基于GIS的聊城市生態敏感性分析研究

摘 要：生態敏感性研究是城市規劃的基礎分析和重要的規劃依據，對城市發展規模、發展方向、用地布局起著重要的支撐作用。文章基于地理信息系統（GIS）的空間分析平臺，選取高程、坡度、植被覆蓋、水文、土地、地質條件等多個因子，構建生態敏感性評價指標體系。通過層次分析法（AHP）確定各評價因子權重值，采用多因子評價法對聊城市進行生態敏感性綜合評價研究。對不同等級敏感區域提出保護與發展的建議，為聊城市城鄉建設和生態環境保護提供依據。

關鍵詞：GIS生態敏感性；多因子評價法；聊城市

生態敏感性，是指在不損失或不降低環境質量的前提下，生態因子對外界壓力或變化的適應能力[1-2]。生態敏感性研究可以反映區域生態系統在遭受外界干擾時，發生生態環境問題可能性的大小，以及進行生態修復的難易程度。生態敏感性越強，對外界的干擾越敏感，遭受生態環境破壞后修復的難度就越大。通過生態敏感性研究可以明確研究區域現狀自然環境背景下潛在的生態環境問題，并落實到空間上，為生態環境保護和城市發展建設提供可實施的策略及依據。

1 研究區域概況

聊城市地處山東省西部，京杭大運河畔，東倚岱岳與濟南市相連，西以衛運河為界與冀南、豫北接壤，北與德州市毗鄰，南濱黃河與水泊梁山隔河相望。地處北緯35°47'～37°02'、東經115°16'～116°32'之間，京九鐵路縱貫南北，邯濟鐵路、濟聊館高速公路橫穿東西。境域南北長138公里，東西寬114公里，總面積8715平方公里，總人口為590.89萬人。

聊城市屬于溫帶季風氣候區，具有顯著的季節變化和季風氣候特征。年平均氣溫12.8～13.4℃，無霜期193～201天，年平均日照時數為2463.0～2740.8小時，年平均日照率為56～62%，年平均降水量為567.7～637.3毫米，東部、東南部多于西部、西北部，年平均地溫15.4℃。

聊城市境內地形較為平緩，除東阿縣沿黃河一帶有十余座石灰巖剝蝕殘丘外，其余皆為黃河沖積平原。地勢自西南向東北逐漸傾斜，海拔高度在22.8-47.8米之間，莘縣西南部最高，海拔49米，高唐縣的東北部最低，海拔27.5米。聊城市地貌主要為河灘高地、決口扇形地、緩平坡地、淺平洼地、背河槽狀洼地、沙質河槽地六種類型。聊城市主要河流為黃河、徒駭河、馬頰河、衛運河、金堤河及小運河，境內除黃河、金堤河屬黃河水系外，其余均屬海河水系。聊城市地勢平坦，土層較厚，沙粘適中，墾殖率高，灌溉條件優越，適合多種作物生長。境內土壤分為褐土、潮土、鹽土和風沙土四類。

2 研究方法

2.1 評價指標體系的構建

生態環境問題的形成是多個因子綜合作用的結果，在生態敏感性評價時，常采用多因子綜合評定法。為使構建的指標體系既能準確描述區域的生態敏感性，又能保證建模和運算的可能性，對于評價因子的選取，遵循以下原則[3-4]：

（1）代表性和科學性原則。選取的指標盡可能反映城市自然景觀資源與生態狀況，并能夠對整體評價和后期規劃設計工作具有指導意義；

（2）可操作性原則。所選取的指標應在數據收集上具有可操作性，數據能夠被準確搜集，并且數據對規劃設計具有實際意義；

（3）區域完整性原則。生態敏感性分區從理論上講，不可能和行政區劃相一致，但人類活動受到行政區劃的強烈影響，在資料獲取和生態敏感性分析時主要以行政區域為基本單元進行。

根據對聊城市生態環境現狀進行分析研究，選取對城鎮開發建設影響最大的五個因素作為生態敏感評價一級指標，包括：地形地貌、地質安全與水土保持、水綜合、生境植被、生物多樣性。在一級指標體系建立的基礎上，對各一級指標體系的影響因子進行篩選，建立二級指標體系。

文章選用層次分析法（AHP）確定各評價因子權重值[5-7]，進行生態敏感性綜合評價研究。綜合各項因子的評價結果，結合相關評價標準， 將區域劃分為極度生態敏感區、重度生態敏感區、中度生態敏感區、輕度生態敏感區、一般生態敏感區[8]。

2.2 評價方法

采用多因子評價法對聊城市生態敏感性進行評價。多因子評價法可以更加全面、綜合地反映出各類評價因子對生態環境的敏感性的影響[9-10]。構建反映上述五類指標狀況的各類生態敏感性指數，對各類指標下的影響因子進行計算，分級賦值付權重進行疊加計算后，首先完成各個一級指標的生態敏感性評價，最后對各一級生態敏感性指標進行分析疊加，完成綜合評價。

主要數據源包括聊城市TM遙感影像，土地利用解譯數據、30米×30米數字高程模型，地貌類型分布圖、土壤侵蝕分布圖、地質災害分布圖、自然保護區、水源地保護區、蓄滯洪區、水環境功能區等多種基礎信息數據。

采用取權重法進行綜合生態敏感性指數計算[11-13]，公式如下所示：

式中，SSj為j空間單元某生態環境問題敏感性指數；C（i，j）為j空間單元i因子敏感性等級值，n為因子個數，Wi為i因子影響該生態環境問題的權重；根據分級標準來確定生態環境敏感性等級。

3 結果與分析

3.1 多因子評價結果

3.1.1 地形地貌敏感性

對高程、坡度、坡向、地貌等單因子進行綜合分析，得到地形地貌敏感性分布。聊城市地形地貌大部地區屬于輕度及一般敏感區域，地勢平緩、地勢起伏較小，為典型的黃河沖擊平原，地貌以緩平坡地、河灘高地、淺平洼地為主。聊城基本的地形地貌條件對土地利用、城市建設基本不存在限制，大部分土地經一定的工程技術措施均可以作為城市建設用地使用。

3.1.2 地質安全與水土保持敏感性

對土壤侵蝕、地質災害、土地鹽漬化、土地利用、植被覆蓋等單因子進行綜合分析，得到地質安全與水土保持敏感性分布。東阿縣西部沉砂池區域、茌平縣西北、東昌府區東南部、臨清市南部是地質安全與水土保持敏感區域，區域內應避免與環保無關的建設項目，加強植樹造林，提高植被覆蓋，保持水土，恢復生態。

3.1.3 水綜合敏感性

將水環境功能、水源保護區、蓄滯洪區等進行綜合分析，得到水綜合敏感性分布。聊城境內多條重要河道流經，其中黃河、京杭大運河、徒駭河、馬頰河、南水北調引黃干渠等屬于聊城境內的骨干水系、航道、水源、重要景觀和生態基質，對聊城市生態環境影響較大。河道藍線范圍內禁止違反城市藍線保護和控制要求的建設活動，各級水源保護區范圍按照相關規范內嚴格限制城市建設，通過控制、管理土地利用，達到保護水資源、維護并強化區域水系格局的連續性與完整性，保障雨洪安全。

3.1.4 生境植被敏感性

基于歸一化差值植被指數（NDVI）來揭示聊城市植被生長狀況的空間差異。植被指數是表征綠色植被的相對豐度和活性的輻射量值，可簡單地通過不同遙感光譜波段間的線性和非線性組合計算獲得[14]。

通過對聊城市遙感影像進行解譯，得到林地分布情況，再利用影像數據中近紅外波段（NIR）與可見光紅波段（R）進行運算，得到歸一化差值植被指數計算結果[15]。

式中，nir表示近紅外波段；red表示紅波段。NDVI值越小，生態敏感程度越高。選取聊城市2010年（TM30×30m）的遙感數據，用EADRAS軟件對其進行解譯，并計算不同年段的NDVI指數，進行植被指數分析。

聊城市屬平原農業區，農田是主要的生態環境構成因子，天然植被稀少，造成生態結構單一，系統穩定性差，對外界影響因子的抵抗力較低，易發生生態破壞，系統恢復力較差。由于城市建設的加快，聊城市植被裸露現象較為突出，水土流失情況相對嚴重，不利于水土保持與生態系統完善，應加以治理，做好植被保護工作，防止生態環境的進一步退化。

3.1.5 生物多樣性敏感性

自然保護區、風景名勝區、森林公園、濕地公園內分布并保護著多種野生動物物種和高等植物物種，是聊城市生物多樣性相對富集區域。聊城市域范圍內設立了1處國家級自然保護區、1處國家級森林公園、1處省級森林公園，5處市級自然保護區及濕地公園，7處市級森林公園，受保護的國土面積僅占總國土面積的5.87%，生物多樣性保護受阻。

通過建立核心保護區，明確保護范圍，嚴格禁止非保護類的建設活動；建立緩沖區，避免人為活動對核心區的干擾，起到隔離與保護作用；重點加強保護區之間的生態廊道建設，提高生態系統整體的穩定性，增強景觀連通性；城市建設應以保持生物和自然過程的連續性為原則，高等級公路建設或改造前，應預留野生動物通道。

3.2 綜合生態敏感性分析

根據生態敏感區劃分得到的極度敏感區、高度敏感區、中度敏感區、輕度敏感區和一般敏感區。

極度及重度生態敏感區面積約2169.19平方公里，占總面積的25.39%，主要分布在東阿縣洛神湖國家級濕地公園、東阿黃河國家級森林公園、高唐清平省級森林公園等生態保護用地，以及水域、土壤強度侵蝕地區、水土流失嚴重地區、坡度大于25度地區。極度及重度生態敏感區是對全市生態環境具有決定性作用的地區，具有較高的生態價值，一旦遭受破壞較難恢復，對維持本地生態系統的平衡起到重要作用。這些地區應以生態涵養和生態保育為主，嚴格控制各類開發建設活動，盡量減少人類活動對于自然生態系統的干擾。

中度敏感區面積約2007.06平方公里，占總面積的23.49%，主要分布在土壤中度侵蝕區、水土流失較嚴重地區、植被覆蓋程度較高地區。對于核心生態系統具有一定緩沖與保護意義，起到隔離外界污染作用，同時防止城市無序連綿發展，該地區應該重點加強植被保護與退耕還林建設，防控水土流失發生，逐步恢復受損的生態環境。

輕度及一般生態敏感區面積約4367.12平方公里，占總面積的51.12%，主要分布在現狀建成區及其周邊地區。這些地區地勢平緩，地質災害不易發，是承載城鎮建設的主要空間，城市發展過程中應控制污染排放，加大環境治理力度，產業選擇上以環境污染少，資源消耗低的清潔產業為主，加強城市內部綠化建設。

4 結論和建議

基于ArcGIS空間分析平臺，根據對聊城市生態環境現狀進行深入分析研究，選取對生態環境保護與城市開發建設影響最大的五個因素：地形地貌、地質安全與水土保持、水綜合、生境植被、生物多樣性作為生態敏感評價一級指標，在一級指標體系建立的基礎上，對各一級指標體系的影響因子進行篩選，建立二級指標體系，構建兩級生態敏感性評價指標體系。借助RS遙感解譯和ArcGIS空間分析技術，通過層次分析法確定各評價因子權重值，采用多因子評價法進行生態敏感性綜合評價研究。

聊城市生態環境敏感區分布以輕度及一般生態敏感區為主，占全市總面積的51.12%，極度及重度生態敏感區主要分布在自然保護區、森林公園、河湖濕地、水土流失嚴重地區，占全市總面積的25.39%。聊城市植被構成以耕地為主，植被結構單一，區域連通不強，雖然生態敏感度較低，但生態系統較為脆弱，并伴有水土流失及土壤沙化現象。對生態環境敏感地區，應加強生態資源保護與修復，以生態涵養和生態保育為主，構建綠色生態保護帶，加快平原林業生態系統建設，建設以森林公園、自然保護區為林業重點保護節點，以農田林網、河流道路四旁樹木為綠色通道，形成點、線、面相結合的林業生態體系。嚴格控制各類開發建設活動。生態環境不敏感地區，應嚴格控制建設強度及建設類型，發展循環經濟，綠色產業，全面促進資源集約與節約，加強城市內部及周邊生態環境的構建與保護，與區域生態環境協調發展，構建一體化的生態環境體系，同時起到防止城鎮建設無序蔓延擴張發展的作用。

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作者簡介：馬曉虹（1987-），女，滿族，北京人，工程師，碩士，現主要從事城市規劃、生態環境保護規劃、市政工程規劃等工作。