凌煥然，陸淼菁，王 偉，王祥榮

（復旦大學 環(huán)境科學與工程系，上海 200433）

生態(tài)環(huán)境敏感性指生態(tài)系統(tǒng)對人類活動反應的敏感程度，用來反映產(chǎn)生生態(tài)失衡與生態(tài)環(huán)境問題的可能性大小.可以以此確定生態(tài)環(huán)境影響最敏感的地區(qū)和最具有保護價值的地區(qū)，為生態(tài)功能區(qū)劃提供依據(jù)［1］.

生態(tài)環(huán)境敏感性評價是根據(jù)區(qū)域主要生態(tài)與環(huán)境問題及其形成機制，分析敏感性的區(qū)域分異規(guī)律，即根據(jù)主要影響因子的不同屬性或類型劃分敏感性等級，進行單因子及綜合敏感性評價，明確特定生態(tài)環(huán)境問題可能發(fā)生的地區(qū)范圍與可能程度，以便提早預防并采取針對性的保護與建設措施［2］.

馬鞍山江心洲是馬鞍山市“1255”城市發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分——生態(tài)旅游區(qū)，是實現(xiàn)城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要功能區(qū).江心洲發(fā)展有助于規(guī)劃建設環(huán)境優(yōu)美、生態(tài)健康的生態(tài)島，有助于統(tǒng)籌相關區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展，而在發(fā)展與保護的矛盾更加尖銳的今天，對規(guī)劃區(qū)域進行生態(tài)環(huán)境敏感性分析等環(huán)境生態(tài)專項研究顯得尤為重要.因此，對馬鞍山江心洲各類生態(tài)限制因子進行生態(tài)環(huán)境敏感性分析，并在此基礎上進行生態(tài)分區(qū)研究，是此后功能分區(qū)的重要依據(jù)之一，可用于指導規(guī)劃用地布局，并建構(gòu)合理的江心洲總體規(guī)劃結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展，具有十分重大的意義.

1 研究區(qū)域概況

馬鞍山江心洲地處長江中下游安徽省馬鞍山段河道，東臨馬鞍山市中心城區(qū)，西涉長江，整體規(guī)劃用地63.3km2（其中北部何家洲用地面積3.11km2，夾江水域面積1.49km2），本文以58.7km2的主要地段為研究區(qū)（圖1）.

江心洲順水流方向南北長、東西窄，呈鵝卵形.地形總體趨于平坦，平均高程6.1m，呈典型的江心洲地貌特征——南高北低、緩慢均勻傾斜狀.主要是一些人工河道與水體，有3條南北向的主要渠道，寬22～29m，可以通行船只；其他相對較小的水道均交錯相通，基本上都由當?shù)鼐用褡孕虚_挖而成，與長江水系相離，未受長江水質(zhì)變化的影響.

江心洲屬于北亞熱帶季風性濕潤氣候，歷年平均氣溫15.4℃，年平均降水量為991.3mm.植被屬中亞熱帶常綠落葉闊葉混交林帶，原生自然植被已不復存在，目前主要以農(nóng)作物和速生林為主，還有面積較大的以蘆葦?shù)戎参锓N類為主的濕地，位于江心圩和彭太圩之間.

2 研究方法

從定量化的角度，生態(tài)環(huán)境敏感性評價可以看做是一組影響因子按照一定規(guī)則組合后形成的新的評價等級.

其基本表達形式可以用下式表示：

圖1 馬鞍山市江心洲空間地理數(shù)據(jù)分布Fig.1 Spatial distribution of geographic data for Ma'anshan ait

其中，S是敏感性等級，xi（i＝1，2，3，…，n）是用于評價的一組因子.

本文結(jié)合馬鞍山江心洲規(guī)劃，基于3S技術（GPS，全球定位系統(tǒng)；GIS，地理信息系統(tǒng)；RS，遙感技術）對當前環(huán)境生態(tài)現(xiàn)狀及交通規(guī)劃為依據(jù)選取若干生態(tài)環(huán)境影響因子.結(jié)合相應的評價標準，將敏感性分為5級，即極敏感、高敏感、敏感、低敏感、不敏感［3］.同時借助ArcGIS（分析軟件）作為空間數(shù)據(jù)管理工具、矢量化相關圖層并獲取指標數(shù)據(jù)后采用多邊形法獲取評價單元及其屬性數(shù)據(jù).在計算機軟、硬件支持下將各生態(tài)因子的景觀斑塊分別賦予相應的等級指數(shù)制作單因子敏感性分布圖.同時，根據(jù)敏感度指數(shù)分析并劃分敏感性級別，結(jié)合ArcGIS實現(xiàn)評價結(jié)果圖的輸出.隨后根據(jù)各影響因子敏感性等級的賦值，采用等權(quán)或加權(quán)的方法，計算特定生態(tài)環(huán)境問題的敏感性綜合指數(shù)，應用地理信息系統(tǒng)軟件生成特定生態(tài)環(huán)境問題的敏感性綜合評價圖并進行綜合評價.

3 單因子分析

影響生態(tài)系統(tǒng)敏感性的因子很多，如水域、植被、土壤、地形等，不同區(qū)域影響因子不同，作用于不同生態(tài)過程的生態(tài)因子亦不同［4］，故針對特定研究地區(qū)，應選用不同的影響因子.尹海偉等［5］選用水域、海拔與堤防、植被、耕地等4項因子進行吳江東部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境敏感性分析，霍震等［6］在進行滇池流域生態(tài)環(huán)境敏感性評價時選用坡度，地形起伏度，土地利用類型，土壤侵蝕強度等因子；顏磊等［7］在北京市域生態(tài)環(huán)境敏感性綜合評價時采用水土流失，河流水量，泥石流，道路等因子；趙義華等［8］選用坡度，高程，水域，植被，道路5個因子分析了常州市宋劍湖地區(qū)的生態(tài)環(huán)境敏感性；程磊等在［9］對南京市江寧區(qū)大連山—青龍山片區(qū)進行生態(tài)環(huán)境敏感性分析時將坡度、地表水系、居民用地強度、道路交通影響、高程等共6項列為影響因子.

本文結(jié)合馬鞍山江心洲的實際情況及規(guī)劃目的“土地集約利用、環(huán)境優(yōu)美宜人、生態(tài)與產(chǎn)業(yè)和諧共生的示范區(qū)”來看，作為區(qū)域大骨架和背景的地形因子，作為生態(tài)環(huán)境中最重要、最敏感自然要素的地表植被因子，及由于江心洲水體分布和洪水威脅的實際情況而至關重要的水體及洪水因子，列為進行生態(tài)環(huán)境敏感性分析時必須選取的影響因子.研究發(fā)現(xiàn)江心洲如果沒有現(xiàn)有的堤防，整個江心洲在長江汛期將長年處于洪水淹沒狀態(tài)，即使是極端枯水的1972年夏季，整個江心洲也有超過85%的面積處于洪水水位線以下.因此，洪水因子是本次敏感性研究中考慮的極為重要因素.由于研究區(qū)域內(nèi)人口密度均在1×104／km2以下，區(qū)域的現(xiàn)狀中幾乎沒有工業(yè)，大氣污染較低，故人口密度，環(huán)境污染因子并未參與生態(tài)環(huán)境敏感性現(xiàn)狀分析.

分析的數(shù)據(jù)主要來源于以下3個途徑：（1）提供的資料（文本、CAD、掃描地圖圖件、現(xiàn)有規(guī)劃圖件）；（2）1∶10000的10m等高線及基礎地理矢量數(shù)據(jù)（圖1）；（3）ETM－L7多波段衛(wèi)星影像和SPOT 5高分辨率衛(wèi)星影像（圖2）.

圖2 衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)（（a）來源于中科院國際科研數(shù)據(jù)庫；（b）來源于馬鞍山市規(guī)劃局）Fig.2 Image data：（a）ETM－L7multi－bands image map and（b）SPOT 5high－resolution image map

3.1 地形因子分析

江心洲地形總體趨于平坦，最高高程11.70m，最低高程4.9m，平均高程6.1m，為典型的江心洲地貌特征——南（洲頭）高北（洲尾）低，呈緩慢均勻傾斜狀，沒有形成明顯的大面積坡度地貌.坡向的改變主要存在于堤防及農(nóng)民建設用地構(gòu)建的莊臺，坡向?qū)Φ乇碇脖环N類的影響不明顯.最大坡度在10°以下，而且主要出現(xiàn)在沿江灘涂、堤防和圩內(nèi)莊臺等地區(qū)（圖3）.

圖3 地形因子分析結(jié)果圖（彩圖見封二）Fig.3 Results of topographic factor analysis

3.2 水體因子分析

（1）水系 江心洲內(nèi)分布著密布的人工溝渠，主要為中部南北向兩條干渠和東西向干渠，水系依據(jù)地勢走向由西南向東北匯流.渠內(nèi)為自然降雨積水，在雨季洪澇時，可由江心圩東北部的排澇站將內(nèi)澇排向夾江.水系提供圩內(nèi)旱作植物灌溉用水.

（2）濕地 江心洲由于自然條件形成南北兩塊濕地生態(tài)系統(tǒng)：北部濕地生態(tài)系統(tǒng)位于宮錦圩與何家洲之間，水面較寬，長年處于水道形態(tài)；南部濕地生態(tài)系統(tǒng)位于江心圩與彭太圩之間，在洪水期內(nèi)將存在20d左右的淹沒期，其余時間呈現(xiàn)典型的濕地生態(tài)特征.

3.3 植被多樣性因子分析

由Landsat7ETM＋多波段衛(wèi)星影像計算NDVI（Normalized Difference Vegetation Index，歸一化植被指數(shù)）［10］結(jié)果見圖4所示.可以看出圩內(nèi)植被覆蓋度非常高，紅色區(qū)域為常綠闊葉喬木，主要分布在道路、堤防、溝渠邊以及房前屋后，綠色區(qū)域為大面積的基本農(nóng)田.由圖1可以看出本區(qū)域處于非常低的城市化開發(fā)狀態(tài)，硬質(zhì)不透水面非常有限，尚未形成成片的城鎮(zhèn)建成區(qū).

3.4 洪水風險因子分析

水文條件是影響江心洲規(guī)劃和發(fā)展的重要因素.長江水利委員會規(guī)定馬鞍山江心洲警戒水位10m，保證水位11.95m.根據(jù)安徽省水利廳提供的長江馬鞍山水文站歷年水位特征值統(tǒng)計圖（圖5）可以看出，馬鞍山市年平均最高水位為9.51m.此為江心洲開發(fā)建設絕對的約束條件.研究分析得到各典型年份洪水淹沒分析圖（圖6）.

圖4 NDVI指數(shù)分布圖Fig.4 The distribution map of NDVI index

圖5 馬鞍山歷年水位特征值統(tǒng)計圖Fig.5 Eigenvalue charts of Ma'anshan's water level over the years

本處極端洪水年取1954年的11.41m而不是1998年的11.46m，是因為兩者水位差不多，而江心洲堤防標準為1954年型.年平均水位則評估如果沒有江心洲堤防，將長期處于洪水淹沒下的空間分布.

研究發(fā)現(xiàn)如果沒有現(xiàn)有的江心洲堤防，整個江心洲在長江汛期將長年處于洪水淹沒狀態(tài)，即使是極端枯水的1972年夏季，整個江心洲也有超過85%的面積處于洪水水位線以下.考慮到長江水利委員會規(guī)定的江心洲堤防標準為1954年型，在必要時可能會破圩行洪，因此我們以長江馬鞍山水文站的保證水位11.95m、警戒水位10m、長年平均水位5.9m為標準評估.根據(jù)洪水對規(guī)劃的威脅，以及防范洪水所需要的工程量，按警戒水位10m為依據(jù)劃分5個洪水風險等級（表1）.

圖6 各典型年份洪水淹沒分析圖表Fig.6 Flood analysis over typical years

表1 洪水風險等級劃分表Tab.1 Classification of flood risk level

經(jīng)過上述分析及評估，本研究得出江心洲洪水風險圖（圖7）.

4 多因子綜合分析

目前被用于生態(tài)環(huán)境敏感性綜合分析評價因子權(quán)重確定的方法已有多種，實踐中根據(jù)所做研究的特定情況酌情選擇應用，如層次分析法［11］、加權(quán)疊加法［12～14］，極大值法［15，16］，排隊法、權(quán)衡分析法等.由于層次分析法具有高度的邏輯性、系統(tǒng)性、簡潔性與實用性的特點，且較為成熟，應用比較廣泛、最為常見［19～22］.本文的權(quán)重確定采用了以層次分析法為基礎的成對比較法［12，13］.通過查閱相關文獻、資料［19～21］專家咨詢等作為選擇的輔助手段，本文采用德爾菲法［22］（Delphi Method）來選擇確定因子權(quán)重（表2）.

本區(qū)域主要的風險在于洪水的威脅，而同時本區(qū)域沒有山地地貌，珍稀植被比較少，NDVI指數(shù)較高的地區(qū)大部分為人工種植的楊樹林和可建設的農(nóng)田.因此在此處將植物多樣性的權(quán)重降低，同時大幅提高洪水風險的權(quán)重值.

根據(jù)GIS系統(tǒng)的計算結(jié)果，生成綜合生態(tài)環(huán)境敏感性圖，從而將計算結(jié)果直觀地反映在圖形中，生態(tài)環(huán)境敏感性分析的結(jié)果顯示土地分為不同的生態(tài)區(qū)域，為土地的合理配置、有序開發(fā)提供科學依據(jù).其中綠色為生態(tài)不敏感，淺綠色為生態(tài)低敏感，黃色為敏感，橙色為高敏感，紅色為非常敏感.

圖7 洪水風險（彩圖見封二）Fig.7 Flood risk map

表2 生態(tài)因子權(quán)重表Tab.2 Weights of ecological factors

根據(jù)對生態(tài)結(jié)構(gòu)的完善，在生態(tài)環(huán)境敏感性分區(qū)的基礎上，將增加的生態(tài)片區(qū)（圖8（見第236頁）），部分作為高敏感的生態(tài)用地進行疊加，作為分區(qū)的基礎（圖9（見第236頁）），分區(qū)結(jié)果見表3.

表3 生態(tài)環(huán)境敏感性分析結(jié)果面積統(tǒng)計表Tab.3 The area of ecological sensitivity results

綜合評價值即代表了該空間地塊的生態(tài)敏感程度，一般此分值相比較越高，則生態(tài)環(huán)境敏感性越強.在此基礎上進行生態(tài)環(huán)境區(qū)劃，將區(qū)域的生態(tài)環(huán)境按生態(tài)環(huán)境敏感性分為非常敏感—高敏感區(qū)、敏感區(qū)、低敏感—不敏感區(qū)3類.

（1）非常敏感—高敏感區(qū)：一般為有地表水影響區(qū)或坡度＞20%區(qū)域，生態(tài)價值高.該區(qū)域?qū)﹂_發(fā)建設活動極為敏感，一旦出現(xiàn)破壞干擾，不僅影響江心洲正常的開發(fā)建設活動的進行，而且有可能會給區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴重破壞，屬自然生態(tài)重點保護地段；本區(qū)域人類活動敏感性較高，生態(tài)恢復難，對維持最敏感區(qū)的良好功能及氣候環(huán)境等方面起到重要作用，一般劃為禁止建設區(qū)；

（2）敏感區(qū)：能承受一定的人類干擾，但若遭遇嚴重干擾會引起環(huán)境空氣質(zhì)量下降、植被破壞、噪音等生態(tài)環(huán)境問題，生態(tài)恢復慢；

（3）低敏感—不敏感區(qū)：可承受一定強度的開發(fā)建設，土地可作多種用途開發(fā).

研究表明非常敏感區(qū)占地面積3.9285km2，主要集中在宮錦圩與何家洲、江心圩與彭太圩之間的兩處濕地系統(tǒng)，高敏感區(qū)占地17.8209km2，主要分布于北部何家洲、紫洲、宮錦圩生態(tài)片區(qū)，東北部水源保護區(qū)，南部彭太圩、幸福洲和江心圩生態(tài)片區(qū)，以及中部江心圩干渠沿線.

為了便于統(tǒng)籌規(guī)劃，在綜合考慮生態(tài)廊道后，簡化用地統(tǒng)計，將高敏感和非常敏感區(qū)域合并，作為自然生態(tài)用地.將不敏感和低敏感區(qū)進行合并，作為適合開發(fā)建設的城市與產(chǎn)業(yè)的用地基礎，并劃定以下3類用地：

（1）不可建設用地：包括非常敏感區(qū)、高敏感區(qū)、敏感區(qū)，這些區(qū)域是江心洲中自然生態(tài)環(huán)境最為重要的地帶，該處的環(huán)境變化會對區(qū)域環(huán)境造成很大的影響，也會對自然生態(tài)結(jié)構(gòu)的保持與完善產(chǎn)生重大影響.所以對不可建設用地的生態(tài)環(huán)境要予以嚴格保護，提高生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，并控制水資源污染.

（2）限制建設用地：包括低敏感區(qū)及少部分低敏感區(qū)和敏感區(qū)交錯分布的區(qū)域，它們屬于生態(tài)環(huán)境較為脆弱的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境容易受到干擾和破壞，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)不穩(wěn)定，此類區(qū)域作為控制開發(fā)區(qū)，以“生態(tài)目標和諧、環(huán)境目標優(yōu)美”為原則適度開發(fā)，避免對生態(tài)環(huán)境的破壞.

（3）可建設用地：主要是低敏感區(qū)和不敏感區(qū)，屬于城市生態(tài)壓力小和環(huán)境敏感性低的區(qū)域，該區(qū)域適宜作為經(jīng)濟建設發(fā)展區(qū).但是開發(fā)要與生態(tài)環(huán)境保護相結(jié)合，在開發(fā)過程中注重生態(tài)保護和生態(tài)平衡、資源循環(huán)再生、并注意建設區(qū)中的環(huán)境基礎設施，走可持續(xù)發(fā)展的道路.

本生態(tài)環(huán)境敏感性分析將作為該地區(qū)進行進一步生態(tài)功能分區(qū)和景觀生態(tài)格局構(gòu)建的重要基礎和指導，將能有效落實建設環(huán)境優(yōu)美、生態(tài)健康的生態(tài)島的長遠目標，實現(xiàn)江心洲的可持續(xù)發(fā)展.

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