基于GIS的城市建设用地生态适宜性评价_以福建省连城县为例

*国家863计划(2007AA12Z235);国家自然科学基金项目(40471058)收稿日期:2008-04-06基于GIS的城市建设用地生态适宜性评价*

󰀁󰀁󰀁以福建省连城县为例

张󰀁雷󰀁󰀁宗跃光󰀁󰀁杨󰀁伟(南京大学城市与区域规划系,210093,南京󰀁第一作者27岁,硕士生)

摘要󰀁在我国快速城市化进程中,城市建设用地盲目扩张,不仅造成土地资源的浪费,而且造成城市生态环境的破坏.本文以GIS为技术支撑,采用󰀁取大值󰀁原则与󰀁成对明智比较法󰀁加权进行因子叠加分析,对连城县进行了城市建设用地生态适宜性评价研究.以󰀁生态优先󰀁为原则,按照先安排非建设用地,再安排建设用地的顺序,分析确定其用地的建设适宜性等级,对研究区划分󰀁4区󰀁.依据评价结果,提出了城市用地向中心城区西部扩展的建议.关键词󰀁GIS;󰀁城市建设用地;󰀁生态适宜性评价;󰀁连城中图分类号󰀁O189.13

我国进入快速城市化发展阶段以来,城市建设用地盲目扩张,不仅造成土地资源的浪费,而且造成城市及其周边区域的生态环境破坏.生态环境问题已引起国家高度重视,在国家󰀁十一五󰀁规划和2006年建设部出台的最新的城市规划编制办法中都有所体现.为了使城市建设用地的盲目扩张现象得到控制,生态环境得到有效保护,在城市规划中需对城市建设用地进行生态适宜性评价.生态适宜性评价方法最早由被誉为生态规划奠基人的美国景观规划师麦克哈格提出[1~2],并应用于土地利用规划.土地生态适宜性评价是融合了生态学、经济学、地学及其他相关学科的原理和方法的一种综合研究过程,主要根据土地系统固有的生态条件分析并结合考虑社会经济因素,评价其对某类用途的适宜程度和限制性大小,划分其适宜程度等级[3~5,15].以GIS作为技术支撑,生态适宜性评价逐步在生态敏感性分析、城市用地扩展分析、城镇土地评估、居住区评价、旅游规划等方面得到了广泛应用[14].但城市建设用地生态适宜性评价的相关研究较少,而且在技术方法上有待完善.1󰀁研究区概况研究区是连城县县城所在的盆地区域,也是流经城区的文川河的主要汇水区域,范围覆盖了文川河流域的大部分地区.主要包括莲峰镇大部分、文享乡、林坊乡、揭乐乡、隔川乡的部分地区,人口约8.92万,2005年连城中心城区人口约5.5万.其主要为盆地及缓丘地形,河湖众多,地势较为平坦,植被覆盖条件好,有一半以上的面积为农田,且基本农田占农田面积的57.3%.中心城区南部建有冠豸山机场,目前为军民混用.近年,连城县社会经济和城市建设取得了快速发展,从而对科学确定城市发展方向和划分建设用地适宜性提出了更高要求.2󰀁研究方法和步骤2.1󰀁城市建设用地影响因子󰀁影响城市建设用地选择的因子很多,在研究中要全部逐个分析有一定难度.城市建设用地生态适宜性评价的目的是从保护生态的角度指导本地区的城市建设用地规划,为城市建设用地的扩展指明方向.根据这一目的以及规划区本身环境特点,按照可计量性、主导性、超前性和因地适宜性原则进行因子选择.本研究选择的因子既有自然生态因子,也有社会经济因子.按照对建设用地扩展作用性质的不同将因子分为两大类,一类是限制性因子包括:地形、农田、植被、水域、特殊用地、洪水安全等;一类是潜力因子包括:建成区、增长极、道路等.2.1.1󰀁限制性因子󰀁所谓限制性因子就是对城市建设用地扩展起到限制作用的因子.限制性因子不利于城市建设用地的选择.一般地,这些因子值越大,对建设用地的不适宜度就越高.地形因子:地形因子这里采用坡度和高程来反映:坡度的大小影响工程建设的投入、施工难度及工程建设日后的安全保障程度;高程主要通过高程差影响城市供水.农田因子:农田兼具社会经济功能和生态功能,我国人均耕地资源紧张,大规模的城市建设引起人均耕地下降,耕地保护成为一项重要的任务.植被因子:植被在整个生态系统中发挥着调节小气候、保护生物多样性、改善生态环境质量、优化区域景观格局等重要作用[6].水域因子:水域因子包括线状的河流和面状的湖泊、人工湖等,河湖生态系统既有生态功能又有社会经济功能.特殊用地:包括国家AAAA级冠豸山风景区和冠豸山军民混用机场.风景942008年9月第23卷󰀁第3期山东师范大学学报(自然科学版)JournalofShandongNormalUniversity(NaturalScience)Sep.2008Vol.23No.3区优美的自然风光及良好的生态环境为人们提供优质的旅游服务环境.机场作为对外交通和军事用地对周围环境产生了较大的噪音污染,军事功能要求对其周边区域进行军事控制区域管制.洪水安全:研究区地处山区性河流流域,洪水更易威胁到城市安全,在城市建设过程中应充分考虑.2.1.2󰀁潜力因子󰀁所谓潜力性子,是指对城市建设用地扩展起到促进作用的因子,这些因子对城市建设用地的选择具有一定的引力作用.建成区因子:主要指具有一定人口规模,并有一定的基础设施基础的城镇化区域.建成区基础设施相对完善,商业集中,生活条件相对比较方便.增长极因子:指产业企业比较集中的空间实体,如工业区或高新技术开发区等.这些空间实体能够集聚一定的人口,从而使土地转为建设性用地.道路因子:交通条件对城镇建设用地导向性很强,交通可达性强、便捷度高的区位比其他地方更容易转化为城镇用地[7].2.2󰀁城市建设用地生态适宜性评价的方法和步骤2.2.1󰀁建设用地的生态适宜性评价方法󰀁生态适宜性评价是从优先考虑生态的角度去进行用地适宜性评价的重要方法.它是将一组变量按照一定规则组合后形成的新的评价等级[9~13].现在多数生态适宜性评价是以GIS为辅助手段进行定量化计算.主要方法有等级组合法、因子加权法、复合标准法、潜力-限制性评价法等[13].本研究主要是利用Arcgis9.2为操作平台,选取在城市建设用地选择时需要考虑的城市生态因子,按生态优先原则对这些因子分别按照对建设用地的生态适宜性程度划分为5个不同等级,即高适宜性、较高适宜性、中适宜性、低适宜性、非适宜性,分别赋值为1、3、5、7、9,分值越高,生态敏感性越强,就越不适宜做为城市建设用地.再利用限制性因子󰀁取大值󰀁叠加、潜力和限制性因子加权叠加评价方法进行建设用地生态适宜性等级计算.2.2.2󰀁建设用地评价的步骤󰀁1)󰀁限制性单因子评价.结合因子对生态环境的影响和重要程度,对坡度、高程、农田、植被、水域、风景区、机场、洪水安全等因子确定适宜性等级,并对适宜性等级按由高到低的顺序分别赋值.2)󰀁限制性因子综合评价.按照󰀁取大值󰀁原则对限制性因子进行生态适宜性评价.得到的适宜性等级图体现了生态保护及安全等要求,所以将最后的结果综合为一个因子,命名为生态安全因子.3)󰀁生态安全因子和潜力因子综合评价.为了体现先安排非建设用地,再安排建设用地的规划思想,把第一步的评价结果中非适宜区除外的其它区域进行再评价.对这部分区域选择生态安全因子、建成区、增长极及道路4个因子进行评价.评价采用加权叠加的方法.利用󰀁成对明智比较法󰀁确定生态安全因子与其它3个潜力因子的权重,在Arcgis中按加法算法进行加权叠加,得出最后的建设适宜性评价图.4)󰀁对评价结果进行适宜性分析,划分适宜性等级,并进一步根据建设适宜性等级将研究区划分为󰀁4区󰀁,即,禁建区、限建区、适建区和已建区.已建区包括县城已建区、工业开发区及村镇居民点建设用地,占15.48%;适建区包括一般农田和生态敏感性低的区域,占26.53%;限建区主要包括大量的基本农田,机场外围控制区域以及生态敏感等级高的植被覆盖区和水域保护区,占19.15%;禁建区主要包括生态环境的核心保护区域、文川河10年一遇洪灾易发区、景区核心保护区以及机场的严格控制区域等,占30.29%.3󰀁结果分析与讨论接照上述方法和步骤对评价区域,利用Arcgis软件中的空间分析模块进行了操作计算,评价结果如下:3.1󰀁限制性因子评价3.1.1󰀁单因子评价分析󰀁在中心城区的用地适宜性评价范围内,地形以盆地和低缓的丘陵为主,其中81.63%的面积坡度小于8󰀁,坡度大于25󰀁的仅占1.93%.从高程值来看,评价区域的高程范围为350~560m,其中大于450m的占1.51%.从地形角度看盆地范围内绝大多数土地都适宜建设.评价区域内农田共有4013.2km2,占盆地总面积的53.15%,其中基本农田占农田总面积的57.66%,基本农田主要分布在盆地西部和南部的林坊和文享,县城东北的揭乐和北部的隔川也有分布.一般农田占42.34%,主要分布在县城周边.植被面积约为16.37km2,占评价区域面积的20.94%,其中繁茂的多年生长有成林占41.42%,正在培育的未成林占28.89%,果园面积占16.01%,荒草地占13.68%.在水域因子评价中,河湖保护的核心区占评价区域总面积的7.21%,与核心保护区紧邻的一级缓冲带占评价区域总面积的10.63%,外围的二级缓冲带占评价区域总面积的11.56%,占评价区域总面积的10.16%.󰀁冠豸山风景名胜区总体规划󰀁保护规划将冠豸山景区划分为5个等级:特级保护区、一级保护区、二级保护区、三级保护区、外围保护区.其中有3个级别的保护区在评价区域内,包括:二级保护区0.44km2,三级保护区4.89km2,外围保护区8.39km2.根据噪声要求和军机控制界线将机场对用地控制分为两级:严格控制区和限制性控制区.经过空间分析,严格控制区面积为5.67km2,限制性控制区为4.95km2.连城县城区规划洪水为20年一遇,洪水安全等级比较低.经过空间分析,评价区域内,文川河50年一遇洪水淹没区为1.92km2,20年一遇洪水淹没区为3.21km2,10年一遇洪水淹没区为3.89km2.95第3期张󰀁雷,等:基于GIS的城市建设用地生态适宜性评价󰀁󰀁󰀁以福建省连城县为例第23卷3.1.2󰀁限制性因子综合评价󰀁对限制性单因子进行生态适宜性评价后,按照󰀁取大值󰀁原则对6个因子进行叠加分析,得到限制性因子综合评价图(图1).从结果可以看出,研究区域中高适宜区、较高适宜区、中适宜区共有18.5km2,占研究区总面积的23.6%,低适宜区约为28.8km2,占36.8%,非适宜区约为19.0km2,占24.2%.高适宜区和较高适宜区主要是一些生态敏感度较低,地势平坦的地区,多分布于城区周围,低适宜区和非适宜区主要是河湖、基本农田,有成林等生态敏感性较高的地区,一旦生态遭到破坏难以修复,就会给整个区域的生态环境带来不利影响.3.2󰀁生态安全因子与潜力因子综合评价分析󰀁限制性因子主要是生态和自然要素,称之为生态安全因子.对建设用地的适宜性评价除了考虑限制性要素外还应该考虑到社会经济方面的要素对建设用地的影响,本研究选取了建成区、交通、增长极3个因子.对建成区、道路、增长极根据建设适宜程度进表1󰀁采用成对明智比较法确定权重因子第一步建成区增长极生态安全道路第二步第三步各因子权重建成区11.522.50.390.410.390.360.39增长极0.6711.520.260.270.290.290.28生态安全0.50.6711.50.190.180.190.210.20道路0.40.50.6710.160.140.130.140.14行了单因子评价(图2),在Arcgis9.2中分别对3个因子做缓冲区,建成区缓冲半径为500m,道路为250m,增长极为500m,按照建设适宜性由高到低对3个潜力因子的不同缓冲区域分别赋值为9、7、5、3、1,生态安全因子也根据限制性因子适宜性评价结果按建设适宜性由高到低分为5等,分别赋值为9、7、5、3、1,再将3个潜力单因子与生态安全因子结合,采用󰀁成对明智比较法󰀁对生态安全、建成区、道路、增长极4个因子进行权重分配(表1),最后利用Arcgis里的栅格计算进行叠加,得出最后结果.