（环境科学专业论文）基于gis和rs的晋城市生态环境敏感性评价研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 数据库；遥感数据的信息优势与地理信息系统的空间分析优势相互结合， 相互补充，建立实用的环境信息系统( e i s ) 。 研究采用层次分析法，应用空间分析技术，对各个生态敏感性影响因 子进行加权叠加，得出综合敏感性指数，然后依据分级标准，将晋城地区 按照按生态敏感度综合值的高低为5 级极敏感区、高度敏感区、中度敏感 区、轻度敏感区和不敏感区。并在深入分析晋城地区生态问题及其形成因 素的基础上，提出了改善该地区生态敏感性对策和建议，为研究区生态环 境保护、产业布局以及环境管理提供科学的参考与技术的支撑。 关键词：生态环境敏感性，土壤侵蚀敏感性，生境敏感性，地质灾害 敏感性，地理信息系统，遥感，晋城市 太原理上大学硕士研究生学位论文 s t u d yo ng i s & r s b a s e de v a l u a t i o no f e g o e n v i r o n m e n t a ls e n s i t i v i t yi nj i n c h e n g a b s t r a c t t h ee v a l u a t i o no fe c o e n v i r o n m e n t a ls e n s i t i v i t yi ss t u d i e dt h r o u g h a n a l y z i n ga n t i - i n t e r f e r e n c ea b i l i t i e so fv a r i o u sr e g i o n sf r o me c o - e n v i r o n m e n t a l s y s t e mp o i n to fv i e w i ti sa ni m p o r t a n tc o n t e n tt ot h ea n a l y s i sa n de v a l u a t i o n o f e c o s y s t e ma n di st h eb a s i so fa ne c o l o g i c a lz o n i n g b ye v a l u a t i n gt h ea c t u a l r e g i o n a le c o e n v i r o n m e n t a ls e n s i t i v i t y ；t h i sd i s s e r t a t i o ns h o w sar e a l i t yo fg r e a t s i g n i f i c a n c et ot h ee c o l o g i c a lf u n c t i o nr e g i o n a l i z a t i o n ，a sw e l la st ot h e d e v e l o p m e n to fu r b a np l a n n i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o np l a n n i n g t h ee m e r g e n c e p r o b a b i l i t yo f e c o e n v i r o n m e n t a li s s u e so f t e nd e p e n d so n t h es t r e n g t h ，d i s t r i b u t i o n ，a n dc o m b i n e di m p a c to fan u m b e ro fe n v i r o n m e n t a l f a c t o r s i nt h i ss t u d y , s y s t e m i cp r o j e c ti d e a s ，i na c c o r d a n c ew i t ha h pw i l lb e a p p l i e dt oc o n s t r u c tat a r g e t - c r i t e r i o n i n d e xs y s t e m m e a n w h i l e ，t h es t u d yi s c a r r i e do u t b yf o r m i n gas t a n d a r d i z e di n d e xs y s t e mm a i n l yw i t hs o i le r o s i o n ， h a b i t a t ，g e o l o g i c a lh a z a r df a c t o r s ，a n dat e c h n i q u ef r a m e w o r k w i t hs t a t i s t i c s ， g i s & r s t e c h n o l o g y t h ei n t e g r a t i o no fr e m o t es e n s i n ga n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m si sa d e v e l o p m e n t a lt e n d e n c ys i n c et h e1 9 9 0 s r s g i s g p s ( 3 - st e c h n o l o g y ) i st h e f r o n t i e ra r e ao fm u c hs c i e n t i f i cr e s e a r c hi n c l u d i n gt h ee n v i r o n m e n t a ls c i e n c e i n t h i sp a p e r ，w es t u d yt h ec o r ee c o l o g i c a li s s u e ，s e n s i t i v i t ye v a l u a t i o n ，f r o m i i i 太原理i ：大学硕士研究生学位论文 f a c t o r ss u c ha ss o i l ，v e g e t a t i o n ，c l i m a t e ，t o p o g r a p h y ，b i o l o g i c a ld i v e r s i t y , a n d m i n e r a lt oa n a l y z et h er e s p o n s eo f r e g i o n a le c o s y s t e m st oh u m a na c t i v i t i e si na t a r g e t e dm a n n e r b yu s i n go fr s ，w h i c hp r o v i d e sq u i c ku p d a t ea n dv a r i o u s f o r m so fd a t af r o mm a c r ot om i c r o ，w ee x t r a c t e df r o mt h es t u d ya r e af o rl a n d u s e ，v e g e t a t i o nc o v e ra n do t h e ri n f o r m a t i o nt h r o u g ht mi m a g ep r o c e s s i n g w i t h t h es u p p o r to fg i s ，w h i c hi sa p o w e r f u lu s eo fs p a t i a la n a l y s i sa n dd a t a m a n a g e m e n tf u n c t i o n ，v a r i o u st y p e so fn e c e s s a r yd a t a ，i si n t e g r a t e di n t o g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd a t a b a s ec o r r e s p o n d i n gt oi t sf o r m a t i n f o r m a t i o n s u p e r i o r i t yo fr s d a t aa n d s p a t i a la n a l y s i ss u p e r i o r i t yo fg i sc o m b i n e d w i t h e a c ho t h e r ，u s e f u le n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( e i s ) i se s t a b l i s h e d u s i n ga n a l y s i st e c h n o l o g ya n da h p , c o n s i d e r i n gt h ew e i g h t e d s u p e r p o s i t i o no fs e n s i t i v i t yf a c t o r s ，a n dt h e nb a s e do nc l a s s i f i c a t i o nc r i t e r i a ，w e c la s s i f i e dj i n c h e n gf o rt h ef i v el e v e l sa c c o r d i n gt ot h ee c o e n v i r o n m e n t a l s e n s i t i v i t yc o m p r e h e n s i v ei n d e xv a l u e ，a n dt h e ya r ee x t r e m e l ys e n s i t i v ea r e a s ， h i g h l ys e n s i t i v ea r e a s ，m o d e r a t e l ys e n s i t i v ea r e a s ，m i l ds e n s i t i v ea r e a sa n d i n s e n s i t i v ea r e a s f u r t h e r m o r e ，o nt h eb a s i so fi n d e p t ha n a l y s i so fr e g i o n a l e c o l o g i c a lp r o b l e m sa n df o r m a t i o nf a c t o r s ，p r o p o s a lh a sb e e np u tf o r w a r dt o i m p r o v et h ee c o e n v i r o n m e n t a ls e n s i t i v i t yp r o b l e m s ，a n dv a l u a b l er e f e r e n c e st o t h ee c o l o g i c a lp r o t e c t i o na n di n d u s t r i a ll a y o u to ft h i sr e g i o na r ef i n a l l yp r o v i d e d k e yw o r d s ：e c o e n v i r o n m e n t a ls e n s i t i v i t y , s o i le r o s i o ns e n s i t i v i t y , h a b i t a ts e n s i t i v i t y ，g e o l o g i c a lh a z a r ds e n s i t i v i t y , r s ，g i s ，j i n c h e n gc i t y i v 声明户明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名： 嗜二，) ( 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为：目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名： 导师签名： 哩必 日期：! 鱼 日期：一一剑：至! ! 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 选题背景与研究意义 第一章文献综述弟一早义献琢怂 2 0 世纪下半叶以来，随着全球社会经济快速发展和人口迅速增长，人类对生态资源 的开发加快、消耗飙升，对生态的破坏越来越严重，水土流失、干旱洪涝、沙尘暴、泥 石流、水污染、大气污染、垃圾等问题都在威胁着人类的健康和发展，威胁着人类生存 的环境，同时带来相当大的经济损失【l 】。在我国，森林植被破坏、土地退化、生物多样 性减少，生态平衡失调等问题正在由局部扩展到更大范围，从流域的一部分扩展到全流 域。全国平均每年新增水土流失面积1 0 万k m 2 ，土地荒漠化每年以2 4 6 0k m 2 的速度扩 展，草场退化每年以2 0 0 万h m 2 的速度增加，生物多样性受到严重破坏，全国有1 5 , - - 2 0 的动植物种类生存受到威胁，高于世界1 0 - - , 1 5 的平均水平【2 1 。据世界银行估计，中国 大气污染与水污染的损失约占当年g d p 的7 8 ( 未包括固体废弃物污染和生态破坏) 。 按照生态破坏损失是污染损失的2 倍来推算，我国生态环境破坏的总损失约占g d p 的 2 3 左右 3 1 ，已经严重影响了可持续发展能力。如何改善生态环境并使之与经济发展相 适应从而达到可持续发展是当前函需解决的问题。 环境和发展是可持续发展的主要目标。生态敏感性高的区域易产生生态环境问题， 极大地制约着社会可持续发展能力，因而是生态环境保护与恢复的重点。目前国内外对 生态系统敏感性的研究日益重视，进行生态敏感性分析，制定生态环境保护规划，指导 区域社会经济发展是目前世界各国和地区普遍采用的战略1 4 1 。 山西省是我国最典型的资源大省，矿产资源丰富，以之为依托的资源集约式经济高 速发展，同时为满足其需求，对自然资源的掠夺式开采造成的环境污染、水土流失、地 质灾害日益严重，生态环境脆弱【5 j 。实施可持续发展战略，制定科学合理的生态保护规 划必然是山西省未来发展的自身需求和选择生态敏感性分析对山西省的生态保护有重 要的意义。因为山西省多属于生态环境状况较差，资源量大但异质度高，人为影响大的 区域，生态形势堪忧的地区在全省范围内所占比例较高，受到人为因素影响一旦过度将 很难有效或者快速地恢复。所以在生态规划前对各生态环境问题间的相互关系及其区域 分异规律研究并划定生态敏感区极为重要，甚至能对区域总体生态规划起决定性的作 用，对各敏感区制定的保护措施也将决定其生态环境质量的高低。 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 本文针对生态环境研究中的核心问题一生态敏感性，以山西省生态保护重点地区晋 城市为研究对象，尝试在生态环境敏感性评价中融入地理信息系统技术和遥感技术，以 解决过去在评价中单一化、效率低，精度差等问题，实现生态环境敏感性评价的信息化、 科学化；通过构建a r c g i s 地理信息系统平台基础，实现g i s 空间建模，进行生态环境 敏感性评价，为具有针对性地制定预防和治理生态环境问题的区域政策、优化区域社会 经济布局以及环境管理与决策提供科学依据与技术支持。 1 2 国内外生态功能区划和生态敏感性研究进展 1 2 1 国内外生态区划研究进展 随着全球和区域社会经济的发展和人类活动的加强，自然生态系统越来越多的受到 人类的干扰，生态环境恶化成为制约社会进一步发展的瓶颈。如何改善生态环境质量使 之与经济发展相适应，同时最大程度满足人类日益增长的对环境适宜度的需要，从而达 到可持续发展是当前亟待解决的问题。这就需要分析人和生态环境间的主次关系，区分 不同区域的主要生态问题，为合理布局工农业生产，为区域经济的发展和环境保护政策 的制订提供科学依据，生态功能区划正是因此目的而生的。 最早期的区划是方便于人类管理的行政区划，从1 9 世纪初至1 9 世纪末近百年的时 期内，区划进入了自然区划的阶段。德国地理学家洪堡德( a v o n h u m b o l d t ) 首创了世 界等温线图，并把气候与植被的分布有机地结合起来。与此同时，霍迈尔( h q h o m m e v e r ) 也发展了地表自然区划的观念以及在主要单元内部逐级划分的概念，并设 想出4 级地理单元，从而开创了现代自然区划的研究。然而由于缺乏对其内在规律的认 识和了解，早期的区划主要停留在对自然界表面的认识上。区域划分的指标也只采用单 一的因素( 气候，地貌等) 1 6 , 7 】，缺乏整体或综合的观点。 1 8 9 8 年，m e r r i a m 对美国的生命带和农作物带进行了详细的划分，这是人们首次以 生物作为自然区划的依据，可以说是生态区划的雏形。1 8 9 9 年俄国地理学家d o k u c h a e v 将自然地带( 或称景观地带) 的概念发展了生态区( e c o r e g i o n ) 的概念，指出“气候、 植物和动物在地球表面上的分布，皆按一定的严密的顺序，由北向南有规律的排列着， 因而可将地球表层分成若干个带”。1 9 0 5 年英国生态学家h e b e r t e o n 指出进行全球生态 区划的必要性和人类发展分布的重要性，并首次对全球各主要区域单元进行了区划和介 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 绍。随后许多生态学家和地学家也日益关注生态区划的重要性，并投入到生态区划的研 究工作之中。1 9 3 5 年英国生态学家坦斯利( t a n s l e y ) 提出了生态系统( e c o s y s t e m ) 的 概念，并指出生态系统是各个环境因子综合作用的结果。之后大量研究的开展使人们对 生态系统的形成、演化、结构和功能以及影响生态系统的各环境因子有了较为充分的认 识。在此基础上，以植被为主体的自然生态区划方面的研究工作全面展开，并以气候( 主 要是水热因子) 作为影响生态系统( 植被) 分布的主导因子，确立了一系列划分自然生 态系统( 植被) 的气候指标体系。 真正意义上的生态区划方案是美国生态学家b a i l e y l 8 】于1 9 7 6 年首次提出的。他从生 态系统的观点出发，对各个组分进行整合，提出了美国生态区域的等级系统，并编制了 1 ：7 5 0 万美国生态区域图，按地域( d o m a i n ) 、区( d i v i s i o n ) 、省( p r o v i n c e ) 和地段( s e c t i o n ) 4 个等级进行划分。此后，各国生态学家对生态区划的原则和依据以及区划的指标、等 级和方法等进行了大量的研究和讨论，并在国家和区域的尺度上进行各种生态区划。而 在全球尺度上，b a i l e y t 9 】在长期的区划工作基础上于1 9 9 6 年提出了生态系统地理学 ( e c o s y s t e mg e o g r a p h y ) 的概念，采用生态系统地理学的方法研究对生态区域进行划分 的必要性和可能性，并利用整合观点对全球的陆地和海洋生态地域进行了划分，分别编 制了陆地和海洋的生态区域图。 然而这些区划工作主要是从自然生态因素出发，几乎没考虑人类所起的作用。由于 近年来人口的急剧膨胀和人类经济活动的加剧，引起了一系列严重的生态恶化问题，各 国生态学家越来越重视生态环境的区划，并认识到以前各种自然区划的局限性，开始关 注人类活动在资源开发和环境保护中的作用和地位。同时随着人们对全球及区域生态系 统类型及其生态过程的认识和深入，生态学家开始了广泛应用生态区划与生态制图的方 法和成果，阐明生态系统对全球变化的响应，分析区域生态环境问题形成的原因和机制， 并进一步对生态环境进行综合评价，为区域资源的开发利用、生物多样性的保护，以及 可持续发展战略的制定等提供科学的理论依据，生态区划和生态制图从而成为宏观生态 学研究的热点。 在我国，虽然现代自然区划工作起步较晚，但在自然区划研究方面进行了大量的工 作，并取得了丰硕的成果。竺可桢【1 0 1 于1 9 3 1 年发表的“中国气候区域论”标志着我国 现代自然区划的开始。黄秉维于2 0 世纪4 0 年代初首次进行了对我国的植被区划，将全 国植被划分为2 6 个区。1 9 5 0 年以后，我国在自然区划研究方面进行了大量的工作，并 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 取得了丰硕的成果。在2 0 世纪五六十年代，为了弄清我国自然资源的底子，我国自然 工作者在全国范围内对自然资源进行了全面的调查，在调查分析的基础上对我国各自然 要素和综合自然地理进行了大量的区划工作，并提出了一系列符合中国自然地域的区划 原则和指标体系【i 1 , 1 2 ，其中最具影响和最为完整的是中国科学院自然区划工作委员会于 1 9 5 9 年编写出版的中国综合自然区划( 初稿) ，它不仅涵盖了地貌、气候、水文、土 壤和植被等八个部门，并明确区划的目的是为农、林、牧、水等事业服务，拟订了适合 中国特点又便于与国外相比较的区划原则和方法。该方案较为系统和全面，一直是农， 林，牧、水，交通运输及国防等有关部门查询、应用和研究的重要依据，在全国影响较 大。1 9 6 1 年任美愕和杨纫章【1 3 j 针对区划指标应否统一，对指标数量分析如何评价，区 划等级单位的拟定和各级自然区域命名等问题提出了与黄秉维方案不同的见解。侯学煜 等1 9 6 3 年提出了以发展农，林，牧，副、油为目的的自然区划，并提出了一些全国农 业区划的方案。进入2 0 世纪8 0 年代，各单项区划和综合自然区划方案更加趋于完善 u 4 1 9 j 。然而这些区划主要是依据客观自然地理的分异规律，按区内结构的相似性和区际 的差异性所进行的自然区划。与此同时，人们也逐渐认识到单纯以特征区划为主的自然 区划已满足不了社会经济发展的需求。8 0 年代初，我国自然工作者开始在区划中引进生 态系统的观点，应用生态学的原理和方法，对生态区划进行一般性的讨论，并开展了一 些区域性的生态区划工作。1 9 8 8 年侯学煜f 2 0 j 发表出版了中国自然生态区划与大农业 发展战略著作，成为中国最早直接冠以“生态区划 的全国性研究成果。该书从宏观 和微观两方面对自然生态区划的原则和依据进行了详细的论述，而且首先按温度的差异 将我国划分为6 个温度带，然后根据植被分布( 生态系统) 的地域差异将全国划分为2 2 个生态区，并根据各生态区自然资源的特点，为各个区域的大农业发展方向提出了意见。 上世纪9 0 年代中期以后，随着人们对全球及区域生态系统类型及其生态过程认识 的深入，人地、人水等资源供需矛盾，严重制约了一些区域社会经济的持续发展。如何 协调日益突出的发展与生态环境保护的矛盾，维护区域生态安全，促进区域社会经济的 持续发展，己是我国目前亟待解决的问题。进行全国性的生态环境综合区划是制订区域 生态环境保护与建设规划的科学基础，可以为区域资源开发和生态环境保护决策提供科 学依据。因此在全国范围内运用现代生态学理论，充分考虑生态过程、生态系统特征， 在深入研究区域环境问题的形成机制与生态环境敏感性、生态系统服务功能分布规律的 基础上进行生态环境综合区划，显得日益重要和急迫。为此，国内研究人员从为制订区 4 太原理： 大学硕士研究生学位论文 域经济发展政策、合理开发利用自然资源和生态环境保护提供科学的理论依据的角度出 发进行了全国生态区划的相关研究【2 l j ，在此基础上建立我国生态环境综合区划的原则、 方法和指标体系，制定了全国生态环境综合区划方案，提出综合整治对策。如欧阳志云 等f 2 2 彩】进行了以海南省为例的生态环境敏感性和生态系统服务功能重要性的评价，并相 继完成了中国生态环境敏感性及区域差异、中国水土流失敏感性分布规律区划、中国生 态环境胁迫区划等一系列工作，初步揭示了中国生态环境敏感特征及人类活动对生态环 境的影响规律；杨勤业等等则进行了全国生态地域的基本分区研究；傅伯杰等 2 7 1 在此 基础上提出了全国生态区划，将全国划分为3 个生态大区，1 3 个生态地区，5 4 个生态 区。该区划方案充分考虑了我国生态系统的服务功能和敏感性，人类活动对自然生态系 统的影响和改造等因素，揭示了不同生态区的生态环境问题及其形成机制，为正确认识 我国生态环境特征及不同区域经济发展和环境保护政策的制订提供了依据，也为各区域 进一步开展区域生态功能区划建立了宏观框架。此外，中国环境科学研究院在对黑河流 域的规划中，还提出了生态承载力的观点并以其为指标对黑河流域进行了生态功能区划 【2 引，对生态功能区划方法和指标体系进行了尝试性的探索。 为了能更有效地指导全国各区域生态环境建设与保护工作，协调区域经济发展与生 态环境保护的矛盾，促进区域可持续发展，2 0 0 1 年国家环境保护局在组织完成西部地区 生态环境现状调查工作后，以甘肃省为试点开展了省域生态功能区划。在试点工作的基 础上，国家环境保护局于2 0 0 2 年组织中国科学院生态环境研究中心编制了生态功能 区划暂行规程【2 9 1 ，对省域生态功能区划的般原则、方法、程序、内容和要求作了规 定，用以指导和规范各省开展生态功能区划，并陆续部署西部其他省区和中东部地区各 省( 自治区、直辖市) 开展生态功能区划，为制定区域生态环境保护与建设、维护区域 生态安全、促进社会经济可持续发展提供科学依据，为环境管理和决策部门提供管理信 息和管理手段。 1 2 2 国内外生态敏感性研究进展 目前国内外对生态系统敏感性的研究比较重视，根据生态系统敏感性研究对象的不 同，将生态敏感性分析大致分为3 类：一是针对某一单一的生态环境问题的敏感性分析； 二是场地的景观生态敏感性分析；三是城市生态敏感性的分析。 国外关于生态环境敏感性方面的研究开展较早，主要研究包括雨林对选择性伐木的 5 太原理 二大学硕士研究生学位论文 生态敏感性【30 1 ，大陆架生态敏感性【3 ，关于水文系统对气候变化的敏感性研究【3 2 】，农 业和气候的敏感性【3 3 】，湿地和湿地植物对于气候变化的敏感性f 3 4 】，以及根据大量目标结 果决定的空间相似模型制订生态敏感性区域指标f 3 5 1 。这些研究着重于在大区域、大尺度 的自然因素( 地貌和气候等) 条件下，生态要素的变化( 人为破坏或者自然演化) 对区 域生态环境产生的影响，不仅为区域生态环境协调发展提供了依据，同时也给我国学者 在进行生态环境敏感性研究的过程中提供了重要的参考。如杨志峰【3 6 】等进行了城市生态 敏感性研究。在大尺度的生态系统敏感性综合评价研究方面，欧阳志云等【8 j 在分析中国 的主要生态环境问题基础上，探讨了中国生态环境敏感性的区域分异规律；刘康等【3 7 j 选择水土流失、沙漠化、盐渍化敏感性等指标，同时考虑了各指标的发生机制，利用多 因子综合并结合g i s 空间分析方法，辨识了甘肃省的生态环境敏感区域；汤小华等【3 剐 以福建省域生态系统为研究对象，在生态环境敏感性评价的基础上，形成了福建省生态 功能区划方案。万忠成等【3 9 l 根据辽宁主要生态环境问题的形成机制，分析了生态系统敏 感性的区域分异规律，并对多种生态环境问题的敏感性进行了综合分析。 进入二十一世纪，随着生态理论和计算机技术的日趋成熟，在生态研究中结合使用 g i s 和r s 技术的科学性与优越性越来越受到重视。杨晶等【4 0 j 选取了2 0 0 5 年的i k o n o s 高分辨率遥感影像作为数据源，在a r c g i s 支持下对荆州市区生态环境系统敏感性进行 了综合分析与评价，并对各区域提出了相应的生态环境保护对策；张春梅等【4 l 】以重庆市 璧山县为例，以t m 遥感影像为主要数据源，对土壤侵蚀进行遥感调查与监测，建立了 生态敏感性评价指标体系，对区域生态敏感性进行综合评价，明确了生态敏感性分布规 律及其地域差异，还进一步提出了生态恢复与重建对策。 1 2 3 生态研究中g i s 和r s 的应用进展 遥感与g i s 是今天包括环境科学在内的许多应用科学研究的前沿领域。遥感技术提 供了快速更新的、从宏观到微观的各种形式的数据，而g i s 则利用强大的数据管理和空 间分析功能使得大量的遥感数据在各个领域得到充分利用。 国际上，利用遥感技术与地理信息系统技术进行了大量卓有成效的生态环境评价方 面的工作1 4 2 m 】，如土地利用、土地覆盖、植被监测、水土资源调查、土壤侵蚀强度分析 等。1 9 7 4 年日本国土地理院【4 5 】开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数 据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息；瑞典1 4 6 1 在中央、区域和城 6 太原理工人学硕士研究生学位论文 市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规 划信息系统等；美国农业部，国家海洋大气管理局，宇航局和商业部合作在1 9 7 4 , - q 9 7 7 年进行了大面积农作产量进行估算，其精度达到9 0 以上；1 9 8 0 1 9 8 6 年又开展了全球 性的农业资源的空面遥感调查计划( a g 刚s t a r s ) ，目前己建成了集成化的运行系统； 近年来还完成了美国1 ：1 0 0 万比例尺和全球范围的土地覆盖数据集。加拿大也已经基本 上实现了利用遥感、地理信息系统对全国实现周期性的宏观资源调查、更新与制图，并 由此带来了巨大的经济、社会和环境效益。随后，g i s 与卫星遥感技术相结合开始用于 全球性问题的研究，如全球变化和全球监测、全球沙漠化、全球可居住区评价、厄尔尼 诺现象及酸雨、核扩散及核废料等。 在我国，中科院遥感所高志强、刘纪远【4 7 】等人经过3 年的工作，运用g i s r s 技术， 以美国陆地资源卫星遥感影像作为数据源，完成了国家资源环境的组合分类调查，建立 了“国家资源环境数据库”，完成了典型地区的资源环境动态研究，对中国基本资源环 境的现状进行了充分分析，充分显示了利用g i s r s 技术对国家资源环境调查和动态监 测的优越性在城市生态敏感分析研究中，黄光宇教授【4 8 j 以广州科学城发展用地的生态适 宜度、生态敏感性分析评价为例，运用g i s 技术研究生态规划在城市规划中应用的方法 与程序，探讨了我国城市规划与生态规划相结合的问题和可能途径；南京大学尹海伟、 徐建刚等【4 9 】利用g i s 的矢量叠加技术对吴江市东部地区作了生态敏感性区划并提出了 分区保护与建设的建议，为研究区的空间功能区划和生产力布局提供有价值的参考；香 港大学的叶嘉安，同济大学的宋小东、钮心毅和中山大学的黎夏等【5 0 】以g i s 的应用为核 心，探讨了传统方法和g i s 技术的结合，在对规划的背景分析、预测、评价、决策等方 面的支持，其研究涉及到遥感监侧、土地的适宜性评价、景观仿真、空间相互作用模型 等领域，对城市规划及相关领域的科研、规划方法和技术的改进、促进发展、提升都起 到了积极作用：高志强f 5 1 】以遥感影像为数据源，利用g i s 技术建立环境数据库，对中国 各省市区的土地资源进行了生态环境质量评价，并用相关分析方法及关系曲线分析了中 国土地资源生态环境质量同人口分布的关系；黄家柱等1 5 2 】利用遥感与g i s 技术，对长江 三角洲地区的土地资源、长江岸线资源和滩涂资源以及太湖水环境进行动态监测，建成 了以乡为基本统计单元的长江三角洲地区地理数据库和专题数据库，为环境监测与管理 以及城镇建设规划提供了科学依据和决策咨询。 综上所述，利用g i s 进行数据处理与空间分析，可以克服传统方法的不足，实现生 7 太原理：r 大学硕士研究生学位论文 态环境信息分析的空间与属性信息一体化分析与综合处理的功能提高生态环境敏感性 分析与评价的精度。生态环境的监测与分析的效率高、成本低、精度高，以及用途广等 方面的优越性，以及获取准确、有效的环境数据，应用合适的分析方法，利用模型将区 域环境因素系统化，可以科学合理地进行区域生态分析和评价。 1 3 研究内容及技术路线 本文以遥感及研究区域现状资料为基础，通过对生态敏感性研究的理论、方法的探 索，利用地理信息系统对山西晋城地区进行生态敏感性评价，旨在为该区域生态功能区 划、生态环境保护与治理、环境科学管理与决策以及创造和谐的人居环境提供科学依据 与技术支持。 1 3 1 研究内容 ( 1 ) 对遥感影像进行分类，提取出土地利用与植被覆盖信息，结合晋城地区行政 区划图、生态现状图和实际勘测数据，在a r c g i s 中建立地理信息数据库作为敏感性评 价的基础数据源。 ( 2 ) 基于对晋城地区区生态环境现状的分析，从生态学角度构建评价指标体系， 并确定对应生态敏感性因子及其指标权重。 ( 3 ) 利用相关数学模型和g i s 空间分析功能，对各个因子进行分析与评价。同时 结合国家相关标准和已有研究成果，构建量化函数，进行综合评价、等级划分与结果输 出。 ( 4 ) 根据晋城生态系统敏感性评价结果对该地区进行生态敏感性程度划分，并对 不同区域分别提出其相应的生态保护意见和发展方向，为当地的社会经济发展和生态环 境保护规划提供参考依据。 1 3 2 技术路线 根据生态环境敏感性评价研究的目标与内容，确定本次研究的技术路线见图1 1 ： 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 理论及厅理工f 乍路! 技术方法及标准 图1 1 晋城生态环境敏感性评价研究的技术路线 f i g 1 1t e c h n o l o g yr o a d m a po f t h es t u d yo ne c o e n v i r o n m e n t a ls e n s i t i v i t ye v a l u a t i o ni nj i n c h e n g 9 太原理t 大学硕十研究生学位论文 2 1 相关概念 第二章区域生态敏感性分析的理论和方法 2 1 1 生态环境系统和生态功能区划 在一定范围内由生物群落中的一切有机体与其环境组成的具有一定功能的综合统 一体称为生态系统。在生态系统内，由能量的流动导致形成一定的营养结构、生物多样 性和物质循环。换句话说，生态系统就是一个相互进行物质和能量交换的生物与非生物 部分构成的相对稳定的系统，它是生物与环境之间构成的一个功能整体，是生物圈能量 和物质循环的一个功能单位【5 3 1 。生态系统一般在系统结构、过程、功能等方面保持生态 类型的完整性。 生态环境系统与生态系统从根本上说是研究一个事物的两个方面。生态环境系统是 以人类社会为中心的，支撑人类社会经济与农业可持续发展的，由一定区域范围内生物、 土壤、水体、空气、地质、地貌等在内的生态环境要素组成的综合系统，主要从系统所 呈现的状态和系统为人类所提供的服务功能及其变化趋势等方面去认识、理解和研究。 生态环境系统不必考虑生态类型的完整性，而是从不同空间尺度层次的区域上去界定不 同等级的研究对象，作为研究对象是区域性的。 生态区划是生态环境保护规划的一项基本内容。生态区划是指在对生态系统客观认 识和充分研究的基础上，应用生态学原理和方法，揭示自然区域的相似性和差异性规律 以及人类活动对生态系统干扰的规律，以基本的生态环境区域类型为单元，进行整合和 分区。虽然生态区划是在各自然区划的基础上发展起来的，但它与各自然区划不同，不 仅考虑了自然环境特征和过程，也考虑人类活动的影响。 生态功能区划是根据区域生态环境特征、生态环境敏感性和生态系统服务功能的空 间分异规律，将区域划分为不同的生态功能单元的研究过程。生态功能区划是在我国生 态环境综合区划框架下进一步对区域生态功能的划分，是我国生态区划体系中的综合功 能区划，其目的是正确认识区域生态环境的特征及生态环境敏感性和生态系统服务功能 的空间分异规律。生态功能区划正是以生态区划为直接基础的，以生态环境系统为研究 对象，根据生态系统的主要生态功能进行区域划分1 5 引。 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 2 生态敏感性 生态敏感性分析是生态系统分析与评价中的一个重要的内容和方法。生态系统敏感 性是指生态系统对人类活动反应的敏感程度，用来反映产生生态失衡与生态环境问题的 可能性大小，具体说就是在同样的人类活动影响或外力作用下，各生态系统出现区域生 态环境问题( 如水土流失、沙漠化、生物多样性受损和酸雨等) 的概率大小，表明一个 区域发生生态环境问题的难易程度、可能性大小及恢复的速度【2 2 】。生态敏感性的强弱通 常以不降低环境质量或者不破坏环境的情况下，生态因子对外界压力或变化的适应能力 以及其遭受破坏后的恢复能力的强弱和快慢来衡量。它是综合评价一个区域生态环境质 量、人口负荷、土地利用合理程度及经济发展状况的综合性指标，是生态系统对各种环 境变异和人类活动反应的敏感程度，用来反映产生生态失衡与生态环境问题的可能性大 小，是这个区域生态环境规划与管理的基础e 2 2 , 5 5 】 在自然状况下各种生态过程维持着一种相对稳定的藕合关系，保证着生态系统的相 对稳定，而当外界干扰超过一定限度时，这种平衡关系将被打破，某些生态过程会趁机 膨胀，导致严重的生态环境问题。因此，生态环境敏感性分析实质就是评价具体的生态 过程在自然状况下潜在的产生生态环境问题的可能性大小，用来表征外界干扰可能造成 的后果【56 5 7 】。敏感性高的区域易产生生态环境问题，是生态环境保护与恢复的重点。因 此，其评价对于分析区域生态系统的稳定性，确定生态系统保护的重点具有重要作用。 从规划角度而言，在生态规划中生态敏感性分析是适宜性分析模型中的一种，如果选取 适宜度因素和和确定等级时采用影响生态敏感性的生态因素和敏感等级，其结果表明了 规划区生态敏感的程度，就称为生态敏感性分析【5 8 1 。 进行生态敏感性分析的最终目的是，通过对区域环境的生态分析，进行科学规划， 保护好研究区域范围内的高敏感地区，合理开发敏感性弱的区域，达到既满足人类所需 又实现生态环境破坏的最小化及资源的可持续发展的和谐统一。 2 2g i s 和r s 技术概述 生态敏感性分析是一个复杂的过程，影响因素很多，诸多因素之间又互相影响、互 相制约，而且它们之间的关系都是非线性的，数值计算复杂，随着现代计算机手段、地 理信息系统技术的发展，为复杂的生态关系的分析提高了有利的工具和技术手段，可以 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 节省人力、物力和财力，使计算过程精确、简单、输出结果清晰、明了。 2 2 1g i s 概述 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是在计算机硬件和软件支持下， 运用地理信息科学和系统工程理论，科学管理和综合分析各种地理数据，提供管理、模 拟、决策、规划、预测和预报等任务所需要的各种地理信息的技术系统。 从计算机实现的技术角度看，地理信息系统是一个用于对地理数据进行采集、管理、 查询、计算、分析与可视表现的计算机技术系统。一般所指的地理信息系统是大型应用 软件系统。 g i s 与传统的管理信息系统( m l s ) 技术相比，具有较多的优势。例如，它能够把 空间信息与属性信息相结合，不仅使用户知道一个物体是什么，而且知道在哪里。此外， g i s 具有把时间和空间信息结合起来的能力，它可以对不同时间序列中的空间信息作出 直观的描述，并可以把查询与分析结果以声、图、文一体化的方式展现出来，其应用领 域已渗透到社会生活的各方面，对工农业建设、国民经济的发展和宏观经济决策，起到 了积极的作用。 从技术角度看，地理信息系统具有以下基本功龇f j m ： ( 1 ) 地理数据采集功能 将地球表层目标地物的分布位置与属性通过输入设备输入计算机，成为地理信息系 统能够操作与分析的数据的功能。这个过程称为数据采集。常用的数据采集方法包括计 算机键盘数据采集、手扶跟踪数字化法、地图扫描数字化，实测地图数据的输入和g p s 数据采集等。 ( 2 ) 地理数据管理功能 地理数据管理功能主要包括地理属性数据管理与地型中问数据管理。在地理属性数 据库中，地理数据的组织一般分为四级：数据项、记录，文件和数据库，地理属性数据 管理对象包括属性数据项、属性数据记录和属性文件。随着可视化技术的发展，属性数 据文件经常采用表格形式出现。空间数据的管理包括空间数据的编辑修改和检索查询。 空间数据与属性数据之间的双向查询检索是地理数据管理最重要的功能之一。空间数据 与属性数据之间的查询，是通过属性记录和空间记录中的关键字，把空间数据与属性数 据联络在一起，从而实现数据库中空间数据和属性数据的连接、检索和查询。 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 3 ) 空间分析与属性分析功能 空间分析功能是地理信息系统的核心。分析功能主要依赖于地理信息模型来实现。 模型是对地去客观事物和现象的概括与抽象。模型借助于实物、文字、符号、数学公式 或图表等来刻画和表征。按照地理信息模型作用对象的不同，地形信息模型分为两种类 型： 空间数据分析模型：其操作的对象为空间数据。按空间数据结构的结构不问，可以 把空间数据分析模型分为基于矢量数据的分析模型和基于栅格数据的分析模型。经常使 用的基于矢量数据的分析模型包括拓扑叠加( o v e r l a y ) 模型、定距离空间搜索( b u f f e r ， 又称缓冲区分析) 模型、地理网线分析( n e t w o r k ，又称网络) 模型等；基于栅倍数据 的空间分析模型主要有数字地面模型( d i g i t a lt e r r a i nm o d e l s ) 等。通过数字地面模型产 生的有序数字集合，可以刻画