吉銀翔，王佳祥

（1.蘇州科技學(xué)院 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，江蘇 蘇州 215011；2.江蘇省蘇州市空間規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院，江蘇 蘇州 215011）

1 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市人口的增加，城市空間無(wú)序擴(kuò)展造成生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，直接威脅到城市的健康發(fā)展。城市生態(tài)敏感區(qū)是城市生態(tài)服務(wù)功能的重要載體，對(duì)城市生態(tài)敏感區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)并據(jù)此進(jìn)行空間劃定，是對(duì)其進(jìn)行有力保護(hù)的基礎(chǔ)，在當(dāng)前城市化高速發(fā)展時(shí)期具有重要意義。

如今，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和遙感技術(shù)（RS）的出現(xiàn)與發(fā)展。GIS和RS技術(shù)因其反映客觀(guān)世界的直觀(guān)性、時(shí)效性、綜合性等優(yōu)勢(shì)，在城市規(guī)劃、區(qū)域土地利用綜合評(píng)定、生態(tài)景觀(guān)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，并成為土地合理利用的有效輔助手段。將GIS技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)敏感性分析，利用GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，不僅方便了分析，還使得分析過(guò)程能夠定量化、規(guī)范化，分析結(jié)果精確化、系統(tǒng)化、信息化，為下一步的用地生態(tài)規(guī)劃提供了更有效的數(shù)據(jù)，提高了規(guī)劃的科學(xué)性和前瞻性。

隨著宜興城市建成區(qū)的不斷擴(kuò)展，山體水系日漸被納入城市建設(shè)范圍，逐漸出現(xiàn)了由“山水繞城”變?yōu)椤俺前剿钡膽B(tài)勢(shì)［1］。大規(guī)模的城市建設(shè)使得山水環(huán)境遭到了一定的破壞。最突出的表現(xiàn)就是城市和水的關(guān)系不再密切。江南水網(wǎng)城市河路相隨的基本結(jié)構(gòu)是宜興老城區(qū)原有空間特點(diǎn)之一。但隨著城市人口、交通的擴(kuò)展，部分河道被填平，沿河低矮的民居變成高樓，次一級(jí)的街巷被合并成較大尺度的街區(qū)。主要差別體現(xiàn)在從傍水到背水，從小尺度變成大尺度（體現(xiàn)在建筑、街道和街區(qū)），水的功能也發(fā)生變化（承擔(dān)交通、生活功能的水轉(zhuǎn)變?yōu)閱渭兙坝^(guān)功能的水）。又由于宜興陶土及礦石資源豐富，各類(lèi)采石、采土場(chǎng)數(shù)量多，分布廣，造成植被大量破壞且使土地貧化嚴(yán)重。許多山看上去千瘡百孔，嚴(yán)重影響了景觀(guān)及生態(tài)環(huán)境。因此，宜興山水資源保護(hù)的任務(wù)艱巨。

本文研究區(qū)域位于宜興國(guó)家級(jí)環(huán)?？萍脊I(yè)園（以下簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)科園）西側(cè)，距宜興市中心7km，位于錫宜高速公路以西，寧杭高速公路以北，西氿與銅官山之間（圖1）。在宜興環(huán)科園空間發(fā)展戰(zhàn)略研究中，該區(qū)域被確定為宜興環(huán)科園向西拓展打造環(huán)科新城的承載地。在亟需增強(qiáng)宜興生態(tài)環(huán)境保護(hù)的背景下，在宜興環(huán)科園空間發(fā)展戰(zhàn)略研究中，對(duì)于基地生態(tài)敏感性的評(píng)價(jià)有了新的探索。

2 研究方法

原始數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)資料和文本資料，其中數(shù)據(jù)資料包括宜興環(huán)科園2009年分辨率為10m的ALOS遙感影像圖和規(guī)劃區(qū)的數(shù)字高程模型（Digital elevation model，DEM），文本資料包括規(guī)劃區(qū)氣候、水文、植被等。

2.1 基于ARCGIS的土地生態(tài)敏感性分析

首先根據(jù)收集到的原始數(shù)據(jù)和確定要分析評(píng)價(jià)的目標(biāo)來(lái)選取出生態(tài)單因子即指標(biāo)因子，為各單因子評(píng)分，同時(shí)確定各單因子的權(quán)重，繪制出單因子分級(jí)圖，再根據(jù)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)值與分級(jí)圖對(duì)其重分類(lèi)，利用ARCGIS軟件將重分類(lèi)后的結(jié)果進(jìn)行加權(quán)疊加分析，最后根據(jù)加權(quán)疊加的結(jié)果來(lái)確定規(guī)劃措施。

2.2 信息獲取方法的選擇

2.2.1 基于ERDAS IMAGINE（RS軟件）遙感信息的直接提取方法

在遙感圖像的數(shù)據(jù)預(yù)處理中，先進(jìn)行遙感圖像幾何校正和圖像投影變換，然后進(jìn)行去霾處理和降噪處理等步驟，降低圖像模糊度，保持圖像中一些微小的細(xì)節(jié)，提高圖像整體質(zhì)量。最后采用非監(jiān)督分類(lèi)直接提取地物信息。

2.2.2 基于ERDAS IMAGINE和地學(xué)相關(guān)分析的間接信息提取方法

圖1 宜興環(huán)科園區(qū)位

遙感影像信息由于受到分辨率的限制，提取信息是有一定限度的。在衛(wèi)星影像中，對(duì)于林地、草地、農(nóng)田、城區(qū)等特征明顯的一級(jí)生態(tài)類(lèi)型，用監(jiān)督分類(lèi)與目視糾正結(jié)合的信息提取方法，確定其地物信息類(lèi)型。

2.2.3 基于ArcGIS空間分析的信息獲取

空間分析是為了解決地理空間問(wèn)題而進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘，是從GIS目標(biāo)之間的空間關(guān)系中獲取派生的信息和新的知識(shí)，是從一個(gè)或多個(gè)空間數(shù)據(jù)圖層中獲取信息的過(guò)程，解決人們所涉及到地理空間的實(shí)際問(wèn)題，以便進(jìn)行輔助決策。ArcGIS中Arc Toolbox控件下的Spatial Analyst（空間分析）模塊集成了大量的空間分析工具，主要包括表面分析、水文分析、加權(quán)疊加分析、太陽(yáng)輻射分析、緩沖區(qū)分析等［2，7］。

2.3 信息分析方法的選擇

2.3.1 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)一般采用綜合指標(biāo)法，綜合指標(biāo)的計(jì)算方法主要有3種，即直接疊加法、因子加權(quán)平均法、因子組合法。這3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，應(yīng)根據(jù)具體研究需要進(jìn)行具體選擇。筆者將因子組合法及多因子加權(quán)求和法相結(jié)合，建立生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)體系，通過(guò)多因子加權(quán)求和法對(duì)城市規(guī)劃范圍內(nèi)土地的生態(tài)敏感性進(jìn)行分級(jí)；通過(guò)多因子組合法進(jìn)行生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)，并在空間上確定各種不同等級(jí)生態(tài)敏感區(qū)域的分布格局。

2.3.2 因子加權(quán)疊加法

加權(quán)疊加法又稱(chēng)簡(jiǎn)單加權(quán)法（SAW），是最常用的疊加分析方法之一，一般用來(lái)解決多準(zhǔn)則問(wèn)題，如適宜性模型和地點(diǎn)選擇。在加權(quán)疊加分析中，每個(gè)條件的重要性可能并不相同?？梢詾橹匾獥l件賦予比其他條件大的權(quán)重。例如，在房屋適宜性模型中，如果出于長(zhǎng)期保護(hù)的目的，則同坡度和到公路的距離條件的相關(guān)短期成本相比，可能認(rèn)為較好的坡向更為重要。因此，可以使坡向值的權(quán)重兩倍于坡度和到公路的距離條件的權(quán)重。將輸入條件乘以權(quán)重，然后進(jìn)行相加。應(yīng)用如下公式在Arc GIS的GRID數(shù)據(jù)格式下建立評(píng)價(jià)模型：

式中n為圖層數(shù)，k為生態(tài)因子編號(hào)（圖層編號(hào)），Bk為第k個(gè)生態(tài)因子適宜度評(píng)價(jià)值（單因子評(píng)價(jià)位）；W k為第k個(gè)因子的權(quán)重值；V n為總適宜度，該值越大說(shuō)明生態(tài)適宜度越高［3］。將相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格單元格為5m×5m的GRID數(shù)據(jù)，在Arc－GIS的Spatial Analyst工具下進(jìn)行加權(quán)疊加運(yùn)算，得到最終的用地生態(tài)適宜度。例如，在房屋適宜性模型中，將坡向乘以2并將3個(gè)條件相加，或以另一種方法表示，即（2×坡向）＋坡度＋到公路的距離。疊加分析過(guò)程的最后一步是對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證以確保模型所示的地點(diǎn)真實(shí)存在。

2.3.3 GIS分析技術(shù)路徑

借助ArcGIS軟件，矢量化相關(guān)圖層數(shù)據(jù)，獲取評(píng)價(jià)單元及其屬性數(shù)據(jù)，并進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理及分析。在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下將各生態(tài)因子的斑塊分別賦予相應(yīng)的等級(jí)指數(shù)，制作單因子分析圖。同時(shí)，將各單因子評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)疊加分析，根據(jù)最終的綜合指數(shù)劃分級(jí)別，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的輸出。生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)GIS分析的技術(shù)路徑［4］見(jiàn)圖2。

圖2 土地適宜性GIS分析的一般流程

2.4 評(píng)價(jià)因子的選擇

2.4.1 選擇原則

生態(tài)敏感區(qū)是整個(gè)城市區(qū)域具有生態(tài)環(huán)境意義的生態(tài)要素或?qū)嶓w，抗外界干擾能力和自我恢復(fù)能力較差，且對(duì)城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要影響，是需要加以控制或保護(hù)的區(qū)域［1］。區(qū)域開(kāi)發(fā)項(xiàng)目尤其是整個(gè)城鎮(zhèn)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，一般都涉及到工業(yè)區(qū)、居住區(qū)等功能區(qū)域。不同的土地用途所選擇的生態(tài)指標(biāo)也不同，生態(tài)指標(biāo)選擇的基本原則是對(duì)所確定的土地利用目的影響最大，其它選擇原則［5］有以下幾個(gè)方面。

科學(xué)性原則，指標(biāo)體系應(yīng)從區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)條件以及對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)起限制作用的環(huán)境條件兩方面來(lái)構(gòu)造，且各指標(biāo)應(yīng)有明確的界定。完備性原則，盡量全面反映生態(tài)學(xué)的內(nèi)涵。區(qū)域性原則，生態(tài)適宜度分析具有明顯的區(qū)域性特征，重點(diǎn)考慮能明顯代表區(qū)域特征的指標(biāo)?？闪啃栽瓌t，選擇指標(biāo)盡可能是可度量的。規(guī)范性原則，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理以便于計(jì)算，并對(duì)最終結(jié)果進(jìn)行比較等。

2.4.2 選擇評(píng)價(jià)因子及確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表1 生態(tài)因子及評(píng)價(jià)等級(jí)體系

最早提出建立在適應(yīng)性模型基礎(chǔ)上的生態(tài)敏感性分析是美國(guó)的麥克哈格教授，他在《設(shè)計(jì)結(jié)合自然》中作出了系統(tǒng)闡述：生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)是指由土地的地理、地形、地質(zhì)、水文、生物、人文等特征所決定的土地對(duì)待特定、持續(xù)的用途的固有生態(tài)敏感程度。他只有與特定的土地利用方式聯(lián)系起來(lái)考慮才有意義。此次生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)將分為6個(gè)等級(jí)區(qū)，即低敏感區(qū)、較低敏感區(qū)、一般敏感區(qū)、較高敏感區(qū)、高敏感區(qū)、絕對(duì)敏感區(qū)。根據(jù)研究重點(diǎn)與客觀(guān)條件，從調(diào)研收集到的眾多資料中篩選出與研究地區(qū)生態(tài)資源保護(hù)關(guān)系最密切、影響最大以及可利用性強(qiáng)的關(guān)鍵性因素，尤其是其中的自然因素，作為限制保護(hù)型體系的評(píng)價(jià)因子，包括高程、坡度、水系保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、水源涵養(yǎng)地保護(hù)、土地利用現(xiàn)狀、歷史遺跡等。根據(jù)生態(tài)敏感性因子分級(jí)評(píng)分表（表1）繪制單因子圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子結(jié)果分析

進(jìn)行生態(tài)敏感性分析，首先要明確評(píng)價(jià)因子?？紤]到規(guī)劃區(qū)的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)自身的狀況是其評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，而在此基礎(chǔ)上，對(duì)于生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的最終判斷標(biāo)準(zhǔn)是在人類(lèi)需求與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)所提供的服務(wù)之間的界面進(jìn)行的。從這兩個(gè)角度理解，生態(tài)敏感性分析評(píng)價(jià)的核心就是既保持規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，又能滿(mǎn)足人們對(duì)區(qū)域內(nèi)資源利用的需求，以達(dá)到人與自然和諧發(fā)展的雙贏局面，協(xié)調(diào)好區(qū)域發(fā)展中保護(hù)與開(kāi)發(fā)的矛盾。遵循以上原則，依據(jù)有關(guān)生態(tài)學(xué)的相關(guān)要求，選取的分析因子要盡可能反映規(guī)劃區(qū)的自然景觀(guān)資源與生態(tài)狀況，在關(guān)于滿(mǎn)足人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用方面，選取應(yīng)包括工程地質(zhì)條件和政策法規(guī)限制的相關(guān)因子，這些因子應(yīng)能夠?qū)φw評(píng)價(jià)和后期規(guī)劃設(shè)計(jì)工作具有指導(dǎo)意義，并且所選取的因子應(yīng)在數(shù)據(jù)收集上具有可操作性。

3.1.1 高程

高程是生態(tài)環(huán)境中一個(gè)重要因素，溫度隨著海拔的升高而降低，造成了植物的分布呈現(xiàn)出明顯的垂直分層特征，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)也呈現(xiàn)出明顯的垂直分布。隨著溫度的降低，生態(tài)多樣性隨之降低，生態(tài)系統(tǒng)也變得脆弱。根據(jù)海拔梯度分布由高到低進(jìn)行分級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 高程因子分析

3.1.2 坡度

坡度5%～20%的區(qū)域，經(jīng)過(guò)一定的工程措施和環(huán)境補(bǔ)償措施后也可作為城市發(fā)展用地。通常坡度大于25°時(shí)只能生長(zhǎng)灌木或小喬木，坡度大于45°時(shí)連草皮都難以生長(zhǎng)。根據(jù)傾斜率劃分等級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖4所示。

圖4 坡度因子分析

3.1.3 地災(zāi)

地災(zāi)的等級(jí)劃分對(duì)建設(shè)用地的選取有著決定性的作用。但是本規(guī)劃范圍較小，考慮此因子沒(méi)有太大意義，故將之忽略。

3.1.4 水系保護(hù)

包括地表水和地下水，它對(duì)動(dòng)植物的生存、生長(zhǎng)有重要影響，也是最容易受到人為干擾的因子之一，因此規(guī)劃要充分考慮對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)。按離水源距離由近及遠(yuǎn)劃分和水體質(zhì)量劃分水文因子敏感度級(jí)別，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 水系保護(hù)因子分析

3.1.5 水源涵養(yǎng)地

由于緊挨本規(guī)劃區(qū)有一供城區(qū)的水源地，并且水庫(kù)水源來(lái)自規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，所以應(yīng)考慮對(duì)水源涵養(yǎng)地的保護(hù)，以保證飲用水的安全，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖6。

3.1.6 現(xiàn)狀土地利用規(guī)劃圖

國(guó)家對(duì)土地各類(lèi)用地的相關(guān)規(guī)定、要求直接決定了是否適宜開(kāi)發(fā)建設(shè)，特別是基本農(nóng)田，禁止作為建設(shè)用地，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖6 水源涵養(yǎng)地保護(hù)因子分析

圖7 土地利用現(xiàn)狀因子分析

3.1.7 歷史遺跡

在“宜興總規(guī)”中明確指出各級(jí)文物和有價(jià)值的歷代史跡遺址的周?chē)?，?yīng)劃出一定的范圍與空間作為歷史遺跡保護(hù)區(qū)，評(píng)價(jià)結(jié)果圖8。

圖8 歷史遺跡因子分析

3.2 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

依據(jù)生態(tài)敏感值的大小，將研究區(qū)域按照生態(tài)敏感度分為6級(jí)（圖9）：生態(tài)絕對(duì)敏感、生態(tài)敏感度高、生態(tài)敏感度較高、生態(tài)敏感度一般、生態(tài)敏感度較低、生態(tài)敏感度低。其中，生態(tài)絕對(duì)敏感區(qū)原生生態(tài)系統(tǒng)保存完整，對(duì)人工破壞、干擾承受能力非常弱，很難恢復(fù)。生態(tài)敏感度高區(qū)原生生態(tài)系統(tǒng)保存良好，對(duì)人工破壞、干擾承受較弱，恢復(fù)困難。生態(tài)敏感度較高區(qū)生態(tài)環(huán)境良好，對(duì)人工破壞、干擾承受能力一般，恢復(fù)緩慢。生態(tài)敏感度一般區(qū)人工破壞、干擾的承受能力較強(qiáng)，系統(tǒng)恢復(fù)能力較強(qiáng)。生態(tài)敏感度較低區(qū)對(duì)人工破壞、干擾的承受能力強(qiáng)，恢復(fù)能力強(qiáng)。

圖9 生態(tài)敏感區(qū)綜合劃分結(jié)果

依據(jù)生態(tài)敏感性分析，結(jié)合城市非建設(shè)用地保護(hù)的需求，將生態(tài)絕對(duì)敏感、生態(tài)敏感度高和生態(tài)敏感度較高三區(qū)劃定為銅官山片區(qū)的生態(tài)基質(zhì)區(qū)，將生態(tài)敏感度一般和生態(tài)敏感度較低區(qū)劃為新街鎮(zhèn)區(qū)的可建設(shè)區(qū)。本研究對(duì)生態(tài)基質(zhì)區(qū)和可建設(shè)區(qū)分別予以保護(hù)和發(fā)展導(dǎo)引。

從對(duì)本規(guī)劃基地的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，高敏感區(qū)分布于自然要素與人工要素的交接地帶，而非整個(gè)自然要素都均勻地受到人工要素影響；同時(shí)，不同類(lèi)型的人工用地（如：居住用地、工業(yè)用地等）對(duì)生態(tài)用地的干擾程度也是不相同的，與之相鄰的生態(tài)用地邊界地區(qū)受到其影響程度也不相同。從這個(gè)角度看，要特別注意人工用地與生態(tài)用地之間的關(guān)系，可以通過(guò)空間布局手段使兩者之間協(xié)調(diào)共融。

4 結(jié)語(yǔ)

本文將GIS技術(shù)應(yīng)用于較小區(qū)域生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)中，由于GIS能夠快速準(zhǔn)確地提取多種生態(tài)環(huán)境因子的基礎(chǔ)信息，生成各生態(tài)因子的專(zhuān)題圖，克服了運(yùn)用方格網(wǎng)等技術(shù)手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且會(huì)使景觀(guān)要素被割裂等弊端，使生態(tài)敏感性因子空間疊加分析變的更加高效與準(zhǔn)確。

但是影響生態(tài)敏感性的因子很多，因子選擇不同，其結(jié)果亦有所不同，這也導(dǎo)致了土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)具有一定不確定性，即不同的評(píng)價(jià)對(duì)象面臨著不同的主導(dǎo)土地生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，導(dǎo)致不同評(píng)價(jià)對(duì)象各生態(tài)敏感性因子的選取和權(quán)重不同。因此，應(yīng)在結(jié)合土地生態(tài)敏感性因子分布的基礎(chǔ)上，進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)象區(qū)域主導(dǎo)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題分析，明確評(píng)價(jià)對(duì)象內(nèi)部各區(qū)域土生態(tài)環(huán)境應(yīng)關(guān)注的方向。

［1］江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.宜興市城市總體規(guī)劃（2008－2020）文本［R］.南京：江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2008.

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