基于GIS的漓江流域環境敏感性分析

張永祥，蔡德所，周 銘

(1.廣西大學 土木建筑工程學院，廣西 南寧530004;2.廣西水利電力職業技術學院，廣西南寧530023)

環境敏感性是指生態系統對人類活動干擾和自然環境變化的反應程度，說明發生區域環境問題的難易程度和可能性大小［1］。環境敏感性分析是在現有的生態環境背景情況下對某一區域潛在的環境問題進行識別，以期達到提供決策和保護的目的。漓江流域生態狀況復雜，按地質巖性、構造、地形、地貌、水文、氣候、土壤等的差異，可將其劃分為兩個明顯的生態分區，即上游非巖溶森林生態分區和中下游巖溶生態分區［2］。在自然環境和人類活動影響下，桂林漓江流域生態環境極易產生變化，其生態環境敏感性能反映該流域生態失衡和生態環境問題的大小。

生態環境受到降雨、巖性、植被覆蓋等因子的綜合制約，對整個漓江流域進行環境敏感性分析，有利于整個流域的生態保護，并為流域水土保持工作等提供科學依據。我們以漓江流域為研究對象，結合國內外環境敏感性研究成果，選擇降雨、地形起伏度、地表粗糙度、植被指數和地質巖性作為評價指標，建立了適合漓江流域的環境敏感性評價指標體系和評價模型，旨在探討主要自然因素對漓江流域生態環境的影響，以及漓江流域生態環境敏感性的空間分布和分異規律，明確生態環境敏感區域，以期為漓江流域的生態建設和環境保護提供基礎支撐。

1 研究區概況

漓江流域位于廣西東北部，地處 110°05'—110°14'E、24°38'—25°55'N之間。流域地勢西北高、東南低，地形、地貌和地質條件極其復雜。該流域屬亞熱帶季風氣候區，雨量充沛，年平均氣溫19.1℃，多年平均降水量為1980 mm，平均徑流深為1210 mm，人均水資源量為4390 m3，4—8月降水量占全年的70%，年降雨變差系數為0.2，全年降雨日157 d，年蒸發量1485 mm。流域土壤以紅壤為主，黃壤次之，石灰性土再次之。在漓江流域河谷階地上，多為砂礫、卵石堆積物，埋藏有空隙潛水。河谷窄而深切，兩岸山坡陡峭，河道復雜且整體比降較大，平均比降為4?。流域內有常綠闊葉林、溫性針葉林、暖性針葉林、常綠落葉闊葉林、灌草叢、草甸等10個植被類型共14個植被亞型，囊括了中國中亞熱帶地區所有的植被類型［3］。

2 研究方法

2.1 指標選取

環境敏感性是多因子綜合作用的結果，其出現和發生的概率取決于影響環境敏感性的各個因子的強度、分布狀況以及多因子的組合。在進行流域敏感性評價時，常常采用多因子綜合評價方法。目前國內外的研究成果，多選擇降雨侵蝕力、土壤、地形和植被覆蓋等因子來分析研究區域的敏感性，這些因子在非巖溶區域的研究中具有一定的通用性，但在巖溶地區，可溶性的碳酸鹽巖大面積出露，巖溶發育廣泛，地面切割更加破碎，植被抗干擾能力更低，在研究過程中必須考慮巖溶作用及巖溶環境的影響。在本研究過程中，我們充分考慮了漓江流域的巖溶環境特征，在選取降雨、地形、植被等通用因子的基礎上，選取地質巖性特征作為評價因子之一，構建環境敏感性評價指標體系。

2.1.1 降雨

漓江流域地處亞熱帶濕潤氣候區，氣候溫和，雨量豐沛，是廣西著名的暴雨區之一，降雨時空分布不均［4］。強降雨和連續性降雨極易引起水土流失，造成區域生態環境的破壞;同時弱酸性的雨水會加快碳酸鹽巖的溶蝕，從而影響巖溶區生態環境。強降雨和連續性降雨量越大，對環境的影響就越大，在一定程度上流域環境敏感性可以用區域降雨量的多少和強弱來表示，因此可利用降雨量的空間分布來表征流域環境的敏感性。研究過程中，我們利用廣西漓江流域9個氣象臺站50年的降雨資料，結合ArcGIS軟件，插值生成流域多年平均降雨量分布圖(30 m×30 m)，用來評價流域環境對降雨的敏感性。經過分析計算，漓江流域多年平均降雨量在1180～2023 mm之間。

2.1.2 地形起伏度

地形起伏度是指特定的區域內，最高海拔與最低海拔的差值，它是描述一個區域地形特征的宏觀性指標。在一定區域特別是小流域內，地形起伏度比高程更能體現區域的地形特征，因此地形起伏度對生態環境的影響比高程更敏感。在ArcGIS中求出漓江流域內海拔的最大值和最小值，然后利用柵格計算工具求出其差值，即為漓江流域的地形起伏度。

2.1.3 地表粗糙度

從地形學角度出發，地表粗糙度一般是指地面的凹凸不平程度［5］，一般定義為地表單元曲面面積與投影面積之比，也稱地表微地形。漓江流域地表形態復雜，特別是在流域的巖溶區，多有溶蝕形成的溝槽、溶溝、溶洞等微地形，地表形態不具備連續性和完整性特征，因此可以用地表粗糙度反映流域內的微地形特征。以流域DEM為基礎，結合ArcGIS軟件，求出研究區的地面粗糙度。

2.1.4 植被指數

植被對流域內水土流失、局部微環境等具有重要意義。植被指數是反映地表植被覆蓋狀況的重要指標之一，植被指數在荒漠化和生態環境評價研究中均有廣泛應用［6］。歸一化植被指數(NDVI)是植物生長狀態以及植被空間分布密度的最佳指示因子，與植被分布密度呈線性相關，被廣泛應用于植被覆蓋的定量研究［7］。研究過程中，利用漓江流域2009年4月的ALOS影像，經過輻射定標和校正處理后，計算出漓江流域的NDVI值，采用自然間距分類法將植被覆蓋度進行重分類，獲得流域植被指數分布圖。

2.1.5 地質巖性

漓江流域內地層和構造狀況復雜［8］，北部(源頭及上游區)是以碎屑巖為主的越城嶺山岳，主峰坐落在花崗巖上;南部為石灰巖及碎屑巖，西南部是以碎屑巖為主的駕橋嶺山地;漓江下游主要是石灰巖地層。不同的巖石類型、不同的溶蝕風化過程不僅對巖溶地貌形態的塑造有很大的影響，而且對巖溶石山區的水土資源配置也產生較大的影響。在漓江流域環境敏感性評價過程中，必須考慮巖溶水文地質條件;巖溶區環境敏感性評價必須要考慮碳酸鹽巖地質背景對它的影響，而現有涉及巖溶區的環境敏感性評價往往忽略地質背景這一因素。因此，我們在研究過程中，充分考慮了漓江流域的地質巖性特征，針對不同的地質巖性特征對環境敏感性的影響，將漓江流域的巖性對外界環境敏感性分為5類，具體見表1。

2.2 綜合評價方法

綜合考慮漓江流域的自然環境特征，在參照國內學者評價敏感性研究成果的基礎上［9－10］，將主要評價指標的敏感性等級分為5級，并進行分級賦值，結果見表1。

表1 漓江流域環境敏感性指標及賦值標準

根據各因子的敏感性分級標準，運用ArcGIS9.3軟件計算出漓江流域降雨、起伏度、粗糙度、植被指數的敏感性等級分布圖;經過空間疊加分析和柵格計算，可以求得漓江流域環境敏感性綜合指數，具體計算公式為

式中:SSj為j空間單元土壤侵蝕敏感性指數;Ci為i因素侵蝕敏感性等級值。

3 結果與分析

將計算結果進行重分類，最終得出漓江流域環境敏感性分級圖(圖1)。

3.1 漓江流域環境敏感性分區與統計

利用GIS空間統計和疊加分析功能，對漓江流域環境敏感性進行匯總分析(表2)。

根據漓江流域環境敏感性評價結果(表2)，可知流域以中度敏感和輕度敏感為主，極敏感區和高度敏感區比例較小，其中:輕度敏感區面積最大，為2143.42 km2，占流域總面積的35.14%;極敏感區面積最小，為199.33 km2，占流域總面積的3.27%。從空間分布上來看，極敏感區、高度敏感區主要分布于漓江流域的中游和下游地帶;漓江流域中下游對環境的敏感性空間分布格局有所差異，漓江中游的極敏感區和高度敏感區呈片狀分布，下游敏感性空間分布成零散斑塊狀分布，這與流域的實際情況具有一致性。在流域的生態環境規劃、區劃和保護中，要注意中下游的極敏感區和高度敏感區。

表2 漓江流域環境敏感性評價結果

3.2 漓江流域內各縣級行政區環境敏感性統計

將漓江流域敏感性分區按照所在的縣級行政區域進行統計，可得到如表3所示的漓江流域各縣的環境敏感性分布面積及比例。

表3 漓江流域內各縣環境敏感性評價結果

從各縣的統計面積上來看，漓江流域在靈川縣的面積最大，占流域總面積的34.42%，但是從敏感性分區上來說，主要是中度以下敏感區;漓江流域在桂林市區面積最小，桂林市區中度敏感區面積最大，占流域總面積的3.24%;極敏感區和高度敏感區在臨桂縣的面積最大，其中極敏感區面積達到64.13 km2，占流域總面積的1.05%，占流域極敏感區面積的32.11%。臨桂縣的生態環境對整個流域生態環境有重要的影響，縣級行政區的生態規劃和保護要與流域的規劃相協調，特別要注重行政區內流域相關區域的環境保護。

4 結語

生態環境敏感性分析為漓江流域的生態保護和旅游資源有序開發、流域的治理和規劃提供了科學依據，對生態環境保護和避免生態環境的進一步惡化有著積極的指導意義。在GIS軟件支持下，選擇降雨、地形起伏度、地表粗糙度、植被指數和地質巖性對漓江流域環境敏感性進行綜合評價研究，其評價結果反映了漓江流域生態環境對外部環境變化的敏感程度。

漓江流域環境敏感性以中度敏感和輕度敏感為主，空間上呈現不規則的斑塊狀分布，選取的5類指標較為準確地反映了漓江流域最主要的環境影響因素，定量揭示了漓江流域生態環境敏感性的空間格局。為更好地分析漓江流域的環境敏感性問題，還應考慮更多的適合當地環境的環境因子指標，在這一方面，需進一步研究。

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