基于GIS的聊城市生态敏感性分析研究

【摘要】聊城市属于温带季风气候区，具有显著的季节变化和季风气候特征。年平均气温12.8～13.4℃，无霜期193～201天，年平均日照时数为2463.0～2740.8小时，年平均日照率为56～62%，年平均...

摘 要：生态敏感性研究是城市规划的基础分析和重要的规划依据，对城市发展规模、发展方向、用地布局起着重要的支撑作用。文章基于地理信息系统（gis）的空间分析平台，选取高程、坡度、植被覆盖、水文、土地、地质条件等多个因子，构建生态敏感性评价指标体系。通过层次分析法（AHP）确定各评价因子权重值，采用多因子评价法对聊城市进行生态敏感性综合评价研究。对不同等级敏感区域提出保护与发展的建议，为聊城市城乡建设和生态环境保护提供依据。

关键词：GIS生态敏感性；多因子评价法；聊城市

生态敏感性，是指在不损失或不降低环境质量的前提下，生态因子对外界压力或变化的适应能力[1-2]。生态敏感性研究可以反映区域生态系统在遭受外界干扰时，发生生态环境问题可能性的大小，以及进行生态修复的难易程度。生态敏感性越强，对外界的干扰越敏感，遭受生态环境破坏后修复的难度就越大。通过生态敏感性研究可以明确研究区域现状自然环境背景下潜在的生态环境问题，并落实到空间上，为生态环境保护和城市发展建设提供可实施的策略及依据。

1 研究区域概况

聊城市地处山东省西部，京杭大运河畔，东倚岱岳与济南市相连，西以卫运河为界与冀南、豫北接壤，北与德州市毗邻，南滨黄河与水泊梁山隔河相望。地处北纬35°47'～37°02'、东经115°16'～116°32'之间，京九铁路纵贯南北，邯济铁路、济聊馆高速公路横穿东西。境域南北长138公里，东西宽114公里，总面积8715平方公里，总人口为590.89万人。

聊城市属于温带季风气候区，具有显著的季节变化和季风气候特征。年平均气温12.8～13.4℃，无霜期193～201天，年平均日照时数为2463.0～2740.8小时，年平均日照率为56～62%，年平均降水量为567.7～637.3毫米，东部、东南部多于西部、西北部，年平均地温15.4℃。

聊城市境内地形较为平缓，除东阿县沿黄河一带有十余座石灰岩剥蚀残丘外，其余皆为黄河冲积平原。地势自西南向东北逐渐倾斜，海拔高度在22.8-47.8米之间，莘县西南部最高，海拔49米，高唐县的东北部最低，海拔27.5米。聊城市地貌主要为河滩高地、决口扇形地、缓平坡地、浅平洼地、背河槽状洼地、沙质河槽地六种类型。聊城市主要河流为黄河、徒骇河、马颊河、卫运河、金堤河及小运河，境内除黄河、金堤河属黄河水系外，其余均属海河水系。聊城市地势平坦，土层较厚，沙粘适中，垦殖率高，灌溉条件优越，适合多种作物生长。境内土壤分为褐土、潮土、盐土和风沙土四类。

2 研究方法

2.1 评价指标体系的构建

生态环境问题的形成是多个因子综合作用的结果，在生态敏感性评价时，常采用多因子综合评定法。为使构建的指标体系既能准确描述区域的生态敏感性，又能保证建模和运算的可能性，对于评价因子的选取，遵循以下原则[3-4]：

（1）代表性和科学性原则。选取的指标尽可能反映城市自然景观资源与生态状况，并能够对整体评价和后期规划设计工作具有指导意义；

（2）可操作性原则。所选取的指标应在数据收集上具有可操作性，数据能够被准确搜集，并且数据对规划设计具有实际意义；

（3）区域完整性原则。生态敏感性分区从理论上讲，不可能和行政区划相一致，但人类活动受到行政区划的强烈影响，在资料获取和生态敏感性分析时主要以行政区域为基本单元进行。

根据对聊城市生态环境现状进行分析研究，选取对城镇开发建设影响最大的五个因素作为生态敏感评价一级指标，包括：地形地貌、地质安全与水土保持、水综合、生境植被、生物多样性。在一级指标体系建立的基础上，对各一级指标体系的影响因子进行筛选，建立二级指标体系。

文章选用层次分析法（AHP）确定各评价因子权重值[5-7]，进行生态敏感性综合评价研究。综合各项因子的评价结果，结合相关评价标准， 将区域划分为极度生态敏感区、重度生态敏感区、中度生态敏感区、轻度生态敏感区、一般生态敏感区[8]。

2.2 评价方法

采用多因子评价法对聊城市生态敏感性进行评价。多因子评价法可以更加全面、综合地反映出各类评价因子对生态环境的敏感性的影响[9-10]。构建反映上述五类指标状况的各类生态敏感性指数，对各类指标下的影响因子进行计算，分级赋值付权重进行叠加计算后，首先完成各个一级指标的生态敏感性评价，最后对各一级生态敏感性指标进行分析叠加，完成综合评价。

主要数据源包括聊城市TM遥感影像，土地利用解译数据、30米×30米数字高程模型，地貌类型分布图、土壤侵蚀分布图、地质灾害分布图、自然保护区、水源地保护区、蓄滞洪区、水环境功能区等多种基础信息数据。

采用取权重法进行综合生态敏感性指数计算[11-13]，公式如下所示：

式中，SSj为j空间单元某生态环境问题敏感性指数；C（i，j）为j空间单元i因子敏感性等级值，n为因子个数，Wi为i因子影响该生态环境问题的权重；根据分级标准来确定生态环境敏感性等级。

3 结果与分析

3.1 多因子评价结果

3.1.1 地形地貌敏感性

对高程、坡度、坡向、地貌等单因子进行综合分析，得到地形地貌敏感性分布。聊城市地形地貌大部地区属于轻度及一般敏感区域，地势平缓、地势起伏较小，为典型的黄河冲击平原，地貌以缓平坡地、河滩高地、浅平洼地为主。聊城基本的地形地貌条件对土地利用、城市建设基本不存在限制，大部分土地经一定的工程技术措施均可以作为城市建设用地使用。

3.1.2 地质安全与水土保持敏感性

对土壤侵蚀、地质灾害、土地盐渍化、土地利用、植被覆盖等单因子进行综合分析，得到地质安全与水土保持敏感性分布。东阿县西部沉砂池区域、茌平县西北、东昌府区东南部、临清市南部是地质安全与水土保持敏感区域，区域内应避免与环保无关的建设项目，加强植树造林，提高植被覆盖，保持水土，恢复生态。

3.1.3 水综合敏感性

将水环境功能、水源保护区、蓄滞洪区等进行综合分析，得到水综合敏感性分布。聊城境内多条重要河道流经，其中黄河、京杭大运河、徒骇河、马颊河、南水北调引黄干渠等属于聊城境内的骨干水系、航道、水源、重要景观和生态基质，对聊城市生态环境影响较大。河道蓝线范围内禁止违反城市蓝线保护和控制要求的建设活动，各级水源保护区范围按照相关规范内严格限制城市建设，通过控制、管理土地利用，达到保护水资源、维护并强化区域水系格局的连续性与完整性，保障雨洪安全。

3.1.4 生境植被敏感性

基于归一化差值植被指数（NDVI）来揭示聊城市植被生长状况的空间差异。植被指数是表征绿色植被的相对丰度和活性的辐射量值，可简单地通过不同遥感光谱波段间的线性和非线性组合计算获得[14]。

通过对聊城市遥感影像进行解译，得到林地分布情况，再利用影像数据中近红外波段（NIR）与可见光红波段（R）进行运算，得到归一化差值植被指数计算结果[15]。

式中，nir表示近红外波段；red表示红波段。NDVI值越小，生态敏感程度越高。选取聊城市2010年（TM30×30m）的遥感数据，用EADRAS软件对其进行解译，并计算不同年段的NDVI指数，进行植被指数分析。

聊城市属平原农业区，农田是主要的生态环境构成因子，天然植被稀少，造成生态结构单一，系统稳定性差，对外界影响因子的抵抗力较低，易发生生态破坏，系统恢复力较差。由于城市建设的加快，聊城市植被现象较为突出，水土流失情况相对严重，不利于水土保持与生态系统完善，应加以治理，做好植被保护工作，防止生态环境的进一步退化。

3.1.5 生物多样性敏感性

自然保护区、风景名胜区、森林公园、湿地公园内分布并保护着多种野生动物物种和高等植物物种，是聊城市生物多样性相对富集区域。聊城市域范围内设立了1处国家级自然保护区、1处国家级森林公园、1处省级森林公园，5处市级自然保护区及湿地公园，7处市级森林公园，受保护的国土面积仅占总国土面积的5.87%，生物多样性保护受阻。

通过建立核心保护区，明确保护范围，严格禁止非保护类的建设活动；建立缓冲区，避免人为活动对核心区的干扰，起到隔离与保护作用；重点加强保护区之间的生态廊道建设，提高生态系统整体的稳定性，增强景观连通性；城市建设应以保持生物和自然过程的连续性为原则，高等级公路建设或改造前，应预留野生动物通道。

3.2 综合生态敏感性分析

根据生态敏感区划分得到的极度敏感区、高度敏感区、中度敏感区、轻度敏感区和一般敏感区。

极度及重度生态敏感区面积约2169.19平方公里，占总面积的25.39%，主要分布在东阿县洛神湖国家级湿地公园、东阿黄河国家级森林公园、高唐清平省级森林公园等生态保护用地，以及水域、土壤强度侵蚀地区、水土流失严重地区、坡度大于25度地区。极度及重度生态敏感区是对全市生态环境具有决定性作用的地区，具有较高的生态价值，一旦遭受破坏较难恢复，对维持本地生态系统的平衡起到重要作用。这些地区应以生态涵养和生态保育为主，严格控制各类开发建设活动，尽量减少人类活动对于自然生态系统的干扰。

中度敏感区面积约2007.06平方公里，占总面积的23.49%，主要分布在土壤中度侵蚀区、水土流失较严重地区、植被覆盖程度较高地区。对于核心生态系统具有一定缓冲与保护意义，起到隔离外界污染作用，同时防止城市无序连绵发展，该地区应该重点加强植被保护与退耕还林建设，防控水土流失发生，逐步恢复受损的生态环境。

轻度及一般生态敏感区面积约4367.12平方公里，占总面积的51.12%，主要分布在现状建成区及其周边地区。这些地区地势平缓，地质灾害不易发，是承载城镇建设的主要空间，城市发展过程中应控制污染排放，加大环境治理力度，产业选择上以环境污染少，资源消耗低的清洁产业为主，加强城市内部绿化建设。

4 结论和建议

基于ArcGIS空间分析平台，根据对聊城市生态环境现状进行深入分析研究，选取对生态环境保护与城市开发建设影响最大的五个因素：地形地貌、地质安全与水土保持、水综合、生境植被、生物多样性作为生态敏感评价一级指标，在一级指标体系建立的基础上，对各一级指标体系的影响因子进行筛选，建立二级指标体系，构建两级生态敏感性评价指标体系。借助RS遥感解译和ArcGIS空间分析技术，通过层次分析法确定各评价因子权重值，采用多因子评价法进行生态敏感性综合评价研究。

聊城市生态环境敏感区分布以轻度及一般生态敏感区为主，占全市总面积的51.12%，极度及重度生态敏感区主要分布在自然保护区、森林公园、河湖湿地、水土流失严重地区，占全市总面积的25.39%。聊城市植被构成以耕地为主，植被结构单一，区域连通不强，虽然生态敏感度较低，但生态系统较为脆弱，并伴有水土流失及土壤沙化现象。对生态环境敏感地区，应加强生态资源保护与修复，以生态涵养和生态保育为主，构建绿色生态保护带，加快平原林业生态系统建设，建设以森林公园、自然保护区为林业重点保护节点，以农田林网、河流道路四旁树木为绿色通道，形成点、线、面相结合的林业生态体系。严格控制各类开发建设活动。生态环境不敏感地区，应严格控制建设强度及建设类型，发展循环经济，绿色产业，全面促进资源集约与节约，加强城市内部及周边生态环境的构建与保护，与区域生态环境协调发展，构建一体化的生态环境体系，同时起到防止城镇建设无序蔓延扩张发展的作用。

参考文献

[1]朱鹏飞.规划生态学[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]李振基，陈小麟，郑海雷.生态学[M].北京：科学出版社，2014.

[3]沈刚.生态城市规划中的生态敏感性分析和生态适宜度评价研究――以浙江省安吉县生态城市规划为例[D].杭州：浙江大学，2004.

[4]李丽娜.上海生态敏感度评价研究[D].上海：华东师范大学，2006.

[5]赵跃龙，张玲娟.脆弱生态环境定量评价方法的研究[J].地理科学，1998（1）：73-78.

[6]戴英，张晓晖.基于GIS的城市地质环境敏感性评价[J].地球物理学展，2003，18（2）：353-356.

[7]赵焕臣.层次分析法：一种简易的新决策方法[M].北京：科学出版社，1986.

[8]左志莉，周兴，吴壮金.广西贵港市生态环境敏感性评价及其空间分布[J].江西农业大学学报，2009，31（6）：1172-1177.

[9]SUNGRYONGHA，DHONGDJUNG，etal.Arenovatedmodelforspatialanalysisofpollutantrunoffloadsinagriculturalwatershed[J].WatSciTech，1998，38（10）：207-214.

[10]CASSELGINTZM，PETSCGEKHELDG.GISbasedassessmentofthethreattoworldforestsbypatternsofnon2sustainablecivilizationnatureinteraction[J].JournalofEnvironmentalManagement，2000，59：279-298.

[11]刘康，欧阳志云，王效科，等.甘肃省生态环境敏感评价及空间分布[J].生态学报，2003，23（12）：2711-2718.

[12]尹海伟，徐建刚，陈昌勇，等.基于GIS的吴江东部地区生态敏感性分析[J].地理科学，2006，26（1）：64-69.

[13]靳英华，赵东升，杨青山，等.吉林省生态环境敏感性分区研究[J].东北师范大学学报：自然科学版，2004，36（2）：68-70.

[14]田汶鑫.基于遥感影像进行城市植被信息提取的研究现状[J].硅谷，2012，（15）：22-23.

[15]李民赞.光谱分析技术及其应用[M].北京：科学出版社，2006.

作者简介：马晓虹（1987-），女，满族，北京人，工程师，硕士，现主要从事城市规划、生态环境保护规划、市政工程规划等工作。