基于GIS技术的生态敏感度分区研究

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摘要：本文首先对生态环境保护规划、生态敏感度以及地理信息系统的相关概念及研究进程进行了整理。进而以恩施州清江流域为实例，采用定性和定量评价相结合的方法，确定了影响因子和评价标准，建立了生态敏感度评价指标体系，以gis为支撑，做出生态敏感度分析。最后，根据不同的生态敏感度分区，提出分区治理方案和保护对策，以期为恩施州清江流域的环境保护规划提供技术支持和依据。关键词：生态环境保护规划；地理信息系统；恩施州清江流域；生态敏感度；生态敏感度分区

中图分类号：TU984.18

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2014）01-0069-04

1引言

在制定生态环境保护过程中，测定区域的生态敏感度是一个十分重要的环节。而按照传统的方法对生态环境进行评价时，多采用定性的方法来研究，这样不仅工作量大，而且数据的主观性也较强。利用ArcGIS 9.3带有的工具和数据立即进行GlS分析和地图创建，可以为区域生态环境保护规划提供很好的技术支持，克服传统规划方法的缺陷，达到定量与定性相结合。

清江是长江中游在湖北省境内仅次于汉水的第二大支流，也是恩施州各族人民的母亲河和重要的生态屏障。恩施州清江流域的环境形势的变化，直接影响着恩施州的社会经济发展。因此，本文在充分研究恩施州清江流域现状的基础上，提出了一套生态敏感度评价体系，并采用的GIS的技术手段，减少了定性分析的随机性，保证了生态敏感度测评的科学性，为恩施州清江流域生态环境保护规划中的生态分区规划提供了依据。

本研究的技术路线如图1。

2、区域现状分析

2.1 区域概况

恩施土家族苗族自治州位于中国湖北省西南部，占地面积2411.1km2辖恩施、利川两个县级市和巴东、来凤、咸丰、建始、鹤峰、宣恩6个县。恩施州清江流域是指清江流经区域，即除来凤外的五县两市。

2.1.1 水文条件

清江是长江的一级支流，全长423km，流域面积1 6700km2。清江流域东邻江汉平原，南与澧水流域相接，西与乌江流域接界，北与长江三峡地区相邻，流域形状南北窄而东西长。清江支流众多，所有支流均流向清江干流，无分河道，干支流呈对称性羽状分布。

2.1.2 气候及动植物资源

恩施州清江流域属云贵高原与东部低山丘陵的过渡区域，境内小气候特征明显，雨热同期，降水充沛。独特的地理气候环境，造就了恩施州生物的多样性。恩施州现有林地2403万亩，占全州国土总面积的66.6%。恩施州素有“鄂西林海”、“华中药库”、“天然植物园”、“种子基因库”、“烟草王国”等美称。

2.1.3 地质地貌及矿产资源

恩施州清江流域地势地貌基本特征是：阶梯状地貌发育。这种特殊的自然地理环境，决定了恩施州清江流域是一个地质灾害易发的地区。恩施州位于多种构造体系联合、复合部位，成矿条件较好，矿产资源极为丰富。尤其是硒矿资源特别丰富，有“中国硒都”之称。由于矿产资源的大量开采，对清江流域的地质灾害的形成也造成了威胁。

2.2 区域生态环境现状问题

恩施州清江流域目前还存在一些生态环境问题：

第一，水质污染问题。近年来，随着工农业生产的发展，废、污水的排放量逐年增加，致使区域内的水质越来越差。清江及长江流域附近农村面域污染严重，地区污水处理率不太高，造成了一定的水资源污染。

第二，水土流失问题。由于过度开采矿产及植物资源，造成的水土流失问题十分严重。经区划调查统计，从上世纪八十年代以来，全州已发生各类地质灾害1993处，清江流域地质灾害发生种类多、分布广、频率高、危害大。

第三，植被破坏问题。恩施州清江流域现有林地2403万亩，林业发展具有良好的物质基础和拓展空间。但森林可利用资源比重小，森林资源质量不高，林地产出率低。流域内开荒种植较普遍，已造成生态环境的严重破坏，毁林种药、滥采乱挖现象十分普遍，破坏了恩施州清江流域的植被生长。

3、生态敏感度分区研究

3.1 评价模型的建立

3.1.1 确定研究因子

研究因子的确定，是生态敏感度分析的关键。在因子的选取时需符合以下要求：首先是因子的完整性，易于理解；其二是因子的可量化性，即可以用数量化的指标表示；第三是因子的可操作性，因子的统计数据具可取性和可测性；第四是因子的可控性。

根据恩施州清江流域的生态环境情况，最终确定了在生态敏感度分析的评价因子如下：

（1）高层：高程是生态环境中一个重要因素，空气温度随着海拔的升高而降低，整个生态系统呈现出明显的垂直分布。恩施州的地势变化多端，因此，根据海拔梯度分布由高到低进行分级。

（2）坡度：主要考虑坡度对植物生长能产生较大影响，通常坡度大于25度时只能生长灌术或小乔木，坡度大于45度时连草皮都难以生长。根据倾斜率分为以平坡（45°）为主，这五种坡度类型。

（3）坡向：坡向对区域小气候的形成起着至关重要的作用，一般而言，山坡地南坡优于北坡，最优越的是南偏东。恩施州清江流域植物多样性保护应当受到重视，因此坡向对生态敏感度的影响还是不容忽略的。

（4）水文因子：水是生命之源，动物和植物的生长都离不开水，它对动植物的生存、生长有重要影响，也是最容易受到人为干扰的因子之一。本次生态敏感度评价中，主要考虑清江、长江的干流及支流。

（5）山体因子：山体是生态系统的重要组成部分，山体上植被丰富。并且，恩施州山体面积较大，因此要纳入到考虑范围之中。

3.1.2 确定因子权重

在生态敏感度评价过程中，因子的权重直接影响着区域敏感度测定的科学性。在权重的确立中，综合了多方意见，通过对文献查阅，参考了几种类似的评价体系，最终得出了一套针对恩施州清江流域的生态敏感度评价系统。如表1所示。

3.2 GIS相关数据处理分析

3.2.1 单因子评价

首先将地形数据导出至ArcGIS里，转为ArcGIS9.3能识别的数据信息，每一单因素为一图层，进行单因子敏感度的分级与制图。然后，对各评价因子的原始数据进行缓；中区分析，以及重分类。按照不同因子的影响程度，分为了敏感度弱（1）、敏感度中（3）、敏感度强（5）等三个等级，对于划分等级较多的因子，可采用敏感度较弱（2）、敏感度较强（4）作为中值。

对地形因子的单因子评价结果可看出：在高程分析中，可以看到恩施州境内除东北部有海拔3000m以上小面积山地外，普遍展示着海拔500m以下、500-1000m、1000-1500m、1500-2000m、2000m以上等五级面积不等的夷平面，并存在一至二级河谷阶地，呈现明显层状地貌。在坡度分析中，恩施州90%以上地区的坡度均低于45°，而坡度大于45°的地区属于生态敏感度极高的区域，主要分布在清江以及长江经流的区域。在坡向分析中，坡向随着地形的变化而均匀变化。（图2）

对水文因子的单因子评价结果可看出：清江以及长江流经区域范围很广，其辐射范围涵盖了巴东、恩施、利川、建始等县市的大部分区域。生态敏感度也随着距离清江、长江的远近而变化。（图3）

对山体因子的单因子评价结果可看出：恩施州清江流域的山体众多，主要分布在清江和长江的两侧。（图4）

3.2.2 多因子叠加

在进行单因子评价后，按照所建立的评价模型中所附的权重，采用Spacial Analysis中的Raster Calculate工具，对因子进行叠加分析。所得出的图即为生态敏感度评价图（如图5）。从图中可以看到，生态敏感度较弱的地区分布在清江、长江的流域范围。因此，在生态环境保护规划的过程中，应当着重考虑对清江流域水污染的治理，以保持生态系统的稳定性，保障恩施州清江流域的可持续发展。

3.3 生态敏感度分区

为了便于清江流域的生态管理，在生态敏感度评价的基础上，根据恩施州州域生态用地安全和功能的使用，将基本控制线划定范围分为生态核心区，生态协调区及生态辐射区。其划分标准如表2。

按照这个分类标准，将生态敏感度图进行重分类，最终得出了生态敏感度分区图（如图6），由浅到深依次表示生态敏感度由弱到强。

生态核心区是指维持生态安全格局的关键地区，主要为自然山体、自然水体、森林植被、自然保护区等。主要包括：清江流域、长江流域、自然保护区以及恩施州内各重要山体、林地等。生态核心区总面积3688.98km3，占恩施州总面积的15.3%。

生态协调区是指自然条件较好的生态重点保护地或敏感区，根据资源环境条件科学合理地引导少量开发建设行为。主要是清江流域毗连区，长江流域毗连区，以及山体区域等。生态协调区总面积11621.50km3，占总用地面积的48.2%。

生态辐射区是指除了生态核心区及生态协调区之外的区域，主要是城镇建设用地的区域。该区建设应充分尊重自然条件，科学引导开发。做好前期规划，严格控制开发量，因地制宜建设。生态辐射区总面积8800.52km3，占总用地面积的36.5%。

4、生态环境保护规划分区保障措施

4.1 生态核心区保护措施

在水污染治理方面，应加强长江巴东段及清江流域等通航水域船舶航行排放的生活废水和油污污染进行防治，在2020年末，清江干流城区段水质稳定在Ⅲ类标准以上，长江干流段水质稳定在Ⅱ类标准以上。在对重要山体、林地的保护方面，限制天然林商品性采伐，确保长江中上游地区森林生态功能修复；加强森林管护，管护全州现有森林面积。境内的两个国家级自然保护区：湖北七姊妹山国家级自然保护区、湖北星斗山国家级自然保护区，应当严格保护其生态环境的稳定性，禁止一切非法开采活动。在矿产资源开采方面，应严格限制在生态协调区内的开采。在建设力度方面，城市建设用地必须避让该区域，以保障生态核心区的稳定发展。

4.2 生态协调区保护措施

在水污染治理方面，应当加强对清江流域毗连区，长江流域毗连区内的水体监控，提高污水处理率。在植被保护方面，流域内修建交通、水利、采矿、旅游等设施及其它工业项目应当尽量减少破坏植被，或及时恢复植被。积极开展植树造林，为涵养水土，防治地质灾害的发生起到一定作用。在矿产资源开采方面，应严格限制在生态协调区内的开采力度，适度对矿产资源进行开采。在建设力度方面，应在合理规划的指导下，适度开发建设。

4.3 生态辐射区保护措施

在水资源污染防治方面，应加强水质监控，对生活污水、生产污水按照标准进行处理。在矿山开采方面，基本建立地矿信息系统，实现地矿信息数字化和管理工作的资源网络化。在农业面源污染综合治理方面，应以减少化肥、农药施用量为目的，全面治理因农药、化肥、畜禽养殖等造成的农村面源污染。在工业污染治理方面，应治理重点工业污染源，列入本规划重点治理工业企业，采取相应的污水处理设施，确保废水污染物达标排放。在实施清洁生产方面，应发展循环经济，推行清洁生产。实施再生资源回收利用项目，支持建设生物质能发电、风力发电和石煤发电，支持推广规模化畜禽养殖零排放技术。

4.4 生态环境动态监测

进一步加强环境质量监测网络建设，全面提高全州水环境、空气环境、噪声环境、核与辐射环境等监测预警的总体水平。着力提高全州环境质量监测及预报的频率和精准度，增强对环境辐射水平的动态变化监测能力。为应对生态环境安全，在规划期间，侧重加强恩施、利川、巴东、宣恩和咸丰5个县市的生态环境监管能力，配备必要的人员、设备、仪器，具备基本的生态环境监管能力。加强各级监测站实验室能力建设，提高实验分析精度，掌握环境质量和污染状况的变化趋势。联合林业、水利、地质的动态监控，形成恩施州清江流域的生态环境一体化监测体系。

5、结语

目前，国内将遥感和地理信息系统技术应用于生态环境保护方面在生态环境调查和生态环境变化分析上取得了很多丰硕的成果，也具有一定体系的理论和技术方法。但是遥感和地理信息系统技术与生态环境保护规划相结合并对其提供技术支持的应用并不多，生态环境保护规划也多采用定性的方法。在恩施州清江流域的生态环境保护方面，目前还未做过系统的生态敏感度分区评价，而清江流域的生态环境保护对于恩施州而言是十分重要的，借助GIS技术可对区域进行更为精确的生态敏感度分区，大大提高了规划的科学性、准确性和时效性，根据生态敏感度分区图，可更为科学的制定恩施州清江流域的环境保护措施，以此指导恩施州清江流域的生态环境保护规划的编制。