基于GIS的滇池流域人居環境適宜性評價研究*

霍震,李亞光

（北京林業大學水土保持學院,北京 100083）

人居環境作為人類聚居、生活生產的主要場所,很早就引起學者的關注。1958年,希臘學者道薩迪亞斯(C.A.Doxiadis)創建了人類聚居科學,對人類生活環境等問題作了大量基礎研究[1]。1995年清華大學正式成立了“人居環境研究中心”,并展開系列研究[2]。吳良鏞先生參照道氏學說,將人居環境系統劃分為五大系統:自然系統、人類系統、社會系統、居住系統和支撐系統[3]。圍繞這五大系統,不同領域的學者以不同的視角展開研究,人居環境已日益成為建筑、規劃、地理、環境等學科所關注的熱點[1-4]。

隨著社會發展中一系列生態環境問題的普遍出現,從區域及更宏觀的尺度探討自然地理因子所形成的復雜自然系統與人類聚居之間的關系,定量表達區域人居環境的綜合自然背景,并以此指導區域發展定位,實現人口、資源環境協調發展成為可持續發展的迫切需要。同時,GIS技術的快速發展,也為多要素、綜合定量研究提供了可能[5-6]。

以滇池流域為研究區域,在借鑒大量研究資料基礎上,從城市濕地環境的角度出發,討論城市濕地對城市人居環境影響的推動和制約效應,建立滇池流域人居環境適宜性評價指標體系,運用GIS技術,依據各項指標等級的劃分標準進行綜合評價,并繪制評價等級圖。以期為城市人居環境建設及其與城市濕地的協調發展提供科學依據和決策支持,并且為不同地區城市濕地區域人居環境適宜性評價提供參考。

1 研究區概況

滇池是我國著名的高原淡水湖泊,位于云貴高原中部,屬長江流域金沙江水系,地處長江、珠江、紅河三大河流水系的分水嶺地帶,由于其處于昆明市主城區下游,因此對昆明市經濟社會的發展和宜人氣候的形成起著重要作用。滇池流域是云南省的政治、經濟、文化中心和交通樞紐,總面積2 920 km2,雖然僅占全市面積的13.8%,占全省面積的0.78%,卻是云南省經濟最發達、人口最集中、城市化水平最高的區域。滇池是昆明市生態環境系統平衡的核心,具有防洪、工農業用水、氣候調節、運輸、旅游等多項功能。

滇池流域屬于滇中高原斷陷構造盆地地貌類型,沿滇東斷裂帶形成昆明-玉溪盆地,地層斷陷形成滇池。主要入滇池河流有盤龍江、東白沙河、寶象河、馬料河、撈魚河、梁王河、大河、柴河、東大河、西北沙河、新河、運糧河等,新河和運糧河主要為昆明排污河道,各河流呈向心狀注入滇池。滇池唯一出湖河道為?？诤?由滇池西南的?？?西山區)中灘起,匯入金沙江水系,?？诤釉谖魃絽^?？阪偠畏Q?？诤?流經安寧、西山谷律鄉,至富民縣永定大橋段稱螳螂川;永定大橋以下至匯入金沙江段稱普渡河[7-8]。

2 數據來源

本文使用的數據包括:2005年滇池流域l∶10萬DEM 數據,由中科院遙感所提供;滇池流域2005年土地利用數據和2000年土壤侵蝕數據,分別來自全國土地利用數據分類系統和全國土壤侵蝕數據分類系統,原圖為Arc/info矢量數據,比例尺1∶10萬,是以陸地衛星TM/ETM+、CBERS等數據為主要信息源建設完成的;2006年的《昆明年鑒》、《昆明統計年鑒》、《中國城市年鑒》以及昆明市環保局提供的相關圖件和資料等。

3 理論演繹

3.1 城市濕地

濕地是指天然或人工、長久或暫時的沼澤地、泥炭地或水域地帶,帶有或靜止或流動或為淡水、半咸水或咸水的水體,包括低潮時水深不超過6 m的水域[9]。較發達的城市都難以再找到建城初期那種原始的天然濕地,因此分類學上將城市濕地定位于人工濕地、半人工濕地與自然濕地的復合體[10]。主要包括濱海濕地、河流濕地、湖泊濕地和沼澤濕地4種類型。城市濕地不一定有固定的地域界限,城市中錯綜復雜的水溝、小溪、人工水池、河流、湖泊等都是城市濕地的類型,它們可能相互聯系、共同作用,影響著城市人居環境的質量。因此認為城市濕地是分布于城市中的各類濕地,能夠為城市和城市居民提供多種生態系統服務功能。

3.2 城市濕地對城市人居環境的影響

城市濕地對城市人居環境的影響是一個復雜的過程。一方面,城市人居環境的發展受惠于城市濕地,城市濕地以其富有生機的濕地多樣性、健康的綜合服務功能等為城市人居環境可持續發展做出了重要貢獻;另一方面,城市人居環境的發展也受制于城市濕地,隨著濕地本身情況的不同和人類作用下產生的不良變化,可能會給城市人居環境帶來制約因子和不利因素。而這兩種關系往往是共存的,并且是一個長期變化的過程。

另外,城市濕地的類型、分布狀況以及數量配置的差異等等,都會對城市人居環境系統造成不同程度的影響。所以城市濕地保護與合理規劃十分重要,不能盲目地對濕地進行開發,要制定行之有效的措施,根據濕地對人居環境的影響情況進行階段性的引導和規劃,充分發揮濕地生態系統的生態服務功能,以推動城市人居環境的可持續發展[11]。

3.3 滇池流域人居環境適宜性評價理論

滇池是一個大型淺水天然湖泊,水面面積292 km2,平均水深4.4 m,具有濕地系統的屬性.滇池濕地為湖泊濕地類型,由湖泊及岸邊湖濱低地所構成,這類濕地多有蘆葦塘濕草甸。湖泊濕地是魚類和鳥類重要的繁殖地和棲息地,是淡水魚類的主要生產基地[12]。因此,只有滇池濕地健康運行,才能對調節區域小氣候、保障農牧漁業生產、提供人類休歇環境等諸多方面都起到重要的作用,一旦滇池濕地功能退化,其帶來的影響將直接制約滇池流域人居環境的建設與發展。

鑒于這種滇池濕地對滇池流域人居環境質量的推動與制約效應,本文將滇池流域人居環境適宜性評價劃分為滇池流域自然性和脆弱性評價兩方面的內容。其中,自然性評價選取滇池流域的坡度、地形起伏度和土地利用類型等3個指標,脆弱性評價選取人均GDP水平、土壤侵蝕強度和磷礦污染輻射分布等3個指標。

4 滇池流域自然性評價

滇池流域自然性評價是滇池流域人居環境適宜性評價的基礎,為城市人居環境的合理規劃提供依據。

4.1 坡度

坡度是用來表述局部地表坡面在空間的傾斜程度。坡度的大小直接影響著地表物質的流動與能量轉換的規模與強度,是制約生產力空間布局的重要因子[13]。以滇池流域1∶10萬DEM 數據作為基礎,根據《土壤侵蝕分類分級標準(SL190-96)》,將滇池流域分為≤5°、5°～ 8°、8°～ 15°、15°～ 25°、25°～35°和≥35°等 6個土地坡度,在ArcGIS生成滇池流域坡度圖(附圖8),坡度越低分值越高。

4.2 地形起伏度

地形起伏度為中國人居環境自然評價的重要指標之一,服務于大尺度全國人居自然環境評價工作[14]。參考牛文元等地形起伏度的提取方法[15],本文將地形起伏度定義為

式中:RDLS——地形 起 伏 度;max(H)和min(H)——區域內的最高與最低海拔(m);P(A)——區域內的平地面積(km2);A——區域總面積。本文為區域尺度的人居環境自然評價服務,確定5 km×5 km柵格為區域單元,地形起伏度越大,分值越低(附圖9)。

4.3 土地利用現狀

滇池流域土地總面積為2 920 km2,其中耕地面積56 384.76 hm2,占總面積的19.31%,耕地中水澆地10 613.66 hm2、梯坪地 11 601.65 hm2、水田18 249.18 hm2、坡耕地 15 920.27 hm2;林地99 336.04 hm2,占總面積的34.02%,其中喬木林45 254.04 hm2,灌木林 18 843.65 hm2,經濟林8 796.8 hm2,疏幼林26 441.55 hm2;草地3 473.21 hm2,占總面積的1.19%;果園13 477.33 hm2,占總面積的4.62%;水域38 643.62 hm2,占總面積的13.81%;未利用地44 390.55 hm2,占總面積的15.20%,其中荒山荒坡28 719.26 hm2、難利用地7 988.77 hm2、其他用地 7 682.53 hm2;城鎮、農村居民點、工交道路及工礦用地34 604.96 hm2,占總面積的11.85%[8]。

通過地理信息判別,可直觀地得到滇池流域土地利用現狀(附圖10)。容易發現,各種土地利用類型對滇池流域人居環境適宜性也存在一定的影響,可以根據用地類型給各種類型賦值,如水域、林地、草地為比較適宜區,城鄉、工礦用地及耕地適宜性相對較差。

5 滇池流域脆弱性評價

滇池流域脆弱性評價是滇池流域人居環境適宜性評價的重要環節,主要研究滇池流域人類活動對其造成影響的重要制約因素,對城市規劃部門、城市管理和建設設計部門具有重要的參考價值。

5.1 人均GDP

滇池流域是云南省政治、經濟、文化中心,涉及五華、盤龍、西山、官渡、呈貢、晉寧、嵩明等7個區縣的42個鄉鎮和尋甸縣、澄江縣小部分,共44個鄉鎮,土地總面積2 920 km2。滇池在昆明市和云南省有著特殊的地位,其流域內農業及工業總產值分別占全市的78.9%和82.2%,而昆明市的農業及工業總產值分別占全省的32%和44%[7]。滇池環境急劇惡化的階段,正好是昆明市工業化、城市化迅速發展的階段,強烈的發展愿望使得滇池流域承載著過重的生態負擔。因此,滇池流域工業化越高的區域,也是脆弱性越高的區域(附圖11)。

5.2 水土流失現狀

根據滇池流域土壤侵蝕遙感調查成果,滇池流域總面積2 920 km2,無明顯流失面積 2 166.74 km2,占總面積的74.77%;水土流失面積736.84 km2,占總面積的 25.23%。其中輕度流失面積371.03 km2,占總面積的12.79%,占水土流失面積的50.35%;中度流失面積307.84 km2,占總面積的10.54%,占水土流失面積的41.78%;強度流失面積55.75 km2,占總面積的1.91%,占水土流失面積的7.57%;極強度流失面積2.21 km2,占總面積的0.08%,占水土流失面積的0.3%。年土壤侵蝕總量為283.1萬t,土壤侵蝕模數為994 t/(km2?a),年平均剝蝕厚度0.74 mm/a(按土容重為1.35 g/cm3計算)。山區、半山區年侵蝕總量為272.78×104t,侵蝕模數為1 359 t/(km2?a),年平均剝蝕厚度為1.00 mm[8]。通過地理信息判別,可得出滇池流域土壤侵蝕分類(附圖12)。

5.3 礦區污染問題

滇池流域具有豐富的磷礦、鋁礦等資源,國家更是要建設為全國最大的磷礦基地[16]。但是,礦區的生態環境隨著礦區的開發也遭受了嚴重的破壞。礦山開采形成大面積的采空區和塌陷區,植被大面積被破壞,致使地表完全裸露,生物生產力喪失,蓄水保土能力降低,生態系統功能嚴重削弱甚至完全喪失[7]?？紤]到距離磷礦越遠,脆弱性越小,使用Spatial Analyst中的直線距離函數Straight-Line Distance,量測每一單元到最近磷礦的直線距離,采用等間距分級分為6級,距離磷礦越近,分值越低(附圖13)。

就本次調查成果看,流域內各縣(區)水土流失嚴重的區域除陡坡耕地外,又以礦產資源開發區為重,例如晉寧縣的古城鎮、西山區的碧雞和呈貢縣的松山頂、關坡山、雞叫山和橫沖水庫一帶嚴重的水土流失,均與磷礦資源的開采有著密切的關系。另外流域內廣泛分布有鋁礦、鐵礦和石灰石等,尤其是作為主要建筑原材料的石灰巖在流域內的廣泛分布,形成大量的采石場,部分石場開采未按水土保持有關規范進行,也是造成嚴重的水土流失的一個重要原因。

6 滇池流域人居環境適宜性評價

滇池流域人居環境適宜性評價是在滇池流域自然性評價和脆弱性評價基礎上進行的綜合評價,其綜合反映滇池流域人居環境的好壞,評價結果對政府決策部門進行城市規劃、建議和整改具有重要的價值。

6.1 權重確定

在滇池流域自然性和脆弱性評價的基礎上,利用SPSS 16.0軟件,對滇池流域坡度、地形起伏度、土地利用現狀、人均GDP、土壤侵蝕強度和磷礦分布等各單因子與人口密度(附圖14)的相關性進行了分析,根據單項指標與人口密度的相關系數占各因子相關系數總和的比例[17],確定了滇池流域各單項指標的權重(表1),經過專家鑒定和評價結果核實,權重取值符合專家意愿。

表1 各單項指標與人口密度的相關系數及其權重

6.2 評價結果與討論

結合以上分析,經ArcGIS柵格疊加分析,生成滇池流域人居環境適宜性分級評價圖(附圖15)。結果表明:(1)滇池流域人居環境適宜程度整體呈現出南北兩端較差,中部地區較好的分布趨勢。(2)高度適宜區主要分布在昆明市周邊西山區、五華區、盤龍區和官渡區及環滇池濕地區域,土地面積約為1 020 km2,約占流域總面積的35%,說明昆明市社會經濟發展水平對滇池流域人居環境適宜性有較大影響;滇池濕地生態服務功能不明顯,基本符合滇池污染嚴重的現狀。(3)滇池流域北部及南部地區人居環境適宜性相對較差,坡耕地等農業用地約為33 000hm2,占流域總農業用地的68%,磷礦污染程度、土地利用類型、土壤侵蝕強度、地形起伏度及坡度對滇池流域人居環境適宜性都有一定影響。其中,磷礦、采石場等污染源的影響尤為明顯,土地利用類型、土壤侵蝕強度次之。

7 結論

以滇池流域為研究單元,從城市濕地環境的角度出發,通過討論城市濕地對城市人居環境影響的推動和制約效應,分別選取滇池流域自然性和脆弱性兩方面的評價指標,基于ArcGIS 9.2數據處理平臺,從區域尺度對滇池流域進行人居環境適宜性評價。評價結果較好地反映了滇池流域人居環境適宜性的特征,定量揭示了滇池流域自然性和脆弱性各單項指標的空間分布格局,具有較好的實用性,為城市人居環境建設及其與城市濕地的協調發展提供科學依據和決策支持,也可為其他地區城市濕地區域人居環境適宜性評價提供參考。

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