基于GIS的公路施工對沿線生態景觀格局的影響研究

邢瑋

摘要：在現代科學技術的不斷發展之下，GIS逐漸運用到了公路施工的各個方面。利用空間分析以及數理統計功能為公路建立不同距離的緩沖區，從而分析施工對沿線的影響是其在工程領域的主要應用。本文主要根據景觀生態學的原理，選取了多種指數，重點對重慶市的公路5公里范圍內的沿線生態景觀格局進行了深入分析。據調查，在2000年-2015年期間，在公路沿線的5公里緩沖區內其中變化最大的是城鎮建設用地面積、其次是水域面積、林地面積等。并且隨著緩沖距離的不斷增加，其中斑塊數目增長度最大，景觀多樣性等指數也處于上升趨勢。

關鍵詞：GIS;公路施工;生態景觀格局

引言：公路的快速發展建設不僅可以促進地方經濟的增長，同時對于沿線的生態景觀也有非常重要的影響。近些年來，我國對于生態景觀的關注度越來越高，甚至有很多學者針對不同的地域情況進行了深入研究，但是由于公路具有特殊的線性特點以及建設時限性，很難對其進行定量化的分析研究。本文主要根據生態景觀學原理及GIS的功能技術對于重慶市的公路進行定量化的分析研究，從而對日后的生態景觀管理提供有效幫助。

1、研究區域基本概況

重慶地處我國西南部地區，位于長江中上游，屬于青藏高原與長江中下游平原地區的交界之處。東西長達470km，南北寬度約450km，地形以山地為主，東部、南部、以及北部分別由大巴山、武陵山、巫山等將其環繞，坡地面積比較大，屬于亞熱帶濕潤性氣候。近些年來重慶地區的公路交通發展越來越快，是西南地區的重要交通樞紐。

2、GIS于公路施工中對沿線生態景觀格局的研究分析

1、數據處理

利用地理空間的數據云網站中的數據，并且將重慶地區土地分為：耕地、林地、草地、水域、城鎮建設用地和未利用地。運用clip等工具對重慶2000-2005年的公路5km緩沖區沿線的土地使用情況進行了分析。為了對公路周邊不同區域的景觀狀態進行研究，每隔1-2公里建立一個緩沖帶，再將緩沖區與目前土地的使用情況進行疊加，將最終的疊加情況導入相關的景觀軟件，通過計算景觀指數，從而分析出公路不同緩沖區范圍內的景觀格局變化。

2、生態景觀格局指數分析

通常情況下，能夠對公路產生影響的生態景觀格局指數分別有以下幾種，并且對此進行了計算公式分析：

2.1：香濃多樣性指數計算公式：此公式中P代表第ι種景觀類型的占比總面積;m屬于研究區景觀類型的總數，這個公式主要計算的是景觀類型的豐富程度;

2.2：景觀均勻度指數計算公式：此公式中的ι、m、p分別代表的含義與香濃多樣性計算公式一樣。景觀的均勻度指數越靠近1，說明景觀類型的分布便會越均勻;

2.3：景觀分割指數計算公式：在此公式中a代表斑塊的面積，A代表整體面積，景觀分割指數可以計算出分割指數越大則斑塊的破壞程度便越大;

2.4：景觀聚合度指數計算公式：在此公式中C代表附近的相同類型的斑塊數目，計算出的景觀聚合度指數越大，則證明斑塊的幾何程度越高。

3、土地利用情況的有效分析

分析2000-2015年重慶市公路沿線5km緩沖區范圍內的土地變化，其中耕地面積的變化最大，其次為林地，還未開發利用的土地與水域占比均較小，城鎮建設用地比原有的面積增加了2倍多，水域面積比之前增加了近14%，耕地面積減少近7%，還未開發利用的土地減少了將近4%，草地減少了3.1%。根據以上數據可以發現，在公路5km沿線范圍內變化最大的是城鎮建設用地，按照城鎮建設用地與耕地面積減少的數量相比所差無幾，說明公路的擴張以及城鎮建設用地的增加主要是通過侵占耕地達到的，會直接導致公路周邊的生態環境發生改變。

4、公路周邊景觀格局的變化

運用Fragstat4.2景觀軟件對各景觀指數進行相應的計算，分析出公路沿線的景觀格局變化。據實驗表明，隨著緩沖距離的不斷增加，斑塊數目增加的同時其密度在1-2km緩沖帶時也在增加，但是在2-5km之后發生了密度降低的情況。可見，隨著公路的不斷發展與建設，導致公路周邊的環境發生了不小的破壞，面積隨之減少，斑塊數目也在逐漸增加。由于1-2km緩沖帶間距較小的原因，其總面積也呈現越小，距離公路越近的區域其斑塊破碎的程度便越大，才會出現斑塊密度高的原因。隨著公路的延伸，在2-5km緩沖區域中，伴隨著間距及面積的不斷增大，斑塊密度越低。說明隨著距離公路越近，人類的干擾越少，斑塊數目的增多會慢慢導致均質化。

據實驗表明，香濃多樣性指數與景觀均勻度指數會隨著年份以及緩沖面積的不斷增長而增長，但是均勻性指數遠遠沒有多樣性指數的變化大。其中每個階段的緩沖距離的多樣性均在1左右，在2015年時其數值高達1.17，從而證明公路的發展對于景觀整體情況并沒有造成太大的影響，且公路兩側向外延伸時各個斑塊類型分布比較均衡。如果研究的面積較大、隨著緩沖區的不同變化、間隔不同 也會產生不一樣的研究結果。

在本次實驗中，景觀聚合度與景觀分割指數也隨緩沖距離的增加而增加。實驗結果顯示，在緩沖帶1-2km距離時，數值變化出現異常是因為緩沖區的寬度過于狹窄，距離兩側較近。由于本次實驗研究的尺度較大，會出現斑塊破碎比較嚴重的現象，導致聚合指數突然減小，分割指數較大。

結束語

綜上所述，通過對重慶市公路沿線的生態景觀格局變化情況作出相應的分析，結果對于公路沿線區域的整體景觀結構與空間配置關系可以更加明確。公路對于沿線生態環境的影響會因為地形及干擾程度等因素對最終的研究結果造成一定的影響，原始數據是否精準也會在很大程度上影響研究的最終結果。在今后的實際研究中，需要考慮多種因素對研究過程的影響，將研究方式具體化、細致化，從而最大程度的保障研究成果的準確性。

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