基于GIS技術的生態(tài)地質環(huán)境承載力研究—以寧夏沿黃經濟區(qū)為例

任光遠，薛忠歧

（寧夏水文地質工程地質環(huán)境地質勘察院，銀川 750011）

伴隨著全球城市化進程的飛速發(fā)展，人類對現存自然環(huán)境的利用和改造的力度也不斷加大。人口的增長，城市的不斷擴張，使得人類對其賴以生存的自然資源的需求量越來越大。在這種情況下，勢必會加大對自然資源的索取，從而造成嚴重的自然環(huán)境的破壞。但是，自然環(huán)境對人類社會、經濟活動的承受能力是有限的, 即存在閥值。一旦人類對自然環(huán)境的索取和改造超過了這個閾值，人類社會經濟的發(fā)展就會受到嚴重的影響[1]。因此，為了保證人類社會經濟永久可持續(xù)發(fā)展，對人類賴以生存的一定區(qū)域范圍的生態(tài)地質環(huán)境承載力研究分析是相當必要的。

1 生態(tài)地質環(huán)境承載力的概念和影響因素

1.1 生態(tài)地質環(huán)境承載力概念

“環(huán)境承載力”的概念在我國最早是在1991年提出。最初，它被定義為某一環(huán)境狀態(tài)和結構在不發(fā)生對人類生存發(fā)展有害變化的前提下對所能承受的人類社會作用在規(guī)模、強度和速度上的限制，是環(huán)境的基本屬性和有限的自我調節(jié)能力的量度[2]。之后，很多專家學者根據自己不同的研究目的對“環(huán)境承載力”這一概念進行了衍生。在對生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)的研究當中，人們逐漸認識到生態(tài)地質環(huán)境對人類活動的承載能力是有限度的，即生態(tài)地質環(huán)境存在閾值，這個閾值就是“生態(tài)地質環(huán)境承載力”。它是指在一定時期和一定區(qū)域范圍內，以及在一定的環(huán)境目標下，在維持生態(tài)結構、地質環(huán)境系統(tǒng)不發(fā)生質的改變，生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)功能朝著有利于人類社會、經濟活動方向發(fā)展的條件下，生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)所能承受的人類活動和外部力量影響與改變的最大潛能[2]。

1.2 生態(tài)地質環(huán)境承載力的影響因素

（1）生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)本底性能

生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)中各功能要素的特性、景觀生態(tài)狀況和資源的存儲狀況等，決定其本底整體的性能。系統(tǒng)中各個要素的特征主要是指區(qū)域的規(guī)模大小，區(qū)域自然地理情況和區(qū)域地質背景特征等要素，它們會在一定程度上影響生態(tài)地質環(huán)境承載力的大小[3~8]。

（2）科學技術水平

科學技術是生態(tài)地質環(huán)境承載力重要的影響因素。科學技術可以推動人類各個領域的發(fā)展，提高人類對自然環(huán)境的利用程度，減少不必要的破壞和浪費，從而人類對自然利用率達到最大。

（3）人類自身的活動

人類活動的諸多方面如經濟發(fā)展模式、人口增長、消費方式等，都會影響生態(tài)地質環(huán)境承載力。與區(qū)域生態(tài)地質環(huán)境相協(xié)調的人類活動可以提高一個地區(qū)生態(tài)地質環(huán)境的承載力。反之，和區(qū)域環(huán)境相違背的人類活動可以降低區(qū)域的生態(tài)地質環(huán)境承載力。

（4）區(qū)域外因素

任何一個區(qū)域都不是獨立存在的，都會與其相鄰區(qū)域產生聯系，區(qū)域和區(qū)域之間都會存在一定的相互作用，所以一個地區(qū)的生態(tài)地質環(huán)境承載力勢必會受到相鄰區(qū)域內一些因素的影響。因此，協(xié)調各區(qū)域的發(fā)展，改善區(qū)域外的因素是提高一個區(qū)域承載能力的有效措施。

2 評價體系的建立及其內容

根據生態(tài)地質環(huán)境承載力的影響因素，其評價指標體系的建立需要考慮諸多因素。這些因素概括起來主要包括自然生態(tài)地質條件因素和人類活動因素。本次研究以城市帶為研究背景，根據城市生態(tài)地質環(huán)境的普遍情況，分層次探討了生態(tài)地質環(huán)境承載力評價指標體系的內容。把生態(tài)地質環(huán)境承載力評價指標體系分為3個子系統(tǒng),分別為：地質環(huán)境子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)和社會環(huán)境子系統(tǒng)。

地質環(huán)境子系統(tǒng)主要包括地質環(huán)境條件和地質資源兩個方面。地質環(huán)境條件方面可以從地理位置、氣象水文、地形地貌等方面選取指標；地質資源方面可以選取與地質環(huán)境有緊密聯系的自然資源如礦產資源、土地資源等方面的指標；生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)主要從植被、土壤、水體等方面分析，選取代表性的指標；社會環(huán)境子系統(tǒng)主要考慮包括人口、經濟等因素。

3 評價方法

3.1 要素層圖層的建立

本文生態(tài)地質環(huán)境承載力主要要素，如地形、構造、植被、人口因素等圖層的建立過程主要依靠ARCGIS來完成。

首先，收集研究區(qū)的所有資料，并對資料篩選分類。數據按照實體描述類型分為空間數據和屬性數據兩類。采用ArcGIS對研究區(qū)基礎資料進行數字化處理。然后對基礎圖件進行分離圖層，進行分層式管理。按照空間數據各要素的特點，將空間數據分解為單一性質的基本要素圖層。

屬性數據包括對圖形進行描述或說明的數據及用于進行評價的基礎數據，如高程信息、地理標注、地貌類型特征、植被發(fā)育情況等。屬性數據通過ArcGIS數據庫進行錄入、管理，其它軟件可以通過接口進行調用。

基礎圖層的空間數據模型往往為矢量數據模型.當進行生態(tài)地質環(huán)境承載力評價時，需要將矢量模型轉換為柵格模型，即進行網格化處理.本文采用10m×l0m的單元網格作為評價分析的計算單元，對于地質環(huán)境比較復雜的區(qū)域，局部進行加密。

完成上述步驟后，用編制的評價模型對每單元進行分析計算。計算完成后，將計算結果存入ArcGIS數據庫。

3.2 綜合評價及計算

對參加分析的要素進行打分，有利城市經濟區(qū)發(fā)展的要素為正分，反之為負分，無要素分布的值為0。各地質要素的權重根據其影響程度確定，例如構造為2，植被為-3。

3.3 要素的空間疊加分析

利用ARCGIS軟件的空間分析模塊，將參與評價的要素層進行疊加分析，疊加后將各柵格單元的分值進行累計加分，得到每個柵格單元各個要素的綜合評分。最后，得到生態(tài)地質環(huán)境要素的綜合評分圖，其作為研究區(qū)生態(tài)地質環(huán)境承載力的分區(qū)圖。

4 實例應用——以寧夏沿黃經濟區(qū)為例

4.1 研究區(qū)概況

寧夏沿黃經濟區(qū)位于寧夏自治區(qū)中北部，主要包括銀川平原和衛(wèi)寧平原兩大部分，其以黃河為紐帶，引黃灌區(qū)為依托，以銀川市為中心，石嘴山、吳忠、中衛(wèi)3個地級市為主干，青銅峽市、靈武市、中寧、永寧、賀蘭、平羅縣城為基礎的大中小城市集合體，國土面積2.87萬km2，占全區(qū)總面積的43.2%。地理坐標為東經104°17′～106°48′，北緯35°14′～36°55′。

4.2 評價指標的選取及影響程度分析

本次研究根據寧夏沿黃經濟區(qū)的特點，分別對地質環(huán)境子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)、社會環(huán)境子系統(tǒng)下的評價指標進行篩選和影響程度評分（如表1、2、3）。

表1 地質環(huán)境子系統(tǒng)指標

表2 生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)指標

表3 社會環(huán)境子系統(tǒng)指標

4.3 研究區(qū)綜合承載力分級結果

研究得出，區(qū)域內所有單元的綜合承載力分值介于1～9 之間，根據分值由高至低平均分段，將寧夏沿黃經濟區(qū)分為3個等級區(qū)域。即Ⅰ類適宜建設區(qū)（承載力> 6)，Ⅱ類適度控制建設區(qū)(3<承載力<6)，Ⅲ類中度控制建設區(qū)（1<承載力<3)（見圖1）

圖1 寧夏沿黃經濟區(qū)生態(tài)地質環(huán)境承載力分區(qū)圖

從圖1可以看出：

Ⅰ類適宜建設區(qū)（承載力> 6)：包括銀川平原中部銀川市東部、永寧地區(qū)及南部吳忠、青銅峽地區(qū)，衛(wèi)寧平原的北部和中寧地區(qū)，約占研究區(qū)總面積的37%。

Ⅱ類適度控制建設區(qū)(3<承載力<6)：包括銀川平原的北部和中部大部分地區(qū)，衛(wèi)寧平原的中衛(wèi)地區(qū)，約占研究區(qū)總面積的34%。

Ⅲ類中度控制建設區(qū)（1<承載力<3)：主要包括銀川平原北部石嘴山、東部陶樂、西部賀蘭山區(qū)、西大灘及部分銀川市區(qū)，約占研究區(qū)總面積的29%。

5 結論

Ⅰ類適宜建設區(qū)（承載力> 6)，區(qū)域地質條件良好，植被覆蓋率高，地質構造及地質災害相對不發(fā)育，地下水位埋深相對于北部較深，地下水污染程度較輕，人口密度較高，是城市發(fā)展的最佳區(qū)域；

Ⅱ類適度控制建設區(qū)(3<承載力<6)，區(qū)域地質條件較好，地質構造及地質災害發(fā)育程度較輕，人口密度較高，但地下水位埋深較淺，水質輕度污染，因此要適度控制工程的建設；

Ⅲ類中度控制建設區(qū)（1<承載力<3)，區(qū)內地質環(huán)境條件差，植被覆蓋率低。石嘴山地區(qū)由于采礦污染嚴重，水位埋深淺，水質較差。賀蘭山區(qū)內地形坡度較陡，巖土體結構疏松，易發(fā)生地質災害；西大灘地區(qū)地下水中度污染，土壤鹽漬化較為嚴重；東部陶樂地區(qū)，土地沙化、沙漠化分布廣泛且嚴重。因此，本區(qū)域應屬于中度控制建設區(qū)域。

6 結束語

利用GIS技術對一個地區(qū)的生態(tài)地質環(huán)境承載力進行評價，是一種合理可靠的方法。本文利用GIS技術對寧夏沿黃經濟區(qū)的生態(tài)地質環(huán)境承載力進行評價，并劃分了第一級適宜建設區(qū)，第二級適度控制建設區(qū)，第三級中度控制建設區(qū)。本次研究，對寧夏沿黃經濟區(qū)城市群的發(fā)展規(guī)劃提供了依據。

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