張永祥，蔡德所，周 銘

(1.廣西大學 土木建筑工程學院，廣西 南寧530004;2.廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學院，廣西南寧530023)

環(huán)境敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對人類活動干擾和自然環(huán)境變化的反應程度，說明發(fā)生區(qū)域環(huán)境問題的難易程度和可能性大?。?］。環(huán)境敏感性分析是在現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境背景情況下對某一區(qū)域潛在的環(huán)境問題進行識別，以期達到提供決策和保護的目的。漓江流域生態(tài)狀況復雜，按地質(zhì)巖性、構(gòu)造、地形、地貌、水文、氣候、土壤等的差異，可將其劃分為兩個明顯的生態(tài)分區(qū)，即上游非巖溶森林生態(tài)分區(qū)和中下游巖溶生態(tài)分區(qū)［2］。在自然環(huán)境和人類活動影響下，桂林漓江流域生態(tài)環(huán)境極易產(chǎn)生變化，其生態(tài)環(huán)境敏感性能反映該流域生態(tài)失衡和生態(tài)環(huán)境問題的大小。

生態(tài)環(huán)境受到降雨、巖性、植被覆蓋等因子的綜合制約，對整個漓江流域進行環(huán)境敏感性分析，有利于整個流域的生態(tài)保護，并為流域水土保持工作等提供科學依據(jù)。我們以漓江流域為研究對象，結(jié)合國內(nèi)外環(huán)境敏感性研究成果，選擇降雨、地形起伏度、地表粗糙度、植被指數(shù)和地質(zhì)巖性作為評價指標，建立了適合漓江流域的環(huán)境敏感性評價指標體系和評價模型，旨在探討主要自然因素對漓江流域生態(tài)環(huán)境的影響，以及漓江流域生態(tài)環(huán)境敏感性的空間分布和分異規(guī)律，明確生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)域，以期為漓江流域的生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護提供基礎(chǔ)支撐。

1 研究區(qū)概況

漓江流域位于廣西東北部，地處 110°05'—110°14'E、24°38'—25°55'N之間。流域地勢西北高、東南低，地形、地貌和地質(zhì)條件極其復雜。該流域?qū)賮啛釒Ъ撅L氣候區(qū)，雨量充沛，年平均氣溫19.1℃，多年平均降水量為1980 mm，平均徑流深為1210 mm，人均水資源量為4390 m3，4—8月降水量占全年的70%，年降雨變差系數(shù)為0.2，全年降雨日157 d，年蒸發(fā)量1485 mm。流域土壤以紅壤為主，黃壤次之，石灰性土再次之。在漓江流域河谷階地上，多為砂礫、卵石堆積物，埋藏有空隙潛水。河谷窄而深切，兩岸山坡陡峭，河道復雜且整體比降較大，平均比降為4?。流域內(nèi)有常綠闊葉林、溫性針葉林、暖性針葉林、常綠落葉闊葉林、灌草叢、草甸等10個植被類型共14個植被亞型，囊括了中國中亞熱帶地區(qū)所有的植被類型［3］。

2 研究方法

2.1 指標選取

環(huán)境敏感性是多因子綜合作用的結(jié)果，其出現(xiàn)和發(fā)生的概率取決于影響環(huán)境敏感性的各個因子的強度、分布狀況以及多因子的組合。在進行流域敏感性評價時，常常采用多因子綜合評價方法。目前國內(nèi)外的研究成果，多選擇降雨侵蝕力、土壤、地形和植被覆蓋等因子來分析研究區(qū)域的敏感性，這些因子在非巖溶區(qū)域的研究中具有一定的通用性，但在巖溶地區(qū)，可溶性的碳酸鹽巖大面積出露，巖溶發(fā)育廣泛，地面切割更加破碎，植被抗干擾能力更低，在研究過程中必須考慮巖溶作用及巖溶環(huán)境的影響。在本研究過程中，我們充分考慮了漓江流域的巖溶環(huán)境特征，在選取降雨、地形、植被等通用因子的基礎(chǔ)上，選取地質(zhì)巖性特征作為評價因子之一，構(gòu)建環(huán)境敏感性評價指標體系。

2.1.1 降雨

漓江流域地處亞熱帶濕潤氣候區(qū)，氣候溫和，雨量豐沛，是廣西著名的暴雨區(qū)之一，降雨時空分布不均［4］。強降雨和連續(xù)性降雨極易引起水土流失，造成區(qū)域生態(tài)環(huán)境的破壞;同時弱酸性的雨水會加快碳酸鹽巖的溶蝕，從而影響巖溶區(qū)生態(tài)環(huán)境。強降雨和連續(xù)性降雨量越大，對環(huán)境的影響就越大，在一定程度上流域環(huán)境敏感性可以用區(qū)域降雨量的多少和強弱來表示，因此可利用降雨量的空間分布來表征流域環(huán)境的敏感性。研究過程中，我們利用廣西漓江流域9個氣象臺站50年的降雨資料，結(jié)合ArcGIS軟件，插值生成流域多年平均降雨量分布圖(30 m×30 m)，用來評價流域環(huán)境對降雨的敏感性。經(jīng)過分析計算，漓江流域多年平均降雨量在1180～2023 mm之間。

2.1.2 地形起伏度

地形起伏度是指特定的區(qū)域內(nèi)，最高海拔與最低海拔的差值，它是描述一個區(qū)域地形特征的宏觀性指標。在一定區(qū)域特別是小流域內(nèi)，地形起伏度比高程更能體現(xiàn)區(qū)域的地形特征，因此地形起伏度對生態(tài)環(huán)境的影響比高程更敏感。在ArcGIS中求出漓江流域內(nèi)海拔的最大值和最小值，然后利用柵格計算工具求出其差值，即為漓江流域的地形起伏度。

2.1.3 地表粗糙度

從地形學角度出發(fā)，地表粗糙度一般是指地面的凹凸不平程度［5］，一般定義為地表單元曲面面積與投影面積之比，也稱地表微地形。漓江流域地表形態(tài)復雜，特別是在流域的巖溶區(qū)，多有溶蝕形成的溝槽、溶溝、溶洞等微地形，地表形態(tài)不具備連續(xù)性和完整性特征，因此可以用地表粗糙度反映流域內(nèi)的微地形特征。以流域DEM為基礎(chǔ)，結(jié)合ArcGIS軟件，求出研究區(qū)的地面粗糙度。

2.1.4 植被指數(shù)

植被對流域內(nèi)水土流失、局部微環(huán)境等具有重要意義。植被指數(shù)是反映地表植被覆蓋狀況的重要指標之一，植被指數(shù)在荒漠化和生態(tài)環(huán)境評價研究中均有廣泛應用［6］。歸一化植被指數(shù)(NDVI)是植物生長狀態(tài)以及植被空間分布密度的最佳指示因子，與植被分布密度呈線性相關(guān)，被廣泛應用于植被覆蓋的定量研究［7］。研究過程中，利用漓江流域2009年4月的ALOS影像，經(jīng)過輻射定標和校正處理后，計算出漓江流域的NDVI值，采用自然間距分類法將植被覆蓋度進行重分類，獲得流域植被指數(shù)分布圖。

2.1.5 地質(zhì)巖性

漓江流域內(nèi)地層和構(gòu)造狀況復雜［8］，北部(源頭及上游區(qū))是以碎屑巖為主的越城嶺山岳，主峰坐落在花崗巖上;南部為石灰?guī)r及碎屑巖，西南部是以碎屑巖為主的駕橋嶺山地;漓江下游主要是石灰?guī)r地層。不同的巖石類型、不同的溶蝕風化過程不僅對巖溶地貌形態(tài)的塑造有很大的影響，而且對巖溶石山區(qū)的水土資源配置也產(chǎn)生較大的影響。在漓江流域環(huán)境敏感性評價過程中，必須考慮巖溶水文地質(zhì)條件;巖溶區(qū)環(huán)境敏感性評價必須要考慮碳酸鹽巖地質(zhì)背景對它的影響，而現(xiàn)有涉及巖溶區(qū)的環(huán)境敏感性評價往往忽略地質(zhì)背景這一因素。因此，我們在研究過程中，充分考慮了漓江流域的地質(zhì)巖性特征，針對不同的地質(zhì)巖性特征對環(huán)境敏感性的影響，將漓江流域的巖性對外界環(huán)境敏感性分為5類，具體見表1。

2.2 綜合評價方法

綜合考慮漓江流域的自然環(huán)境特征，在參照國內(nèi)學者評價敏感性研究成果的基礎(chǔ)上［9－10］，將主要評價指標的敏感性等級分為5級，并進行分級賦值，結(jié)果見表1。

表1 漓江流域環(huán)境敏感性指標及賦值標準

根據(jù)各因子的敏感性分級標準，運用ArcGIS9.3軟件計算出漓江流域降雨、起伏度、粗糙度、植被指數(shù)的敏感性等級分布圖;經(jīng)過空間疊加分析和柵格計算，可以求得漓江流域環(huán)境敏感性綜合指數(shù)，具體計算公式為

式中:SSj為j空間單元土壤侵蝕敏感性指數(shù);Ci為i因素侵蝕敏感性等級值。

3 結(jié)果與分析

將計算結(jié)果進行重分類，最終得出漓江流域環(huán)境敏感性分級圖(圖1)。

3.1 漓江流域環(huán)境敏感性分區(qū)與統(tǒng)計

利用GIS空間統(tǒng)計和疊加分析功能，對漓江流域環(huán)境敏感性進行匯總分析(表2)。

根據(jù)漓江流域環(huán)境敏感性評價結(jié)果(表2)，可知流域以中度敏感和輕度敏感為主，極敏感區(qū)和高度敏感區(qū)比例較小，其中:輕度敏感區(qū)面積最大，為2143.42 km2，占流域總面積的35.14%;極敏感區(qū)面積最小，為199.33 km2，占流域總面積的3.27%。從空間分布上來看，極敏感區(qū)、高度敏感區(qū)主要分布于漓江流域的中游和下游地帶;漓江流域中下游對環(huán)境的敏感性空間分布格局有所差異，漓江中游的極敏感區(qū)和高度敏感區(qū)呈片狀分布，下游敏感性空間分布成零散斑塊狀分布，這與流域的實際情況具有一致性。在流域的生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、區(qū)劃和保護中，要注意中下游的極敏感區(qū)和高度敏感區(qū)。

表2 漓江流域環(huán)境敏感性評價結(jié)果

3.2 漓江流域內(nèi)各縣級行政區(qū)環(huán)境敏感性統(tǒng)計

將漓江流域敏感性分區(qū)按照所在的縣級行政區(qū)域進行統(tǒng)計，可得到如表3所示的漓江流域各縣的環(huán)境敏感性分布面積及比例。

表3 漓江流域內(nèi)各縣環(huán)境敏感性評價結(jié)果

從各縣的統(tǒng)計面積上來看，漓江流域在靈川縣的面積最大，占流域總面積的34.42%，但是從敏感性分區(qū)上來說，主要是中度以下敏感區(qū);漓江流域在桂林市區(qū)面積最小，桂林市區(qū)中度敏感區(qū)面積最大，占流域總面積的3.24%;極敏感區(qū)和高度敏感區(qū)在臨桂縣的面積最大，其中極敏感區(qū)面積達到64.13 km2，占流域總面積的1.05%，占流域極敏感區(qū)面積的32.11%。臨桂縣的生態(tài)環(huán)境對整個流域生態(tài)環(huán)境有重要的影響，縣級行政區(qū)的生態(tài)規(guī)劃和保護要與流域的規(guī)劃相協(xié)調(diào)，特別要注重行政區(qū)內(nèi)流域相關(guān)區(qū)域的環(huán)境保護。

4 結(jié)語

生態(tài)環(huán)境敏感性分析為漓江流域的生態(tài)保護和旅游資源有序開發(fā)、流域的治理和規(guī)劃提供了科學依據(jù)，對生態(tài)環(huán)境保護和避免生態(tài)環(huán)境的進一步惡化有著積極的指導意義。在GIS軟件支持下，選擇降雨、地形起伏度、地表粗糙度、植被指數(shù)和地質(zhì)巖性對漓江流域環(huán)境敏感性進行綜合評價研究，其評價結(jié)果反映了漓江流域生態(tài)環(huán)境對外部環(huán)境變化的敏感程度。

漓江流域環(huán)境敏感性以中度敏感和輕度敏感為主，空間上呈現(xiàn)不規(guī)則的斑塊狀分布，選取的5類指標較為準確地反映了漓江流域最主要的環(huán)境影響因素，定量揭示了漓江流域生態(tài)環(huán)境敏感性的空間格局。為更好地分析漓江流域的環(huán)境敏感性問題，還應考慮更多的適合當?shù)丨h(huán)境的環(huán)境因子指標，在這一方面，需進一步研究。

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