感區(qū)占全域面積的20.49%。

圖8 農(nóng)村道路敏感性分布

3.1.8 公路敏感性分析

公路周圍會受到噪聲、尾氣等的影響,生態(tài)敏感性較高,距離公路越遠(yuǎn),對生態(tài)環(huán)境的干擾度越低,生態(tài)敏感性越小。根據(jù)不同緩沖距離進(jìn)行公路敏感度分析,由圖9和表2可知,極高敏感區(qū)、高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)和輕度敏感區(qū)主要分布在東部道路交通比較發(fā)達(dá)地區(qū),分別占全域面積的11.65%、10.04%、9.17%、8.33%;由于舟曲縣特殊的地形地貌,不敏感區(qū)占比較大,主要分布在西部及中部山區(qū)位置,約占全域面積的60.81%。

圖9 公路敏感性分布

3.1.9 地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析

舟曲縣作為地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地域,水土流失嚴(yán)重,生態(tài)敏感性較高,將地質(zhì)災(zāi)害作為生態(tài)敏感性影響因子考慮非常必要。根據(jù)GIS進(jìn)行緩沖分析,由圖10和表2可知,極高敏感區(qū)、高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)分別占全域面積的3.20%、7.06%、8.64%,主要分布在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的立節(jié)鎮(zhèn)、峰迭鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、大川鎮(zhèn)、東山鎮(zhèn)等在內(nèi)的東部地區(qū)以及南部拱壩鎮(zhèn)、曲告納鎮(zhèn);輕度敏感區(qū)占全域面積的8.84%,不敏感區(qū)占全域面積的72.26%,主要分布在西南及中部地區(qū),植被覆蓋度較高,生態(tài)敏感性較弱,不易發(fā)生滑坡、泥石流災(zāi)害。

圖10 地質(zhì)災(zāi)害敏感性分布

3.2 生態(tài)敏感性綜合評價

基于選取的9個生態(tài)敏感性因子及指標(biāo)權(quán)重,結(jié)合GIS工具進(jìn)行加權(quán)分析綜合,從而得到舟曲縣綜合生態(tài)敏感性等級面積和比例。由圖11和表3可知,舟曲縣生態(tài)敏感性總體較高,由西南向東北部敏感性逐漸降低。

表3 各等級生態(tài)敏感區(qū)面積及占比

圖11 綜合生態(tài)環(huán)境敏感性等級分布

極高敏感區(qū)占全域面積的56.80%,主要分布在西南方向山區(qū)以及水源地周圍,雖然植被覆蓋度較高,但是由于海拔高、坡度大,生態(tài)環(huán)境破碎化嚴(yán)重,因此應(yīng)該加強(qiáng)山體和水源的保護(hù),禁止或減少人類建設(shè)活動,建立生態(tài)廊道,保證綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連通。

高度敏感區(qū)占全域面積的15.67%,主要分布在東部河流沿岸。根據(jù)單因子生態(tài)敏感性分布圖發(fā)現(xiàn),該分布區(qū)域水土流失嚴(yán)重,容易受到地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險,應(yīng)采用相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)措施,增加植被覆蓋率,進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警響應(yīng)。

中度敏感區(qū)占全域面積的4.74%,占比最小,主要為耕地和草地部分,還包含少量河流部分,受環(huán)境干擾程度較小。該區(qū)域應(yīng)該加大發(fā)展農(nóng)業(yè)的力度,加強(qiáng)生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè),增加綠化建設(shè)面積,限制城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展,及時清理河道,保護(hù)水域生態(tài)環(huán)境。

輕度敏感區(qū)占全域面積的13.89%,大致分布在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點外圍,主要為耕地和建設(shè)用地部分,人口相對城區(qū)較少,生態(tài)環(huán)境相對較好,對外界的抗干擾能力較強(qiáng)。

不敏感區(qū)占全域面積的8.9%,主要分布在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府和中心城區(qū),人口密度較高,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好,生態(tài)敏感性較低,是城市進(jìn)行建設(shè)和開發(fā)的主要區(qū)域。該區(qū)域在發(fā)展時應(yīng)該注意適度開發(fā)和建設(shè),遵循統(tǒng)籌規(guī)劃,注重經(jīng)濟(jì)開發(fā)和環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào),加強(qiáng)水域環(huán)境的保護(hù)和治理,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

舟曲縣地形地貌較為復(fù)雜,生態(tài)敏感性容易受到擾動?；谥矍h特殊的地理位置和地形地貌,綜合選取9個指標(biāo)體系,利用ArcGIS和ENVI軟件對該地區(qū)進(jìn)行生態(tài)敏感性單因子和多因子疊加分析,研究結(jié)果表明:

1)坡度、植被覆蓋度、水域緩沖區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害點為舟曲縣生態(tài)敏感性主要影響因子。

2)舟曲縣整體生態(tài)敏感性較高,極高敏感區(qū)和高度敏感區(qū)占比較大。

3)舟曲縣生態(tài)敏感性空間分布呈現(xiàn)“西南-東北”走向。極高敏感區(qū)和高度敏感區(qū)主要集中在地勢較高、坡度較大、植被覆蓋度較高的西南部;不敏感區(qū)域主要分布在東部及東北部地勢平坦區(qū)。

4)在輕度敏感區(qū)和不敏感區(qū)內(nèi),除了水域、公路、地質(zhì)災(zāi)害敏感性較高,其他因子較為穩(wěn)定。

本文中對于生態(tài)敏感因子的選取,僅僅采用了9個因子,未充分考慮到人口、社會經(jīng)濟(jì)方面的因素,可能存在一定的偏差。由于各因子劃分敏感性程度沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),只能結(jié)合現(xiàn)有成果進(jìn)行生態(tài)敏感性分級,缺少一定的客觀性。

研究結(jié)果一定程度上可為舟曲縣下一步城市規(guī)劃可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù),對相似地域的生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有一定的參考意義。