| 基于GIS技术的城镇近郊区生态敏感性分析 |
随着我国城市化进程加快,大量农村劳动力不断向城市转移,城镇近郊区的村庄“空心化”现象日益严重。在现阶段对城镇近郊区“空心村”的整治过程中,整治工作时常对当地自然环境造成干扰和破坏,由此引发的生态环境问题不容忽视[1]。本文以成都市某城镇近郊“空心村”整治示范村为实验区,利用GIS空间分析功能进行生态敏感度划分,得到不同敏感度区域的空间分布状况,分析了实验区“空心村”整治潜力,为“空心村”整治工作提供科学依据,并为其他地区生态敏感性分析研究工作提供参考。
1 研究方法实验区位于四川盆地西部,占地4.745 km2,主要为低山地区,村庄房屋集中分布于东侧,有河流及交通干线,中、西部为丘陵或山区,植被茂密,有支流水系。受周边城镇影响,实验区人口大量向城区流动,“空心化”现象较为严重。
在选择某一区域生态敏感性评价因子时,需考虑到当地的自然现状和研究区域尺度。对于省域范围,一般选用气候、地形、土壤、植被覆盖度等评价因子,以便于针对不同省域的地质地貌和自然环境进行有针对性的敏感度分析[2-3]。对于县市级研究区域,通常选择土地利用现状、面积、坡度、自然保护区和物种多样性等评价因子,以保证敏感度划分的精确和细化[4-5]。针对本次研究的实验区靠近城镇、地形复杂、植被茂盛、水系发达等特点,选取高程、坡度、植被类型、水系等4项评价因子划分该区域的生态敏感度等级。
层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次[2-6]。考虑到实验区位于城镇近郊区的特殊地理环境,同时拥有城市及农村的生活方式、布局及景观区域,地形结构复杂,生态环境多变,故而结合“空心化”整治的具体目标,采用层次分析法对高程、坡度、植被、水系4项指标构建层次分析模型,为4项指标赋予不同的权重,以便于后期的计算分析。
1) 实验区中平均海拔大致为600 m,海拔500 m以下的区域为临近城镇的平坝地区;500~600 m丘陵地带, 地势较缓,为农耕区域;600 m以上区域为山区。根据不同等级对指标赋予不同的分值。
2) 实验区同时拥有山地和平原,坡度分布复杂多样,其中坡度过大的区域难以进行开发保护,属极度敏感区,因而将坡度评价因子分为5个不同等级。
3) 实验区平坝地区为村民聚居点,植被分布较少,生态不敏感;地势平坦的地区为农作物种植区,其生态环境脆弱,易受外界影响,属于高度敏感区;山区分布有树木及灌木。根据不同的地表类型,按无植被、林地、灌木或草地、耕地等4项分别评分。
4) 实验区内有一条河流干流及数条支流,并有灌溉渠、水塘等不同水系。根据水系对周围环境的不同影响,按照50 m、100 m、200 m分别划定缓冲区,并赋予不同的分值。
根据层次分析法构造生态敏感度分析矩阵,求取矩阵的特征向量和特征值,初步计算各项指标所占的权重,并通过一致性检验来判定计算结果是否符合客观实际[7-9]。综上所述, 确定实验区各项生态敏感性评价指标体系及各项指标权重如表 1所示。
| 表 1 实验区生态敏感性评价指标体系 Tab.1 Evaluation Index System of Ecological Sensitivity in Experimentation Area |
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2 实验过程
实验所用数据来源于实验区的数字高程模型(digital elevation model,DEM)图、土地利用现状图、河流水系矢量图等。由实验区DEM可得高程分布,并可通过GIS空间分析功能得到坡度分布图,然后进行栅格重分类,将不同等级的高程和坡度赋予不同的分值,得到高程分级图和坡度分级图;由土地利用现状图可提取出实验区村庄、耕地、林地等不同矢量图斑,通过GIS转换工具将其栅格化后,使用边界清理工具消除边界锯齿,得到实验区植被分布图,并经由栅格重分类,得到植被分级图;对于河流水系,则首先针对矢量图层建立50 m、100 m、200 m等3种不同的缓冲区;然后采用与处理植被分布图相同方法,通过栅格化和边界清理得到缓冲区分布图;最后进行重分类得到水系分级图[10]。
获取了每个单项敏感度因子分布图后,可通过GIS中的地图代数功能,使用栅格计算器将分配权重的单项敏感度因子综合计算,得到实验区综合生态敏感度分布图,并可由此统计实验区各项敏感度级别的区域和比例。
3 实验分析与讨论 3.1 单一因子生态敏感性分析针对坡度、高程、植被、水系等4项敏感度因子进行分别评分重分类后,通过GIS中的统计分析功能,可得实验区每项单一因子敏感性分级面积及其所占的比例,如表 2所示。
| 表 2 实验区单一因子敏感性分级面积 Tab.2 Single Factor Sensitivity Grading Area of Experiment Area |
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由表 2的统计数据可以看出,实验区坡度分布较为均匀,平地和缓坡所占比例超过一半,有利于进行村庄整治和生态建设,具有较高的发展潜力[11-12];由于海拔相对城镇较高,在开发整治过程中应考虑到当地气候的特殊性,不可照搬其他地区的“空心化”治理方式;实验区植被茂密,是保持区域生态稳定的关键,因而在整治过程中,要尽量避免为增加建筑或耕地面积而砍伐山林,造成实验区生态系统紊乱;实验区内虽有河流和灌溉渠经过,但仍有超过60%的区域距离水系200 m以上,不利于取水灌溉。因此在发展过程中应继续增加水利系统的建设。
3.2 区域生态敏感性综合分析根据栅格计算的结果,得到了实验区综合敏感性空间分布图,如图 1所示。
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| 图 1 实验区土地敏感度分布 Fig.1 Distribution of Land Sensitivity in Experiment Area |
由图 1可以看出,实验区绝大多数地区位于生态轻度敏感和中度敏感区,可以进行村庄整治和开发工作。极敏感区零星分布于区域内,在“空心化”整治工作中,应尽量避免在极敏感区进行开发建设,以最大限度地减小对村庄生态环境的破坏程度[12]。根据计算结果,可以得到实验区不同敏感度等级区域的占地面积和比例,如表 3所示。
| 表 3 实验区综合生态敏感性分析结果 Tab.3 Results of Comprehensive Ecological Sensitivity Analysis in Experiment Area |
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3.3 基于生态敏感性的空心化整治潜力分析
斑块是景观格局的基本组成单元,是指不同于周围背景的、相对均质的非线性区域。针对城镇近郊区生态系统的特殊性,根据实验区生态敏感性区域分布图,可对实验区进行生态敏感斑块功能分析,从而衡量不同区域的空心化整治潜力[12]。
根据实验得出的实验区单一因子和综合因子敏感度分布数据,结合生态敏感斑块理论,可得出实验区较为平坦,海拔相对较低,地物主要为低矮建筑,斑块连通性较好,对于周边斑块影响较大,“空心化”整治潜力相对较高。因而首先对此区域进行整治,对实验区整体生态环境的影响可降至较低水平。而对其他生态敏感斑块分布较为破碎的地区,可在此区域整治完成的基础上,选取邻近的生态敏感型较低的大型斑块,逐步向周边区域扩展,以期分步完成全区域整治工作,并将对区域生态环境的影响降至可控范围。
4 结束语本文分析了城镇近郊区影响生态环境敏感度的因子,应用层次分析法构建了城镇近郊区生态敏感度评价指标体系,并将指标体系应用于实验区生态敏感度评价工作,获得了各单项因子敏感度和综合生态敏感度等指标,以及不同生态敏感区域的“空心村”整治潜力。研究结果表明,在对城镇近郊区“空心村”进行治理的过程中,应根据敏感性分析结果,首先选择整治潜力较高的连通斑块及重要贡献斑块开展工作,以期整治工作科学有效,并减小对生态环境的破坏程度。在后续研究过程中,应将其他影响当地生态敏感性的因子纳入综合评价,提高城镇近郊区生态敏感性评价成果的准确性。
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