基于GIS的資源環(huán)境承載力評價(jià)與空間布局優(yōu)化
——以榮成市為例

邵艷坡，郭志勇，白書建

(1.山東協(xié)和學(xué)院，山東 濟(jì)南 250107；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222；3.北京東方至遠(yuǎn)科技股份有限公司，北京 100081)

資源與環(huán)境是人類賴以生存的基礎(chǔ)[1]。隨著人類生產(chǎn)活動的日益加劇，資源環(huán)境已逐漸成為制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。區(qū)域資源環(huán)境承載力是實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的支撐基礎(chǔ)，是對資源開發(fā)強(qiáng)度與環(huán)境承載能力之間是否協(xié)調(diào)進(jìn)行判斷的一個重要標(biāo)志[2]。鑒于資源環(huán)境承載狀況對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要影響，眾多學(xué)者對資源環(huán)境承載力評價(jià)進(jìn)行了廣泛的研究。王雪軍等[3]基于GIS對贛州市資源環(huán)境承載力進(jìn)行了評價(jià)；楊樂等[4]用層次分析法對奉節(jié)縣地質(zhì)環(huán)境承載力進(jìn)行了評價(jià)；何云玲、葉有華等[5-6]對縣域等中小尺度資源環(huán)境承載力方法進(jìn)行了闡述。王立東等[7]針對地質(zhì)環(huán)境情況對黃河三角洲地區(qū)進(jìn)行資源環(huán)境承載力評價(jià)。在資源環(huán)境承載力評價(jià)的基礎(chǔ)上，充分利用評價(jià)結(jié)果才能更好地為區(qū)域土地空間布局優(yōu)化提供服務(wù)與保障。土地利用結(jié)構(gòu)與布局優(yōu)化研究是人地關(guān)系研究的核心問題[8]。在土地空間布局優(yōu)化方法中運(yùn)用較為廣泛的就是在資源環(huán)境承載力評價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行定量研究的方法[9-12]。該文基于GIS技術(shù)，完成了榮成市資源環(huán)境承載力評價(jià)，在此基礎(chǔ)上，分鄉(xiāng)鎮(zhèn)對研究區(qū)土地空間布局進(jìn)行優(yōu)化，形成綜合分區(qū)規(guī)劃引導(dǎo)。

1 研究區(qū)域與研究資料

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)位于山東省威海市最東端，北、東、南三面瀕臨黃海，海岸線長近500km。全市轄12個鎮(zhèn)、10個街道，其中，崖頭街道、尋山街道、嶗山街道、城西街道4個街道由榮成經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管理。土地總面積為1528km2，占威海市面積26.3%。呈典型的溫帶大陸性季風(fēng)性濕潤氣候，四季變化和季風(fēng)進(jìn)退都較明顯[13]，年平均氣溫11.3℃，年均降水量800mm。區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境較宜居，旅游資源豐富，森林覆蓋率達(dá)43.1%，居于全省前列。

1.2 研究資料

該文采用的數(shù)據(jù)資料主要包括2017年1m分辨率正射遙感影像(DOM)、榮成市第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)、生態(tài)紅線劃定資料、永久基本農(nóng)田數(shù)據(jù)、土地坡度等級數(shù)據(jù)、耕地利用質(zhì)量等級數(shù)據(jù)、耕地后備資源數(shù)據(jù)、水資源、地質(zhì)災(zāi)害分布圖等。所用數(shù)據(jù)大部分為矢量數(shù)據(jù)，其余圖件資料經(jīng)矢量化后作為后續(xù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)資料。利用遙感影像，將榮成市第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)更新至影像獲取時(shí)相，提高數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

2 區(qū)域資源環(huán)境承載力評價(jià)

基于層次分析法，參考《國土資源環(huán)境承載力評價(jià)技術(shù)要求(試行)》，將資源環(huán)境承載力評價(jià)分為5個層次，分別為目標(biāo)層、系統(tǒng)層、要素層、指數(shù)層、指標(biāo)層。各層既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，尤其系統(tǒng)層之間的相互關(guān)系是直接影響區(qū)域資源環(huán)境承載能力及狀態(tài)的重要因素。各層具體情況如表1所示。

表1 資源環(huán)境綜合承載力評價(jià)指標(biāo)體系

利用ArcGIS軟件平臺，以更新后的榮成市第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)為本底數(shù)據(jù)，以圖斑為最小單元，將收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析及屬性空間化。參照相關(guān)技術(shù)要求計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值。

2.1 基礎(chǔ)評價(jià)

通過聚類分析，將適宜性等級分為最適宜、基本適宜、不適宜和特別不適宜4類，并統(tǒng)計(jì)各適宜等級的區(qū)域面積(圖1)。最適宜區(qū)17029.98hm2，占總面積的11.15%；基本適宜區(qū)41684.62hm2，占總面積的27.29%；不適宜區(qū)5673.78hm2，占總面積的3.71%；特別不適宜區(qū)88379.22hm2，占總面積的57.85%。前三等級占總面積的42.15%，大體分布在中心城區(qū)、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地、居民點(diǎn)和交通干道周圍；特別不適宜區(qū)主要分布在市域中北部以及西北部區(qū)域；特別不適宜區(qū)面積最大，主要受基本農(nóng)田和生態(tài)紅線區(qū)域分布的影響。

參照《國土資源環(huán)境承載力評價(jià)技術(shù)要求(試行)》，計(jì)算基礎(chǔ)評價(jià)系統(tǒng)中各項(xiàng)指標(biāo)及指數(shù)值(表2)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定，當(dāng)D1>0時(shí)，建設(shè)開發(fā)壓力大，為超載；當(dāng)D1=0時(shí)，建設(shè)開發(fā)狀態(tài)為臨界；當(dāng)D1<0時(shí)，建設(shè)開發(fā)壓力小，為可載。耕地開發(fā)壓力狀態(tài)指數(shù)D2>0時(shí)，耕地開發(fā)利用為可載；D2=0時(shí)，耕地開發(fā)利用為臨界；D2<0時(shí)，耕地開發(fā)利用為超載。

表2 基礎(chǔ)評價(jià)指標(biāo)及指數(shù)計(jì)算結(jié)果

注：E1—建設(shè)用地現(xiàn)狀開發(fā)程度；E2—現(xiàn)狀建設(shè)用地布局匹配度；E3—人均耕地生產(chǎn)能力(kg/人)；E4—耕地開發(fā)利用程度；D1—建設(shè)用地壓力狀態(tài)指數(shù)；D2—耕地開發(fā)壓力狀態(tài)指數(shù)

建設(shè)開發(fā)與耕地開發(fā)兩者均為可載，即判定為資源環(huán)境承載力基礎(chǔ)狀態(tài)為可載；兩者一項(xiàng)可載，另一項(xiàng)臨界則判定為臨界；兩者均臨界或者有至少一項(xiàng)超載則判定為超載[14]。因此研究區(qū)資源環(huán)境基礎(chǔ)評價(jià)承載狀態(tài)為可載。

2.2 修正評價(jià)

修正評價(jià)系統(tǒng)包括水資源、生態(tài)條件與環(huán)境質(zhì)量兩項(xiàng)要素，具體包含8項(xiàng)指標(biāo)。區(qū)別于基礎(chǔ)評價(jià)，修正評價(jià)各指標(biāo)屬于較宏觀指標(biāo)，一般不能利用小單元的土地利用圖斑數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到，而應(yīng)該從區(qū)縣等大范圍數(shù)據(jù)匯總實(shí)現(xiàn)。該文根據(jù)《山東省土地資源承載狀況評估研究》報(bào)告，獲取榮成市各項(xiàng)修正評價(jià)指標(biāo)。由于各項(xiàng)指標(biāo)值之間單位不統(tǒng)一，不便于比較和分析，因此采用歸一化法將各項(xiàng)修正評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。歸一化處理后，所有指標(biāo)的取值范圍為0～1，修正評價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果及歸一化結(jié)果如表3所示。

表3 修正評價(jià)指標(biāo)計(jì)算及標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果

注：A—農(nóng)業(yè)水資源利用量(億m3)；B—農(nóng)業(yè)用水與耕地匹配指數(shù)；C—生活和工業(yè)水資源利用量(億m3)；D—生活和工業(yè)用水與城鎮(zhèn)工礦用地匹配指數(shù)；E—生態(tài)用地面積變化指數(shù)；F—空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)；G—劣Ⅴ類水體比例

將4項(xiàng)水資源評價(jià)指標(biāo)權(quán)重均設(shè)定為0.25，加權(quán)平均后可得水資源承載指數(shù)為0.22；將3項(xiàng)生態(tài)條件與環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)權(quán)重均設(shè)定為0.33，加權(quán)平均后得生態(tài)條件與環(huán)境質(zhì)量承載指數(shù)為0.65。參照省內(nèi)指標(biāo)的平均水平，按照弱、較弱、一般、較強(qiáng)、強(qiáng)五級分類方法進(jìn)行分類評價(jià)(表4)。將承載能力為強(qiáng)、較強(qiáng)和一般的判定為可載，承載能力較弱的判定為臨界，承載能力為弱的判定為超載。

表4 修正評價(jià)指標(biāo)分類區(qū)間

結(jié)合以上基礎(chǔ)評價(jià)結(jié)果，水資源承載能力較弱，承載狀態(tài)為臨界，基于水資源的綜合資源環(huán)境承載力評價(jià)為臨界；生態(tài)條件與環(huán)境質(zhì)量承載能力一般，承載狀態(tài)為可載，基于生態(tài)條件與環(huán)境質(zhì)量的綜合資源環(huán)境承載力評價(jià)為可載。

3 土地空間布局與規(guī)劃引導(dǎo)

3.1 適宜性綜合分區(qū)評價(jià)結(jié)果

研究區(qū)按照建設(shè)開發(fā)適宜性程度劃分為最適宜區(qū)、基本適宜區(qū)、不適宜區(qū)和特別不適宜區(qū)(表5)。

表5 區(qū)域適宜性評價(jià)等級及分布

適宜性分值銜接了空間開發(fā)限制性與建設(shè)用地空間管制[15]，即適宜性等級評價(jià)中最適宜區(qū)為非強(qiáng)限制區(qū)與較強(qiáng)限制區(qū)，得分最高的疊加區(qū)域，該區(qū)域宜劃入適建區(qū)；特別不適宜區(qū)分布在強(qiáng)限制區(qū)內(nèi)，該區(qū)域應(yīng)劃入禁建區(qū)；不適宜區(qū)處于非強(qiáng)限制區(qū)與較強(qiáng)限制區(qū)得分最低的區(qū)域，該區(qū)域宜劃入限建區(qū)；基本適宜區(qū)雖然不在強(qiáng)限制區(qū)內(nèi)但適宜性分值并不高，可根據(jù)具體情況將分別劃入適建區(qū)、限建區(qū)。

綜上，確定研究區(qū)適建區(qū)面積17029.98hm2，占總面積的11.15%，主要分布于中部中心城區(qū)、東南部及北部沿海區(qū)域；限建區(qū)面積41684.62hm2，占全市總面積的27.29%，主要集中分布在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府駐地、居民點(diǎn)和交通主干道周圍；禁建區(qū)面積94053.00hm2，占全市總面積的61.56%，主要分布于榮成市中北部以及西北部區(qū)域及平原與丘陵交接處等，適宜性分區(qū)見表6、圖2。

表6 適宜性分區(qū)分鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計(jì)(hm2)

3.2 綜合分區(qū)規(guī)劃引導(dǎo)

3.2.1 適建區(qū)規(guī)劃引導(dǎo)

適建區(qū)主要分布于榮成經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、港西鎮(zhèn)、成山鎮(zhèn)、港灣街道、斥山街道、桃園街道、王連街道、東山街道、寧津街道。根據(jù)資源稟賦和區(qū)域特點(diǎn)，港西鎮(zhèn)、成山鎮(zhèn)和港灣、斥山、桃園、王連、東山、寧津有豐富的旅游資源，可優(yōu)先發(fā)展旅游建設(shè)，盡量減少旅游設(shè)施對生態(tài)環(huán)境的影響和破壞，構(gòu)筑水系和綠帶等生態(tài)廊道，保障生態(tài)系統(tǒng)的完整性；榮成經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，要發(fā)揮資源環(huán)境承載力較強(qiáng)的優(yōu)勢，在城市建設(shè)中起帶動作用，促進(jìn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)以及高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的聯(lián)動發(fā)展，建設(shè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)集群，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)競爭力，完善人口集聚和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聯(lián)動機(jī)制，提高城市的集聚和輻射能力，積極承接限制區(qū)的人口和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。

3.2.2 限建區(qū)與禁建區(qū)規(guī)劃引導(dǎo)

限制區(qū)主要分布于人和鎮(zhèn)、虎山鎮(zhèn)、俚島鎮(zhèn)，禁建區(qū)主要分布于崖西鎮(zhèn)、俚島鎮(zhèn)、埠柳鎮(zhèn)、夏莊鎮(zhèn)。大疃鎮(zhèn)、騰家鎮(zhèn)、上莊鎮(zhèn)、虎山鎮(zhèn)、人和鎮(zhèn)可優(yōu)先發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，增強(qiáng)生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展；禁建區(qū)主要在埠柳鎮(zhèn)、俚島鎮(zhèn)、崖西鎮(zhèn)、夏莊鎮(zhèn)、蔭子鎮(zhèn)，可優(yōu)先發(fā)展生態(tài)林業(yè)，開發(fā)與保護(hù)并重，加強(qiáng)森林資源的管理，形成環(huán)境友好型的發(fā)展模式(表7)。

表7 分鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃引導(dǎo)情況

4 結(jié)語

基于GIS技術(shù)，對榮成市資源環(huán)境承載力評價(jià)，結(jié)果顯示，榮成市土地資源環(huán)境基礎(chǔ)性評價(jià)為可載，基于水資源系統(tǒng)的綜合承載狀態(tài)判定為臨界，基于生態(tài)條件與環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)的綜合承載狀態(tài)判定為可載。應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)土地資源節(jié)約集約利用，提升綜合承載力，促進(jìn)水資源供需平衡。在綜合分區(qū)規(guī)劃引導(dǎo)過程中，以區(qū)域資源環(huán)境承載力評價(jià)為基礎(chǔ)，合理引導(dǎo)，立足保障，促進(jìn)科學(xué)發(fā)展，提高資源環(huán)境綜合承載力，使人口、資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，獲取最大的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。