基于土地利用和GIS的朔州市聲環(huán)境功能區(qū)劃分研究

賀肖芳等

摘要：應(yīng)用ArcGIS分析朔州市的土地用地類(lèi)型，結(jié)合噪聲監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法，調(diào)整朔州市聲環(huán)境功能區(qū)區(qū)劃，探討了GIS技術(shù)在聲環(huán)境區(qū)劃工作中的優(yōu)勢(shì)，并提出合理化建議，為朔州市噪聲管理防治提供決策依據(jù)，也為其他新興工業(yè)城市的噪聲管理防治工作提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞： 土地利用；聲環(huán)境功能區(qū)；GIS；朔州市

中圖分類(lèi)號(hào)：TP79；X321；X839 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）17-4173-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.17.016

隨著中國(guó)城市化建設(shè)步伐的加快，舊城區(qū)改造和新城區(qū)建設(shè)的推進(jìn)使得城市噪聲污染日益嚴(yán)重，約2/3的居民生活在超標(biāo)的聲環(huán)境中。城市環(huán)境噪聲不僅干擾居民正常的工作、學(xué)習(xí)和睡眠質(zhì)量，還會(huì)對(duì)人的心理和生理產(chǎn)生不可忽視的影響，甚至危害人體健康。因此，城市噪聲污染的防治是必要而急迫的。而聲環(huán)境功能區(qū)劃分作為噪聲監(jiān)測(cè)和管理的重要依據(jù)，對(duì)噪聲污染的防治有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。

傳統(tǒng)的噪聲區(qū)劃方法有經(jīng)典數(shù)學(xué)法、灰色聚類(lèi)法和模糊聚類(lèi)法等，常為手工劃定。隨著GIS技術(shù)的日益普及完善，聲環(huán)境功能區(qū)劃研究跨上了新的臺(tái)階。GIS技術(shù)不僅可以及時(shí)、準(zhǔn)確、高效地獲取、存貯、管理各種資源環(huán)境數(shù)據(jù)信息，還能提供完整的制圖和輸出功能，用可視化的圖表形式表達(dá)出來(lái)，對(duì)資源環(huán)境進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)、模擬、分析和評(píng)價(jià)[1-4]。因此，探索傳統(tǒng)噪聲區(qū)劃方法與GIS技術(shù)的融合，能使聲環(huán)境功能的區(qū)劃研究具有更強(qiáng)的科學(xué)性和技術(shù)含量，劃分過(guò)程高效準(zhǔn)確，成果直觀豐富，并可為其他研究提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)域概況

朔州市位于山西省西北部，是晉北中心城市之一，是以煤炭、電力為支柱產(chǎn)業(yè)，堅(jiān)持工業(yè)化與城鎮(zhèn)化相結(jié)合的典型工業(yè)城市。隨著城市化進(jìn)程的加快，建成區(qū)和道路網(wǎng)的不斷擴(kuò)張，噪聲污染覆蓋面不斷擴(kuò)大，朔城區(qū)道路總長(zhǎng)由14.22 km增加到102.63 km，交通噪聲污染加重；人口年平均增長(zhǎng)率為1.68%。當(dāng)年劃分的一類(lèi)區(qū)現(xiàn)已成為商業(yè)與居住混合區(qū)，演變?yōu)槎?lèi)區(qū)；城區(qū)東北鐵東區(qū)，原規(guī)劃為工業(yè)園區(qū)，現(xiàn)狀建設(shè)為工業(yè)、物流園區(qū)，夾雜有居民區(qū)，現(xiàn)狀用地類(lèi)型與規(guī)劃有一定出入。

相對(duì)城市發(fā)展速度，朔州市聲環(huán)境功能區(qū)區(qū)劃的滯后使得城市執(zhí)法管理和環(huán)評(píng)審批兩方對(duì)其噪聲現(xiàn)狀及發(fā)展的要求不一，噪聲擾民等糾紛事件頻發(fā)。因此，重新開(kāi)展朔州市聲功能區(qū)調(diào)整工作十分必要。

2 基于ArcGIS的聲功能區(qū)劃分

2.1 基礎(chǔ)資料及劃分依據(jù)

2.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 《朔州市總體規(guī)劃》分區(qū)規(guī)劃、朔州市城市用地統(tǒng)計(jì)資料（城市用地現(xiàn)狀圖）和1∶10 000地形圖；《十二五環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》、朔州市區(qū)域環(huán)境噪聲和交通噪聲的例行監(jiān)測(cè)資料和歷史監(jiān)測(cè)資料、生態(tài)功能區(qū)劃報(bào)告與生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃報(bào)告、區(qū)內(nèi)工業(yè)分布情況、現(xiàn)行的聲環(huán)境功能區(qū)劃方案和項(xiàng)目建設(shè)噪聲監(jiān)測(cè)；2006～2011年統(tǒng)計(jì)公報(bào)（含人口增長(zhǎng)情況）和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況；朔州市土地利用現(xiàn)狀情況（總量、類(lèi)型、分布及利用現(xiàn)狀）和建成區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖；朔州市城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、城市道路等級(jí)規(guī)劃和交通現(xiàn)狀、路網(wǎng)分布、道路規(guī)模等情況；朔州市最新的行政區(qū)劃圖、地形圖、地貌圖、水系圖。

2.1.2 劃分依據(jù) 環(huán)境功能區(qū)劃是依據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和不同地區(qū)在環(huán)境結(jié)構(gòu)、環(huán)境狀態(tài)和使用功能上的差異對(duì)區(qū)域進(jìn)行的合理劃分，其目的是基于區(qū)域空間的資源環(huán)境承載能力，通過(guò)辨析面臨的環(huán)境問(wèn)題和環(huán)境保護(hù)壓力，分區(qū)制定環(huán)境保護(hù)目標(biāo)和明確環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策措施[4]，研究各環(huán)境單元的承載力及環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀和發(fā)展變化趨勢(shì)，揭露人類(lèi)自身活動(dòng)與人類(lèi)生活之間的關(guān)系[5，6]。

根據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）、《城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》（GB15190-94），聲環(huán)境功能區(qū)分為以下5類(lèi)[7]：

噪聲區(qū)劃的用地指標(biāo)可反映區(qū)域主導(dǎo)功能，由城市用地分類(lèi)（《城市用地分類(lèi)與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》，GBJ137-90）歸納成3類(lèi)用地。其中：A類(lèi)用地含各類(lèi)居住、行政辦公、醫(yī)療衛(wèi)生及教育科研設(shè)計(jì)用地；B類(lèi)用地含各類(lèi)工業(yè)和倉(cāng)儲(chǔ)用地；C類(lèi)用地含對(duì)外交通、道路廣場(chǎng)和交通設(shè)施用地。

根據(jù)經(jīng)典數(shù)學(xué)法，技術(shù)規(guī)范提出功能區(qū)劃分的 2類(lèi)條件，城市規(guī)劃及現(xiàn)狀劃分已明確的規(guī)劃區(qū)按規(guī)定確定；未能劃定的則根據(jù)土地利用類(lèi)型占有率劃分，如在混合用地區(qū)域，當(dāng)A類(lèi)用地占地率在35%～60%之間，劃為2類(lèi)區(qū)。

2.2 底圖制作與矢量化

GIS的技術(shù)特點(diǎn)是使研究對(duì)象既具有地理空間特性又具有相關(guān)數(shù)據(jù)屬性，通過(guò)朔州市底圖矢量化并建立相關(guān)屬性，可實(shí)現(xiàn)其環(huán)境數(shù)據(jù)信息與地理空間定位的相互聯(lián)系。為保證工作精確性，本研究底圖為取自測(cè)繪部門(mén)帶地理坐標(biāo)的基礎(chǔ)底圖。以底圖為模板層，經(jīng)過(guò)定位投影等預(yù)處理，在統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)下將不同地理信息分別賦予不同的圖層，矢量化朔州市基本空間地理信息數(shù)據(jù)（包括地貌水系、建筑物類(lèi)型及分布、路網(wǎng)建設(shè)、建成區(qū)邊界等），通過(guò)土地利用圖層建立——矢量拓?fù)洹肼晢卧獔D層疊加——空間運(yùn)算——屬性數(shù)據(jù)分析等步驟，進(jìn)行分類(lèi)數(shù)據(jù)矢量和地圖數(shù)字化。這些屬性數(shù)據(jù)的建立也將為后續(xù)環(huán)境評(píng)價(jià)等工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，數(shù)據(jù)建立見(jiàn)圖1。

2.3 基本單元及功能區(qū)劃分

以矢量化朔州市近期建設(shè)土地利用規(guī)劃、道路、河流等圖層為基本圖層，充分利用街、區(qū)行政邊界、規(guī)劃小區(qū)邊界、道路、河流、溝壑、綠地等自然地形作為區(qū)域邊界，自上而下依次進(jìn)行切分成87個(gè)基本單元并將其編號(hào)。

參照《朔州市城市近期建設(shè)規(guī)劃》現(xiàn)狀用地情況，并根據(jù)《城市用地分類(lèi)與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ137）統(tǒng)計(jì)各基本單元內(nèi)A（居住、行政辦公、醫(yī)療衛(wèi)生、教育科研設(shè)計(jì)用地）、B（工業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)用地）、C（對(duì)外交通、道路廣場(chǎng)、交通設(shè)施用地）三大用地類(lèi)型占有率，生成各基本單元的土地利用類(lèi)型百分比表（表2）。依據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)劃技術(shù)規(guī)范》，以城市用地類(lèi)型和聲環(huán)境質(zhì)量本底值為區(qū)劃單元的相似性指標(biāo)，宜粗不宜細(xì)，對(duì)各區(qū)劃單元進(jìn)行組合，最終得出初步朔州市聲環(huán)境功能區(qū)區(qū)劃結(jié)果（圖3）。

2.4 區(qū)劃結(jié)果驗(yàn)證及調(diào)整優(yōu)化

在2個(gè)相鄰的噪聲適用區(qū)，特別是1類(lèi)與2類(lèi)噪聲適用區(qū)，其區(qū)劃指標(biāo)有漸變的特點(diǎn)，并不存在明顯界線，即不同的適用區(qū)內(nèi)可以存在其他的功能區(qū)。如果用單一的噪聲區(qū)劃指標(biāo)單獨(dú)對(duì)單元個(gè)體進(jìn)行判斷，結(jié)果易偏向主觀性。因此，為解決這類(lèi)噪聲區(qū)劃存在外延不明確的問(wèn)題，借助模糊數(shù)學(xué)分類(lèi)，有利于較客觀地分析問(wèn)題[8]。本研究采用晝夜聲級(jí)、朔州市人口密度、A類(lèi)及B+C類(lèi)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行模糊聚類(lèi)，并遵循區(qū)域面積不小于1 km2、宜粗不宜細(xì)、宜大不宜小、盡量成片的劃定原則，將目標(biāo)單元與周邊區(qū)域連成片，劃定為同一類(lèi)型。經(jīng)調(diào)整得1類(lèi)區(qū)1個(gè)，2類(lèi)區(qū)2個(gè)，生成朔州市聲環(huán)境功能區(qū)劃分初圖。

此前，按照《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）附錄B中聲環(huán)境功能區(qū)普查監(jiān)測(cè)方法，朔州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)朔州市建成區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)布點(diǎn)，以360 m×360 m網(wǎng)格劃分與布點(diǎn)，將朔城區(qū)建成區(qū)劃分為252個(gè)網(wǎng)格，各網(wǎng)格布一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查并結(jié)合衛(wèi)片分析，確定有效網(wǎng)格207個(gè)，無(wú)效點(diǎn)位45個(gè)（網(wǎng)格中凡大型公園綠地、農(nóng)田、礦區(qū)、山區(qū)及建成區(qū)面積不足50%的網(wǎng)格為無(wú)效網(wǎng)格）。將實(shí)測(cè)的建成區(qū)207個(gè)有效網(wǎng)格噪聲晝夜監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，得到晝間平均值■d和夜間平均值■n，代表該城市晝間和夜間的環(huán)境噪聲總體水平。通過(guò)校核，其中位于朔神大道北側(cè)的電廠本應(yīng)屬于3類(lèi)區(qū)，但其面積大于0.5 km2，輔以實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)對(duì)劃分結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，將其調(diào)整為2類(lèi)區(qū)。

通過(guò)數(shù)字化圖層和數(shù)據(jù)庫(kù)建立，借助GIS圖元屬性獲取等相關(guān)功能可生成相關(guān)參數(shù)和可視化圖件。選擇疊加相關(guān)圖層，輔以修飾、版式、比例尺、標(biāo)注等相關(guān)元素，最終制作出《朔州市聲環(huán)境功能區(qū)劃圖》系列專(zhuān)題圖（圖5）。

3 結(jié)論

本研究以朔州市總體規(guī)劃為指導(dǎo)，融合GIS技術(shù)，對(duì)研究區(qū)土地利用及噪聲環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，依據(jù)城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范，對(duì)如何劃分噪聲單元及確定噪聲單元類(lèi)型進(jìn)行了研究，并輔以噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，重新調(diào)整了朔州市聲環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)?；谕恋乩妙?lèi)型，采用GIS作為技術(shù)支持，結(jié)合傳統(tǒng)噪聲監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法，從地圖和數(shù)據(jù)兩個(gè)角度對(duì)噪聲適用區(qū)進(jìn)行劃分，數(shù)據(jù)源準(zhǔn)確可靠，避免了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺失及人為因素所造成的誤差，使噪聲區(qū)劃結(jié)果具有科學(xué)性和客觀性；從技術(shù)角度，3S技術(shù)的成果可視化、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力使得研究成果直觀可見(jiàn)，既可宏觀上把握聲環(huán)境的區(qū)域分布特點(diǎn)，又可定點(diǎn)量化其因子的特征數(shù)據(jù)；從研究結(jié)果角度，城市噪聲污染的防治是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)工程，需從城市規(guī)劃、交通管理和城市建設(shè)以及噪聲控制技術(shù)等多方面尋找對(duì)策。本研究區(qū)劃結(jié)果準(zhǔn)確地反映朔州市土地利用現(xiàn)狀和環(huán)境噪聲污染分布狀況的關(guān)系，與朔州市城市總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)、環(huán)境目標(biāo)可達(dá)，同時(shí)具有較強(qiáng)的環(huán)境管理可操作性，對(duì)其他工業(yè)化與城鎮(zhèn)化相結(jié)合發(fā)展的新興工業(yè)城市的噪聲污染管理防治工作有著較強(qiáng)參考借鑒作用。

若遙感影像與噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步更新，劃分結(jié)果將更具時(shí)效性和科學(xué)性；對(duì)于所用GIS軟件，線狀地物在矢量化過(guò)程中存在一定程度的誤差，且劃分過(guò)程中因手法不同也可能出現(xiàn)不同偏差，經(jīng)過(guò)誤差校正會(huì)提升空間數(shù)據(jù)精度；對(duì)1、2類(lèi)混合型噪聲單元的劃分，本研究使用模糊數(shù)學(xué)分類(lèi)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，但運(yùn)用其他技術(shù)方法是否可獲得更好效果需進(jìn)一步探索。

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