GIS支持下生态敏感性评价——以济南市长清区为例_孙文超.pdf

第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：基金项目：年第二批教育部产学合作协同育人项目（、）；年度山东理工大学实验室建设项目（）资助作者简介：孙文超（），男，山东聊城人，测绘工程专业在读本科生。通信作者：孙广伟（），男，山东潍坊人，讲师，硕士，年毕业于华北电力大学管理科学与工程专业，主要从事工程管理方面的教学与研究工作。支持下生态敏感性评价 以济南市长清区为例孙文超，谢乾波，李 晴，孙广伟（山东理工大学 建筑工程学院，山东 淄博）摘要：为深入研究长清区生态系统对区域内部环境对于人类活动干扰的敏感程度，选定 年长清区遥感影像和 分辨率的数字高程模型为基础数据，并对其进行前期准备，得到以高程、坡度、坡向、水系和归一化植被指数（）作为评价指标的济南长清生态敏感性评价体系。首先进行单因子评价，并将研究区分为基于该因子评价下的高敏感区、中敏感区、低敏感区以及非敏感区，利用层次分析法确定各敏感因子的权重，包括高程、坡向、坡度、水系、，而后经过加权叠加获得所需的济南市长清区生态敏感性综合评价图。关键词：生态敏感性；济南长清；生态评价；分析中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：，（，）：，（）（），（），：；引 言为研究各生态敏感因子在生态环境下的影响情况，及时准确地监测生态环境的变化，为城市发展、建筑选址提供科学有效的参考，麦克哈格于 年首次提出基于生态敏感性的环境评价方法。生态敏感性是指生态系统对外界干扰所具有的反映程度和自我恢复能力，通常来说，该区域生态敏感性越高，则该地区生态系统越弱，外界对其环境影响越为明显，较容易出现生态问题。各位学者综合运用水文、在内的各项因子，经过综合叠加分析，确定敏感性等级以进一步对研究区进行分析。这种评价分析可以用来划定保护与开发区域，能够科学地反映研究区域自然环境的好坏、土地利用情况、人口负载状况以及该地区未来发展方向。如今，生态敏感性评价在各个领域得到广泛应用，如城市设计、土壤风险评估、环境保护、生活保障和景区规划评价等方面，研究区域多为流域、国家、省市等较大尺度，县级及以下尺度的研究相对较少。长清区作为国家城乡融合发展试验区，研究其生态区敏感性对支持国家可持续发展政策具有重要意义。本文利用长清区遥感影像，在 技术支持下，首先对长清区区域生态敏感因子进行了简单分析，构建评价体系，然后对研究区生态敏感性进行综合评价分析，以求促进长清区的城市规划更加充分地协调人与生态环境的关系，从而为该区域科学开发与可持续发展的政策制定提供有价值的参考。研究区概况济南市长清区位于济南市区的西南部，东依泰山，西滨黄河。从长清区的影像图来看，其地形西北地区为平原，东南地区为山地，且山地均为泰山余脉。该区域既有平原山地，亦有河流湖泊，涵盖了全国绝大多数地区的城市样貌，对于分析全国地区情况有着重要意义。研究方法 数据来源与分析框图研究区数据由地理空间数据云获取，其中影像为长清区 年 月 日 遥感影像，而 数据为长清区 分辨率数字高程数据。本文中图像坐标系均为，并在数据获取后对各数据进行预处理，如投影、裁剪和修改格式等。利用 软件应用地形图结合实际情况手动提取水系、景源、道路数据并将信息录至数据库中，通过 进行 数据分析、坡度和坡向获取，利用 中 工具获取研究区 数据，提取结果如图 所示。图 提取结果 分析并选择了生态敏感性的评价方法，结合已有材料构建本实验所需的生态敏感性分析技术框图（如图 所示）。评价指标的选取与体系构建由于生态系统的多样性，生态敏感因子的选取标准并不唯一，因而需针对不同研究区间的差异性进行实地的更深层次的分析，得到一组最能体现该地区特点的生态敏感因子。经研究，长清区主要包含平原与山地两部图 基于 的生态敏感分析技术框图 分，分布区域有明显的差异性。本文综合长清区实际情况，选择高程、坡度、坡向、水系及 作为本课题研究的主要考量因子。其中的高程直接决定着动植物在该地的生长和分布状况，同时也会对该地的降水和温度产生一定的影响；坡度大使得建设道路和建筑较为困难，相对来说坡度所占影响较大；长清区东南部以山地为主，而坡向直接影响着某一地区的光照强弱，使得阳面植被生长较为繁茂，而阴面植被相对稀疏；水系对土壤湿度，以及周围植物的生长和农业发展起着决定性作用；归一化植被指数（）作为指示性参数，被广泛地应用到地表植被覆盖遥感监测等研究中，可以很好地反映出研究区的稳定性。最终考虑将各个评价因子对本次研究区的生态敏感性的影响划分为四级，分别是高敏感区、中敏感区、低敏感区与非敏感区，见表。指标权重确定因各敏感因子对生态环境的影响程度不同，本实验采用层次分析法（）确定各生态敏感因子的权重，以求得到更为科学的成果。首先依据研究区内各敏感因子的重要性进行排序，设定极其重要为，相反为；十分重要为，相反为，以此类推，保证全部敏感因子都有一个数值。之后进行判别矩阵的建立，逐项比较计算求得每个因子权重。空间叠加分析方法将上述所有因子汇总至 中并将每个因子进行数据的完善，确保每个因子的敏感度数据表仅存在非敏感区域、低敏感区域、中敏感区域、高敏感区域四类并做分级处理，依次为，依据所求得的权重在 中加权叠加工具进行计算，最终获得长清区综第 期孙文超等：支持下生态敏感性评价合生态敏感性评价效果图。最终求得的结果值越高，说明该研究区的生态敏感性越高。表 济南长清区生态敏感评价指标体系 评价指标非敏感区低敏感区中敏感区高敏感区高程 坡度（坡向平地、南向东南、西南东北、西北北向（，）（，）（，）（，）水系河流 外缓冲区河流 缓冲区河流 缓冲区河流 内缓冲区土地利用市区建筑山脉耕地水域赋值 具体计算由 软件进行，求得该矩阵的最大特征值 ，一致性指标 ，随机一致性指标。根据一致性比率公式求得 ，因为，故该矩阵一致性可行，并通过验证。最后统计获得每个因子权重见表。表 生态敏感因子判别矩阵及其一致性检验成果 评价指标高程坡向坡度水系土地利用权重高程坡向坡度水系土地利用 长清区生态敏感单因子评价分析研究区生态敏感性各项指标数据详见表。表 单因子生态敏感性及综合生态敏感性指标 评价指标高敏感区中敏感区低敏感区非敏感区面积（）百分比（）面积（）百分比（）面积（）百分比（）面积（）百分比（）高程坡度坡向水系土地利用综合 高 程长清区由西北到东南依次为河流、平原、山岭，在长清高程生态敏感因子分析图中可以明显看出长清区的地形概况，境内河流错综复杂，连接了长清区东风水库、小崮山水库等各大湖泊。经分析长清区最高地区高程为，通过自然间断点分级法进行敏感度分析，其中将 划分为非敏感区，占地面积约为 ；划分为低敏感区，占地面积约为 ；划分为中敏感区，占地面积约为 ；划分为高敏感区，占地面积约为 ，如图（）所示。坡度、坡向坡度、坡向的地形特征是研究流域水系流向的基础，坡度是衡量地形陡缓的标准，坡向是指地面坡形的 测绘与空间地理信息 年朝向。济南市长清区坡度范围为，坡度均值为，非敏感区集中在，约占总面积的，主要分布在泰山余脉以西，地势较为平坦。而高敏感区集中在，占总面积的，主要分布于长清区东南部。长清区以山区为主，坡度敏感性分析图如图（）所示。本文主要采用北向、西北向、东北向、西南向、东南向、南向和平地共 个方位的划分。将 个方向划分成 个最高敏感度级，最终可以得到一个坡向敏感度的分析图，如图（）所示。经研究研究区西北部平原地区的辨析程度相对较低，而东南部山地，坡向较易准确辨别。图 各评价因子敏感性集合 水 系水是人类社会生存和发展的基础，也是当前社会发展不可缺少的自然资源，随着城乡的发展供水与用水存在一定的不平衡问题，水资源污染亦成为各学者关注的重点，长清区敏感性评价当然离不开水系的研究，长清区西邻黄河，而其境内河流交错连接，水库更是不下十余处。如图（）所示，水系敏感度由水域中心向外逐渐降低，于长清区水系的低、中、高敏感度占长清区总面积的约为 。为确保水资源的安全，应加大对水污染的治理以求人类与自然环境和谐发展。根据 提取结果，将其以自然间断点分级法进行重分类，得到 生态敏感分析图（如图（）所示）。经研究，年高敏感区面积约为 ，占比；中敏感区面积约为 ，占比；高、中敏感区总面积相对 年占比多出。从数据上看，年来长清区绿化得到了较好的发展，由图可看出其耕地面积更是有所增加。土地利用依据规则提取长清区市区建筑、山脉、耕地与水域地区，敏感性情况见表，得到土地利用生态敏感分析图（如图（）所示）。经计算，年高敏感区面积仅为 占比，低敏感区占比较大约有，中敏感区多位于长清区西部，以耕地为主占地约 占比。综合生态敏感性综合生态敏感性评价图由我们选取的因子进行加权叠加获得，如图（）所示。高敏感区占长清市的，相对占比较低，主要分布于五峰山景区和各道路的沿线附近，高敏感区主要以林地城镇为主。中敏感区和低敏感区覆盖了长清区绝大部分，占总面积的，主要分布在长清区中部地区的马山镇、青龙山和东南部灵岩山附近的泰山余脉，对环境变化的影响较为适中。而非敏感区占比约为，主要分布于长清区的西北部地区以村镇为主且地域较为平坦，该地区相对较为稳定，生态环境更是有一定的可调节性。结束语经反复研究得知，高敏感区与中敏感区多分布在河流城镇周边，该区域生态环境如若受到破坏很难恢复，应以保护为主，以防由于人为原因导致环境的逆向变化。而低敏感区对于外界影响做出的反应较小，未来可以在此处规划和开发用地，鼓励低敏感区发展第一产业，相对来说对环境影响较小，有望以此为根本，拉动本地旅游经济的发展。非敏感区抗外界干预水平较高，适宜在此开拓用作工程或是工厂建设，带动本地经济快速发展。参考文献：张子灿，张云路基于 适宜性评价的城市山地公园选址研究中国城市林业，（）：张爱平，钟林生，徐勇，等基于适宜性分析的黄河首曲地区生态旅游功能区划研究生态学报，（）：汤尚颖，饶茜加强生态地质环境承载力管理提高生态敏感区管理水平：以汉江河谷地带为例领导科学论坛，（）：，刘是亨，王欣，胡杜娟，等基于序关系分析法的武夷山国家公园生态敏感性评价江西科学，（）：杨帆，李纯斌，吴静，等基于生态系统服务功能重要性及生态敏感性分析的生态空间分布与保护方向研究国土与自然资源研究，（）：屈赛，林爱文，黎斌，等基于生态敏感性的庐山区生态旅游用地策略生态科学，（）：齐学蕾，常军基于遥感与 的临淄区土地利用变化与生态环境效应研究绿色科技，（）：王海星生态敏感的中国区域人类发展指数构建及空间收敛性研究大连：东北财经大学，赵可极 基于生态敏感性分析的山地旅游景区生态规划设计研究北京：北京林业大学，王在高，吴楠安徽省生态环境敏感区保护红线划定方法研究合肥工业大学学报（自然科学版），（）：吴丹，张亮基于总体城市设计的工业城市生态规划策略 活力城乡美好人居：中国城市规划年会论文集（城市生态规划），北京：中国城市规划学会，重庆市人民政府，（下转第 页）第 期孙文超等：支持下生态敏感性评价（）：王雪，白永平，汪凡，等 基于街道尺度的西安市零售业空间分布特征及其影响因素 干旱区资源与环境，（）：王士君，浩飞龙，姜丽丽 长春市大型商业网点的区位特征及其影响因素 地理学报，（）：叶强，赵垚，胡赞英，等 空间异质性视角下的零售商业空间集聚及其影响机制研究：以长沙市为例 现代城市研究，（）：段亚明，刘勇，刘秀华，等 基于 大数据的重庆主城区多中心识别 自然资源学报，（）：吴康敏，张虹鸥，王洋，等 广州市多类型商业中心识别与空间模式 地理科学进展，（）：浩飞龙，王士君，冯章献，等 基于 数据的长春市商业空间格局及行业分布 地理研究，（）：陈洪星，杨德刚，李江月，等 大数据视角下的商业中心和热点区分布特征及其影响因素分析：以乌鲁木齐主城区 为 例 地 理 科 学 进 展，（）：禹文豪，艾廷华，杨敏，等 利用核密度与空间自相关进行城市设施兴趣点分布热点探测 武汉大学学报（信息科学版），（）：吴先赋，李永树，王金明，等 基于 数据的成都市区生活设施空间格局分析 测绘地理信息，（）：编辑：张 曦（上接第 页）嵇囡囡基于用地类型的土壤风险评估及分级方法研究大连：大连理工大学，刘智沈阳市生态环境敏感脆弱区评