基于GIS的資源環境承載力評價與空間布局優化
——以榮成市為例

邵艷坡，郭志勇，白書建

(1.山東協和學院，山東 濟南 250107；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222；3.北京東方至遠科技股份有限公司，北京 100081)

資源與環境是人類賴以生存的基礎[1]。隨著人類生產活動的日益加劇，資源環境已逐漸成為制約社會經濟發展的主要因素。區域資源環境承載力是實現區域經濟、社會、環境協調發展的支撐基礎，是對資源開發強度與環境承載能力之間是否協調進行判斷的一個重要標志[2]。鑒于資源環境承載狀況對社會經濟發展的重要影響，眾多學者對資源環境承載力評價進行了廣泛的研究。王雪軍等[3]基于GIS對贛州市資源環境承載力進行了評價；楊樂等[4]用層次分析法對奉節縣地質環境承載力進行了評價；何云玲、葉有華等[5-6]對縣域等中小尺度資源環境承載力方法進行了闡述。王立東等[7]針對地質環境情況對黃河三角洲地區進行資源環境承載力評價。在資源環境承載力評價的基礎上，充分利用評價結果才能更好地為區域土地空間布局優化提供服務與保障。土地利用結構與布局優化研究是人地關系研究的核心問題[8]。在土地空間布局優化方法中運用較為廣泛的就是在資源環境承載力評價結果基礎上進行定量研究的方法[9-12]。該文基于GIS技術，完成了榮成市資源環境承載力評價，在此基礎上，分鄉鎮對研究區土地空間布局進行優化，形成綜合分區規劃引導。

1 研究區域與研究資料

1.1 研究區域

研究區位于山東省威海市最東端，北、東、南三面瀕臨黃海，海岸線長近500km。全市轄12個鎮、10個街道，其中，崖頭街道、尋山街道、嶗山街道、城西街道4個街道由榮成經濟開發區管理。土地總面積為1528km2，占威海市面積26.3%。呈典型的溫帶大陸性季風性濕潤氣候，四季變化和季風進退都較明顯[13]，年平均氣溫11.3℃，年均降水量800mm。區內生態環境較宜居，旅游資源豐富，森林覆蓋率達43.1%，居于全省前列。

1.2 研究資料

該文采用的數據資料主要包括2017年1m分辨率正射遙感影像(DOM)、榮成市第二次全國土地調查數據、生態紅線劃定資料、永久基本農田數據、土地坡度等級數據、耕地利用質量等級數據、耕地后備資源數據、水資源、地質災害分布圖等。所用數據大部分為矢量數據，其余圖件資料經矢量化后作為后續數據統計分析的基礎資料。利用遙感影像，將榮成市第二次全國土地調查數據更新至影像獲取時相，提高數據的現勢性。

2 區域資源環境承載力評價

基于層次分析法，參考《國土資源環境承載力評價技術要求(試行)》，將資源環境承載力評價分為5個層次，分別為目標層、系統層、要素層、指數層、指標層。各層既相互獨立又相互聯系，尤其系統層之間的相互關系是直接影響區域資源環境承載能力及狀態的重要因素。各層具體情況如表1所示。

表1 資源環境綜合承載力評價指標體系

利用ArcGIS軟件平臺，以更新后的榮成市第二次全國土地調查數據為本底數據，以圖斑為最小單元，將收集到的各項數據進行空間疊加分析及屬性空間化。參照相關技術要求計算各項指標數值。

2.1 基礎評價

通過聚類分析，將適宜性等級分為最適宜、基本適宜、不適宜和特別不適宜4類，并統計各適宜等級的區域面積(圖1)。最適宜區17029.98hm2，占總面積的11.15%；基本適宜區41684.62hm2，占總面積的27.29%；不適宜區5673.78hm2，占總面積的3.71%；特別不適宜區88379.22hm2，占總面積的57.85%。前三等級占總面積的42.15%，大體分布在中心城區、各鄉鎮駐地、居民點和交通干道周圍；特別不適宜區主要分布在市域中北部以及西北部區域；特別不適宜區面積最大，主要受基本農田和生態紅線區域分布的影響。

參照《國土資源環境承載力評價技術要求(試行)》，計算基礎評價系統中各項指標及指數值(表2)。根據相關技術規定，當D1>0時，建設開發壓力大，為超載；當D1=0時，建設開發狀態為臨界；當D1<0時，建設開發壓力小，為可載。耕地開發壓力狀態指數D2>0時，耕地開發利用為可載；D2=0時，耕地開發利用為臨界；D2<0時，耕地開發利用為超載。

表2 基礎評價指標及指數計算結果

注：E1—建設用地現狀開發程度；E2—現狀建設用地布局匹配度；E3—人均耕地生產能力(kg/人)；E4—耕地開發利用程度；D1—建設用地壓力狀態指數；D2—耕地開發壓力狀態指數

建設開發與耕地開發兩者均為可載，即判定為資源環境承載力基礎狀態為可載；兩者一項可載，另一項臨界則判定為臨界；兩者均臨界或者有至少一項超載則判定為超載[14]。因此研究區資源環境基礎評價承載狀態為可載。

2.2 修正評價

修正評價系統包括水資源、生態條件與環境質量兩項要素，具體包含8項指標。區別于基礎評價，修正評價各指標屬于較宏觀指標，一般不能利用小單元的土地利用圖斑數據統計得到，而應該從區縣等大范圍數據匯總實現。該文根據《山東省土地資源承載狀況評估研究》報告，獲取榮成市各項修正評價指標。由于各項指標值之間單位不統一，不便于比較和分析，因此采用歸一化法將各項修正評價指標進行歸一化處理。歸一化處理后，所有指標的取值范圍為0～1，修正評價指標計算結果及歸一化結果如表3所示。

表3 修正評價指標計算及標準化結果

注：A—農業水資源利用量(億m3)；B—農業用水與耕地匹配指數；C—生活和工業水資源利用量(億m3)；D—生活和工業用水與城鎮工礦用地匹配指數；E—生態用地面積變化指數；F—空氣質量指數(AQI)；G—劣Ⅴ類水體比例

將4項水資源評價指標權重均設定為0.25，加權平均后可得水資源承載指數為0.22；將3項生態條件與環境質量評價指標權重均設定為0.33，加權平均后得生態條件與環境質量承載指數為0.65。參照省內指標的平均水平，按照弱、較弱、一般、較強、強五級分類方法進行分類評價(表4)。將承載能力為強、較強和一般的判定為可載，承載能力較弱的判定為臨界，承載能力為弱的判定為超載。

表4 修正評價指標分類區間

結合以上基礎評價結果，水資源承載能力較弱，承載狀態為臨界，基于水資源的綜合資源環境承載力評價為臨界；生態條件與環境質量承載能力一般，承載狀態為可載，基于生態條件與環境質量的綜合資源環境承載力評價為可載。

3 土地空間布局與規劃引導

3.1 適宜性綜合分區評價結果

研究區按照建設開發適宜性程度劃分為最適宜區、基本適宜區、不適宜區和特別不適宜區(表5)。

表5 區域適宜性評價等級及分布

適宜性分值銜接了空間開發限制性與建設用地空間管制[15]，即適宜性等級評價中最適宜區為非強限制區與較強限制區，得分最高的疊加區域，該區域宜劃入適建區；特別不適宜區分布在強限制區內，該區域應劃入禁建區；不適宜區處于非強限制區與較強限制區得分最低的區域，該區域宜劃入限建區；基本適宜區雖然不在強限制區內但適宜性分值并不高，可根據具體情況將分別劃入適建區、限建區。

綜上，確定研究區適建區面積17029.98hm2，占總面積的11.15%，主要分布于中部中心城區、東南部及北部沿海區域；限建區面積41684.62hm2，占全市總面積的27.29%，主要集中分布在各鄉鎮政府駐地、居民點和交通主干道周圍；禁建區面積94053.00hm2，占全市總面積的61.56%，主要分布于榮成市中北部以及西北部區域及平原與丘陵交接處等，適宜性分區見表6、圖2。

表6 適宜性分區分鄉鎮統計(hm2)

3.2 綜合分區規劃引導

3.2.1 適建區規劃引導

適建區主要分布于榮成經濟開發區、港西鎮、成山鎮、港灣街道、斥山街道、桃園街道、王連街道、東山街道、寧津街道。根據資源稟賦和區域特點，港西鎮、成山鎮和港灣、斥山、桃園、王連、東山、寧津有豐富的旅游資源，可優先發展旅游建設，盡量減少旅游設施對生態環境的影響和破壞，構筑水系和綠帶等生態廊道，保障生態系統的完整性；榮成經濟開發區，要發揮資源環境承載力較強的優勢，在城市建設中起帶動作用，促進戰略性新興產業、先進制造業、現代服務業以及高效生態農業的聯動發展，建設現代產業集群，增強產業競爭力，完善人口集聚和產業發展的聯動機制，提高城市的集聚和輻射能力，積極承接限制區的人口和產業轉移。

3.2.2 限建區與禁建區規劃引導

限制區主要分布于人和鎮、虎山鎮、俚島鎮，禁建區主要分布于崖西鎮、俚島鎮、埠柳鎮、夏莊鎮。大疃鎮、騰家鎮、上莊鎮、虎山鎮、人和鎮可優先發展生態農業，增強生態農業的建設與發展；禁建區主要在埠柳鎮、俚島鎮、崖西鎮、夏莊鎮、蔭子鎮，可優先發展生態林業，開發與保護并重，加強森林資源的管理，形成環境友好型的發展模式(表7)。

表7 分鄉鎮規劃引導情況

4 結語

基于GIS技術，對榮成市資源環境承載力評價，結果顯示，榮成市土地資源環境基礎性評價為可載，基于水資源系統的綜合承載狀態判定為臨界，基于生態條件與環境質量系統的綜合承載狀態判定為可載。應繼續推進土地資源節約集約利用，提升綜合承載力，促進水資源供需平衡。在綜合分區規劃引導過程中，以區域資源環境承載力評價為基礎，合理引導，立足保障，促進科學發展，提高資源環境綜合承載力，使人口、資源與環境協調發展，獲取最大的社會、經濟和生態效益。