基于GIS的漓江流域环境敏感性分析

张永祥，蔡德所，周 铭

(1.广西大学 土木建筑工程学院，广西 南宁530004;2.广西水利电力职业技术学院，广西南宁530023)

环境敏感性是指生态系统对人类活动干扰和自然环境变化的反应程度，说明发生区域环境问题的难易程度和可能性大小［1］。环境敏感性分析是在现有的生态环境背景情况下对某一区域潜在的环境问题进行识别，以期达到提供决策和保护的目的。漓江流域生态状况复杂，按地质岩性、构造、地形、地貌、水文、气候、土壤等的差异，可将其划分为两个明显的生态分区，即上游非岩溶森林生态分区和中下游岩溶生态分区［2］。在自然环境和人类活动影响下，桂林漓江流域生态环境极易产生变化，其生态环境敏感性能反映该流域生态失衡和生态环境问题的大小。

生态环境受到降雨、岩性、植被覆盖等因子的综合制约，对整个漓江流域进行环境敏感性分析，有利于整个流域的生态保护，并为流域水土保持工作等提供科学依据。我们以漓江流域为研究对象，结合国内外环境敏感性研究成果，选择降雨、地形起伏度、地表粗糙度、植被指数和地质岩性作为评价指标，建立了适合漓江流域的环境敏感性评价指标体系和评价模型，旨在探讨主要自然因素对漓江流域生态环境的影响，以及漓江流域生态环境敏感性的空间分布和分异规律，明确生态环境敏感区域，以期为漓江流域的生态建设和环境保护提供基础支撑。

1 研究区概况

漓江流域位于广西东北部，地处 110°05'—110°14'E、24°38'—25°55'N之间。流域地势西北高、东南低，地形、地貌和地质条件极其复杂。该流域属亚热带季风气候区，雨量充沛，年平均气温19.1℃，多年平均降水量为1980 mm，平均径流深为1210 mm，人均水资源量为4390 m3，4—8月降水量占全年的70%，年降雨变差系数为0.2，全年降雨日157 d，年蒸发量1485 mm。流域土壤以红壤为主，黄壤次之，石灰性土再次之。在漓江流域河谷阶地上，多为砂砾、卵石堆积物，埋藏有空隙潜水。河谷窄而深切，两岸山坡陡峭，河道复杂且整体比降较大，平均比降为4‱。流域内有常绿阔叶林、温性针叶林、暖性针叶林、常绿落叶阔叶林、灌草丛、草甸等10个植被类型共14个植被亚型，囊括了中国中亚热带地区所有的植被类型［3］。

2 研究方法

2.1 指标选取

环境敏感性是多因子综合作用的结果，其出现和发生的概率取决于影响环境敏感性的各个因子的强度、分布状况以及多因子的组合。在进行流域敏感性评价时，常常采用多因子综合评价方法。目前国内外的研究成果，多选择降雨侵蚀力、土壤、地形和植被覆盖等因子来分析研究区域的敏感性，这些因子在非岩溶区域的研究中具有一定的通用性，但在岩溶地区，可溶性的碳酸盐岩大面积出露，岩溶发育广泛，地面切割更加破碎，植被抗干扰能力更低，在研究过程中必须考虑岩溶作用及岩溶环境的影响。在本研究过程中，我们充分考虑了漓江流域的岩溶环境特征，在选取降雨、地形、植被等通用因子的基础上，选取地质岩性特征作为评价因子之一，构建环境敏感性评价指标体系。

2.1.1 降雨

漓江流域地处亚热带湿润气候区，气候温和，雨量丰沛，是广西著名的暴雨区之一，降雨时空分布不均［4］。强降雨和连续性降雨极易引起水土流失，造成区域生态环境的破坏;同时弱酸性的雨水会加快碳酸盐岩的溶蚀，从而影响岩溶区生态环境。强降雨和连续性降雨量越大，对环境的影响就越大，在一定程度上流域环境敏感性可以用区域降雨量的多少和强弱来表示，因此可利用降雨量的空间分布来表征流域环境的敏感性。研究过程中，我们利用广西漓江流域9个气象台站50年的降雨资料，结合ArcGIS软件，插值生成流域多年平均降雨量分布图(30 m×30 m)，用来评价流域环境对降雨的敏感性。经过分析计算，漓江流域多年平均降雨量在1180～2023 mm之间。

2.1.2 地形起伏度

地形起伏度是指特定的区域内，最高海拔与最低海拔的差值，它是描述一个区域地形特征的宏观性指标。在一定区域特别是小流域内，地形起伏度比高程更能体现区域的地形特征，因此地形起伏度对生态环境的影响比高程更敏感。在ArcGIS中求出漓江流域内海拔的最大值和最小值，然后利用栅格计算工具求出其差值，即为漓江流域的地形起伏度。

2.1.3 地表粗糙度

从地形学角度出发，地表粗糙度一般是指地面的凹凸不平程度［5］，一般定义为地表单元曲面面积与投影面积之比，也称地表微地形。漓江流域地表形态复杂，特别是在流域的岩溶区，多有溶蚀形成的沟槽、溶沟、溶洞等微地形，地表形态不具备连续性和完整性特征，因此可以用地表粗糙度反映流域内的微地形特征。以流域DEM为基础，结合ArcGIS软件，求出研究区的地面粗糙度。

2.1.4 植被指数

植被对流域内水土流失、局部微环境等具有重要意义。植被指数是反映地表植被覆盖状况的重要指标之一，植被指数在荒漠化和生态环境评价研究中均有广泛应用［6］。归一化植被指数(NDVI)是植物生长状态以及植被空间分布密度的最佳指示因子，与植被分布密度呈线性相关，被广泛应用于植被覆盖的定量研究［7］。研究过程中，利用漓江流域2009年4月的ALOS影像，经过辐射定标和校正处理后，计算出漓江流域的NDVI值，采用自然间距分类法将植被覆盖度进行重分类，获得流域植被指数分布图。

2.1.5 地质岩性

漓江流域内地层和构造状况复杂［8］，北部(源头及上游区)是以碎屑岩为主的越城岭山岳，主峰坐落在花岗岩上;南部为石灰岩及碎屑岩，西南部是以碎屑岩为主的驾桥岭山地;漓江下游主要是石灰岩地层。不同的岩石类型、不同的溶蚀风化过程不仅对岩溶地貌形态的塑造有很大的影响，而且对岩溶石山区的水土资源配置也产生较大的影响。在漓江流域环境敏感性评价过程中，必须考虑岩溶水文地质条件;岩溶区环境敏感性评价必须要考虑碳酸盐岩地质背景对它的影响，而现有涉及岩溶区的环境敏感性评价往往忽略地质背景这一因素。因此，我们在研究过程中，充分考虑了漓江流域的地质岩性特征，针对不同的地质岩性特征对环境敏感性的影响，将漓江流域的岩性对外界环境敏感性分为5类，具体见表1。

2.2 综合评价方法

综合考虑漓江流域的自然环境特征，在参照国内学者评价敏感性研究成果的基础上［9－10］，将主要评价指标的敏感性等级分为5级，并进行分级赋值，结果见表1。

表1 漓江流域环境敏感性指标及赋值标准

根据各因子的敏感性分级标准，运用ArcGIS9.3软件计算出漓江流域降雨、起伏度、粗糙度、植被指数的敏感性等级分布图;经过空间叠加分析和栅格计算，可以求得漓江流域环境敏感性综合指数，具体计算公式为

式中:SSj为j空间单元土壤侵蚀敏感性指数;Ci为i因素侵蚀敏感性等级值。

3 结果与分析

将计算结果进行重分类，最终得出漓江流域环境敏感性分级图(图1)。

3.1 漓江流域环境敏感性分区与统计

利用GIS空间统计和叠加分析功能，对漓江流域环境敏感性进行汇总分析(表2)。

根据漓江流域环境敏感性评价结果(表2)，可知流域以中度敏感和轻度敏感为主，极敏感区和高度敏感区比例较小，其中:轻度敏感区面积最大，为2143.42 km2，占流域总面积的35.14%;极敏感区面积最小，为199.33 km2，占流域总面积的3.27%。从空间分布上来看，极敏感区、高度敏感区主要分布于漓江流域的中游和下游地带;漓江流域中下游对环境的敏感性空间分布格局有所差异，漓江中游的极敏感区和高度敏感区呈片状分布，下游敏感性空间分布成零散斑块状分布，这与流域的实际情况具有一致性。在流域的生态环境规划、区划和保护中，要注意中下游的极敏感区和高度敏感区。

表2 漓江流域环境敏感性评价结果

3.2 漓江流域内各县级行政区环境敏感性统计

将漓江流域敏感性分区按照所在的县级行政区域进行统计，可得到如表3所示的漓江流域各县的环境敏感性分布面积及比例。

表3 漓江流域内各县环境敏感性评价结果

从各县的统计面积上来看，漓江流域在灵川县的面积最大，占流域总面积的34.42%，但是从敏感性分区上来说，主要是中度以下敏感区;漓江流域在桂林市区面积最小，桂林市区中度敏感区面积最大，占流域总面积的3.24%;极敏感区和高度敏感区在临桂县的面积最大，其中极敏感区面积达到64.13 km2，占流域总面积的1.05%，占流域极敏感区面积的32.11%。临桂县的生态环境对整个流域生态环境有重要的影响，县级行政区的生态规划和保护要与流域的规划相协调，特别要注重行政区内流域相关区域的环境保护。

4 结语

生态环境敏感性分析为漓江流域的生态保护和旅游资源有序开发、流域的治理和规划提供了科学依据，对生态环境保护和避免生态环境的进一步恶化有着积极的指导意义。在GIS软件支持下，选择降雨、地形起伏度、地表粗糙度、植被指数和地质岩性对漓江流域环境敏感性进行综合评价研究，其评价结果反映了漓江流域生态环境对外部环境变化的敏感程度。

漓江流域环境敏感性以中度敏感和轻度敏感为主，空间上呈现不规则的斑块状分布，选取的5类指标较为准确地反映了漓江流域最主要的环境影响因素，定量揭示了漓江流域生态环境敏感性的空间格局。为更好地分析漓江流域的环境敏感性问题，还应考虑更多的适合当地环境的环境因子指标，在这一方面，需进一步研究。

［1］欧阳志云，王效科，苗鸿.中国生态环境敏感性及区域差异规律研究［J］.生态学报，2000，20(1):9－12.

［2］蔡德所，马祖陆.漓江流域的主要生态环境问题研究［J］.广西师范大学学报:自然科学版，2008(1):110－112.

［3］朱晓媚，栗维斌.漓江流域风景区生物多样性现状与保护对策研究［J］.生态经济，2008(4):153－157.

［4］罗锦珠.桂林漓江洪旱灾害成因分析及综合治理刍议［J］.人民珠江，2006(4):77 －79.

［5］刘静，卓慕宁，胡耀国.初论地表粗糙度［J］.生态环境，2007，16(6):1829 －1836.

［6］高志海，李增元，魏怀东，等.干旱地区植被指数(VI)的适宜性研究［J］.中国沙漠，2006(2):243－248.

［7］孙红雨，王长耀，牛铮，等.中国地表植被覆盖变化及其与气候因子关系——基于NOAA时间序列数据分析［J］.遥感学报，1998(3):204－210.

［8］缪钟灵.漓江发育演化及与相邻流域关系［J］.中国岩溶，1998(4):77－83.

［9］王效科，欧阳志云，肖寒，等.中国水土流失敏感性分布规律及其区划研究［J］.生态学报，2001，21(1):14－19.

［10］卢远，华璀，周兴.广西土壤侵蚀敏感性特征及防治建议［J］.中国水土保持，2006(6):36－38.