基于ArcGIS空間分析技術的生態敏感性評價研究
——以河北省承德市清水河生態清潔小流域為例

劉川川，周連兄，武亞南，李鳴瀟

(北京林豐源生態環境規劃設計院有限公司，北京 100083)

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基于ArcGIS空間分析技術的生態敏感性評價研究
——以河北省承德市清水河生態清潔小流域為例

劉川川，周連兄，武亞南，李鳴瀟

(北京林豐源生態環境規劃設計院有限公司，北京 100083)

ArcGIS；生態清潔小流域；生態敏感性；綜合評價；清水河小流域；承德

在RS、GIS技術支持下，以河北省承德市清水河生態清潔小流域為例，應用ArcGIS空間分析技術評價了項目區的生態敏感性。評價結果表明，通過敏感因子選取、單因子評價、綜合評價，將綜合評價結果劃分為極敏感、高度敏感、中度敏感和低敏感4個等級，能為區域的整體規劃工作提供重要的生態數據。從研究生態敏感性評價的方法可以看出，基于ArcGIS空間分析技術的生態敏感性評價不僅簡化了評價過程，提高了生態敏感性評價的可操作性，而且使得評價結果更加符合客觀事實。

生態敏感性是指生態系統對區域內自然和人類活動干擾的敏感程度，它反映區域生態系統在遇到干擾時，發生生態環境問題的難易程度和可能性的大小，并用來表示外界干擾可能造成的生態后果[1]。生態清潔小流域綜合治理的核心理念就是打造一個清潔的生態環境，從而促進小流域內的水源保護、產業發展和新農村建設。因此，生態敏感性分析是生態清潔小流域綜合治理的前提。研究ArcGIS在河北省承德市清水河生態清潔小流域生態敏感性評價中的應用，可為今后的生態敏感性評價提供參考。

1　項目概況

清水河小流域位于河北省承德市灤平縣，具有很好的區位優勢，東部、東南部與雙灤區、承德縣為鄰，西部、西南部與北京市懷柔區、密云區接壤，北部與豐寧、隆化毗連，是河北省環首都綠色經濟圈14個重點縣之一。項目區地處河北省燕山北麓東段，屬低山丘陵區，山勢較陡峭，溝谷發育，位于寒溫帶向暖溫帶過渡區，屬半干旱半濕潤大陸性季風型山地氣候，多年平均降水量530 mm，土壤以棕壤、褐土為主，森林覆蓋率一般，農業結構單一，發展方式比較傳統。為此，依托灤平縣整體規劃，結合項目及其周邊現有的白草洼、轉山湖、石佛寺3個景區，大力開展生態小流域綜合治理，以期打造生態資源優勢，實現綠色崛起。

2　評價資料與評價方法

項目區評價采用的基礎資料有1∶5萬地形圖、1∶5萬土壤侵蝕強度圖、1∶5萬TIF植被覆蓋圖(2003年)、1∶10萬TIF土地利用現狀圖(2013年)。

ArcGIS具有強大的空間地理數據管理和分析能力，應用ArcGIS進行生態敏感性分析過程中應主要掌握高程和坡度提取、柵格重分類、疊加分析等基本操作[2]。清水河生態清潔小流域項目的主要評價方法(圖1)為：首先調查分析項目區的生態環境問題，收集生態評價基礎資料并選取評價因子；然后利用項目區的地形圖、土壤侵蝕強度圖、植物覆蓋圖和土地利用現狀圖得到評價因子的柵格圖，把各因子柵格圖重采樣，得到各單因子的評價圖；最后將各單因子的評價圖按照預定的權重值加權疊加，最終得到評價結果圖。

圖1　生態敏感性評價方法

3　單因子評價

首先針對特定生態環境問題進行評價，然后對多種生態環境問題的敏感性進行綜合分析，明確區域生態環境敏感性的分布特征[3]。根據清水河小流域項目區的生態環境現狀條件，調查分析后選取高程、坡度、土壤侵蝕強度、植被覆蓋度和土地利用現狀作為生態敏感性單因子評價指標。單因子評價的分級主要依據環保部2015年發布的《全國生態功能區劃(修編版)》，根據各類生態問題的形成機制和主要影響因素，結合項目區的生態敏感性特征，按敏感程度劃分為極敏感、高度敏感、中度敏感、低敏感 4個等級，并分別賦予4、3、2、1的分值(詳見表1)。

表1　清水河小流域生態敏感性評價因子分級標準

3.1高程因子

由于不同高度有不同的氣候土壤條件，并相應出現不同的森林植被，所以高程是生態敏感性評價的一個重要因子[4]。項目區高程在470～1 460 m之間，其中：470～600 m高程范圍內人口集中，土地資源利用程度高，為極敏感區；600～700 m高程范圍內植被覆蓋相對較低，土地多用于農業，為高度敏感區；700～900 m高程范圍內植被覆蓋相對較好，土地基本沒有被開發，人為影響因素少，為中度敏感區；900～1 460 m高程范圍內基本都是有林地，自然條件比較好且基本無人為開發利用，為低敏感區(詳見圖2)。

圖2　高程因子敏感性空間分布

3.2坡度因子

一般來說，坡度越陡越易發生水土流失，更易造成生態破壞，即生態敏感性越強。根據項目區的情況，0°～15°劃為低敏感區，15°～25°劃為中度敏感區，25°～45°劃為高度敏感區，45°～90°劃為極敏感區(圖3)。

圖3　坡度因子敏感性空間分布

3.3土壤侵蝕強度因子

根據項目區的土壤侵蝕強度，結合土壤侵蝕模數劃分的生態敏感性等級為：0～200 t/(hm2·a)低敏感區，200～2 500 t/(hm2·a)中度敏感區，2 500～5 000 t/(hm2·a)高度敏感區，5 000～8 000 t/(hm2·a)極敏感區(圖4)。

圖4　土壤侵蝕強度因子敏感性空間分布

3.4植被覆蓋度因子

植被覆蓋對生態敏感性的影響具有重要的作用。一般來說，植被覆蓋度越高，植物層次就越豐富，抗破壞能力就越強，生態敏感性降低。基于此，按照覆蓋度的不同將清水河小流域劃分為4個等級區域：低度值的極敏感區、中度值的高度敏感區、較高度值的中度敏感區、高度值的低敏感區(圖5)。

3.5土地利用因子

根據項目區土地利用現狀和特點劃分生態敏感性等級：河流、旱地為極敏感區，村莊、道路、果園和其他園地為高度敏感區；天然牧草地和其他草地為中度敏感區；灌木林地和有林地為低敏感區(圖6)。

4　綜合評價

從系統工程的角度出發，按照層次分析法的理論要求選取合適的評價因子對項目區的生態敏感性進行綜合評價[5]時，采用專家打分法確定高程、坡度、土壤侵蝕強度、植被覆蓋度和土地利用現狀5個評價因子的權重(表2)，再按照權重的賦值在ArcGIS中將各單因子敏感性數據進行空間疊加，可實現由單因子評價到多因子綜合評價(圖7)。

圖5　植被覆蓋度敏感性空間分布

圖6　土地利用現狀敏感性空間分布

表2　單因子權重

由圖7可以看出，清水河小流域的生態敏感性以中度、高度敏感為主，極敏感和低敏感區比例相對較小。從生態敏感性空間分布格局來看，極敏感區主要分布于河道及河道周邊區域，此區域生態環境脆弱，生態環境極易受到破壞，應該把這個區域作為生態環境重點保護區。高敏感區主要分布于人為開發較多的建設用地和農業用地區域，此區域應作為控制開發區，以“在保護中開發，在開發中保護”為指導原則進行適度開發，避免對生態環境造成破壞。中度敏感區主要分布在坡面的農業用地和草地，生態環境良好，能承受一定強度的干擾，可以在社會可持續發展和生態環境得以保護的前提下，統籌優化開發建設。低敏感區主要分布在植被覆蓋度高的有林地和灌木林區域，該區域生態環境相對較好，具有重要的生態服務功能，要實行嚴格的保護。

圖7　清水河小流域生態敏感性空間分布

5　結　語

在大力推進生態文明建設的過程中，綜合運用高新技術對整個規劃建設都有著極其重要的作用。計算機技術的快速發展和應用為規劃工作從定性分析發展到定量分析奠定了基礎，綜合運用ArcGIS空間分析技術進行區域生態敏感性評價，可以大大提高評價的科學性和可靠性，為區域總體規劃提供一個直觀的生態評價結果。

在運用ArcGIS空間分析技術進行生態敏感性分析的過程中，要充分考慮生態因子選取和權重確定兩個方面的影響，即在運用ArcGIS進行空間分析的過程中，要針對項目區特點和規劃目標恰當地選取評價因子，合理地確定權重，以保證評價結果的科學性。

[1] 林涓涓,潘文斌.基于GIS的流域生態敏感性評價及其區劃方法研究[J].安全與環境工程,2005,12(2):23-26.

[2] 劉嘉麗.基于ArcGIS空間分析技術的城市用地適宜性評價[J].科技風,2013(15):34.

[3] 吳金華,李紀偉,朱鴻儒.基于ArcGIS區統計的延安市土地生態敏感性評價[J].自然資源學報,2011,26(7):1180-1188.

[4] 余濟云,周丹華,劉照程,等.基于GIS的萬泉河流域生態敏感性分析[J].中國農學通報,2012,28(10):69-73.

[5] 王巨,謝世友,戴國富.重慶三峽庫區水土流失敏感性調查研究[J].中國水土保持,2011(8):39-42.

(責任編輯張培虎)

S157

A

1000-0941(2016)08-0067-03

劉川川(1986—)，男，湖北荊門市人，助理工程師，學士，主要從事生態修復、景觀設計工作。

2016-05-30