基于SRP模型的渭河流域生態脆弱性評價分析

王宗輝

摘要：該文以SRP概念模型為基礎定量評價了渭河流域天水段的生態健康狀況，建立指標體系和等級標準。通過GIS的空間疊合分析，利用自然斷點法對標準化處理后的各個指標進行重分類，然后根據各評價指標的權重值從而得到渭河流域天水段的生態脆弱性空間分布圖。分析表明：渭河流域天水段整體上生態脆弱度較低，全段除西北地區外，其余地區脆弱性均在中度以下;全段生態脆弱性呈現由西北向東南逐漸增強的發展趨勢。

關鍵詞：生態脆弱性??SRP模型??評價指標??空間分布

中圖分類號：X826??文獻標識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Evaluation?and?Analysis?of?Ecological?Vulnerability?in?Wei?River?Basin?based?on?SRP?Model

WANG?Zonghui

（Gansu?Forestry?Polytechnic，?Tianshui，?Gansu?Province，?741020?China）

Abstract：?Based?on?the?SRP?conceptual?model，?the?ecological?health?status?of?tianshui?section?of?Wei?River?Basin?was?quantitatively?evaluated，?and?the?index?system?and?grade?standard?were?established.?Through?the?spatial overlap?analysis?of?GIS，?the?natural?breakpoint?method?was?used?to?reclassify?each?index?after?standardized?treatment，?and?then?the?spatial?distribution?map?of?ecological?vulnerability?in?tianshui?section?of?Wei?River?Basin?was?obtained?according?to?the?weight?value?of?each?evaluation?index.?The?results?show?that?the?ecological?vulnerability?of?tianshui?section?of?Wei?River?Basin?is?low?on?the?whole，?and?the?vulnerability?of?other?areas?is?below?moderate?except?the?northwest?region.?The?overall?ecological?vulnerability?gradually?increased?from?northwest?to?southeast.

Key?Words：?Ecological?vulnerability;?SRP?model;?Evaluation?index;?Space?distribution

近年來，隨著經濟的快速發展，對區域內相關森林、河流等環境的影響更為明顯，河流生態系統功能和健康循環規律已發生了顯著的改變，不僅引發出更多的河流污染問題，同時也明顯地影響到水資源的安全和流域的生態安全問題。在分析生態安全的過程中，結合不同流域對應的特點，對比不同條件和影響，推進流域內的生態安全健康狀況安全的研究，也越來越受到諸多學者的注意。

生態脆弱性是衡量在自然因素和人文因素的驅使下，研究區原有的生態環境受到外界干擾所具有的敏感程度和恢復能力[1-2]。自生態脆弱性（Ecological?Vulnerability）的相關理論提出后，由于生態脆弱性與諸多因素關聯，包括自然因素（例如地形、植被覆蓋程度等）和人為因素（例如人為活動、景區開發等）[3]。隨著生態脆弱性研究的不斷進展，諸多研究也從最初的破壞或擾動的敏感性，逐漸發展到關注系統對刺激的承受能力和反應能力，生態環境受到刺激后的恢復能力，后期拓展到協調人類與生態之間的協調關系，確保生態環境的安全方面。近年來，針對生態脆弱性的理論、方法和應用方面的研究越來越受到國內外學者的關注，也形成了多種生態脆弱性研究方法，目前，基于生態敏感性-生態恢復力-生態壓力度（SRP）模型的方法在多區域研究中，體現出較強的優勢。

近十年來，由于渭河流域區域河道整體開發和城市建設、地下水的過度抽取、人工挖沙等工作以及生態環境保護治理相對滯后，從而導致該河流生態功能退化和水環境質量持續惡化。據此，該文以SRP概念模型為依據，以天水區域內渭河流域為研究對象，創新構建基于遙感數據、地形數據、土地利用數據等多源數據[4]，充分結合現有地理信息技術，融合多樣化指標，建立合理精確的生態脆弱性評價體系，以期為渭河流域天水段的生態恢復和資源管理提供一定參考。

1?研究區域概況

天水屬大陸性暖溫帶半濕潤氣候，中間區域渭河穿流而過，支流覆蓋天水全區，海拔平均1?100?m，年平均氣溫11?℃，年降水量500～600?mm，年平均日照時數2?100?h，冬暖夏涼，氣候宜居。地理位置如圖1所示。

渭河是黃河第一大支流，天水區域內流域全長275.35?km，流域面積11?695?km2，牛葫蘆河、藉河是區域內主要支流。由西向東流經武山縣、甘谷縣、麥積區，年平均自產地表水資源量為10.01億m3。渭河作為天水區域內的最大河流，近年來雖然治理力度逐步加大，但是由于生態環境脆弱，泥沙量較大，降雨量較大，致使洪澇災害頻發。

2?數據來源

該次研究所選擇的數據主要包括研究區域的DEM數據、植被數據、土壤數據、氣象數據、GDP數據以及社會經濟和人口數據[5]。DEM數據、植被數據、土壤數據、氣象數據均來源于國家冰川凍土沙漠科學數據中心的，社會經濟數據與人口數據、GDP數據來源于《天水市統計年鑒》，相關數據來源如表1所示。

3?研究方法

3.1?SRP評價指標體系構建

SRP概念模型主要是從生態穩定性出發，通過設置不同指標的權重值，結合生態穩定確定相關影響因子的權重關系，形成生態脆弱性綜合評價模型[6]。由生態敏感性、生態恢復力、生態壓力三個組分共同構成SRP概念模型。其中生態敏感性重點映射生態的敏感系數及生態的自我修復能力，生態恢復力指的是生態系統被破壞以后恢復的能力及恢復的時間，生態壓力度指外界因素對生態系統的干擾力度。因此，SRP模型能總體反映生態脆弱性的諸多影響系數及對應生態的諸多特點，是現階段生態脆弱性評價較為合理的一個專業模型，并在多地區的生態脆弱性評價中得到應用。

3.2?評價指標

研究區生態脆弱性分析的基礎評價指標是對生態脆弱性評價的基礎，在指標選取過程中，遵循主導性、科學性、可行性、穩定性以及獨立性原則，因此渭河流域天水段的生態脆弱性研究選取了自然因素（包括表粗糙度、坡度、坡向、地形起伏度、年均降水量、年均氣溫、土壤有機質、植被覆蓋度）和社會因素（包括人口密度、公路密度、GDP密度）及初級凈生產力、葉面積指數、河網密度等多個指標構建了評價體系[7]。其中，人口密度、公路路網分布、GDP密度、地表粗糙度、坡度、坡向、地形起伏度、年均降水量等為正向指標;土壤有機質、初級凈生產力、葉面積指數、河網密度等為負向指標[8]。正向評價指標值越大，脆弱性越高;負向評價指標越小，脆弱性越高。

3.3?評價指標標準化

考慮到相關指標數據在不同參照背景下的影響，為了提升評價的精度和契合度，需要對所有指標形成的數據進行標準處理，采用極差法對定量指標進行處理最終形成0-1的標準化值[9];采用分級賦值法對定性指標進行標準化處理。

（2）負向指標：?。

式中：i為評價指標個數（個）;Ci為第i個對稱指標的標準化數據;ci為第i個指標的對應數據;cmin為i個指標中的最小值;cmax為i個指標中的最大值。

（3）定性指標。

對于有數值值域的柵格數據，通過GIS的Reclassify工具對柵格數據進行賦值，通過自然斷點法，進行正、負向指標的賦值。

3.4?權重構建

根據相關生態脆弱性研究，依據渭河流域的特殊性，在權重構建過程中，采用AHP賦值權重，構建符合實際情況的權重分析，詳細權重見表2。

3.5?生態脆弱性分級

為更直觀地度量分類生態脆弱性指數（EVI），對計算結果EVI進行標準化處理：

式中：S為生態脆弱性指數標準化值，其范圍為0～1;EVImax是該地區生態脆弱性指數的最大值;EVImin是該地區生態脆弱性指數的最小值[10]。根據現有的生態脆弱性評價研究的分級指標，將渭河流域天水段生態脆弱性劃分為5個等級，詳細脆弱性等級及生態特征如表3所示。

4?數據處理

4.1?數據預處理

對收集到的各類數據按照研究區范圍進行裁剪及坐標轉換，形成坐標為CGCS2000?3度分帶、覆蓋整個研究區的各類數據集（DEM數據、植被數據、土壤數據、氣象數據、GDP數據以及社會經濟和人口數據）。

4.2?河網密度

對裁剪后的河網矢量數據，利用ArcGIS漁網工具創建公里格網，對公里格網與河網矢量，進行相交處理，得到公里格網河網覆蓋矢量，然后利用字段計算器，借助公里格網面積和公里格網河網長度，得到公里格網的河網密度矢量成果;利用轉換工具，將河網密度矢量轉換成河網密度柵格成果。

4.3?公路密度

從裁剪后的路網矢量數據中篩選出公路矢量然后合并，利用ArcGIS漁網工具創建公里格網，通過公里格網與公路路網矢量相交處理，得到公里格網的公路覆蓋矢量，然后利用字段計算器，借助格網面積和公里格網的公路長度，得到公里格網的公路密度矢量成果;利用轉換工具，得到公路密度柵格成果。

4.4?GDP及社會經濟、人口數據

（1）利用《天水市統計年鑒》，分縣區統計第二產業產值、耕地面積、GDP總量、人口總數、區域面積等基礎數據。利用如下計算公式，進行社會經濟和人口相關指標的計算。

（2）以各縣區幾何中心坐標為定位點，對社會經濟和人口數據指標進行矢量點層創建。

（3）借助空間分析工具中的插值分析工具，利用克里金法，對各社會經濟和人口數據指標進行插值并導出柵格成果。

4.5?指標標準化處理

利用ArcGIS模糊分類的工具，對所有指標利用線性進行數據標準化處理，輸出為取值范圍0～1浮點型柵格成果。

4.6?指標重分類

對標準化處理的數據，利用ArcGIS重分類工具，以自然斷點法，將所有指標與脆弱性的關系劃分為五類。NDVI、公路密度、坡度影響、人均GDP指標對應的生態脆弱性分布如圖2所示。

4.7?指標加權分類

標準化處理的數據，利用ArcGIS的加權疊加工具，將指標柵格各自乘以指定的權重并合計在一起，形成多指標影響下的脆弱性空間分布柵格。渭河流域天水段生態脆弱性空間分布如圖3所示。

5?結論與討論

該次渭河流域天水段生態脆弱性研究以SRP模型為框架，考慮天水地區實際狀況、兼顧評價指標選取原則，最終選取人口密度、公路密度、GDP密度、地表粗糙度、坡度、坡向、地形起伏度、年均降水量、年均氣溫、土壤有機質、植被覆蓋度、初級凈生產力、葉面積指數、河網密度等指標構建了評價體系。采用AHP賦值權重，構建了符合實際情況的權重體系，對相關指標進行了統籌分析。

（1）從面積上看，渭河流域天水段整體上生態脆弱度較低，中度脆弱以下地區占全段的大部分;從空間分布分析，全段生態脆弱性呈現由西北向東南逐漸增強的發展趨勢。全段除西北地區外，其余地區脆弱性均在中度以下。中度以下脆弱地區，生態系統相對穩定，環境質量相對良好;重度脆弱區主要分布在全段土地開墾力度較大、梯田數量較多的武山、甘谷縣境內，這些區域生態系統穩定性差、抗干擾能力弱、環境惡劣、生態恢復與治理應高度重視、長期堅持。

（2）研究表明，造成全段生態環境脆弱性空間分布差異明顯的原因，可歸納為自然因素與人為因素。土壤有機質、坡度、植被覆蓋度、年均降水量、年均氣溫、初級凈生產力等是影像生態脆弱性的主導自然因素，而人均耕地面積、第二產業比重、人口密度、公路密度、人均GDP等人為因素都間接或直接影響著自然因素。因此，要實現社會的可持續發展，提高人們的環保意識、加大環保力度才是根本之策。

（3）針對渭河流域天水段生態脆弱空間分布特征，提升重度脆弱區的生態環境質量，積極推行退耕還林等環境保護政策，值得考慮。

參考文獻

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