基于GIS的平頂山市建設(shè)用地生態(tài)適宜性評價

陳延輝，楊 柳，汪 偉

（1.平頂山學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河南 平頂山 467002；2.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083）

隨著城市化進(jìn)程的加快，建設(shè)用地的需求越來越大。土地作為一種稀缺資源在城市發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。盲目的城市擴(kuò)張，不僅會造成土地資源的浪費，還會導(dǎo)致土地生態(tài)環(huán)境的退化。土地生態(tài)適宜性評價可以為城市規(guī)劃的用地發(fā)展策略、功能布局和生態(tài)功能分區(qū)等提供科學(xué)依據(jù)[1]。它最早是由美國景觀建筑師麥克哈格于1960年提出，目前在我國城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃中已有廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外有諸多學(xué)者針對不同區(qū)域的土體生態(tài)適宜性進(jìn)行了研究[2-19]，但在生態(tài)適宜性指標(biāo)體系選取方面存在所選因子不全面或等權(quán)重或憑個人主觀臆斷直接賦權(quán)重等片面性。本文針對煤炭型資源城市轉(zhuǎn)型期的特點，采用層次分析法來確定權(quán)重，并利用TM遙感影像快速準(zhǔn)確地提取多種生態(tài)環(huán)境方面的基礎(chǔ)信息，再利用GIS平臺建立不同生態(tài)因子的數(shù)據(jù)庫，使評價過程可以動態(tài)輸入修改該信息，評價結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

1 研究區(qū)概況

平頂山市位于河南省中南部，西靠伏牛山，東接黃淮平原，東經(jīng)112°14′～113°41′，北緯33°08′～34°20′。境內(nèi)西高東低，呈階梯狀遞降，海拔最高2 153 m，最低68.5 m；東西長150 km，南北寬140 km，面積約為7 882 km2。平頂山市是以能源、原材料工業(yè)為主體，煤炭、電力、鋼鐵、紡織、化工等工業(yè)綜合發(fā)展的新興工業(yè)城市。平頂山市屬于典型的煤炭型工業(yè)城市[20]，在平頂山市工業(yè)產(chǎn)值中, 煤炭及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)占有 45%以上的比重。平頂山市區(qū)西高東低，屬丘陵平原地貌。土地利用依地形變化呈現(xiàn)出由山丘多林草地向平原耕地園地過渡的特點，其中有白鷺洲生態(tài)濕地公園為市區(qū)主要的塌陷沉降區(qū)。在城市建設(shè)上，分為老城區(qū)和新城區(qū)，兩者之間為區(qū)域廣大的城鄉(xiāng)結(jié)合部。市區(qū)北部低山丘陵區(qū)有20余對礦井，在礦井分布地區(qū)已形成礦區(qū)建設(shè)區(qū)。市區(qū)西南的新城區(qū)有平頂山市應(yīng)用水源地——白龜山水庫，現(xiàn)為河南省省級濕地自然保護(hù)區(qū)[21]。

2 研究方法

平頂山作為典型的資源型城市，煤炭開采造成了開采區(qū)大面積塌陷，生態(tài)環(huán)境退化，也影響著建設(shè)用地的生態(tài)適宜性。本文根據(jù)平頂山市特點建立指標(biāo)體系，然后依據(jù)指標(biāo)體系對平頂山市遙感影像進(jìn)行分析，得到平頂山市建設(shè)用地生態(tài)適宜性評價圖。文中采用平頂山市2009年Landsattm1-7波段的全色遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其中DEM高程數(shù)據(jù)采用的是30 m分辨率的遙感影像。首先對獲得的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)和幾何糾正，然后運用ENVI4.5軟件進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)的拼接和裁切，得到平頂山研究區(qū)域的遙感影像圖，再通過相應(yīng)的遙感影像解譯、不同波段的融合得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

依據(jù)麥克哈格適宜性評價理論確立的指標(biāo)體系，可將建設(shè)用地劃分成5個不同的適宜性等級：最適宜建設(shè)用地、較適宜建設(shè)用地、基本適宜建設(shè)用地、不適宜建設(shè)用和不可用地。將城市建設(shè)用地的生態(tài)適宜性影響因素分為自然、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)安全3個因素。構(gòu)建了平頂山城市建設(shè)用地生態(tài)適宜性的評價指標(biāo)體系，并分別對各指標(biāo)給出相應(yīng)的分類條件（表1）。運用相應(yīng)的層次分析法軟件（yaahp6.0）進(jìn)行相應(yīng)的計算。

表1 建設(shè)用地適宜性評價因子等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重

運用ArcGIS10.0空間分析模塊，對各種因子進(jìn)行柵格圖層疊加，通過各個因子所占的權(quán)重進(jìn)行GIS的空間疊置分析，從而得到平頂山市建設(shè)用地的生態(tài)適宜性評價綜合結(jié)果圖。文章采用的柵格像元大小為30 m×30 m，完全達(dá)到了所要求的精度。柵格圖層疊加凸顯各因子的貢獻(xiàn)值，綜合疊加的評價方法為：

其中，S是生態(tài)適宜性等級；xi（i=1，2，3，…，n）為評價的一組變量。根據(jù)權(quán)重修正法可得到平頂山市建設(shè)用地的生態(tài)適宜性評價結(jié)果為：

其中，wi為各因子所占的權(quán)重，在ArcGIS10.0平臺下利用空間分析的相關(guān)模塊進(jìn)行因子的疊加運算，得到平頂山市的多因子加權(quán)評價結(jié)果。采用K-means聚類分析法，依據(jù)上文約定的狀態(tài)將土地適宜性狀況分為5個不同的等級，得到如圖1所示的單因子評價圖。

圖1 單因子評價圖

在Arc GIS 10.0平臺下，利用其空間分析模塊按照公式及相應(yīng)因子分值和權(quán)重值進(jìn)行疊加分析，得到平頂山市的多因子加權(quán)疊加的綜合適宜性評價值，如圖2所示。城鎮(zhèn)建設(shè)用地生態(tài)適宜性綜合評價各適宜性等級的面積統(tǒng)計見表2。

圖2 平頂山建設(shè)用地適宜性因子疊加圖

表2 建設(shè)用地適宜性不同等級面積及比例

3 結(jié)果與分析

第一類區(qū)域為很適宜用地，一般為地質(zhì)條件較好、地形相對較為平緩、水源較為充足的河流下游區(qū)域，主要分布在平頂山中部和西部。高程、坡度、坡向以及交通狀況均具有先天優(yōu)勢，此區(qū)域占平頂山市面積的29.01%左右，是適宜建設(shè)的優(yōu)勢區(qū)域，但也是極易受到環(huán)境威脅的區(qū)域。第二類區(qū)域為較為適宜的區(qū)域，該區(qū)域的優(yōu)勢不及第一類區(qū)域明顯，地形坡度一般在8°～16°之間，比較靠近東部山區(qū)或者地形較為破碎的區(qū)域，該區(qū)域適合城市的邊緣化建設(shè)，不適宜發(fā)展聚集度高的城鎮(zhèn)。該區(qū)域占據(jù)平頂山總面積的13.53%左右。第三類用地為生態(tài)緩沖區(qū)，該區(qū)域主要分布于水源邊界，環(huán)境較好，占據(jù)平頂山總面積的14.71%左右。平頂山的生態(tài)緩沖邊界主要集中于白龜山水庫2 km緩沖區(qū)以及相應(yīng)河流兩側(cè)。該區(qū)域是有條件限制的建設(shè)用地，一般不適宜作為建設(shè)或者較大工程項目，可以作為游憩休閑的公園、綠化用地，也適宜作為防護(hù)林等建設(shè)強(qiáng)度小、人類活動不頻繁的建設(shè)用地。第四類用地為不適宜建設(shè)區(qū)，該區(qū)域占據(jù)平頂山總面積的16.05%左右，主要特點為地形海拔高度較高或者坡度較大、水源豐盛的地帶以及生態(tài)濕地或者保護(hù)區(qū)。該區(qū)域不適宜作為建設(shè)用地，在不得已情況下可以進(jìn)行相應(yīng)改造來滿足建設(shè)需求。第五類為禁建區(qū)，即不能作為建設(shè)用地，或者不允許作為建設(shè)區(qū)域。該區(qū)域占據(jù)平頂山總面積的26.70%左右，一般為坡度較陡的山體、郁閉度較高的林地、河流湖泊及3等以上的耕地。

針對平頂山市城市建設(shè)用地生態(tài)適宜性評價結(jié)果，提出以下幾點建議：

1）城市規(guī)劃建設(shè)過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對整體區(qū)域發(fā)展趨勢的把握，充分利用城市適宜建設(shè)的區(qū)域作引導(dǎo)，盡量避免建設(shè)過程中環(huán)境的破壞，尤其要充分向最適宜建設(shè)用地的區(qū)域進(jìn)行建設(shè)拓展。

2）相關(guān)規(guī)劃部門在考慮城市發(fā)展趨勢的過程中，要綜合考慮多種因素。既要滿足城市發(fā)展的需要，又要考慮對平頂山老城區(qū)用地進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。由于城市建設(shè)用地適宜性高低是相對的，不僅受到自然條件的限制，還取決于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技實力的進(jìn)步。此外，平頂山城市環(huán)境復(fù)雜多樣，對一定時期內(nèi)區(qū)域的生態(tài)適宜程度會產(chǎn)生一定影響。所以，應(yīng)當(dāng)定期對城市建設(shè)狀況進(jìn)行評價，以促進(jìn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3）政府部門要加大對生態(tài)脆弱區(qū)域的環(huán)境保護(hù)力度，特別是環(huán)白龜山水庫區(qū)和生態(tài)緩沖區(qū)，防止緩沖區(qū)域內(nèi)環(huán)境的惡化。同時，要制定相關(guān)政策來提高區(qū)域居民的生態(tài)意識。

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