基于GIS的旅游古鎮生態敏感性分析與評價

李巍 郭莉盼

摘要?以蘭州青城古鎮為研究區，采用GIS空間分析技術與AHP分析法，從土壤侵蝕敏感性、水環境敏感性、生境敏感性3個方面展開，共選取5個生態子因子構建評價指標體系，對青城古鎮的生態敏感性進行綜合分析與評價。結果顯示：青城古鎮的生態敏感性總體較高，空間分異較大，呈北低南高的分異特征。全域綜合生態敏感性分為低度敏感區、中度敏感區與高度敏感區3個等級，各區面積占比為32.51%、25.62%、41.87%。研究顯示，青城古鎮生態敏感性程度受地形地貌、植被覆蓋度與水系3類因子影響較大;鎮域北部黃河谷地與南部黃土梁峁山區周圍敏感性較高，而北部中心鎮區周圍及西南部五大坪附近敏感性較低。

關鍵詞?生態敏感性;GIS;空間分析;青城古鎮

中圖分類號?X321?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）03-0076-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.021

Abstract?The?study?takes?Qingcheng?Town?of?Lanzhou?City?as?the?study?area，?applying?GIS?spatial?analysis?and?AHP?analysis?method.?Then，?selects?a?total?of?five?ecological?subfactors?from?the?three?aspects?of?soil?erosion?sensitivity，?water?environment?sensitivity?and?habitat?sensitivity?to?construct?an?evaluation?index?system.?Finally，?conducts?a?comprehensive?analysis?and?evaluation?of?the?ecological?sensitivity?of?Qingcheng?Town.?The?results?show?that?the?ecological?sensitivity?of?the?Qingcheng?Town?is?generally?high?and?reflects?the?spatial?differentiation?characteristics?of?the?north?low?and?south?high.?The?ecological?sensitivity?of?the?study?area?is?divided?into?three?grades：?mildly?sensitive，?moderately?sensitive，?highly?sensitive，?respectively?accounting?for?32.51%，?25.62%?and?41.87%?of?the?total?study?area.?The?results?show?that?the?ecological?sensitivity?of?Qingcheng?Town?is?greatly?affected?by?three?factors，?such?as?geomorphology，?vegetation?coverage?and?water?system.?There?is?a?high?ecological?sensitivity?around?the?Yellow?River?valley?in?the?north?and?the?loess?ridge?mountain?area?in?the?south?of?the?town?domain，?however，?the?ecological?sensitivity?is?low?around?the?central?town?area?in?the?northern?part?of?the?town?and?near?five?big?daping?land?in?the?southwest.

Key?words?Ecological?sensitivity;GIS;Spatial?analysis;Qingcheng?Town

黨的十九大報告提出了“加快生態文明體制改革，建設美麗中國”。習近平同志指出“良好生態環境是最公平的公共產品，是最普惠的民生福祉”。可以看出城鎮生態環境治理愈加被重視，這也突出了鄉村振興戰略中提出的“生態宜居”的重要地位。近年來，全國各地為了響應鄉村振興戰略，旅游城鎮開發建設已成為熱潮，這將對鄉村經濟的發展具有明顯的推動作用，但同時也有系列的生態環境問題出現。因此分析旅游地的生態敏感性，一方面可以更好地促進旅游開發建設，為城鎮發展帶來更高的經濟效益，另一方面能夠有效改善生態環境治理現狀，促進區域的可持續發展[1]。

生態敏感性分析與評價是綜合諸多環境因子來顯示當地生態系統穩定性的重要途徑。旅游地生態敏感性的分析，主要是以自然資源環境因素為切入點，分析該地區各系統對生態環境變化以及人類行為活動作出的反應。其在選取分析要素時，根據當地生態環境現狀，選擇影響敏感性的主要生態因子，最后評價該區的生態敏感性水平[2]。目前，國內外關于生態敏感性的研究已在多個領域展開，諸如土地生態評估[3]、國土空間規劃[4-5]及功能區劃[6-7]等方面。研究尺度從宏觀向中觀尺度轉變，且主要還是集中在特殊生態環境敏感區[8-12]、生態流域[13-17]、生態保護區[18-21]等具有明確自然指向性的地區，而縣鎮級以下尺度的關于旅游地區生態敏感性的研究較少。

如今，蘭州市青城古鎮的旅游開發建設在不斷加強，旅游人數也在逐年增加。然而旅游發展在產生明顯的經濟效益的同時，也對古鎮的生態環境帶來了一定的挑戰。該研究運用GIS技術手段，采用青城古鎮TM遙感影像與地理信息矢量數據，同時根據青城古鎮生態環境現狀以及主要問題，將水環境敏感性、土壤侵蝕敏感性、生境敏感性作為該研究的主要評價內容，構建評價指標體系，綜合分析蘭州青城古鎮的生態敏感性水平，從而促進青城古鎮的“經濟—社會—環境”關系系統的協調發展。

1?研究區概況

蘭州市青城古鎮位于104°08′10″～104°21′15″E，36°12′50″～36°21′30″N，東西長約18.7?km，南北寬約18.9?km，總面積137.34?km2。地勢南高北低，地形呈狹長帶狀，是典型的黃河谷地，屬黃河流域三級區。青城古鎮屬于溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫為9.2°C，年溫差與日溫差較大。全年氣候干燥，四季分明;夏季氣溫高，無酷暑，春秋季涼爽宜人。青城古鎮境內有苦水河與清水河，降雨多集中在4—9月，年日照率大于60%;南部山區年均降水量達300～400?mm，而北部河谷地帶年均降水量為280?mm。地表水資源為0.179?0億m3，地下水資源量有0.027?3億m3，水資源總量0.181?6億m3。青城古鎮地處華家嶺和鐵木山的西延部分，其基巖經歷了長期的地質構造運動和流水侵蝕，到第四紀初被切割成低山和溝谷，黃土層覆蓋基巖。由于鎮域境內西南部本身溝壑縱橫，植被稀疏，加之近年來西南部五坪的不斷開發利用，區域地表侵蝕愈加嚴重，生態環境較為脆弱。

2?數據來源與生態評價指標體系

2.1?數據來源

該研究所需的基礎數據主要包括RS與GIS地理信息數據、土地利用規劃數據以及調研統計數據等三大方面。具體包括青城古鎮TM遙感影像、30m×30m?數字高程模型（DEM）數據，青城古鎮行政區劃矢量數據、主要水系分布數據以及第二次土地調查變更數據等地理信息數據。同時，查閱與搜集了青城古鎮上版城市總體規劃、統計年鑒以及《青城志》等數據資料和社會經濟資料;另外現場調研數據作為研究輔助資料。在數據運用過程中，因所得數據類型不一致，在GIS處理中會有投影信息丟失或空間坐標無法匹配等問題出現，故在研究前期對獲得數據或圖像需要進行矢量處理，對底圖需校準或投影變換，才可運用于后期分析。最后研究通過使用GIS技術處理青城古鎮鎮域土地利用現狀圖，得到青城古鎮斑塊圖。

2.2?生態敏感性評價指標體系

2.2.1?指標選取與分級。

依據已有相關研究成果[22-23]，參考其生態敏感性分級標準，結合青城古鎮生態環境現狀，研究主要從土壤侵蝕敏感性、水環境敏感性、生境敏感性3個方面展開，共選取5個生態子因子作為評價指標，對青城古鎮的生態敏感性進行分析與評價。其中影響土壤侵蝕敏感性的要素選取坡度因子和地貌因子;影響水環境敏感性的因子則用水域緩沖區分析來體現;影響生態環境敏感性的因子選取土地利用類型因子和植被覆蓋因子（植被覆蓋度用歸一化植被指數NDVI來表征）。首先，研究采取AHP分析法，對各影響因子進行敏感性分級。將青城古鎮生態敏感性分為5個等級，數值1表示一般敏感，數值3表示輕度敏感，數值5表示中度敏感，數值7表示高度敏感，數值9表示極度敏感。其分級與賦值情況如表1所示。

2.2.2?研究方法。

（1）層次分析法。

層次分析法，簡稱AHP，是一種定性與定量結合的權重決策分析方法。此方法將決策問題按總目標、各層子目標、評價準則，直到具體的備投方案的順序，分解為不同的層次結構，然后用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優先權重，最后再通過加權求和法遞階歸并各備選方案，確定總目標的最終權重，此最終權重最大者即為最優方案。而權屬大小能夠反映評價指標的重要程度，對影響因子進行確權能更加科學、合理地對生態敏感性作出評價。該研究通過專家座談的方式，結合青城古鎮生態環境現狀，12名專家對影響青城古鎮生態環境的5類因子的重要程度進行打分，最后結合層次分析法對蘭州青城古鎮進行生態敏感性分析。

（2）GIS空間分析法。

①緩沖區分析。在GIS中對青城古鎮水域數據進行多級緩沖區分析，以鎮域北部黃河水域及其向南衍生的各支流為研究實體對象，對其水域周圍進行生態敏感性分區。

②空間疊加分析。將選取的各生態影響因子數據導入到GIS軟件中，建立數據庫。再依據評價指標體系對各因子進行重分類后分級賦值，然后運用ArcToolbox?中加權疊加分析功能，將得到的多個柵格數據進行加權疊加計算，其目的是為了探究對象的自身獨特屬性與其空間特征的相關性，最后得出青城古鎮的各生態敏感性評價圖。

3?結果與分析

3.1?單因子敏感性分析

3.1.1?坡度生態敏感性分析。

青城古鎮地處屬黃土高原梁峁區，土質疏松，植被稀疏，降水少，因而坡度成為影響該區土壤侵蝕敏感性的重要因子。在GIS中由DEM高程數據計算得出地形坡度，其分析結果如圖1所示。可以看出青城古鎮坡度小于8°的區域主要分布在北部黃河谷地和“五大坪”區域;坡度在20°以上呈高度與極度敏感的區域主要分布于鎮域南部山區，而其他地形坡度在8°～20°的輕度敏感區域以及中度敏感區域較少，在南部山區分散分布，同時在河谷階地過渡帶有零星分布。

3.1.2?地貌生態敏感性分析。

青城古鎮鎮域主體為河谷階地地貌，呈“西南—東北”趨向沿黃河分布，長16?km，寬6.5?km。依據高程及基地的巖石類型和上層覆蓋類型不同，河谷兩側發育成Ⅴ級階地。各階地基座分別距黃河水面5、11、30、45、55?m。Ⅵ級階地外觀上已被切割為黃土丘陵，階地面貌已不復存在，只有從物質結構上才能顯示出階地的存在。因此研究根據青城古鎮的Ⅴ級階地，對地貌進行了敏感性分區。其地貌敏感性和各級階地呈對應關系，如表1所示。

綜合圖2與圖3，青城古鎮地貌從I級階地到V級階地，黃土覆蓋層逐漸增厚，土壤侵蝕隨著級階增大越發明顯。由于青城古鎮鎮域北部是主要的城鎮建設區，地處黃河谷地，地形地勢較平坦，處于I級階地，因此生態敏感性一般;而鎮域南部本身溝壑縱橫，地貌較復雜，生態環境脆弱，因此生態敏感性較高。

3.1.3?水系生態敏感性分析。

水域是重要的生態系統有機組成部分，在半干旱地區河流的生態功能性更加突出，同時由于半干旱地區人類生產生活對河流的依賴性較強，因此對河流等水域的干擾也越大。參考相關研究，再結合青城水域實際情況，依據表1劃分標準，在GIS中對青城古鎮全域水系進行多級緩沖區分析，對主要河流與次要河流等水域周圍進行敏感性分區，分析結果如圖4所示。

青城古鎮境內主要河流為黃河，境內流經10?km，其間吸納麋鹿溝、紅峴溝等水流。鎮區東部有東灘萬畝濕地，生態效益顯著，但由于地勢較低，存在較大的洪澇災害威脅，因此以設立緩沖區的方式加強對水域環境及城鎮建設環境的保護顯得尤為重要。據圖4可看出，青城古鎮鎮域內水域的高、極高生態敏感區主要是分布在境內的黃河及其幾大支流，以及納麋鹿溝、紅峴溝等水流周圍50～120?m內，且距離水體越近，則其生態敏感性越高。

3.1.4?土地利用生態敏感性分析。

不管是生產、生活，還是生態，都以土地為載體，而土地承載能力在一定程度上約束與限制了人類對土地的開發利用方式及程度。在自然作用的影響下，以及人類在土地上進行各種開發建設活動，又產生了不同的土地利用類型。土地利用類型在一定程度上也是對人類生產生活行為在空間上的劃分。

青城古鎮土地總面積13?734.35?hm2，截至2017年底，青城古鎮農用地2?538.64?hm2，占土地總面積18.48%;建設用地370.81?hm2，占土地總面積2.70%;其他土地10?824.90?hm2，占土地總面積78.82%。青城古鎮全域范圍內各土地利用類型現狀中，自然保留地占比最大，高達75.48%，其次為耕地，占比15.45%。

青城古鎮的土地利用類型多樣，主要包括建筑用地、水體、耕地、園地、林地、草地和未利用地等，用地類型生態敏感性分析見圖5。青城古鎮土地利用類型的高、極高生態敏感區域主要分布在鎮區南部五大坪上，因為在此存在大量耕地和林地;中度生態敏感區主要分布在鎮區北部的黃河沿岸一帶，此區域多灘涂濕地，土地較脆弱;輕度敏感區主要分布在鎮域南部邊緣，此區域開發建設活動較少，土地利用程度較低;而一般敏感區集中分布在鎮域北部的中心城區以及各村莊建設區，包括道路，設施用地及居住用地等。總體而言，青城古鎮土地利用類型敏感性水平整體較高，在城鎮開發建設規劃中，必須遵循“生態優先”的原則，守住青城國土底線，實現高質量發展。

3.1.5?植被覆蓋度生態敏感性分析。

青城古鎮處于半干旱地區，植被覆蓋度對于區域整體生態系統穩定性有著重要作用，植被覆蓋度越高的區域生態環境越好。半干旱地區自然本底條件原本就不優越，植被一旦被破壞，自然恢復能力較弱，土地承載力降低。研究通過影像數據計算得到的歸一化植被指數NDVI來表征植被覆蓋度，再依據植被指數對植被覆蓋度敏感性進行分級。

青城古鎮整體植被覆蓋度較好，但在小區域內山的陰面和陽面植被覆蓋度差距較大。從圖6可以看出青城古鎮植被覆蓋因子敏感性最強的區域主要分布于鎮域北部的鎮中心區及其周邊地區，其他區域敏感性較低。因此在城市建設中應注重對植被覆蓋度較高地區的保護，同時應采取一定措施恢復植被覆蓋度較低區域的植被，調節小區域氣候，減少水土流失的發生。

3.2?青城古鎮生態敏感性綜合評價

綜合考慮青城古鎮自然環境特征，運用GIS將以上5個單因子生態敏感性分析結果進行加權疊加，得出青城古鎮綜合生態敏感性分析圖（圖7）。然后計算各單元的綜合生態敏感性評價值，根據評價值的空間分布情況，將其劃分為低敏感性、中度敏感性與高度敏感性3個等級的敏感區。

圖7顯示，生態高度敏感區域主要分布在青城古鎮南部黃土梁峁山區，以及溝谷底部及周邊坡度較大區域;其次分布在海拔較高、坡度較大的V級階地的山地丘陵區域及黃河沿線。青城古鎮鎮域生態敏感性整體較高，境內高度敏感區有5?750?hm2，占總面積的41.87%，這與青城古鎮地形地貌復雜，以傳統農業與旅游業為主的發展模式有關，一定程度上土地利用開發受限。青城古鎮高度生態敏感性區域將接近總面積的一半，該區域應該盡量限制建設開發，對于部分敏感性指數較高區域應禁止開發。

青城古鎮生態中度敏感性區域面積為3?519?hm2，占總面積的25.62%，主要集中分布于鎮域西南部的五大坪周圍，該區域已進行旅游開發建設，后續發展應該合理規劃與管理。其余零散分布于全域坡度較小、海拔較低的山區。

青城古鎮生態低敏感性地區主要分布在黃河河谷的一二三級階地上，可以考慮作為發展備用地;其次主要集中分布在鎮域北部的中心鎮區及其周邊城鎮建設區域。低敏感性區域面積總計4?465?hm2，約占總面積的32.51%，在不考慮其他管制因素的情況下，發展空間相對充足。各級敏感性區域具體面積及所占百分比如表3所示。

4?結論與討論

該研究從土壤侵蝕敏感性、水環境敏感性、生境敏感性3個方面展開，共選取5個生態子因子構建評價指標體系，對青城古鎮的生態敏感性進行綜合分析與評價。全域綜合生態敏感性分為低度敏感區、中度敏感區與高度敏感區3個等級，各區面積占比為32.51%、25.62%、41.87%。研究顯示青城古鎮生態敏感性的空間分異較大，呈北低南高的分異特征，敏感性總體較高。青城古鎮生態敏感性程度受地形地貌、植被覆蓋度及水體因子影響較大;鎮域北部黃河谷地與南部黃土梁峁山區周圍生態敏感性較高，環境一旦破壞，很難在短時間恢復;而北部中心鎮區周圍及西南部五大坪附近生態敏感性較低。

青城古鎮是以類型多樣的古鎮文化為基礎的旅游小鎮，位于黃河南岸，南北各有山脈。伴隨古鎮旅游開發日漸成熟，現代的生活生產方式和自主建設性活動卻對古鎮生態環境帶來了一定挑戰。在未來全域旅游開發建設過程中，需考慮在“生態優先”的原則下，如何進行高質量與高品質的旅游發展建設問題。因此對于青城古鎮鎮域內的過境河流，宜建立河流緩沖區，合理規劃調整水系河網，依托黃河以及境內各支流與溝渠等營造全域綠色生態廊道;同時，提高青城古鎮整體植被覆蓋率，對水域及其周邊環境建立保護屏障，保證青城古鎮全域生態系統的穩定性與完整性，促進城鎮健康持續發展。

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