基于地理信息系統(tǒng)的撫仙湖流域生態(tài)敏感性分析

摘要：撫仙湖位于云南省玉溪市，流域生態(tài)資源豐富，但存在潛在環(huán)境風(fēng)險。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）具有強大的空間分析能力，常用于分析流域生態(tài)敏感性。為了保護撫仙湖，有必要建立評價因子指標體系，采用ArcGIS軟件分析撫仙湖流域生態(tài)敏感性，得到生態(tài)敏感性分區(qū)的面積比例，確定撫仙湖流域的生態(tài)保護區(qū)域。分析結(jié)果顯示，極敏感區(qū)占流域面積的26.79%，屬于重點保護區(qū)；高敏感區(qū)占比僅為2.01%，應(yīng)限制人類活動對該區(qū)域的干擾；中敏感區(qū)占比為13.26%，開發(fā)前應(yīng)專門進行可行性論證；低敏感區(qū)占比為27.48%，可進行適度開發(fā)；不敏感區(qū)占比為30.46%，可進行多用途開發(fā)。

關(guān)鍵詞：撫仙湖；流域；生態(tài)敏感性分析；地理信息系統(tǒng)（GIS）

中圖分類號：X826 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）08-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.049

Ecological Sensitivity Analysis of Fuxian Lake Basin Based on Geographic Information System

LIU Luyang1， WANG Jun1， LIU Yang2

（1. AECOM （Tianjin） Engineering Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300074， China;

2. CNOOC Tianjin Chemical Research and Design Institute Co.， Ltd.， Tianjin 300131， China）

Abstract： Fuxian Lake is located in Yuxi city， Yunnan province， with abundant ecological resources in the basin， but there are potential environmental risks. Geographic Information System （GIS） has powerful spatial analysis capabilities and is commonly used to analyze watershed ecological sensitivity. In order to protect Fuxian Lake， it is necessary to establish an evaluation factor index system， use ArcGIS software to analyze the ecological sensitivity of the Fuxian Lake basin， obtain the area ratio of ecological sensitivity zones， and determine the ecological protection area of the Fuxian Lake basin. The analysis results show that the extremely sensitive area accounts for 26.79% of the watershed area and belongs to the key protected area; the proportion of highly sensitive areas is only 2.01%， and human interference in this area should be limited; the proportion of medium sensitive areas is 13.26%， and a feasibility study should be conducted before development; the proportion of low sensitivity areas is 27.48%， which can be moderately developed; the proportion of insensitive areas is 30.46%， which can be used for multi-purpose development.

Keywords： Fuxian Lake; basin; ecological sensitivity analysis; Geographic Information System （GIS）

隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的深入人心，如何平衡自然資源的保護與經(jīng)濟社會的發(fā)展，實現(xiàn)流域的可持續(xù)發(fā)展，成為區(qū)域規(guī)劃面臨的關(guān)鍵難題。開展流域生態(tài)敏感性分析，制定生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃，指導(dǎo)區(qū)域社會經(jīng)濟建設(shè)是目前世界各國普遍采用的策略[1]。為協(xié)調(diào)保護與開發(fā)的關(guān)系，在區(qū)域規(guī)劃與開發(fā)建設(shè)前，以生態(tài)保護為目標，評估區(qū)域生態(tài)環(huán)境，確定流域生態(tài)敏感區(qū)，盡量減少對生態(tài)敏感區(qū)的干擾，構(gòu)建充滿自然氣息的區(qū)域環(huán)境。

1 研究區(qū)概況

撫仙湖流域?qū)俚嶂懈咴璧兀孛惨愿咴瓰橹?，地勢周邊高、中間低，相對高差大。它是云貴高原抬升形成的斷陷型湖泊，湖面海拔為1 722 m，群山環(huán)抱，周圍湖積平原狹窄。年平均氣溫為15.6 ℃，年降水量為800～1 100 mm，降水集中在5—10月，年蒸發(fā)量為1 200～1 900 mm，日照時數(shù)為2 000～2 400 h。

撫仙湖屬南盤江水系，是我國最大的深水型淡水湖泊，也是我國最大的Ⅰ類淡水生態(tài)大湖。撫仙湖流域面積為674.69 km2，湖面面積為216.6 km2，湖水平均深度為87 m，最深處有157.8 m，蓄水量為206億m3，其水資源量占云南省九大高原湖泊的68.3%，占全國湖泊淡水資源量的9.16%，占全國重點湖泊Ⅰ類水資源量的91.4%，是滇池的13倍、洱海的7倍、太湖的4倍，它是國家戰(zhàn)略儲備水源地。

撫仙湖有103條入湖河流，普遍短小。其中，非農(nóng)業(yè)灌溉河流有60多條，集水面積大于30 km2的有3條，集水面積介于10～30 km2的有6條。河床比降為10‰～100‰，以坡面漫流和細小溝溪匯入湖泊，導(dǎo)致河水暴漲暴落，枯季斷流，河川徑流的調(diào)節(jié)性極差。撫仙湖主要靠降雨補給，陸域多年入湖徑流量為16 218萬m3，多年平均出流水量為9 572萬m3。

如表1所示，撫仙湖流域現(xiàn)狀城鎮(zhèn)建設(shè)用地（含村莊）面積約為23.26 km2，占流域面積的3.45%，占流域陸地面積的5.08%；流域內(nèi)連片林地面積約為152.88 km2，占流域面積的22.66%，占流域陸地面積的33.37%；流域內(nèi)裸地面積約為111.04 km2，占流域面積的16.46%，占流域陸地面積的24.24%。裸地面積占比較大，植被稀少，基本為石漠化和水土流失較為嚴重的區(qū)域，流域生態(tài)較為脆弱，急需治理。

2 研究方法

作為一種信息技術(shù)，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）將地理學(xué)、地圖學(xué)以及遙感和計算機科學(xué)相結(jié)合，用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)。撫仙湖四面環(huán)山，環(huán)境優(yōu)良，流域生態(tài)資源豐富，但依然存在潛在環(huán)境風(fēng)險。為避免流域環(huán)境惡化，平衡生態(tài)保護與城市發(fā)展的關(guān)系，實現(xiàn)流域生態(tài)系統(tǒng)及其功能的穩(wěn)定、人與自然的和諧共生，有必要基于ArcGIS軟件對撫仙湖流域進行生態(tài)敏感性分析。根據(jù)相關(guān)因子劃定生態(tài)敏感性分區(qū)，可以為流域保護與開發(fā)提供指引，保護生態(tài)敏感區(qū)，提高流域生態(tài)環(huán)境承載力和生物多樣性。

2.1 分析方法的選擇

生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)自然因素和人類活動干擾的敏感程度，它反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)遇到干擾時發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的難易程度，用來表征外界干擾可能造成的后果[2]。結(jié)合撫仙湖流域的生態(tài)保護要求，綜合分析流域內(nèi)的生態(tài)敏感因子，以獲得生態(tài)敏感性評價結(jié)果。生態(tài)敏感性分析指導(dǎo)撫仙湖流域的保護與開發(fā)活動，實現(xiàn)生態(tài)保護和經(jīng)濟發(fā)展的雙贏。

2.2 生態(tài)因子的選取

生態(tài)因子的選取是區(qū)域生態(tài)敏感性分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。參考相關(guān)研究成果[3-7]，結(jié)合撫仙湖流域特點，梳理流域生態(tài)環(huán)境的影響因子，按照各因子對生態(tài)敏感性的影響程度，采用層次分析法對各因子進行合理分類。從流域生態(tài)保護的角度出發(fā)，篩選出5個大類指標（細分為11個小類），綜合分析撫仙湖流域的生態(tài)敏感性。

2.2.1 地形地貌

地形是區(qū)域的骨架和背景，在區(qū)域生態(tài)環(huán)境中，地形有著重要的影響[8]。高程、坡度、坡向和地形起伏度對流域生態(tài)敏感性影響較大。高程是氣候變化、生態(tài)環(huán)境的重要影響因素。高程的不同會引起氣候的變化，流域內(nèi)海拔1 900 m以上的區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好，現(xiàn)狀森林資源稟賦優(yōu)良，生態(tài)系統(tǒng)易遭到破壞，不易恢復(fù)。坡度主要用于表征流域地勢的陡峭程度，坡度越大，水土流失、地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生率越高，生態(tài)承載力越差。坡度在25°以上的區(qū)域不宜開發(fā)，極易引起水土流失。坡向是小氣候的重要影響因子，撫仙湖流域四面環(huán)山，地形起伏較大，山體以東西走向為主，多形成南北坡。北坡對植物生長、生態(tài)穩(wěn)定性有重要影響。地形起伏度是指特定區(qū)域最高點與最低點的海拔差值，地形起伏度過大對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。撫仙湖流域的部分區(qū)域處于地震斷裂帶，地形起伏度是致災(zāi)因素之一。

2.2.2 林地及農(nóng)田

林地及農(nóng)田是撫仙湖流域生態(tài)環(huán)境的重要影響因子。植被對撫仙湖流域生物多樣性保護、氣候調(diào)節(jié)和生態(tài)環(huán)境維持起到重要的作用，由此可見林地及農(nóng)田影響流域的生態(tài)敏感性。

2.2.3 河湖水系

河湖水系是生態(tài)敏感性評價的重要影響因子，極易受到人為活動的影響，從而對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的破壞。撫仙湖流域河道密布，周邊農(nóng)業(yè)面源污染、人類無序開發(fā)建設(shè)影響河道水質(zhì)，河水均匯入撫仙湖，但河道縱坡大、流程短，易造成撫仙湖水質(zhì)惡化。

2.2.4 生態(tài)保護

自然生態(tài)保護區(qū)是指針對有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動植物物種的天然集中分布、有特殊意義的自然遺跡等保護對象所在的陸地和水域，依法劃出一定面積予以特殊保護和管理的區(qū)域。撫仙湖流域有水源地保護區(qū)、森林保護區(qū)和地質(zhì)公園等，該區(qū)域嚴禁開發(fā)。

2.2.5 人為干擾

隨著城市的開發(fā)建設(shè)，撫仙湖流域內(nèi)已有部分區(qū)域被開發(fā)，人為活動影響較大。該區(qū)域是撫仙湖流域主要的污染來源，嚴重威脅流域生態(tài)環(huán)境。

3 生態(tài)敏感性分析

3.1 生態(tài)敏感性指標分級

對撫仙湖流域生態(tài)敏感性因子進行篩選，將11個指標劃分為5個等級，如表2所示。然后，借助ArcGIS軟件獲得生態(tài)敏感性分區(qū)，即極敏感區(qū)、高敏感區(qū)、中敏感區(qū)、低敏感區(qū)和不敏感區(qū)。撫仙湖流域為典型的湖盆地貌，最高點為流域西北部的梁王山山頂，海拔約為2 820 m。海拔1 900 m以上的土地面積約為262.31 km2，占流域面積的38.88%，占陸域面積的57.26%。此部分用地與林地分布重合度較高，位于流域較遠處。撫仙湖流域陸地區(qū)域的山地（坡度大于8°）比例為72%，平地（坡度不大于8°）比例為28%，呈現(xiàn)出“山多平地少”的基本特征，土地利用受坡度制約較大。

3.2 生態(tài)因子的空間分布

按照各生態(tài)因子指標分級標準，利用ArcGIS軟件對各因子進行數(shù)據(jù)整理分類，利用空間分析功能、柵格疊加分析功能，提取各因子?xùn)鸥駡D。在空間分析模塊生成數(shù)字高程模型，分析撫仙湖流域的地形高程、場地坡度、場地坡向、河流緩沖區(qū)、生態(tài)保護區(qū)、公益林和農(nóng)田等因子的分級柵格數(shù)據(jù)。撫仙湖流域生態(tài)敏感性因子的空間分布如圖1所示。

根據(jù)各因子的量化標準值，利用空間分析模塊的數(shù)據(jù)重分類函數(shù)，將各評價因子圖進行重分類，然后利用重分類結(jié)果對各因子進行標準化處理。對整理好的數(shù)據(jù)進行權(quán)重計算后，在ArcGIS軟件中進行空間分析的疊加計算。

3.3 分析結(jié)果

撫仙湖流域生態(tài)敏感性分析結(jié)果如圖2所示，生態(tài)敏感性分區(qū)的面積比例如表3所示。撫仙湖流域極敏感區(qū)占流域面積的26.79%，主要分布在生態(tài)保護區(qū)、公益林及植被分布豐富區(qū)域、撫仙湖湖面、入湖河道、海拔較高的陡峭區(qū)域及生態(tài)價值高的地區(qū)，對開發(fā)活動極為敏感，生態(tài)系統(tǒng)極難恢復(fù)，可能會給流域生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴重破壞，屬于重點保護地段。高敏感區(qū)占比較低，僅為2.01%，一般為極敏感區(qū)周邊的延伸區(qū)域，撫仙湖流域高敏感區(qū)占比低，說明撫仙湖流域生態(tài)環(huán)境已經(jīng)遭到一定的破壞，同時高敏感區(qū)對周邊生態(tài)環(huán)境起到重要作用且生態(tài)系統(tǒng)難恢復(fù)，應(yīng)限制人類活動對該區(qū)域的干擾。

中敏感區(qū)占比為13.26%，一般為公益林、自然保護區(qū)和河流周邊的緩沖區(qū)，撫仙湖流域中敏感區(qū)對流域開發(fā)活動有一定的敏感性，該區(qū)域?qū)S持撫仙湖流域良好的生態(tài)環(huán)境功能起到重要作用，開發(fā)前應(yīng)專門進行可行性論證。低敏感區(qū)占比為27.48%，撫仙湖流域低敏感區(qū)主要分布在建成區(qū)、人類活動影響較大的區(qū)域，該區(qū)域已經(jīng)受到人類活動的干擾，可進行適度開發(fā)。不敏感區(qū)占比最大，為30.46%，主要為已開發(fā)區(qū)域和人類活動比較密集的區(qū)域，可承受一定強度的開發(fā)，土地可進行多用途開發(fā)。

4 結(jié)論

撫仙湖四面環(huán)山，流域生態(tài)資源豐富，但是潛在環(huán)境風(fēng)險不容忽視。在對撫仙湖流域進行生態(tài)敏感性分析時，篩選地形地貌、林地及農(nóng)田、河湖水系、生態(tài)保護和人為干擾作為評價因子，通過ArcGIS軟件得到生態(tài)敏感性分級結(jié)果。為了保護撫仙湖流域優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境，避免流域環(huán)境惡化，應(yīng)結(jié)合生態(tài)敏感性分級結(jié)果，因地制宜，合理保護流域的各類敏感區(qū)。

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