劉川川,周連兄,武亞南,李鳴瀟
(北京林豐源生態(tài)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,北京 100083)
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基于ArcGIS空間分析技術(shù)的生態(tài)敏感性評價(jià)研究
——以河北省承德市清水河生態(tài)清潔小流域?yàn)槔?/p>
劉川川,周連兄,武亞南,李鳴瀟
(北京林豐源生態(tài)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,北京 100083)
ArcGIS;生態(tài)清潔小流域;生態(tài)敏感性;綜合評價(jià);清水河小流域;承德
在RS、GIS技術(shù)支持下,以河北省承德市清水河生態(tài)清潔小流域?yàn)槔?,?yīng)用ArcGIS空間分析技術(shù)評價(jià)了項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)敏感性。評價(jià)結(jié)果表明,通過敏感因子選取、單因子評價(jià)、綜合評價(jià),將綜合評價(jià)結(jié)果劃分為極敏感、高度敏感、中度敏感和低敏感4個(gè)等級,能為區(qū)域的整體規(guī)劃工作提供重要的生態(tài)數(shù)據(jù)。從研究生態(tài)敏感性評價(jià)的方法可以看出,基于ArcGIS空間分析技術(shù)的生態(tài)敏感性評價(jià)不僅簡化了評價(jià)過程,提高了生態(tài)敏感性評價(jià)的可操作性,而且使得評價(jià)結(jié)果更加符合客觀事實(shí)。
生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)自然和人類活動(dòng)干擾的敏感程度,它反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在遇到干擾時(shí),發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和可能性的大小,并用來表示外界干擾可能造成的生態(tài)后果[1]。生態(tài)清潔小流域綜合治理的核心理念就是打造一個(gè)清潔的生態(tài)環(huán)境,從而促進(jìn)小流域內(nèi)的水源保護(hù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)。因此,生態(tài)敏感性分析是生態(tài)清潔小流域綜合治理的前提。研究ArcGIS在河北省承德市清水河生態(tài)清潔小流域生態(tài)敏感性評價(jià)中的應(yīng)用,可為今后的生態(tài)敏感性評價(jià)提供參考。
清水河小流域位于河北省承德市灤平縣,具有很好的區(qū)位優(yōu)勢,東部、東南部與雙灤區(qū)、承德縣為鄰,西部、西南部與北京市懷柔區(qū)、密云區(qū)接壤,北部與豐寧、隆化毗連,是河北省環(huán)首都綠色經(jīng)濟(jì)圈14個(gè)重點(diǎn)縣之一。項(xiàng)目區(qū)地處河北省燕山北麓東段,屬低山丘陵區(qū),山勢較陡峭,溝谷發(fā)育,位于寒溫帶向暖溫帶過渡區(qū),屬半干旱半濕潤大陸性季風(fēng)型山地氣候,多年平均降水量530 mm,土壤以棕壤、褐土為主,森林覆蓋率一般,農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)單一,發(fā)展方式比較傳統(tǒng)。為此,依托灤平縣整體規(guī)劃,結(jié)合項(xiàng)目及其周邊現(xiàn)有的白草洼、轉(zhuǎn)山湖、石佛寺3個(gè)景區(qū),大力開展生態(tài)小流域綜合治理,以期打造生態(tài)資源優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)綠色崛起。
項(xiàng)目區(qū)評價(jià)采用的基礎(chǔ)資料有1∶5萬地形圖、1∶5萬土壤侵蝕強(qiáng)度圖、1∶5萬TIF植被覆蓋圖(2003年)、1∶10萬TIF土地利用現(xiàn)狀圖(2013年)。
ArcGIS具有強(qiáng)大的空間地理數(shù)據(jù)管理和分析能力,應(yīng)用ArcGIS進(jìn)行生態(tài)敏感性分析過程中應(yīng)主要掌握高程和坡度提取、柵格重分類、疊加分析等基本操作[2]。清水河生態(tài)清潔小流域項(xiàng)目的主要評價(jià)方法(圖1)為:首先調(diào)查分析項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題,收集生態(tài)評價(jià)基礎(chǔ)資料并選取評價(jià)因子;然后利用項(xiàng)目區(qū)的地形圖、土壤侵蝕強(qiáng)度圖、植物覆蓋圖和土地利用現(xiàn)狀圖得到評價(jià)因子的柵格圖,把各因子?xùn)鸥駡D重采樣,得到各單因子的評價(jià)圖;最后將各單因子的評價(jià)圖按照預(yù)定的權(quán)重值加權(quán)疊加,最終得到評價(jià)結(jié)果圖。
圖1 生態(tài)敏感性評價(jià)方法
首先針對特定生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行評價(jià),然后對多種生態(tài)環(huán)境問題的敏感性進(jìn)行綜合分析,明確區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感性的分布特征[3]。根據(jù)清水河小流域項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀條件,調(diào)查分析后選取高程、坡度、土壤侵蝕強(qiáng)度、植被覆蓋度和土地利用現(xiàn)狀作為生態(tài)敏感性單因子評價(jià)指標(biāo)。單因子評價(jià)的分級主要依據(jù)環(huán)保部2015年發(fā)布的《全國生態(tài)功能區(qū)劃(修編版)》,根據(jù)各類生態(tài)問題的形成機(jī)制和主要影響因素,結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)敏感性特征,按敏感程度劃分為極敏感、高度敏感、中度敏感、低敏感 4個(gè)等級,并分別賦予4、3、2、1的分值(詳見表1)。
表1 清水河小流域生態(tài)敏感性評價(jià)因子分級標(biāo)準(zhǔn)
3.1高程因子
由于不同高度有不同的氣候土壤條件,并相應(yīng)出現(xiàn)不同的森林植被,所以高程是生態(tài)敏感性評價(jià)的一個(gè)重要因子[4]。項(xiàng)目區(qū)高程在470~1 460 m之間,其中:470~600 m高程范圍內(nèi)人口集中,土地資源利用程度高,為極敏感區(qū);600~700 m高程范圍內(nèi)植被覆蓋相對較低,土地多用于農(nóng)業(yè),為高度敏感區(qū);700~900 m高程范圍內(nèi)植被覆蓋相對較好,土地基本沒有被開發(fā),人為影響因素少,為中度敏感區(qū);900~1 460 m高程范圍內(nèi)基本都是有林地,自然條件比較好且基本無人為開發(fā)利用,為低敏感區(qū)(詳見圖2)。
圖2 高程因子敏感性空間分布
3.2坡度因子
一般來說,坡度越陡越易發(fā)生水土流失,更易造成生態(tài)破壞,即生態(tài)敏感性越強(qiáng)。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的情況,0°~15°劃為低敏感區(qū),15°~25°劃為中度敏感區(qū),25°~45°劃為高度敏感區(qū),45°~90°劃為極敏感區(qū)(圖3)。
圖3 坡度因子敏感性空間分布
3.3土壤侵蝕強(qiáng)度因子
根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度,結(jié)合土壤侵蝕模數(shù)劃分的生態(tài)敏感性等級為:0~200 t/(hm2·a)低敏感區(qū),200~2 500 t/(hm2·a)中度敏感區(qū),2 500~5 000 t/(hm2·a)高度敏感區(qū),5 000~8 000 t/(hm2·a)極敏感區(qū)(圖4)。
圖4 土壤侵蝕強(qiáng)度因子敏感性空間分布
3.4植被覆蓋度因子
植被覆蓋對生態(tài)敏感性的影響具有重要的作用。一般來說,植被覆蓋度越高,植物層次就越豐富,抗破壞能力就越強(qiáng),生態(tài)敏感性降低?;诖?,按照覆蓋度的不同將清水河小流域劃分為4個(gè)等級區(qū)域:低度值的極敏感區(qū)、中度值的高度敏感區(qū)、較高度值的中度敏感區(qū)、高度值的低敏感區(qū)(圖5)。
3.5土地利用因子
根據(jù)項(xiàng)目區(qū)土地利用現(xiàn)狀和特點(diǎn)劃分生態(tài)敏感性等級:河流、旱地為極敏感區(qū),村莊、道路、果園和其他園地為高度敏感區(qū);天然牧草地和其他草地為中度敏感區(qū);灌木林地和有林地為低敏感區(qū)(圖6)。
從系統(tǒng)工程的角度出發(fā),按照層次分析法的理論要求選取合適的評價(jià)因子對項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)敏感性進(jìn)行綜合評價(jià)[5]時(shí),采用專家打分法確定高程、坡度、土壤侵蝕強(qiáng)度、植被覆蓋度和土地利用現(xiàn)狀5個(gè)評價(jià)因子的權(quán)重(表2),再按照權(quán)重的賦值在ArcGIS中將各單因子敏感性數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加,可實(shí)現(xiàn)由單因子評價(jià)到多因子綜合評價(jià)(圖7)。
圖5 植被覆蓋度敏感性空間分布
圖6 土地利用現(xiàn)狀敏感性空間分布
表2 單因子權(quán)重
由圖7可以看出,清水河小流域的生態(tài)敏感性以中度、高度敏感為主,極敏感和低敏感區(qū)比例相對較小。從生態(tài)敏感性空間分布格局來看,極敏感區(qū)主要分布于河道及河道周邊區(qū)域,此區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱,生態(tài)環(huán)境極易受到破壞,應(yīng)該把這個(gè)區(qū)域作為生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)保護(hù)區(qū)。高敏感區(qū)主要分布于人為開發(fā)較多的建設(shè)用地和農(nóng)業(yè)用地區(qū)域,此區(qū)域應(yīng)作為控制開發(fā)區(qū),以“在保護(hù)中開發(fā),在開發(fā)中保護(hù)”為指導(dǎo)原則進(jìn)行適度開發(fā),避免對生態(tài)環(huán)境造成破壞。中度敏感區(qū)主要分布在坡面的農(nóng)業(yè)用地和草地,生態(tài)環(huán)境良好,能承受一定強(qiáng)度的干擾,可以在社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境得以保護(hù)的前提下,統(tǒng)籌優(yōu)化開發(fā)建設(shè)。低敏感區(qū)主要分布在植被覆蓋度高的有林地和灌木林區(qū)域,該區(qū)域生態(tài)環(huán)境相對較好,具有重要的生態(tài)服務(wù)功能,要實(shí)行嚴(yán)格的保護(hù)。
圖7 清水河小流域生態(tài)敏感性空間分布
在大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的過程中,綜合運(yùn)用高新技術(shù)對整個(gè)規(guī)劃建設(shè)都有著極其重要的作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用為規(guī)劃工作從定性分析發(fā)展到定量分析奠定了基礎(chǔ),綜合運(yùn)用ArcGIS空間分析技術(shù)進(jìn)行區(qū)域生態(tài)敏感性評價(jià),可以大大提高評價(jià)的科學(xué)性和可靠性,為區(qū)域總體規(guī)劃提供一個(gè)直觀的生態(tài)評價(jià)結(jié)果。
在運(yùn)用ArcGIS空間分析技術(shù)進(jìn)行生態(tài)敏感性分析的過程中,要充分考慮生態(tài)因子選取和權(quán)重確定兩個(gè)方面的影響,即在運(yùn)用ArcGIS進(jìn)行空間分析的過程中,要針對項(xiàng)目區(qū)特點(diǎn)和規(guī)劃目標(biāo)恰當(dāng)?shù)剡x取評價(jià)因子,合理地確定權(quán)重,以保證評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。
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(責(zé)任編輯張培虎)
S157
A
1000-0941(2016)08-0067-03
劉川川(1986—),男,湖北荊門市人,助理工程師,學(xué)士,主要從事生態(tài)修復(fù)、景觀設(shè)計(jì)工作。
2016-05-30