何建華, 詹皖欣, 黃俊龍

?

基于GIS的武漢市生態(tài)紅線劃定的技術(shù)方法研究

何建華1,2, 詹皖欣1,*, 黃俊龍1

1. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 武漢 430079 2. 武漢大學(xué)地理信息系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430079

當(dāng)前武漢市存在自然資源消耗過度, 生態(tài)環(huán)境污染嚴(yán)重等生態(tài)問題, 生態(tài)紅線劃定工作對(duì)于改善武漢市生態(tài)環(huán)境、保護(hù)武漢市生態(tài)格局具有重要意義。因此以武漢市為例, 通過對(duì)研究區(qū)域的水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性和洪水調(diào)蓄功能進(jìn)行生態(tài)功能重要性評(píng)價(jià), 對(duì)水土流失、土地沙化、石漠化敏感性進(jìn)行生態(tài)敏感性評(píng)價(jià), 分別劃定出七類生態(tài)保護(hù)紅線。在此基礎(chǔ)上分析提取出重要生態(tài)功能紅線區(qū)和生態(tài)敏感紅線區(qū), 疊加分析后最終得到武漢市生態(tài)紅線區(qū)面積為2342.21 km2, 占武漢市總面積的27.67%。研究結(jié)果對(duì)于探索生態(tài)紅線劃定具有一定指導(dǎo)意義。

生態(tài)紅線; 生態(tài)功能重要性; 生態(tài)敏感性; 武漢市

1 前言

近些年來, 在我國(guó)取得舉世矚目的巨大成就的同時(shí), 資源的消耗和環(huán)境的污染也日益嚴(yán)重, 由于城鎮(zhèn)建設(shè)用地不斷擴(kuò)張侵占了大量生態(tài)用地導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞, 出現(xiàn)了一系列的生態(tài)問題。協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系, 構(gòu)建保障區(qū)域生態(tài)安全格局, 是保持區(qū)域持續(xù)健康發(fā)展的必要條件。早在2011年國(guó)務(wù)院就提出了生態(tài)紅線的概念[1], 2013年, 十八屆三中全會(huì)要求把生態(tài)紅線劃定的任務(wù)切實(shí)落實(shí)到各地區(qū)單位, 以形成保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境, 保障區(qū)域生態(tài)安全的框架體系。生態(tài)紅線是一條在加強(qiáng)生態(tài)安全建設(shè)和保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等多方面都發(fā)揮關(guān)鍵作用的邊界線, 是國(guó)家或區(qū)域發(fā)展中必須嚴(yán)格堅(jiān)守不能跨越的保護(hù)底線, 同時(shí)也是確保重要物種資源得以生存與發(fā)展的生命基線[2]。

當(dāng)前許多學(xué)者對(duì)生態(tài)紅線的劃定工作進(jìn)行了相關(guān)的研究, 歸納起來可以分為四個(gè)方面: 一是通過建立適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來確定紅線區(qū), 如李曉翠[3]、王樂濱[4]、劉康[5]等都是從生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)性和生態(tài)敏感脆弱性等方面著手搭建適宜性框架體系來支持生態(tài)紅線區(qū)的邊界確定。二是從落實(shí)操作、規(guī)范管理的角度建立不同保護(hù)級(jí)別的分區(qū), 如王自書等從不同管控層面的角度出發(fā), 提出了基于城市環(huán)境綜合分區(qū)的四線體系[6]。三是通過分析資源環(huán)境承載力來測(cè)算資源開發(fā)上限來確定需要保護(hù)的重要紅線區(qū), 如萬軍等認(rèn)為可以在城市生態(tài)功能紅線的研究成果的基礎(chǔ)上, 根據(jù)環(huán)境質(zhì)量紅線來計(jì)算確定環(huán)境資源開發(fā)上限, 從而綜合劃分出生態(tài)保護(hù)紅線[7]。四是通過采用智能算法等新方法探究劃定生態(tài)保護(hù)紅線的可行性, 如陳明輝等[8]、蔣思琦等[9]則分別探索了離散粒子群和多智能體的方法進(jìn)行多情景模擬劃定生態(tài)紅線區(qū)的可操作性。

然而, 當(dāng)前我國(guó)對(duì)于生態(tài)紅線劃定的原理、體系和方法等方面仍然存在很多爭(zhēng)議。上述的研究對(duì)于評(píng)價(jià)體系的因子選取多不夠全面, 還有待完善。武漢市作為中國(guó)中部崛起戰(zhàn)略的關(guān)鍵支撐點(diǎn), 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境之間的矛盾日益嚴(yán)重, 構(gòu)建保障區(qū)域生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的空間格局至關(guān)重要。因此, 本文選取武漢市為研究區(qū)域, 基于國(guó)家二調(diào)成果并結(jié)合區(qū)域發(fā)展特點(diǎn)及地貌單元特征, 建立更全面完備的指標(biāo)因子體系對(duì)武漢市國(guó)土空間生態(tài)紅線劃分的方法進(jìn)行了探討。

2 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

武漢市是湖北省省會(huì)(29°58′N—31°22′N, 113°41′E—115°05′E), 全境面積為8494.41 km2。武漢市的地形起伏度不大, 以丘陵和平原兩大地形相互交錯(cuò)為主要特點(diǎn)。市內(nèi)有長(zhǎng)江、漢江兩大河流, 江河交錯(cuò), 湖泊濕地資源眾多, 形成了密集貫通的水網(wǎng)系統(tǒng)。近些年來, 武漢市在抓住機(jī)遇以中部最大城市的良好勢(shì)頭實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的巨大進(jìn)步的同時(shí), 也衍生了各種各樣不同嚴(yán)重程度的生態(tài)問題。資源與環(huán)境消耗過大, 生態(tài)規(guī)劃滯后, 人口密度過高, 環(huán)境質(zhì)量差等問題嚴(yán)重影響著武漢市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

本文所用數(shù)據(jù)主要包括30 米分辨率的武漢市TM遙感影像和DEM數(shù)據(jù), 來自中科院地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái), 運(yùn)用ENVI軟件進(jìn)行初始影像的基礎(chǔ)圖像處理; 武漢市基礎(chǔ)地理信息、1:1萬土地利用類型數(shù)據(jù)來自全國(guó)第二次土地調(diào)查成果庫連年變更得到; 1:100萬土壤類型及屬性數(shù)據(jù), 是基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)的中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集(v1.2)得到的; 武漢市全部氣象站點(diǎn)1981—2010的30年累年降雨以及風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)來自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。其他數(shù)據(jù)包括來自《湖北省主體功能區(qū)規(guī)劃》、《湖北省生物多樣性保護(hù)計(jì)劃綱要》、湖北省環(huán)境保護(hù)廳網(wǎng)站、武漢市環(huán)保局網(wǎng)站、武漢市水文水資源局等官方網(wǎng)站的輔助數(shù)據(jù)等。

3 劃定方法與技術(shù)路線

環(huán)保部2015年發(fā)布了《生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南》, 為各區(qū)域的生態(tài)紅線劃定工作提供了理論支持和方法指導(dǎo)。本文以此為基礎(chǔ)并結(jié)合武漢市的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整, 進(jìn)行全方位多方面資料收集并運(yùn)用GIS、RS的空間分析技術(shù)對(duì)重要生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)分別進(jìn)行評(píng)價(jià), 在得到各功能區(qū)及敏感區(qū)的紅線范圍基礎(chǔ)上劃定最終武漢市生態(tài)紅線區(qū)域。具體技術(shù)路線如下圖1所示:

4 生態(tài)紅線區(qū)劃定

4.1 重要生態(tài)功能區(qū)紅線劃定與評(píng)價(jià)

根據(jù)研究區(qū)域的實(shí)際情況, 在確定了重要、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)范圍的基礎(chǔ)上, 依據(jù)基礎(chǔ)的地形、氣象、植被、土壤、土地利用等數(shù)據(jù), 對(duì)水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護(hù)以及洪水調(diào)蓄功能分別進(jìn)行生態(tài)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià), 并將功能重要性等級(jí)為極重要的區(qū)域納入紅線區(qū)。

圖1 武漢市生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)流程圖

4.1.1 水源涵養(yǎng)功能區(qū)紅線劃定與評(píng)價(jià)

根據(jù)《武漢市城市集中式地表水飲用水源保護(hù)區(qū)劃分規(guī)定》可以得到武漢市飲用水源地集中分布在長(zhǎng)江和漢江沿線, 舉水和灄水邊也有少量分布, 因此對(duì)這些河流做100 米緩沖區(qū)劃定保護(hù)區(qū)域, 納入水源涵養(yǎng)的極重要區(qū)。對(duì)于其他區(qū)域, 采用基于降水和蒸散的水量分解模型進(jìn)行涵養(yǎng)重要性評(píng)價(jià)[10]。

式中,為水源涵養(yǎng)量;為多年平均年降水量;為蒸散量;為多年平均潛在蒸發(fā)量;為下墊面影響系數(shù)。植被在水源涵養(yǎng)功能中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用, 因此為植被控制調(diào)節(jié)水資源的下墊面影響系數(shù), 這里依據(jù)《指南》[10]并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行的調(diào)整賦值, 如下表1所示。

武漢市水源涵養(yǎng)極重要區(qū)面積為1140.16 km2, 占武漢市總面積的13.47%。極重要區(qū)主要分布在黃陂區(qū)的北端, 在蔡甸區(qū)的西南端和新洲區(qū)的東北端也有一定分布, 在長(zhǎng)江和漢江周邊的灘涂濕地上有少量分布, 在武漢其他區(qū)域有零星細(xì)碎分布。詳見表2、圖2。

表1 水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)價(jià)參數(shù)ω參考取值

表2 水源涵養(yǎng)重要功能區(qū)分區(qū)表

4.1.2 水土保持功能區(qū)紅線劃定與評(píng)價(jià)

水土保持可以為生態(tài)系統(tǒng)提供多種作用的服務(wù), 包括保持土壤、提供養(yǎng)分、調(diào)節(jié)氣候等, 這些功能對(duì)于提升土地生產(chǎn)力和改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。本文選取了對(duì)水土保持功能有重要影響的降雨、土壤、地形、植被因素, 運(yùn)用USLE模型(修正通用水土流失方程)對(duì)武漢市水土保持服務(wù)模型開展評(píng)價(jià)。

圖2 武漢市生態(tài)功能重要性等級(jí)圖. (a)—(d)分別為水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性以及洪水調(diào)蓄功能重要性等級(jí)圖

模型結(jié)構(gòu):

式中:: 土壤保持量;: 潛在土壤侵蝕量;: 實(shí)際土壤侵蝕量;: 降水因子;: 土壤侵蝕因子;: 坡長(zhǎng)因子;: 坡度因子;: 植被覆蓋因子, 具體因子的計(jì)算方法可查閱《指南》[10]。

武漢市水土保持極重要區(qū)面積為490.62 km2,占武漢市總面積的5.80%, 水土保持的極重要區(qū)的分布與水源涵養(yǎng)的分布大致相同, 都是主要分布在黃陂區(qū)的北部和新洲區(qū)的東部。黃陂區(qū)的北部和新洲區(qū)的東北部是武漢的低山所在地, 地形起伏度相對(duì)較大, 林木覆蓋集中。其他的極重要區(qū)分布在蔡甸區(qū)和江夏區(qū)北部, 在武漢中部的東西向殘丘上有少量分布。詳見表4、圖2。

表3 水土保持重要性分級(jí)評(píng)價(jià)表

表4 水土保持重要功能區(qū)分區(qū)表

4.1.3 生物多樣性功能區(qū)紅線劃定與評(píng)價(jià)

生物多樣性功能重要性計(jì)算采用將武漢市的省級(jí)自然保護(hù)區(qū)及其他省級(jí)以上濕地公園納入生物多樣性的極重要區(qū)域, 對(duì)于自然保護(hù)區(qū)和濕地公園之外的其他區(qū)域, 本文參照《生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》采用生物豐度指數(shù)來代替生物多樣性的指標(biāo), 算法如下:

生物豐度指數(shù)=(權(quán)重×土地類型)區(qū)域面積(4)

式中:為生境質(zhì)量指數(shù)的歸一化系數(shù), 取參考值511.2642。不同土地利用類型權(quán)重取值如表5所示。

武漢市生物多樣性極重要區(qū)面積為876.10 km2, 占武漢市總面積的10.35%。很重要區(qū)面積為193.74 km2, 多為武漢的灌木林地。中等重要區(qū)面積為1486.13 km2, 主要為武漢的湖泊、河流、水庫等。比較重要區(qū)面積為4401.00 km2, 主要為茶園、果園、天然牧草地及旱地等區(qū)域。不重要區(qū)面積為1506.60 km2, 分布在武漢的中心城區(qū), 城區(qū)由于城鎮(zhèn)化程度高, 人工地物覆蓋面積大, 因此對(duì)于生物的生存空間和生存環(huán)境產(chǎn)生極大不利影響。詳見表6、圖2。

4.1.4 洪水調(diào)蓄功能區(qū)紅線劃定與評(píng)價(jià)

在洪水調(diào)蓄的研究中, 湖泊、水庫、河流的調(diào)蓄作用是最為顯著的, 同時(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于減輕洪澇災(zāi)害也至關(guān)重要[11]。因此這里參照相關(guān)研究[12], 根據(jù)研究區(qū)洪水發(fā)生的特點(diǎn)以及湖泊、河流、水庫等容水量情況的不同, 將武漢市容量大功能強(qiáng)的大型湖泊、水庫以及主要河流直接納入極重要區(qū)域。對(duì)于其他區(qū)域, 結(jié)合其地表植被覆蓋程度和土地利用現(xiàn)狀判斷其重要性。

表5 生物豐度指數(shù)分權(quán)重表

本研究選取了庫容量較大的9座武漢市大中型水庫、湖泊面積大于5 km2的19個(gè)湖泊; 長(zhǎng)江、漢江武漢段大型河流; 舉水和灄水等大型支流區(qū)域直接賦值為最高等級(jí)9分, 總面積為656.76 km2。其他土地利用類型根據(jù)地類進(jìn)行分別賦值, 最后根據(jù)范圍進(jìn)行劃分等級(jí), 詳見表7。

武漢市洪水調(diào)蓄功能極重要區(qū)面積為656.76 km2, 占武漢市總面積的7.76%, 極重要區(qū)是面積大于5 km2的湖泊、大中型水庫及主要重要河流。這些面積較大的湖泊主要分布在武漢市的東南部, 其中跨市的梁子湖的面積最大, 洪水調(diào)蓄能力最強(qiáng)。大中型水庫相對(duì)集中地分布在武漢市黃陂區(qū)的北部以及新洲區(qū)。河流則是長(zhǎng)江和漢江的武漢段, 貫穿武漢的中心地帶。很重要區(qū)是一些濕地、坑塘水面和有林地區(qū)域, 主要分布在湖泊的周邊和黃陂區(qū)北部的山林。中等重要區(qū)是一些植被覆蓋度較高的灌木叢和園地區(qū)域, 洪澇災(zāi)害期可以緩沖危害, 干旱季節(jié)時(shí)保持水資源。比較重要區(qū)分布在武漢城區(qū)周邊的草地、水田、旱地、水澆地、天然牧草地等。分布面積較廣, 所占面積大。不重要區(qū)主要分布在武漢的中心城區(qū), 因其人工地物多, 地勢(shì)平緩, 植被相對(duì)較少, 當(dāng)洪水來臨時(shí), 人工建筑的不透水面不能及時(shí)有效地下滲吸納洪水, 易堆積滯留洪水導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生, 因此中心城區(qū)是洪水調(diào)蓄的不重要區(qū)。詳見表8、圖2。

表6 生物多樣性重要功能區(qū)分區(qū)表

表7 洪水調(diào)蓄重要性取值表

4.2 生態(tài)敏感區(qū)、脆弱區(qū)劃定與評(píng)價(jià)

4.2.1 水土流失紅線區(qū)劃定與評(píng)價(jià)

本文選取了與水土流失密切相關(guān)的降水、土壤、地形、植被因子, 運(yùn)用敏感性指數(shù)公式對(duì)武漢市水土流失敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

式中:SS:空間單元水土流失的敏感性指數(shù);R: 降雨侵蝕力因子;K: 土壤可蝕性因子;LS: 坡度坡長(zhǎng)因子;C: 地表植被覆蓋度; 具體因子計(jì)算方法參照《指南》[10]。

武漢市水土流失極敏感區(qū)面積為136.63 km2, 占武漢市總面積的1.61%。極敏感區(qū)分布在主城區(qū)的較多, 尤其江岸區(qū)、江漢區(qū)、青山區(qū)分布較集中, 這些區(qū)域土壤質(zhì)地可蝕性高且植被覆蓋少, 因此易發(fā)生水土流失。高度敏感區(qū)主要分布在武漢市的中北部, 在黃陂區(qū)、新洲區(qū)、中心城區(qū)都有較多分布, 江夏區(qū)最少。中度敏感區(qū)在整個(gè)武漢市的不同地區(qū)都有一定程度的分布, 但在黃陂區(qū)的分布最多。黃陂區(qū)的地形起伏度大, 地形的較大落差有利于降雨沖蝕松軟不穩(wěn)定的土壤, 從而導(dǎo)致水土流失的發(fā)生。輕度敏感區(qū)面積很大, 占到武漢市總面積的一半以上。不敏感區(qū)的面積極小, 且主要分布在武漢的南部, 北部較少。詳見表10、圖3。

表8 洪水調(diào)蓄重要功能區(qū)分區(qū)表

表9 水土流失敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)賦值表

4.2.2 土地沙化紅線區(qū)劃定與評(píng)價(jià)

本文選取了對(duì)土地沙化敏感性有重要影響的干燥度、起沙風(fēng)天數(shù)、土壤、植被等因素, 運(yùn)用敏感性指數(shù)對(duì)武漢市土地沙化敏感性開展評(píng)價(jià)。

式中:I: 為區(qū)域的干燥度指數(shù);W: 起沙風(fēng)天數(shù);K: 土壤可蝕性因子;C: 地表植被覆蓋度; 具體因子計(jì)算方法參照《指南》[10]。

表10 水土流失敏感性分區(qū)表

表11 土地沙化敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)賦值表

武漢市土地沙化極敏感區(qū)面積為74.98 km2, 占武漢市總面積的8.86%。極敏感區(qū)和高度敏感區(qū)主要分布在武漢主城區(qū), 在青山區(qū)、江岸區(qū)、江漢區(qū)、硚口區(qū)、漢陽區(qū)都有較為集中的分布。中度敏感區(qū)面積為933.22 km2, 在整個(gè)武漢都有零星分散地分布, 其中, 黃陂區(qū)因有大片防護(hù)林森林覆蓋率高處于中度敏感區(qū)。輕度敏感區(qū)面積為2928.53 km2, 在整個(gè)武漢都有相對(duì)均勻的分布。不敏感區(qū)面積接近武漢市面積的一半, 因武漢處于干燥度不敏感且平均風(fēng)速遠(yuǎn)低于起沙風(fēng)速的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū), 不會(huì)因?yàn)榭諝飧稍锘蝻L(fēng)力過大導(dǎo)致土地沙化。因此武漢的土地沙化不敏感區(qū)面積幾乎占武漢市總面積的一半。詳見表12、圖3。

4.2.3 土地石漠化紅線區(qū)劃定與評(píng)價(jià)

本文選取了對(duì)土地石漠化敏感性有重要影響土壤、地形、植被等因素, 運(yùn)用敏感性指數(shù)對(duì)武漢市土地石漠化敏感性開展評(píng)價(jià)。

式中:S為評(píng)價(jià)區(qū)域石漠化敏感性指數(shù);D為評(píng)價(jià)區(qū)域頂層土壤碳酸鹽石灰含量,P為地形坡度,C為植被覆蓋度, 各因子的敏感性等級(jí)賦值詳見表13。具體因子計(jì)算方法參照《指南》[10]。

表12 土地沙化敏感性分區(qū)表

表13 石漠化敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)賦值表

武漢市石漠化極敏感區(qū)面積為53.00 km2, 占武漢市總面積的0.63%, 主要在江岸區(qū)、江漢區(qū)、硚口區(qū)、青山區(qū)有一定分布, 在黃陂區(qū)、江夏區(qū)分布極少。高度敏感區(qū)分布在極敏感區(qū)周邊。中度敏感區(qū)面積較小, 在江夏區(qū)分布較少, 在其他區(qū)分布均勻。輕度敏感區(qū)在整個(gè)武漢各區(qū)域均有分布。不敏感區(qū)面積占武漢市總面積近一半, 因武漢市大部分區(qū)域都處于頂層土壤碳酸鹽石灰含量很少, 地形平緩的區(qū)域, 因此不敏感區(qū)面積很大。詳見表14、圖3。

4.3 生態(tài)紅線區(qū)綜合

采用GIS技術(shù)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性紅線圖以及生態(tài)敏感性紅線圖進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換, 再運(yùn)用GIS的聚合功能進(jìn)行制圖綜合, 將圖中分布集中且空間距離近的區(qū)域進(jìn)行合并, 將面積小且孤立的獨(dú)立斑塊適當(dāng)剔除, 以達(dá)到集中連片, 減少破碎程度的效果。

5 生態(tài)紅線劃定結(jié)果

武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性紅線區(qū)面積為2161.56 km2, 占武漢市總面積的25.5%, 詳見圖4。其中水土保持和水源涵養(yǎng)紅線區(qū)在黃陂區(qū)的林地區(qū)域分布集中, 主要在蔡店鄉(xiāng)、姚集鎮(zhèn)、長(zhǎng)嶺鎮(zhèn)、木蘭鄉(xiāng)、羅漢街和王河鎮(zhèn)一帶。在蔡甸區(qū)的西南端和新洲區(qū)的東北端也有一定分布, 在長(zhǎng)江和漢江周邊的灘涂濕地上有少量分布, 在武漢中部的東西向殘丘上有零星分布。洪水調(diào)蓄的紅線區(qū)主要包括位于黃陂區(qū)的夏家寺水庫、梅店水庫、院基寺水庫、泥河水庫這四座大中型水庫。江夏區(qū)的湖泊濕地紅線區(qū)范圍廣闊, 主要分布在舒安鄉(xiāng)、湖泗鎮(zhèn)、山坡鄉(xiāng)、紙坊街、法泗鎮(zhèn)附近, 其中大型湖泊濕地如梁子湖、湯遜湖、魯湖等區(qū)域在多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中都發(fā)揮著重要的作用, 需要進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)和管理。

表14 石漠化敏感性分區(qū)表

圖3 武漢市生態(tài)敏感性等級(jí)圖. (a)—(c)分別為水土流失、土地沙化、石漠化敏感性等級(jí)圖

武漢市生態(tài)敏感性重點(diǎn)紅線區(qū)面積為263.09 km2, 占武漢市總面積的3.11%, 詳見圖4。生態(tài)敏感性重點(diǎn)紅線區(qū)面積較小, 主要分布在主城區(qū)的周邊及漢江、朱家河、舉水、灄水沿線。這說明武漢市在進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí), 這些城區(qū)內(nèi)的生態(tài)敏感區(qū)和河流沿線的周邊區(qū)域因生態(tài)敏感性高, 建議及時(shí)采取有效保護(hù)措施以防止敏感區(qū)域生態(tài)環(huán)境遭受破壞,

武漢市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)面積為2342.21 km2, 占武漢市總面積的27.67%, 詳見圖4。

6 結(jié)論

本研究采用基于GIS的生態(tài)紅線劃定方法以武漢市國(guó)土空間生態(tài)紅線劃分為例進(jìn)行探討。與其他方法相比, 基于GIS的生態(tài)紅線劃定方法實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)的土壤屬性、地形特征、土地利用、植被覆蓋、長(zhǎng)時(shí)間序列氣候、自然保護(hù)區(qū)以及水庫容量等相關(guān)多源數(shù)據(jù)的集成。并且通過多方面多角度數(shù)據(jù)的分析, 在充分掌握研究區(qū)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上, 構(gòu)建了基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性以及生態(tài)敏感性的評(píng)價(jià)體系。生態(tài)紅線劃定體系更為完備全面, 評(píng)價(jià)內(nèi)容更為系統(tǒng)。同時(shí), 評(píng)價(jià)因子的選取更科學(xué), 基于模型的評(píng)價(jià)方法也更具有精準(zhǔn)性和可信度, 并且實(shí)現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能紅線和敏感性紅線的空間落地以及綜合分析, 完成了武漢市生態(tài)紅線保護(hù)區(qū)的劃定。

研究表明, 武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性紅線區(qū)面積為2161.56 km2, 占武漢市總面積的25.5%; 生態(tài)敏感性重點(diǎn)紅線區(qū)面積為263.09 km2, 占武漢市總面積的3.11%; 總生態(tài)紅線區(qū)域面積為2342.21 km2, 占武漢市總面積的27.67%。武漢市地處我國(guó)中南部長(zhǎng)江中下游地區(qū), 氣候環(huán)境良好, 地形以平原和低丘為主, 自然資源比較豐富。武漢市水網(wǎng)發(fā)達(dá), 水系完整, 生態(tài)系統(tǒng)較為完整, 但生態(tài)環(huán)境仍需有效保護(hù)。評(píng)價(jià)結(jié)果與國(guó)家級(jí)省級(jí)等相關(guān)的區(qū)劃與布局定位相一致, 可為武漢市生態(tài)紅線劃定工作以及相關(guān)的土地規(guī)劃提供一定的參考依據(jù)。

圖4 武漢市生態(tài)紅線圖. (a)—(c)分別為生態(tài)功能服務(wù)紅線區(qū)、生態(tài)敏感紅線區(qū)以及生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)

[1] 許妍, 梁斌, 鮑晨光, 等. 渤海生態(tài)紅線劃定的指標(biāo)體系與技術(shù)方法研究[J]. 海洋通報(bào), 2013, 32(4) : 361–367.

[2] 佚名. 解讀《國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線——生態(tài)功能基線劃定技術(shù)指南(試行)》[J]. 中國(guó)資源綜合利用, 2014(02): 13–17.

[3] 李曉翠, 何建華. 生態(tài)紅線劃定的技術(shù)方法研究——以鄂州市為例[J]. 測(cè)繪與空間地理信息, 2017(1): 50–55.

[4] 王樂濱. 基于“3S”技術(shù)的炎陵縣生態(tài)區(qū)劃分方法及實(shí)證研究[D]. 長(zhǎng)沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

[5] 劉康, 歐陽志云, 王效科, 等. 甘肅省生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)及其空間分布[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 23(12): 2711–2718.

[6] 汪自書. 城市生態(tài)紅線的內(nèi)涵及劃定方法研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2015, 40(9): 37–40.

[7] 萬軍, 于雷, 張培培, 等. 城市生態(tài)保護(hù)紅線劃定方法與實(shí)踐[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué), 2015, 41(1): 6–11.

[8] 陳明輝, 歐金沛, 劉小平. 基于離散粒子群算法的城市生態(tài)控制線劃定方法研究[J]. 中國(guó)科技論文在線精品論文, 2012, 5(6): 559–570.

[9] 蔣思琦, 何建華. 基于多智能體的城市生態(tài)保護(hù)紅線多情景模擬[J]. 國(guó)土與自然資源研究, 2016(1): 16–20.

[10] 生態(tài)環(huán)境部.生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南[EB/OL]. http://www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201707/W020170728397753220005.pdf, 2017,05.

[11] 鐘祥浩, 程根偉. 森林植被變化對(duì)洪水的影響分析——以長(zhǎng)江上游典型小流域和洪水事件為例[J]. 山地學(xué)報(bào), 2001, 19(5): 413–417.

[12] 常斌, 張麗娟, 宋建軍, 等. 平頂山市生態(tài)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2014, 39(6): 173–176.

Research on the technical methods of the delimitation ecological red line for Wuhan based on GIS

HE Jianhua1,2, ZHAN Wanxin1,*, HUANG Junlong1

1. School of Resources and Environmental Science, Wuhan University, Wuhan 430079, China 2. Key Laboratory of Geographic Information System Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, China

Nowadays, with severe ecological problems appearing in Wuhan, such as the excessive explorations of natural resources and the pollution of environment, the task of delineating ecological red line is in urgent need. In this paper, we selected Wuhan City as a case study area.The importance of ecological functions, including water source conservation, soil and water conservation, biodiversity level, flood regulation and storage were evaluated. The sensitivity of soil erosion, soil desertification and stony desertification were analyzed to evaluate the ecological sensitivity. Based on the results of seven different types of ecological red lines, the important ecologically functional area and the sensitive area were delimited, respectively. Finally, after overlay analysis, the total area of the ecological red line of Wuhan City is 2342.21 km2, accounting for 27.67% of the city domain area. The result of this study can provide guidance for exploring the technical method of the delimitation of ecological red line.

ecological red line; ecological function importance; ecological sensibility; Wuhan City

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.05.017

F301.2; X171.1

A

1008-8873(2018)05-131-09

2017-10-15;

2018-01-17

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201511001-02)

何建華(1974—), 男, 湖北孝感人, 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事復(fù)雜地理過程分析與模擬、不確定空間關(guān)系分析與建模、土地利用空間優(yōu)化決策支持研究, E-mail: hjianh@126.com

通信作者:詹皖欣(1994—), 女, 安徽六安人, 資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與規(guī)劃專業(yè)碩士研究生, 主要從事土地利用變化與景觀生態(tài)研究, E-mail: zhanwanxin@126.com

何建華, 詹皖欣, 黃俊龍. 基于GIS的武漢市生態(tài)紅線劃定的技術(shù)方法研究 [J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(5): 131-139.

HE Jianhua, ZHAN Wanxin, HUANG Junlong. Research on the technical methods of the delimitation ecological red line for Wuhan based on GIS[J]. Ecological Science, 2018, 37(5): 131-139.