（水工结构工程专业论文）基于GIS的南宁市城市水生态系统建设规划研究.pdf

y1 73 帆8 帆6 4 3 帆 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：幸丈蒿 1 0 年6 月日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： f d 即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名赘叉惫 导师签名：o 秒年6 月形日 赢菇扣，、 基于gis 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 摘要 随着社会经济飞速发展，城市规模不断扩大，人工构筑物不断增加，城 市内河水系不断萎缩，内湖富营养化不断加重，水环境质量不断恶化，城 市水生态系统不断衰退，人居环境品味不断下降，城市水生态系统已经成 为城市发展的制约因素。本文运用先进的g i s 技术方法和手段，对城市水 面适宜度进行评价，然后根据评价结果对城市水生态建设功能区进行规划， 以指导城市水面的建设和水资源的开发利用，实现经济发展和生态环境之 间的和谐统一，创造良好的人居环境，实现城市土地资源的合理配置，使 得城市持续、健康、稳定地发展。 首先基于城市水生态的相关理论，采用g i s 技术，对南宁市进行水面适 宜度进行分析，将南宁市水面适宜度分为严重不适宜、不适宜、一般适宜、 适宜和很适宜五个区域。然后，基于分析结果对研究区域的适宜和很适宜 区进行城市水生态功建设规划，将南宁市水生态建设划分八个功能区，即 邕江水源保护区、良凤江自然风光带、大王滩怡情养生带、相思湖景观文 化交融区、南湖亲水娱乐区、五象青秀山休闲旅游区、邕江沿岸文化 遗址带、八尺江特色风景带等，最后，对各个功能区进行规划。 将g i s 技术应用于城市水生态系统建设规划研究中，为城市的水生态建 设规划带来科学合理、便捷的技术手段，大大提高了城市水生态规划的科 学性、精确性、时效性和工作效率，因此本文研究成果对城市水生态系统 建设等方面具有重要的参考应用价值。 关键词：地理信息系统水生态系统水面适宜度水生态建设规划 u r b a nw a t e re c o s y s t e mc o n t i n u et od e c l i n e ，r e s i d e n t i a le n v i r o n m e n tk e e pt a s t e d e c l i n e ，u r b a nw a t e re c o s y s t e mh a sb e c o m et h eu r b a nd e v e l o p m e n tc o n s t r a i n t s t h i sa r t i c l ei sb a s e do nt h e s er e a l i s t i ca n dp r o p o s e d w h i c ha i m st o a p p l y 一 ， 一一 一 a d v a n c e dg i st e c h n i c a lm e t h o da n dm e a n s ，e v a l u a t et h eu r b a nw a t e rs u r f a c e s u i t a b i l i t yd e g r e e ，a n dt h e nt op l a nu r b a nw a t e rl a n d s c a p eb a s e do nt h e e v a l u a t i o nr e s u l t , t og u i d et h ec o n s t r u c t i o no fu r b a nw a t e ra n dd e v e l o p m e n ta n d u t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s ，i m p l e m e n th a r m o n i o u su n i t yb e t w e e ne c o n o m i c d e v e l o p m e n ta n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t s ，t oc r e a t eag o o dl i v i n ge n v i r o n m e n t f o rp e o p l e ，t or e a l i z e r a t i o n a la l l o c a t i o no fl a n d r e s o u r c e s ，m a d et h ec i t y d e v e l o p m e n ti nas u s t a i n e d ，h e a l t h ya n ds t a b l es t a t u s b a s e do nt h et h e o r yo fu r b a nw a t e re c o s y s t e m ，u s i n gg i st e c h n o l o g y , a n a l y z eu r b a nw a t e rs u r f a c es u i t a b i l i t yd e g r e eo fn a n n i n g ，a n dn a n n i n gm a yb e 一 一。 d i v i d e di n t or i v er e g i o n s ：s e n o u si n a p p r o p r i a t e ，u n s u i t a b l e ，g e n e r a l l ya p p r o p r i a t e ， i i s u i t a b l ea n dv e r ys u i t a b l e ，a n dt h e nb a s e do nt h er e s u l t s ，t h es t u d ya r e ai sv e r y s u i t a b l ea n ds u i t a b l ea r e a sc a nb em a d eu r b a nw a t e rl a n d s c a p e p l a n n i n g ， n a n n i n gc i t y , t h ew a t e rw i l lb ed i v i d e di n t oe i g h tf u n c t i o n a la r e a sl a n d s c a p e ： y o n g ji a n gr i v e rw a t e rs o u r c ep r o t e c t i o na r e a s ，l i a n g f e n gr i v e rn a t u r a ls c e n i c b e l t ，d aw a n gt a np l e a s i n gh e a l t hz o n e ，x i a n g s il a k ec u l t u r a le x c h a n g e b e t w e e nt h el a n d s c a p ea r e a ，s o u t hl a k eh y d r o p h i l i ce n t e r t a i n m e n td i s t r i c t , w u x i a n g 一一q i n g x i uh i l l l e i s u r e t o u r i s ta r e a s ，b a c h ir i v e rc h a r a c t e r i s t i c l a n d s c a p ez o n e ，a n de a c hf u n c t i o n a la r e ai sp l a n n e d i nt h i ss t u d y , g i st e c h n o l o g yi s a p p l i e dt ot h ec o n s t r u c t i o np l a n n i n go f u r b a nw a t e re c o s y s t e m s t u d y , b r i n gas c i e n t i f i ca n dc o n v e n i e n tt e c h n i c a lm e t h o d a n dm e a n st ot h ec o n s t r u c t i o np l a n n i n go fu r b a nw a t e re c o s y s t e m ，g r e a t l y e n h a n c et h es c i e n t i f i c ，a c c u r a c y , t i m e l i n e s sa n de f f i c i e n c yo f p l a n n i n g ，a n dh a v e i m p o r t a n tv a l u eo nm a k i n gr e a s o n a b l yp r a c t i c a b l es p e c i a lp l a n s k e y w o r d s ：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 ；w a t e re c o s y s t e m ；w a t e r s u r f a c es u i t a b i l i t yd e g r e e ；w a t e re c o l o g i c a lc o n s t r u c t i o n p l a n i i i 目录 摘要i a b s t r a c t 】：】： 第一章绪论1 1 1 课题的研究背景1 1 1 1 城市水生态系统建设必要性1 1 1 2g i s 技术在城市水生态系统规划中的应用价值2 1 2 研究目的和意义2 1 2 1 研究目的2 1 2 2 研究意义3 1 3 国内外研究综述4 1 3 1 城市水生态系统建设研究概况4 1 3 2g i s 在水生态方面的应用研究概况5 1 4 研究内容和技术路线6 1 4 1 研究内容6 1 4 2 研究路线7 第二章水生态规划研究的gis 技术平台及其优势8 2 1g i s 的功能与特点8 2 1 1g i s 的功能8 2 1 2g i s 的特点1 1 2 1 3g i s 的数据1 1 2 2g i s 软件的选择i 1 5 2 2 1g i s 软件的比较1 5 2 2 2a r c g i s 产品体系1 6 2 3g i s 技术在水生态系统建设规划中的优越性1 7 第三章研究区域概况1 9 痧 3 1 地理位置1 9 3 2 地形地貌2 0 i v 3 3 水文气候2 0 3 4 水资源2 0 3 5 河流情况2 l 3 6 社会经济2 2 第四章南宁市水生态系统规划的水面适宜度分析2 3 4 1 水面适宜度概述2 3 4 1 - 1 水面适宜度分析的意义2 3 4 1 2 水面适宜度分析方法2 4 4 1 - 3 水面适宜度分析影响因子的选择2 5 4 1 4 水面适宜度分析的技术路线2 6 4 2 水面适宜度的单因子分析2 6 4 2 1 理论依据及主要数据来源2 7 4 2 2 高程分析2 7 4 2 3 坡度分析3 0 4 2 4 降雨量分析3 2 4 2 5 植被覆盖分析3 2 4 2 6 水系分析3 6 4 2 6 土地规划分析3 8 4 3 水面适宜度综合分析4 0 4 3 1 权重值确定4 0 4 3 2 水面适宜度分析4 0 第五章南宁市水生态系统建设规划实例4 3 5 1 南宁市水生态系统建设规划定位及目标4 3 5 2 南宁市水生态建设功能分区规划4 3 5 2 1 划分原则4 3 5 2 3 划分体系4 4 5 2 4 功能分区及规划4 5 第六章总结与展望5 0 6 1 总结5 0 6 2 展望5 0 v 参考文献 致谢 攻读硕士学位期 v i 广西大学硕士学位论文基于g i s 的南宁市城市水生态系统建舒叫究划研究 第一章绪论弟一早珀下匕 1 1 课题的研究背景 1 1 1 城市水生态系统建设必要性 现代社会经济的高速发展，提高了人们生活水平，同时也给社会带来了很多问题。 城市不断扩张、人工建筑物持续增加、城市水域面积日益减少、水生态系统日趋衰退， 人居环境水平显著下降等，城市水生态已成为城市发展的制约因素，主要表现在以下几 个方面： ( 1 ) 防洪排涝安全不足。长期以来，我国的城市防洪排涝标准不高，南宁市在1 9 9 2 之前市区的防洪标准仅为2 0 年一遇，郊区为1 0 年一遇，1 9 9 2 年之后的防洪标准为2 0 5 0 年一遇，防洪能力依然较低。随着近年来城市规模不断扩大，混凝土地面大量增加，使 得下垫面大幅度改变。此外，公共设施建设跟不上城市发展的速度，使得排水设备不完 善，加上城市建设占用河岸河床用地，造成河道行洪受阻，威胁城市防洪排涝安全。 ( 2 ) 水环境质量恶化。城市大规模发展使得生活污水和工业废水排放增加，面污 染源控制不力、垃圾倾倒河流现象普遍，严重影响了城市河湖水体水质，并且影响了城 市景观环境，造成水环境质量恶化，水生态系统功能退化。 ( 3 ) 水面率低，水景观不被重视。城市用地寸土寸金，某些当地政府为了短期的 经济利益，填湖占地、缩窄河道以进行城市建设，严重减少了城市水面面积，造成市区 热岛效应加剧。在城市的规划建设中，重视高楼大厦的建设，不重视亲水景观，河湖沿 岸景观空间严重不足。 ( 4 ) 水文化建设力度不够，水经济得不到发展。现阶段，许多城市水行政部门对 水文化建设和水经济开发的重视力度不够，发展缓慢。一方面，城市历史文化底蕴得不 到体现，城市魅力展现不出来；另一方面，水权界定不明确，水交易概念模糊，供水市 场化难以实现，水资源容量占用得不到补偿。 ( 5 ) 城市水资源管理混乱。传统水资源管理部门的弊端主要是以条条为主、块块 为辅，条块分割严重；部门林立，缺乏综合管理，管理方式单一，手段落后。可以想象 这样的管理必然导致水资源开发利用缺乏经济合理性依据，难以实现其最优配置，难以 解决水环境恶化的问题。 虽然近年来国内外十分重视城市生态建设，相继提出了“园林城市”、“生态城市”、 广西大学硕士学位论文基于g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 “山水城市 等规划概念，但是在这些规划中并没有系统的认识水的综合作用，水仅仅 被作为城市复合生态系统中的资源需求和环境要素进行分析评价。我国城市水生态系统 建设形势不容乐观，我们必须意识到在城市规划中，水生态系统建设的重要性和紧迫性， 实现城市防洪排涝与供水安全、水环境质量明显改善、水景观协调舒适、水文化内容丰 富、水经济活跃的水生态系统建设目的。 1 1 2g l s 技术在城市水生态系统规划中的应用价值 地理信息系统是一种分析和处理空间数据与信息的计算机系统，拥有数据采集、编 辑、处理、组织、管理和输出等功能，已被广泛应用到污染源管理、环境监测、环境评 价、灾害评估、区域环境规划等，g i s 已成为环境管理的有效决策支持工具。 城市水生态系统建设规划需考虑自然的、环境的、社会的和生态的多方面因素，同 时在城市发展中还存在着种种不确定性。这些都加大了城市水生态系统建设规划工作的 难度，也影响分析结果的科学性，最终会影响城市水生态系统规划的合理性和可行性。 因此生态规划需要科学的分析方法和先进的技术与之配合。再者，城市水生态系统规划 涉及大量的信息，这些信息包括地形地貌、道路交通、土地利用、水系、植被、土壤、 农业、林业等庞大的地图、图表等数据，需要具有对地图和图表进行管理、分析的信息 技术。g i s 特有的空间和属性数据的管理及空间分析功能在城市水生态规划中可以发挥 重要作用，它可以将种类繁多、数量较大的空间数据、属性数据及用户信息数据进行统 一管理，帮助完成许多较为复杂的空间分析，为规划者制定合理的规划方案提供重要的 科学依据，对保护水生态环境，营造人与自然和谐相处的环境，促进城市的经济发展， 都具有不可替代的价值。 1 2 研究目的和意义 1 2 1 研究目的 综上所述，从2 0 世纪9 0 年代初期到现今，国内外对城市水生态系统的研究比较重 视，但是都集中于城市中水务的控制规划、流域及湿地生态系统修复理论和应用、水利 工程对河道变迁和水域生态的影响以及河流、湖库对气候的影响这几个方面。而对于城 市水生态系统中一个必不可少的因素水面没有给予充分的关注，对其的研究在国内 还处于起步和探索阶段。本研究旨在提高对城市水面适宜度分析的科学性和准确性，从 而为城市水生态规划提供基础依据，为城市水面的开发建设提供技术保障。具体来说本 研究的目的是：一是在通过总结分析前人的研究结果，利用g i s 技术完善水面适宜度研 2 广西大学硕士学啦论文 基于g i s 的南与。市城市水生态系统建设规划研究 究的理论及技术方法；二是通过南宁市市区为例，分析其水面适宜程度，以便为南宁建 设中国南方“水城”提供科学的依据，并提出相应的对策及措施。 1 2 2 研究意义 城市水生态系统规划作为一个新的课题，其理论和技术方法还不够完善，而对水面 适宜度的研究更是少之又少。此外，近年来地理信息系统技术凭借其获取空间信息快捷 准确、区域综合分析能力全面等优势，越来越广泛地应用于在建设和规划领域。在此前 提下，基于g i s 南宁市城市水生态建设规划研究在城市规划中具有广阔的应用前景，研 究意义显著。 ( 1 ) 有利于规划区域的数字化建设。在城市水生态系统建设规划中，涉及的因子 比较多，数据信息量大，除了描述地理空间位置的空间数据，还有如地形地貌、植被覆 盖、水系分布等属性数据。一般的信息系统无法管理这些海量信息，而这些正是g i s 的 优势所在。因此可以应用g i s 技术进行数据管理和空间分析，综合处理各类数据，实现 规划制图的自动化和智能化。所以基于g i s 的南宁市城市水生态建设规划研究有利于规 划区域的数字化建设。 ( 2 ) 有利于提高水生态系统建设规划的科学性。我国的g i s 在水生态方面的应用 起步较晚，而且多应用与水质分析、水环境评价、流域生态脆弱性研究等方面，但是将 g i s 应用于城市水生态系统规划中的水面适宜度分析的还比较少见。通过g i s 对城市水 面适宜度分析可以清楚的知道规划区域内水面开发建设的适宜程度，从而为规划的科学 决策提供依据。 ( 3 ) 有利于提高水生态建设规划的效率。城市水生态建设规划中，必然要涉及各 个部门，包括经济计划、水利、环保、国土开发、林业、农业、交通、科技、旅游等， 这些部门的信息相对独立，这给规划者提出合理的规划方案带来了很大的困难。而传统 的分析方法步骤繁琐、耗时过多，不能满足要求，因此，需要一种信息共享的技术工具， 才能协调关系。g i s 的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常 规方法或者普通信息系统难以得到的重要信息，从而有利于提高规划的效率。 总之，随着g i s 技术的迅速发展，必然可以将传统理论与现代科学技术相结合， 利用g i s 为制定城市水生态系统建设规划提供重要的科学依据，这对保护生态环境，营 造人与自然和谐相处的环境，促进南宁市及广西经济发展，都具有重大意义。 3 基于g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 1 3 国内外研究综述 1 3 1 城市水生态系统建设研究概况 城市水生态系统的建设是在城市生态建设过程中提出并日益受到重视的一个生态 问题，其建设研究始终贯穿于生态城市的建设研究过程中。2 0 世纪9 0 年代之前，很多 学者把注意力放在了城市结构、形态和艺术方面，侧重于能源开发、经济发展和环境保 护等。随着人们环保意识的提高，城市水问题、水环境的研究才逐渐引起了专家学者的 关注。对于水生态建设的研究国际上主要可以分为下列几个方向： ( 1 ) 城市水务控制规划研究。1 9 9 4 年k r e j c i 、v l a d i m i r 等对城市内河水环境进行 研究【1 1 1 ；1 9 9 6 年s c h m i t t t g 介绍了城市水资源的综合利用功能以及城市暴雨水量和水 质的控制、利用和管理等圆；2 0 0 0 年r o b e r t s o na i 、r o w l i n grw 通过调查研究澳大利 亚某一干旱地区的河流，分析了河岸带的牲畜对水质的影响【3 】。 ( 2 ) 水生态系统修复研究。1 9 9 8 年k n o b e nr ae 、b e e kma 研究了物种多样性分 布在水生态风险评价中的应用，揭示了水生植物对生态修复的作用【4 】；2 0 0 0 年d a v i dm m e r r i t t 、d a v i djc o o p e r 论述了河道管理中河岸带植被和河道走向对河流生态系统的影 响【5 】；2 0 0 2 年c h r i s t e rn u l i s s o n 、m a g n u ss v e d m a r k 通过对河流生态系统的研究，使人们 意识到人类活动对水生态的影响效应，并提出了在水资源开发中应该遵循的一些基本原 则【6 】。由此可知，生态平衡、人和自然和谐相处的思想逐步被人们所重视并运用到水生 态研究当中【7 】【引。 一 ( 3 ) 水利工程对水生态系统影响研究【9 】【l o 】。长期以来，人们为了控制洪水、资源 开发等目的兴建了大量的水利工程，这些工程在抵御洪水、保障安全和改善社会经济状 况等方面发挥了巨大的作用，但是也明显改变了流域的地形地貌、河流的自然形态和水 文泥沙的天然过程，在不同程度上降低了河流形态多样性，造成河流形态的均一化和非 连续化，导致水域生物群落多样性的降低，河流生态系统的退化使生态系统的健康和 稳定性都受到不同程度的影响，这些问题已经引起了社会各界的关注【1 1 】【1 2 1 。 ( 4 ) 水域对气候影响研究。研究发现，水域通过蒸发影响着环境的生态系统和气 候特征，在干旱、半干旱地区作用明显【1 3 】。2 0 0 1 年h o w a r drf o x 、r o b e r tlw i l b y 等分 析研究了河道整治和气候变化对马萨河的影响【1 4 】；2 0 0 2 年g r i g o r e vas 、y ua t r a p e z n i k o v 讨论了气候变化对拉多加湖水平面的影响等【1 5 】。 相较于国际上发达国家，国内对城市水生态的研究起步较晚。1 9 9 9 年6 月，阉水 4 广西大学司旺b 掌位论文基于g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 玉、王祥荣发表论文城市河流在城市生态建设中的意义和应用方法，阐述了城市河 流对城市生态建设中多方面的意义，指出保持河流的自然地貌特征、维持自然水文过程、 控制城市河流水污染、综合规划城市河流与城市建设的关系是发挥城市河流在城市生态 系统中作用的基本方法【1 6 】；2 0 0 2 年，唐涛、蔡庆华等概括了河流生态系统健康的涵义， 综述了河流生态系统健康评价的方法和发展，并对其研究前景做出预测【1 7 1 。郑天柱等应 用生态工程学理论，探讨河道生态恢复机理，指出满足河流生态需水量是缺水地区恢复 河流生态的关键【l 引。2 0 0 3 年，董哲仁分析了水利工程对河流生态系统的胁迫，从而导 致河流生物群落多样性水平下降，提出了一些工程技术措施和对策【1 9 1 ；王薇、李传奇介 绍了河流廊道的结构和功能、河流生态修复的概念，针对我国河流生态修复现状，并提 出了相应的修复措施【2 0 j 。2 0 0 4 年，汪恕诚第一次提出用“人与自然和谐共处 的理念 指导水环境建设，以促进水环境可持续发展的探索与实践【2 1 1 。夏继红、严忠民介绍河岸 带的定义、功能、管理、宽度确定和保护技术的研究现状，认为在河岸带研究中的主要 问题是定性研究多、定量研究很少，给河岸带的建设者和管理者带来了操作上的难题。 在此基础上，分析了河岸带研究的发展趋势【2 2 1 。2 0 0 5 年，杨海军、李永祥将生态学与 水利学相结合，分析了在保证防洪安全的前提下，通过各种措施防止自然河流生态受到 破坏，修复受损河流的生态环境【2 3 】 1 3 2g l s 在水生态方面的应用研究概况 2 0 世纪5 0 年代末和6 0 年代初，计算机获得了广泛的应用，出现了地理信息系统 ( g i s ) 的早期雏形【2 4 j 。g i s 技术经过多年的发展，综合了地图学、遥感、g p s 技术、 多媒体技术及虚拟现实技术等多种现代技术，为专业领域提供了丰富多样的应用工具， 在环境信息化建设领域中同样发挥了重要作用。 1 9 7 0 年至1 9 7 6 年，美国地质调查局建成5 0 多个信息系统，分别作为处理地理、 地质和水资源等领域空间信息的工具。s o oz e e 在m o k - h y u n 流域建立了基于g i s 的水 质管理系统w q m s ，利用水污染模型计算污染排泄、水质的评价、预测【2 5 】。2 0 0 0 年 d a n i e l t h e g g e me t a l 利用g i s 对t e n s a x 河流域进行景观生态评价【2 6 】。爱尔兰国立大学 都柏林学院水资源研究中心研究开发的流域水管理决策支持系统( d s s - - - c w m ) 。它通过 g i s 与流域水质、水量、地形等模型等的有机结合，提供查询、分析、预测流域内各主 要河段的水质、水量状况的功能【2 7 】。 我国地理信息系统方面的工作起步较晚，是从2 0 世纪8 0 年代初开始的。以1 9 8 0 年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志，自2 0 世纪 5 广西大掌硕士学位论文基于g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 9 0 年代起，地理信息系统步入快速发展阶段【2 羽。 2 0 0 0 年，廖振良、徐艳介绍了g i s 在上海市苏州河环境综合整治工程中的应用【2 9 】； 许瑁、傅肃性等为了研究河流水质受到流域环境背景和人类活动的影响，结合遥感和 g i s 技术，对基隆河水质及其与环境背景和城市污染的关系做了分析 2 0 i 。2 0 0 2 年，张文 安等采用e t m + t m 卫星数据、航空机载对地观测数据，完成了延河流域面积 1 0 0 1 5 7 9 7 k m 2 的生态环境本底调查，建立了1 9 9 0 2 0 0 0 年延河流域生态环境动态监测系 统【3 l 】。2 0 0 4 年，张兰兰、赵文吉等以r s 和g i s 技术为主，结合传统的常规监测资料， 通过遥感数据处理，图像的解译和信息提取，系统研究石羊河流域水资源环境的变化， 建立水资源环境评价指标体系，对区内水资源环境进行评价【3 2 1 。2 0 0 5 年，林茂昌结合r s 和g i s 技术手段，从压力、状态和响应3 个方面来构建闽江河口区河流生态环境质量评 价指标体系，来评价闽江河口区的生态状况f 3 3 1 。王耕、吴伟等在充分研究西辽河流域生 态环境的基础上，讨论了基于g i s 的西辽河生态安全空间差异的评价方法【3 4 】；陈焕珍针 对山东大汶河流域的自然条件及人为干扰状况建立了该流域生态脆弱性评价指标体系， 利用g i s 软件a r c i n t o 的空间分析功能，进行主成分分析得到因子权重，提出了生态 环境脆弱指数模型，获取了该流域的脆弱度【3 5 1 。吴虹等为调查漓江流域近3 0 年来的生 态环境变化，开展了基于t m t m + 和m o d i s 的长短期结合的漓江流域生态环境遥感动 态监测研究【3 6 l ；周乐群等运用r s 、g i s 、g p s 、计算机网络技术，采用d e m 、多源影 像数据融合、多层次信息提取等技术方法，对长江三峡库区生态环境进行了遥感动态监 测研究1 37 j ；2 0 0 8 年，王宏伟、张小雷等借助g i s 技术，以县级行政区划为单元，利用 2 0 0 2 和2 0 0 4 年遥感监测数据，运用综合指数评价法，从生物丰度、植被盖度、水网密度、 土地退化和污染负荷5 个方面，对伊犁河流域8 县1 市的环境质量现状进行了评价1 3 引。 韩宇平、王宁娟等应用a r c g i s 软件，将湖北漳河流域的地理信息及其他相关信息数字 化，建立数据库，实现了流域信息的统一管理和资源共享【3 9 1 。 1 4 研究内容和技术路线 一 1 4 1 研究内容 本文针对南宁市城市水生态系统建设规划进行研究，主要研究以下内容： ( 1 ) 水生态规划研究中g i s 技术平台及其优势。在介绍了g i s 的功能、特点，数 据类型基础上，选择要应用的g i s 软件，并说明了g i s 技术在城市水生态建设规划中的 优越性。 6 广西大掌硕士学位论文基于g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 ( 2 ) 基于g i s 的南宁市城市水面适宜度研究。包括了水面适宜度分析的意义、分 析方法、影响因子的选择及分析、各影响因子权重值的确定、水面适宜度综合分析。 ( 3 ) 利用o i s 技术对南宁市水生态系建设进行规划。包括南宁市水生态规划定位 及目标、南宁市城市水生态建设功能分区及其对各分区的规划等。 1 4 2 研究路线 本文的具体技术路线如图1 1 所示： 图l - l 研究技术路线 7 广西大掌硕士学位论文基于g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 第二章水生态规划研究的g is 技术平台及其优势 2 1gis 的功能与特点 2 1 1g is 的功能 ( 1 ) 基本功能 位置、条件、趋势、模型和模拟是地理信息系统要解决的五个基本问题，g i s 的价 值和用处就是通过对地理对象的重构和空间分析工具，达到对这五个基本问题求解的目 的。为了实现对基本问题的求解，g i s 首先要重建真实地理环境，而地理环境的重建需 要获取各类空间数据( 数据获取) ，这些数据必须准确可靠( 数据编辑与处理) ，并按一 定的结构进行组织和管理( 空间数据库) ，一在此基础上，g i s 还必须提供各种求解工具 ( 称之为空间分析) ，以及对分析结果的表达( 数据输出) 。因此，g i s 应该具备以下基 本功能。 数据采集功能 数据是g i s 的重要组成部分，贯穿于g i s 的各个过程。g i s 的第一步就是数据采集， 即通过各种数据采集设备如数字化仪、全站仪等来获取外部原始描述数据，并输入g i s 中。g i s 应该尽可能提供与各种数据采集设备的通信接口。如图2 1 所示。 数据编辑与处理 原始数据是通过数据采集所获取的数据，不可避免的含有误差。为保证数据在内容、 逻辑、数值上的一致性和完整性，需要对数据进行编辑、格式转换、拼接等一系列的处 理工作。这就要求g i s 应具备强大的、交互式的编辑功能，包括图形编辑、数据交换、 数据重构、拓扑建立、数据压缩、图形数据与属性数据的关联等内容。 数据存储、组织与管理功能 计算机的数据必须按照一定的结构进行组织和管理，才能高效的再现现实环境和进 行各类分析。矢量数据结构和栅格数据结构是目前g i s 常用的两种数据结构，而数据的 组织和管理则有文件关系数据库混合管理模拟模式、全关系型数据管理模式、面向 对象数据管理模式等。 8 广西大掣翰曩士曹啦论文| 跌产g i s 的南宁市城市水生态习。览爿h 戈规划研 图2 - 1g i s 数据采集 f i g2 - 1d a m c o l l e c t i o no f g i s 空间查询与空间分析功能 虽然数据库管理系统一般提供了数据库查询语言，但g i s 则需要对数据库的查询语 言进行补充或再设计，让它支持空间查询。g i s 中比空间查询更深层次应用为空间分析， 它的内容更为广泛，其中包括地形分析、土地适应性分析、网络分析、叠置分析、缓冲 区分析、决策分析等等。 数据显示输出功能 g i s 作为可视化工具，必不可少的需要通过图形、表格以及统计图表来显示空间数 据和分析结果，其中图形是传递空间数据信息效率最高的工具。g i s 是计算机、测绘、 地理等学科的综合体，计算机地图制图是他它的一个重要功能，包括地图符号的设计、 地图注记、配置与符号化、统计图表制作、图幅整饰、图例与布局等内容。除此之外， 对属性数据也要设计报表输出，并且这些输出结果需要在显示器、打印机、绘图仪或数 据文件输出。 9 r i 矗 图2 - 2g i s 数据显示与输出 f i g2 - 2d i s p l a ya n do u t p u to f g i s d a t a ( 2 ) 应用功能 尽管g i s 有着广泛的应用潜力，但是它的应用只在少数领域比较成熟，例如地形制 图、资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策等，而且多数应用都是在政府部门运行。 地形制图功能 地形制图主要用于数字标高模型、坡度、坡向制图、透视制图等。 资源管理功能 资源管理包括森林和矿产资源的管理、野生动植物的保护、土地资源潜力的评价、 土地利用规划和水资源的时空分布研究等。通过g i s 软件可以将各种数据和信息有机的 结合起来，形成地理数据库，然后用户可以对数据库进行查询、显示、统计、制图以及 资源分析，为资源的合理开发和规划决策提供依据， 区域规划功能 区域规划涉及领域极为广泛，包括资源、人口、环境、经济、交通、教育、文化等 各个方面，而要把这些信息进行筛选并转换为可用的形式十分困难，规划人员需要切实 可行、实时性强的信息，而g i s 正好能为他们提供功能强大的工具，实现区域规划的科 学化。 国土监测功能 1 0 广西大掌硕士学位论文基于g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 g i s 与遥感相结合，可有效的应用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损 失估算、土地利用动态变化分析和环境质量的评估研究等。 辅助决策功能 在当前全球协作的商业时代，绝大多数企业决策和地理数据相关，例如企业的分布、 市场的地域规律、客货源等。利用g i s 迅速有效的管理地理空间数据，研究时空变化的 趋势，不断为企业创造新的商机。 2 1 2g is 的特点 地理信息系统是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门交叉学科， 同时也是为地理研究和地理决策服务提供多种地理信息的计算机技术系统。地理信息系 统的基础是地理空间数据库，分析方法为地理模型。因此，地理信息系统区别于一般信 息系统的几个主要特点是【4 0 】： ( 1 ) 空间数据和信息的复杂性。地理信息系统比一般信息系统要复杂，原因是地 理信息系统的属性数据或信息，是除了空间位置及关系外，所有描述地物自然或人文属 性的定性或定量的数据或信息。 ( 2 ) 具备可视化功能。可视化指通过图形图像等可以看见并认证的手段，来形象 的表现科学数据的构架和内涵。可视化功能是地理信息系统必备条件，而一般的信息系 统可以没有可视化功能。 ( 3 ) 区域性和多层次。地理信息系统以地理空间数据和信息为处理对象，而地理 空间数据和信息又通常以区域为单位来组织j 因此，区域性是地理信息系统的天然特征。 此外，地理信息系统还具有显著的层次性，而且其层次性包含两种含义：一是不同比例 尺的区域层次性；二是描述不通地理要素的专题层次。 ( 4 ) 数据量大。地理信息系统的数据量通常要比一般信息系统的大很多。一是来 自于地理信息系统的区域性、层次性特定；二是因为地理信息系统包括可视化表达所需 要的图像数据，而图像数据所涉及的数据量通常是很大的。 ( 5 ) 注重空间分析。所有的信息系统都必须具有分析功能，来提取有用的信息。 但是，地理信息系统具有区别于一般信息系统的特殊功能空间分析功能，这也是地 理信息系统一个最重要、最本质的功能。 2 1 3g is 的数据 空间数据是g i s 的核心，可以说整个g i s 都是围绕空间数据的采集、加工、存储、 分析和表现展开的。下面就g i s 数据我们做些简单的介绍。 & t , - - 于- g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 ( 1 ) g i s 的数据源分类 g i s 的数据源类型多种多样，比较丰富，通常根据获取方式可以分为：地图数据、 遥感影像数据、实测数据、共享数据、其他数据等。按照数据的表现形式还可以将数据 分为数字化数据、多媒体数据以及文本资料数据。 一 地图数据 地图主要包括普通地图和专题地图两类。普通地图是以相对平衡的详细程度表示地 球表面上的自然地理和社会经济要素，主要表达居民地、交通网、水系、地貌、境界、 土质和植被等。专题地图反映一种或几种专题要素，如地质、地貌、土壤、植被和土地 利用等原始资料。目前为止，地图仍然是g i s 最常见的数据源。通常以地图作为数据源 时可将地图内容分解为点、线、面3 类基本要素，然后以特定编码方式进行组织和管理。 遥感影像数据 ，随着航空、航天和卫星遥感技术的发展，遥感影像数据以自身现势性强的优势迅速 成为g i s 的主要数据源之一。摄影测量技术可以从立体像中获取地形数据，对遥感影像 的解译和判读还可以得到诸如土地利用类型图、植被类型图等诸多数据信息。 实测数据 实测数据主要指各种野外试验、实地测量所得的数据，这些数据可以经转换直接进 入g i s 的空间数据库，加以分析和进一步研究应用。其中，g p s 点位数据、地理测量数 据等通常拥有相对高的精度和较高的现势性，也是g i s 的重要数据来源。 一统计数据 i 。 一 一 一统计数据是属性数据十分重要的来源，也是g i s 常用的数据源。统计数据包括许 多部门和机构拥有的不同领域的大量统计资料，例如人口、自然资源、国民经济等。 共享数据 g i s 系统的建立和专题图件的制作使得研究者有直接获取属性数据和数字图形数据 的可能，这也让已有数据的共享成为g i s 重要的数据源之一。在运用共享数据时，对于 一些基本问题应该予以注意，例如数据的精度、可信度等。 多媒体数据一 由多媒体设备获取的数据，如声音、录像等也是g i s 的数据源，其主要功能是辅助 g i s 的分析和查询。 文本资料数据 文本资料数据包括各种文字报告、立法文件、文字说明资料等。文字报告可以用来 1 2 基于g i s 的南宁市城市水生态系统建设规划研究 研究各种类型地理信息系统的权威性、可靠性和完整性，以便决定地理信息的分类和使 用；立法文件在城市规划管理信息系统中有很大的应用；文字说明资料也是地理信息系 统建立的主要依据，对确定专题内容的属性特征起着重要的作用。 ( 2 ) g i s 的数据结构 空间特征空间数据、时间属性数据和专题属性数据是g i s 数据的三大类型。其中， 空间特征数据和属性特征数据统称为空间数据，它是g i s 的重要组成部分。空间数据结 构是对g i s 空间数据元素之间结构关系的描述，它的结构形式对计算机存储了处理数据 的效率有很大的影响。空间数据结构按数据的存储形式可以分为两大类：栅格数据结构 和矢量数据结构。 栅格数据结构 ” 将区域平面按一定的规则作行列划分，形成许多网格，每个网格单元称作像素。栅 格数据结构实际上是像元阵列，即像元按矩阵形式的集合，栅格中的每一个像元是栅格 数据中最基本的信息存储单元，其坐标可以用行号和列号确定。由于栅格数据是按一定 规则排列的，所以表示