基于GIS技術(shù)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究—以寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)為例

任光遠(yuǎn)，薛忠歧

（寧夏水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘察院，銀川 750011）

伴隨著全球城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，人類對現(xiàn)存自然環(huán)境的利用和改造的力度也不斷加大。人口的增長，城市的不斷擴(kuò)張，使得人類對其賴以生存的自然資源的需求量越來越大。在這種情況下，勢必會加大對自然資源的索取，從而造成嚴(yán)重的自然環(huán)境的破壞。但是，自然環(huán)境對人類社會、經(jīng)濟(jì)活動的承受能力是有限的, 即存在閥值。一旦人類對自然環(huán)境的索取和改造超過了這個閾值，人類社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展就會受到嚴(yán)重的影響[1]。因此，為了保證人類社會經(jīng)濟(jì)永久可持續(xù)發(fā)展，對人類賴以生存的一定區(qū)域范圍的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究分析是相當(dāng)必要的。

1 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的概念和影響因素

1.1 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力概念

“環(huán)境承載力”的概念在我國最早是在1991年提出。最初，它被定義為某一環(huán)境狀態(tài)和結(jié)構(gòu)在不發(fā)生對人類生存發(fā)展有害變化的前提下對所能承受的人類社會作用在規(guī)模、強(qiáng)度和速度上的限制，是環(huán)境的基本屬性和有限的自我調(diào)節(jié)能力的量度[2]。之后，很多專家學(xué)者根據(jù)自己不同的研究目的對“環(huán)境承載力”這一概念進(jìn)行了衍生。在對生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的研究當(dāng)中，人們逐漸認(rèn)識到生態(tài)地質(zhì)環(huán)境對人類活動的承載能力是有限度的，即生態(tài)地質(zhì)環(huán)境存在閾值，這個閾值就是“生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力”。它是指在一定時期和一定區(qū)域范圍內(nèi)，以及在一定的環(huán)境目標(biāo)下，在維持生態(tài)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)不發(fā)生質(zhì)的改變，生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)功能朝著有利于人類社會、經(jīng)濟(jì)活動方向發(fā)展的條件下，生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)所能承受的人類活動和外部力量影響與改變的最大潛能[2]。

1.2 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的影響因素

（1）生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)本底性能

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)中各功能要素的特性、景觀生態(tài)狀況和資源的存儲狀況等，決定其本底整體的性能。系統(tǒng)中各個要素的特征主要是指區(qū)域的規(guī)模大小，區(qū)域自然地理情況和區(qū)域地質(zhì)背景特征等要素，它們會在一定程度上影響生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的大小[3~8]。

（2）科學(xué)技術(shù)水平

科學(xué)技術(shù)是生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力重要的影響因素。科學(xué)技術(shù)可以推動人類各個領(lǐng)域的發(fā)展，提高人類對自然環(huán)境的利用程度，減少不必要的破壞和浪費，從而人類對自然利用率達(dá)到最大。

（3）人類自身的活動

人類活動的諸多方面如經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、人口增長、消費方式等，都會影響生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力。與區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境相協(xié)調(diào)的人類活動可以提高一個地區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的承載力。反之，和區(qū)域環(huán)境相違背的人類活動可以降低區(qū)域的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力。

（4）區(qū)域外因素

任何一個區(qū)域都不是獨立存在的，都會與其相鄰區(qū)域產(chǎn)生聯(lián)系，區(qū)域和區(qū)域之間都會存在一定的相互作用，所以一個地區(qū)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力勢必會受到相鄰區(qū)域內(nèi)一些因素的影響。因此，協(xié)調(diào)各區(qū)域的發(fā)展，改善區(qū)域外的因素是提高一個區(qū)域承載能力的有效措施。

2 評價體系的建立及其內(nèi)容

根據(jù)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的影響因素，其評價指標(biāo)體系的建立需要考慮諸多因素。這些因素概括起來主要包括自然生態(tài)地質(zhì)條件因素和人類活動因素。本次研究以城市帶為研究背景，根據(jù)城市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的普遍情況，分層次探討了生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系的內(nèi)容。把生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系分為3個子系統(tǒng),分別為：地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)和社會環(huán)境子系統(tǒng)。

地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)主要包括地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)資源兩個方面。地質(zhì)環(huán)境條件方面可以從地理位置、氣象水文、地形地貌等方面選取指標(biāo)；地質(zhì)資源方面可以選取與地質(zhì)環(huán)境有緊密聯(lián)系的自然資源如礦產(chǎn)資源、土地資源等方面的指標(biāo)；生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)主要從植被、土壤、水體等方面分析，選取代表性的指標(biāo)；社會環(huán)境子系統(tǒng)主要考慮包括人口、經(jīng)濟(jì)等因素。

3 評價方法

3.1 要素層圖層的建立

本文生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力主要要素，如地形、構(gòu)造、植被、人口因素等圖層的建立過程主要依靠ARCGIS來完成。

首先，收集研究區(qū)的所有資料，并對資料篩選分類。數(shù)據(jù)按照實體描述類型分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩類。采用ArcGIS對研究區(qū)基礎(chǔ)資料進(jìn)行數(shù)字化處理。然后對基礎(chǔ)圖件進(jìn)行分離圖層，進(jìn)行分層式管理。按照空間數(shù)據(jù)各要素的特點，將空間數(shù)據(jù)分解為單一性質(zhì)的基本要素圖層。

屬性數(shù)據(jù)包括對圖形進(jìn)行描述或說明的數(shù)據(jù)及用于進(jìn)行評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如高程信息、地理標(biāo)注、地貌類型特征、植被發(fā)育情況等。屬性數(shù)據(jù)通過ArcGIS數(shù)據(jù)庫進(jìn)行錄入、管理，其它軟件可以通過接口進(jìn)行調(diào)用。

基礎(chǔ)圖層的空間數(shù)據(jù)模型往往為矢量數(shù)據(jù)模型.當(dāng)進(jìn)行生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力評價時，需要將矢量模型轉(zhuǎn)換為柵格模型，即進(jìn)行網(wǎng)格化處理.本文采用10m×l0m的單元網(wǎng)格作為評價分析的計算單元，對于地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜的區(qū)域，局部進(jìn)行加密。

完成上述步驟后，用編制的評價模型對每單元進(jìn)行分析計算。計算完成后，將計算結(jié)果存入ArcGIS數(shù)據(jù)庫。

3.2 綜合評價及計算

對參加分析的要素進(jìn)行打分，有利城市經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展的要素為正分，反之為負(fù)分，無要素分布的值為0。各地質(zhì)要素的權(quán)重根據(jù)其影響程度確定，例如構(gòu)造為2，植被為-3。

3.3 要素的空間疊加分析

利用ARCGIS軟件的空間分析模塊，將參與評價的要素層進(jìn)行疊加分析，疊加后將各柵格單元的分值進(jìn)行累計加分，得到每個柵格單元各個要素的綜合評分。最后，得到生態(tài)地質(zhì)環(huán)境要素的綜合評分圖，其作為研究區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的分區(qū)圖。

4 實例應(yīng)用——以寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)為例

4.1 研究區(qū)概況

寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)位于寧夏自治區(qū)中北部，主要包括銀川平原和衛(wèi)寧平原兩大部分，其以黃河為紐帶，引黃灌區(qū)為依托，以銀川市為中心，石嘴山、吳忠、中衛(wèi)3個地級市為主干，青銅峽市、靈武市、中寧、永寧、賀蘭、平羅縣城為基礎(chǔ)的大中小城市集合體，國土面積2.87萬km2，占全區(qū)總面積的43.2%。地理坐標(biāo)為東經(jīng)104°17′～106°48′，北緯35°14′～36°55′。

4.2 評價指標(biāo)的選取及影響程度分析

本次研究根據(jù)寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)的特點，分別對地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)、社會環(huán)境子系統(tǒng)下的評價指標(biāo)進(jìn)行篩選和影響程度評分（如表1、2、3）。

表1 地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)指標(biāo)

表2 生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)指標(biāo)

表3 社會環(huán)境子系統(tǒng)指標(biāo)

4.3 研究區(qū)綜合承載力分級結(jié)果

研究得出，區(qū)域內(nèi)所有單元的綜合承載力分值介于1～9 之間，根據(jù)分值由高至低平均分段，將寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)分為3個等級區(qū)域。即Ⅰ類適宜建設(shè)區(qū)（承載力> 6)，Ⅱ類適度控制建設(shè)區(qū)(3<承載力<6)，Ⅲ類中度控制建設(shè)區(qū)（1<承載力<3)（見圖1）

圖1 寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力分區(qū)圖

從圖1可以看出：

Ⅰ類適宜建設(shè)區(qū)（承載力> 6)：包括銀川平原中部銀川市東部、永寧地區(qū)及南部吳忠、青銅峽地區(qū)，衛(wèi)寧平原的北部和中寧地區(qū)，約占研究區(qū)總面積的37%。

Ⅱ類適度控制建設(shè)區(qū)(3<承載力<6)：包括銀川平原的北部和中部大部分地區(qū)，衛(wèi)寧平原的中衛(wèi)地區(qū)，約占研究區(qū)總面積的34%。

Ⅲ類中度控制建設(shè)區(qū)（1<承載力<3)：主要包括銀川平原北部石嘴山、東部陶樂、西部賀蘭山區(qū)、西大灘及部分銀川市區(qū)，約占研究區(qū)總面積的29%。

5 結(jié)論

Ⅰ類適宜建設(shè)區(qū)（承載力> 6)，區(qū)域地質(zhì)條件良好，植被覆蓋率高，地質(zhì)構(gòu)造及地質(zhì)災(zāi)害相對不發(fā)育，地下水位埋深相對于北部較深，地下水污染程度較輕，人口密度較高，是城市發(fā)展的最佳區(qū)域；

Ⅱ類適度控制建設(shè)區(qū)(3<承載力<6)，區(qū)域地質(zhì)條件較好，地質(zhì)構(gòu)造及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度較輕，人口密度較高，但地下水位埋深較淺，水質(zhì)輕度污染，因此要適度控制工程的建設(shè)；

Ⅲ類中度控制建設(shè)區(qū)（1<承載力<3)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件差，植被覆蓋率低。石嘴山地區(qū)由于采礦污染嚴(yán)重，水位埋深淺，水質(zhì)較差。賀蘭山區(qū)內(nèi)地形坡度較陡，巖土體結(jié)構(gòu)疏松，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害；西大灘地區(qū)地下水中度污染，土壤鹽漬化較為嚴(yán)重；東部陶樂地區(qū)，土地沙化、沙漠化分布廣泛且嚴(yán)重。因此，本區(qū)域應(yīng)屬于中度控制建設(shè)區(qū)域。

6 結(jié)束語

利用GIS技術(shù)對一個地區(qū)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評價，是一種合理可靠的方法。本文利用GIS技術(shù)對寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行評價，并劃分了第一級適宜建設(shè)區(qū)，第二級適度控制建設(shè)區(qū)，第三級中度控制建設(shè)區(qū)。本次研究，對寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群的發(fā)展規(guī)劃提供了依據(jù)。

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