基于GIS的礦區(qū)流域生態(tài)安全診斷研究

和春蘭　趙筱青　張洪

摘要生態(tài)安全研究是可持續(xù)發(fā)展、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)及資源與環(huán)境科學(xué)等的熱點(diǎn)問(wèn)題。為了診斷礦區(qū)流域存在的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及生態(tài)安全狀況，以國(guó)際河流瀾滄江支流和上游分布有亞洲最大鉛鋅礦的沘江流域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）框架模型，構(gòu)建了4個(gè)層次、18個(gè)評(píng)價(jià)因子的指標(biāo)體系；對(duì)因子進(jìn)行熵權(quán)法賦權(quán)重后，運(yùn)用生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)模型，在GIS技術(shù)的支持下以30 m×30 m精度的柵格為基本評(píng)價(jià)單元，對(duì)沘江流域內(nèi)各柵格單元及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)安全進(jìn)行診斷。診斷結(jié)果分為非常安全、較安全、基本安全、預(yù)警、不安全和極不安全6個(gè)等級(jí)，研究結(jié)果將為保障流域生態(tài)安全提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果表明，2012年沘江流域的生態(tài)安全狀況整體上較好，有65.13%的流域面積處于安全狀態(tài)，中下游流域的生態(tài)安全狀況較上游礦區(qū)及其周圍區(qū)域要好，居民區(qū)與礦區(qū)周圍生態(tài)安全狀況差，占流域面積的15.34%；流域內(nèi)安全等級(jí)分布具有明顯的區(qū)域性，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中除金頂鎮(zhèn)處于不安全狀態(tài)、寶豐鄉(xiāng)處于預(yù)警狀態(tài)之外，其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均處于安全狀態(tài)。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，研究結(jié)果與沘江流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀相吻合，人為干擾是引起流域部分區(qū)域安全狀況低下的主要原因，而在人為活動(dòng)中，鉛鋅礦的開(kāi)采是造成流域生態(tài)不安全的最主要原因。

關(guān)鍵詞生態(tài)安全診斷；壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型；沘江流域；鉛鋅礦開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）07-256-05

Study on Diagnosis of Ecological Security in Bijiang Watershed by GIS

HE Chun-lan1， ZHAO Xiao-qing2*， ZHANG Hong1 （1.Yunnan Land and Resources Vocation College， Kunming， Yunnan 652501； 2. School of Resource & Environment and Earth Science， Yunnan University， Kunming， Yunnan 650091）

Abstract Ecological security is a hot issue of sustainable development， geography， ecology and environmental science. In order to diagnose eco-environmental problems and ecological security status of mining watershed， this article takes Bijiang watershed as the study area. Bijiang River is a branch of international Lancang river and in the upper reach of Bijiang watershed， it is the Asias largest lead-zinc mine. Based on the Pressure-State-Response （PSR） model and GIS technology， this article constructed the index system of 4 levels and 18 evaluation factors， took 30 m×30 m grid as basic evaluation unit， used ecological security comprehensive appraisal methods to diagnose the grid cells and the towns ecological security after using the entropy weight method. The diagnosis results are divided into six levels which is very safe， safer， basic security， early warning， unsafe and very unsafe. The results will provide data and scientific basis to protect watershed eco-security. The results show that： ecological security in Bijiang watershed in 2012 is good from entirety. There are 65.13% of the area is in safe condition and the ecological security of midstream and downstream is better than the upstream. The worried status of ecological security was in residential， industrial and mining area which are accounted for 15.34% of watershed area. Security level distribution in was not balanced， which has evident regional characteristics. In the townships， Jingding Town is in unsafe condition， Baofeng Town is in early warning status， and the rest of the townships are in safe condition. After the field survey， the evaluation results are coincided with the situation of Bijiang River valley now， and lead-zinc mine exploited is the most important man-made factor which caused ecological insecurity.

3.1.3生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)。

生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)反映了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為改善生態(tài)環(huán)境所作出的努力和貢獻(xiàn)。沘江流域生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)最小值為0.407 2，最大值為0.961 8（表4）。在沘江流域，生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)呈現(xiàn)出與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展成反比的態(tài)勢(shì)，由于在經(jīng)濟(jì)比較落后的地方，人為對(duì)自然的干預(yù)較小，生態(tài)環(huán)境狀況較好，而在經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的區(qū)域，由于人為干擾較強(qiáng)，生態(tài)安全狀況較差。根據(jù)實(shí)地調(diào)查顯示，雖然目前人們已經(jīng)逐步意識(shí)到了礦山開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響，然而由于各方面的原因，當(dāng)?shù)氐木用裰皇遣辉偈褂脹a江水進(jìn)行生產(chǎn)、生活作業(yè)，并沒(méi)有其他實(shí)際性保護(hù)環(huán)境的行為；對(duì)于政府，由于沘江水環(huán)境污染問(wèn)題突出，省政府領(lǐng)導(dǎo)專門(mén)批示要解決沘江流域水污染問(wèn)題，并開(kāi)展編制了《沘江流域水污染防治規(guī)劃》，對(duì)沘江流域進(jìn)行污染治理。通過(guò)沘江金雞橋、石門(mén)兩個(gè)常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)顯示，沘江水環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，水污染的治理取得初步成效，說(shuō)明了政府的參與有助于改善沘江流域生態(tài)環(huán)境狀況。

表4沘江流域單因子生態(tài)安全指數(shù)

指數(shù)分級(jí)級(jí)別生態(tài)安全壓力指數(shù)柵格數(shù)分布的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)柵格數(shù)分布的鄉(xiāng)鎮(zhèn)

生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)柵格數(shù)分布的鄉(xiāng)鎮(zhèn)

<0.39111 894金頂鎮(zhèn)鳳凰礦區(qū)及其周圍2 km處1 061 676包括金頂鎮(zhèn)、白石鎮(zhèn)、鄧諾鎮(zhèn)0無(wú)

0.39～0.452940 546金頂鎮(zhèn)（除礦區(qū)及其周圍2 km）0無(wú)953 533包括金頂鎮(zhèn)、寶豐鄉(xiāng)

0.45～0.553799 840包括鄧諾鎮(zhèn)、長(zhǎng)新鄉(xiāng)0無(wú)871 013包括白石鎮(zhèn)、長(zhǎng)新鄉(xiāng)

0.55～0.654562 383包括白石鎮(zhèn)、啦井鄉(xiāng)1 038 131包括長(zhǎng)新鄉(xiāng)、寶豐鄉(xiāng)0無(wú)

0.65～0.755403 487檢槽鄉(xiāng)0無(wú)403 746包括檢槽鄉(xiāng)

>0.7560無(wú)605 597包括啦井鄉(xiāng)、檢槽鄉(xiāng)493 027包括鄧諾鎮(zhèn)、啦井鄉(xiāng)

注：生態(tài)安全壓力從1級(jí)到6級(jí)表征壓力從大到小；生態(tài)安全狀態(tài)從1級(jí)到6級(jí)表征生態(tài)安全的狀態(tài)從不好到好；生態(tài)安全響應(yīng)從1級(jí)到6級(jí)表征人們?yōu)楦纳粕鷳B(tài)環(huán)境所做出的努力和貢獻(xiàn)的少到多。

3.2基于柵格單元的生態(tài)安全綜合診斷分析

沘江流域各柵格單元綜合生態(tài)安全指數(shù)在0.320 0～0.830 0之間，具體見(jiàn)表5及圖2。沘江流域有65.13%的面積屬于生態(tài)安全區(qū)，包括14.91%的一級(jí)區(qū)（非常安全區(qū)）、7.51%的二級(jí)區(qū)（較安全區(qū)）及42.71%的三級(jí)區(qū)（基本安全區(qū)）。生態(tài)非常安全的區(qū)域主要分布在檢槽鄉(xiāng)，由于其自然環(huán)境狀況良好（擁有大量的森林資源和水資源），人為對(duì)環(huán)境的影響較?。ㄈ司剌^少、土地墾殖率低），因此其生態(tài)環(huán)境狀況最好；生態(tài)較安全以及基本安全的區(qū)域主要分布在流域上游的啦井鎮(zhèn)及中游的長(zhǎng)新鄉(xiāng)、白石鎮(zhèn)和諾鄧鎮(zhèn)，由于其地勢(shì)較高、受礦區(qū)影響較小、水資源森林資源較豐富、人口密度較小，因此生態(tài)安全狀況良好。在生態(tài)安全區(qū)，生態(tài)環(huán)境功能較完善、生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定。在以后的發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)注意維護(hù)目前的生態(tài)環(huán)境狀況，對(duì)于局部區(qū)域（生態(tài)基本安全區(qū)域）可適當(dāng)采取措施進(jìn)行改善，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)應(yīng)注意對(duì)森林資源以及水資源的保護(hù)、合理開(kāi)發(fā)利用土地資源、對(duì)城鎮(zhèn)農(nóng)村的生產(chǎn)生活污水及垃圾予以處理，使該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保持安全狀態(tài)。

流域有19.53%的面積屬于四級(jí)區(qū)（預(yù)警區(qū)），預(yù)警區(qū)主要分布在寶豐鄉(xiāng)，由于當(dāng)?shù)卮迕駥?duì)土地的過(guò)度利用致使該區(qū)域生態(tài)安全狀況較差。在預(yù)警區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已開(kāi)始退化，生態(tài)環(huán)境受到了一定的破壞，生態(tài)問(wèn)題開(kāi)始顯現(xiàn)，處于生態(tài)安全與不安全的臨界點(diǎn)。若受到人為干擾，生態(tài)環(huán)境容易惡化，轉(zhuǎn)變?yōu)椴话踩珷顟B(tài)。因此需要政府高度重視，建立生態(tài)安全預(yù)警機(jī)制，密切關(guān)注生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)于坡度較大的地方，嚴(yán)禁耕作，并植樹(shù)造林、注重水資源森林資源的保護(hù)、減少化肥使用量、合理開(kāi)發(fā)利用土地，使其生態(tài)環(huán)境狀況向良好方向發(fā)展。

流域有15.34%的面積屬于生態(tài)危險(xiǎn)區(qū)，包括11.77%的五級(jí)區(qū)（不安全區(qū)）及3.57%的六級(jí)區(qū)（極不安全區(qū)）。危險(xiǎn)區(qū)主要分布在流域上游金頂鎮(zhèn)鳳凰山礦區(qū)及其周圍區(qū)域，造成該區(qū)域生態(tài)不安全的最主要原因是礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)。在生態(tài)危險(xiǎn)區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能不穩(wěn)定，生態(tài)已受到破壞、污染，生態(tài)環(huán)境惡劣。對(duì)于該區(qū)域，除了保護(hù)水資源、森林資源、合理開(kāi)發(fā)利用土地、對(duì)城鎮(zhèn)農(nóng)村的生產(chǎn)生活污水及垃圾予以處理外，政府還需及時(shí)治理生態(tài)環(huán)境，對(duì)于采、洗、選、冶生產(chǎn)用水和廢水，應(yīng)注重污水的處理以及污水的循環(huán)利用，若要污水外排，需達(dá)標(biāo)才能排放；對(duì)于采礦區(qū)，需完善廢石堆場(chǎng)、排土場(chǎng)、低品位堆場(chǎng)的防護(hù)設(shè)施，進(jìn)行永久性坡面的穩(wěn)定化處理，防止泥石流和滑坡的發(fā)生，并及時(shí)進(jìn)行土地的復(fù)墾整理。除了實(shí)施上述的治理措施之外，還應(yīng)建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)現(xiàn)有礦山開(kāi)采水土保持指標(biāo)以及生態(tài)恢復(fù)指標(biāo)的完成情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，以便改善該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況。

3.3基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)安全診斷分析

在各柵格單元生態(tài)安全指數(shù)值的基礎(chǔ)上，用公式（4）計(jì)算得出流域內(nèi)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)安全指數(shù)值，具體結(jié)果如表6所示。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全指數(shù)值在0.392 8～0.819 9之間，其中金頂鎮(zhèn)處于不安全狀態(tài)，生態(tài)安全值為0.392 8；寶豐鄉(xiāng)處于預(yù)警狀態(tài)，生態(tài)安全值為0.520 9；白石鎮(zhèn)、長(zhǎng)新鄉(xiāng)、諾鄧鎮(zhèn)處于基本安全狀態(tài)，啦井鎮(zhèn)處于較安全狀態(tài)，檢槽鄉(xiāng)處于非常安全狀態(tài)，沒(méi)有極不安全級(jí)別的鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)，各鎮(zhèn)生態(tài)安全狀況排序?yàn)闄z槽鄉(xiāng)>啦井鎮(zhèn)

>白石鎮(zhèn)>長(zhǎng)新鄉(xiāng)>諾鄧鎮(zhèn)>寶豐鄉(xiāng)>金頂鎮(zhèn)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的

圖2基于柵格單元的沘江流域生態(tài)安全指數(shù)

表5沘江流域各柵格單元生態(tài)安全診斷結(jié)果統(tǒng)計(jì)

生態(tài)安全等級(jí)生態(tài)安全狀態(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)柵格個(gè)數(shù)面積∥m2所占比例∥%大小次序

一級(jí)非常安全>0.75402 599362 341 256.7014.913

二級(jí)較安全0.65～0.75202 681182 406 414.007.515

三級(jí)基本安全0.55～0.651 153 0231 037 741 830.0042.711

四級(jí)預(yù)警0.45～0.55527 082474 377 628.1019.532

五級(jí)不安全0.39～0.45317 666285 910 412.1011.774

六級(jí)極不安全<0.3996 39886 747 189.843.576

生態(tài)安全狀況與森林資源量、水資源量、土地資源量、人為活動(dòng)是緊密相關(guān)的，森林資源量、水資源量越充足，受人為干擾越少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境狀況越好，即自然因子指數(shù)值越大，受人類活動(dòng)干擾越少，生態(tài)越安全，反之則越不安全。

表6各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全狀況

縣城鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全指數(shù)值狀態(tài)排序

蘭坪縣啦井鎮(zhèn)桃樹(shù)村掛登村0.696 3較安全2

金頂鎮(zhèn)0.392 8不安全7

云龍縣寶豐鄉(xiāng)0.520 9預(yù)警6

鄧諾鎮(zhèn)0.564 0基本安全5

檢槽鄉(xiāng)0.819 9非常安全1

白石鎮(zhèn)0.639 0基本安全3

長(zhǎng)新鄉(xiāng)0.598 9基本安全4

4結(jié)論與討論

（1）沘江流域生態(tài)安全狀況總體呈良好態(tài)勢(shì)，流域中下游的生態(tài)安全狀況較上游好，流域安全等級(jí)的分布具有明顯的區(qū)域性。有65.13%的流域面積處于安全狀態(tài)（一級(jí)到三級(jí)），有19.53%的流域面積處于預(yù)警狀態(tài)，有15.34%的流域面積處于生態(tài)不安全狀態(tài)（五級(jí)、六級(jí)）；在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中除金頂鎮(zhèn)處于不安全狀態(tài)、寶豐鄉(xiāng)處于預(yù)警狀態(tài)之外，其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均處于安全狀態(tài)，且在居民區(qū)與礦區(qū)周圍生態(tài)安全狀況較差。

（2）該研究以柵格為基本研究單元計(jì)算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)安全數(shù)值，該方法比起以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本評(píng)價(jià)單元的評(píng)價(jià)結(jié)果更可靠。如果以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本評(píng)價(jià)單元，那么諸如NDVI、生態(tài)敏感度這些以柵格形式存在的因子就需要以鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，誤差將增大。

（3）該研究采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，熵值法確定指標(biāo)權(quán)重不受主觀能力的限制，減少了人為主觀性對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程的干擾，從而更客觀地反映各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)流域生態(tài)安全狀況的貢獻(xiàn)率。

（4）經(jīng)實(shí)地調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，基于綜合評(píng)價(jià)模型得出的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相互吻合，礦產(chǎn)資源的開(kāi)采是造成沘江流域生態(tài)不安全的重要原因。對(duì)于預(yù)警區(qū)域以及不安全區(qū)域，政府應(yīng)該采取措施加強(qiáng)對(duì)沘江河的治理和監(jiān)督，以保障流域的健康發(fā)展。

該研究結(jié)果僅能表明沘江流域目前的生態(tài)安全狀況。在下一步的研究工作中，需要增加過(guò)去幾個(gè)時(shí)段流域生態(tài)安全狀況，進(jìn)行對(duì)比分析，探討流域生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)變化特征，

并建立流域生態(tài)安全預(yù)警數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，構(gòu)建生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)，用于生態(tài)安全的監(jiān)測(cè)與評(píng)估，以促進(jìn)流域生態(tài)安全的保護(hù)和流域的可持續(xù)發(fā)展。

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