基于GIS的海南小海—东山岭地质公园定界研究

高 燕，李江风，李 坤，刘孝蓉

(中国地质大学 a.经济管理学院;b.公共管理学院;c.地球科学学院，武汉430074)

0 引言

2000年以来，我国开始大力开展国家地质公园的申报和建设，截至2011年底，已批准国家地质公园6批次共计219处。目前，国家地质公园面积过大、划界随意的问题较为突出［1-4］，从而导致了地质公园的利益相关者非常复杂，制约了地质公园的可持续发展［1-2］。究其原因，主要有2点:(1)过分追求地质遗迹种类齐全［3］，造成公园面积过大;(2)由于地质遗迹和地质遗产混淆不清［5］，将导致不具备保护意义的地质遗迹被划分在园内，也造成地质公园面积过大。地质遗迹中具有科学价值、需要被人类特殊保护的才能称之为地质遗产［5-8］。为此，部分学者探讨了地质公园定界问题。廖继武等提出了基于地质遗迹集中度的地质公园边界划分，以此对封开国家地质公园边界修编，缩小了公园范围［3］。地质遗迹是立园之本［9］，地质公园的旅游发展处于资源导向性发展模式上［2］，而仅基于地质遗迹集中度的地质公园边界划分又过于片面，易将具有重大科学价值的独立分散的地质遗迹点遗漏，同时也未考虑公园界线范围是否与当地其他规划相冲突。鉴于此，本研究将以地质遗迹空间分布特征为导向，综合考虑地质遗迹景观质量和促进地方经济发展等因素，对地质公园进行定界研究。

1 研究区概况

小海—东山岭位于北纬 18°31＇27″～18°47＇29″，东经110°24＇36″～110°31＇27″。北接和乐镇，西连后安镇，南接万城镇，东临南海。海南省东环高铁和高速(G98)从万宁市境内横穿而过北达海口，南抵三亚，使万宁成为海南海口和三亚之间的重要节点。研究区面积219.97 km2，隶属海南省万宁市行政区域范围，不存在行政权属不清的问题。2011年5月，海南省万宁市启动了小海—东山岭省级地质公园申报项目。在地质公园建设相对滞后的海南，小海—东山岭省级地质公园的申报可进一步丰富国际旅游岛的自然科学内涵，对我国东南沿海滨海地质遗迹保护具有积极的示范意义。

2 地质公园定界技术路线

地质公园划界要综合考虑地质遗迹空间分布特征、是否包含了大部分具有重大价值的地质遗迹、是否协调当地经济发展3个方面的因素［10-11］，依照定界技术路线进行(图1)。

图1 地质公园定界技术路线Fig.1 Delimitation procedure of geopark

3 小海—东山岭地质公园定界

3.1 地质遗迹资源调查和评价

研究区内地质遗迹包括小海(潟湖)及入海口花岗岩岬角海蚀地貌，东山岭、大花角、大长岭、英文岭等以海蚀作用为主的花岗岩地貌和里亚斯型海岸地貌等。通过实地踏勘考察，在研究区内，共分布52处地质遗迹，涵盖地质剖面、地质构造、地貌景观、水体景观、环境地质遗迹景观5个大类，地质遗迹种类较为丰富(表1)。

区内地质遗迹大多集中在小海(潟湖)周边(图2)，有国家级地质遗迹16处，占总量的30.77%，省级地质遗迹30处，占总量的57.69%。区内主要地质遗迹景观质量较高，资源优势较突出，具备建立省级地质公园的条件，具有良好的开发价值和市场前景。在丰富的地质遗迹资源中，地貌景观类地质遗迹资源33处，占总量的63.46%。因此，该地质公园类型为地貌景观类地质公园，不同于以科研科考为主的剖面类地质公园，小海—东山岭省级地质公园因地处热带滨海，独特的地貌景观具有极大的观赏价值和科学内涵，极具旅游功能。

表1 研究区地质遗迹调查与景观质量评价表Tab.1 Investigation and evaluation of geosites

图2 研究区地质遗迹点分布简图Fig.2 Distribution of geosites in the study area

3.2 地质遗迹空间分布特征

3.2.1 研究方法。公园定界首先要了解该区域内地质遗迹的集中度，它综合反映了区域地质遗迹分布的丰富度和聚集度，是确定地质公园面积大小的标准［3］。丁华等用最邻近指数对陕西省地质遗迹空间特征进行判别，得出具有较高研究价值的地质遗迹为凝聚型分布的结论［12］。

本研究将用ArcGIS 10.0对研究区地质遗迹点进行邻近要素分析(average nearest neighbor)、多距离空间聚类分析(Ripleys K函数)以及空间自相关(Moran’s I)分析，以此探索研究区地质遗迹空间分布模式以及特征。

最邻近指数法(nearest neighbor index)使用最邻近的点对之间的距离描述分布模式［13］:

式中:I为最邻近指数，dmin为每一个事件到最邻近点的距离;E(dmin)为完全随机分布模式下最近距离的期望值;Si为研究区域中的事件;dmin(Si)为事件点Si到最邻近点的距离;n为事件数量。当I＜1时，点空间分布为聚集模式;当I=1时，点空间分布为完全随机模式;当I＞1时，点空间分布趋向均匀分布模式。在聚集模式中，由于点在空间上多聚集于某些区域，因此点之间的距离小，计算得到的点对之间最邻近距离的平均值小于完全随机模式的最邻近距离平均值;而均匀分布模式下，点之间的距离比较平均，因此平均的最邻近距离大，计算得到的点对之间最邻近距离的平均值大于完全随机模式的最邻近距离平均值。

多距离空间聚类分析用来判定要素或关联至要素的值在一定的距离范围内是否呈现出具有统计显著性的聚集或离散。

采用HPLC-ELSD方法，测定了多批样品中的硫酸盐含量，进而确定了分子式中硫酸的数目，结合样品的酸碱度值，建立了样品酸碱度与硫酸盐含量的关系，对于现行质量标准中的酸碱度是否可以有效控制产品质量开展分析。

空间自相关分析利用研究区地质遗迹点的Moran’s I统计量，根据遗迹位置测量其自然状态下的空间自相关性。

3.2.2 结果与分析。地质遗迹分布的集中性不仅是划定地质公园界线的前提，同时也是划定公园界线的依据。运用ArcGIS 10.0对地质遗迹点分布模式进行探索性数据分析，以期明确研究区域内地质遗迹的空间分布类型。不同的描述尺度会影响空间点的分布模式，研究区域面积和观测距离的变化对空间分布模式有一定影响，本研究主要用范围和距离来进行地质遗迹点的空间分布模式分析。

首先，在限定研究区域面积的前提下，运用ArcGIS 10.0空间统计工具对研究区地质遗迹点进行平均最近的邻近要素分析(表2)，结果显示:在219.97 km2的研究区域内，最邻近指数I=0.496 899，小于1;z得分为-6.94，似然值p小于0.01。数据表明:在1%的显著水平下，样本点呈现聚集分布，因此，小海—东山岭研究区内地质遗迹点在空间分布上呈现出聚集模式。且最近邻地质遗迹点之间最小距离约为18.36 m，最大距离2 684.21 m。

表2 地质遗迹点平均最近的相邻要素分析结果一览表Tab.2 Overview of average nearest neighbor analysis results on geosites

空间点的最邻近距离分析数据揭示地质遗迹在219.97 km2的面积范围内是呈聚集模式的，但是对于52处地质遗迹，在多长的直线距离范围内聚集态势更为显著仍然需要继续探索，这对于划定地质公园的缓冲区域具有积极意义。研究区域内共计52处地质遗迹，观测距离为任意两处地质遗迹之间的直线距离。52处地质遗迹点，共计可得到C251组观测距离。

为了进一步研究观测距离与地质遗迹点空间分布模式之间的关系，运用ArcGIS 10.0中多距离空间聚类分析(Ripleys K函数)功能进行分析(图3)，其中，L(d)是K函数的常用变体。结果表明:观测距离在很大程度上影响了地质遗迹点空间分布特征，当观测距离小于652 m时，地质遗迹点的聚集状态最为显著。

图3 地质遗迹点多距离空间聚类分析Fig.3 Multi-distance spatial cluster analysis of geosites

同时，地质遗迹点空间自相关分析结果(图4)也表明:在观测距离650 m以内，研究区域内地质遗迹点不仅聚集态势愈发凸显，地质遗迹点也呈现出空间自相关性随观测距离的增大逐渐减小的自然现象;当观测距离超过650 m，地质遗迹点的空间自相关趋于稳定，随观测距离的增加，Moran’s I值没有明显波动。进一步验证了650 m的观测距离内，地质遗迹点呈现更加明显的聚集态势。

图4 地质遗迹点空间自相关图Fig.4 Spatial autocorrelation(Moran’s I)of geosites

在地质公园初步划定的界线范围之内，包含了小海(潟湖)在内的所有重要地质遗迹，面积为114.96 km2，其中小海(潟湖)面积约43 km2。初步划定的界线范围包含了地质公园缓冲面积，不仅为进一步确定公园界线提供依据，还为地质遗迹的保护工作奠定基础。

图5 小海—东山岭省级地质公园界线划定Fig.5 Delimitation of the provincial Xiaohai-Dongshanling geopark

3.3 地方经济发展需求

根据地质遗迹的集中度和地质遗迹保护缓冲距离划定的地质公园范围基本上包括了所有重要地质遗迹景观。但这一定界依据并未考虑与地方经济发展的协调。地质公园的建设目的不仅在于保护地质遗迹，也要在保护中进行适度开发，促进当地经济的发展。

3.3.1 与相关规划协调。考虑到当地经济发展的需求，必须对研究区域内已通过评审并准备实施或在建的生态项目进行筛选，剔除出地质公园界线范围。研究区“十二五”重点项目布局及建设用地规划(图6)中，实施的生态项目主要有保定—乌场港滨海新城区、英豪半岛生态旅游度假区建设、春园湾旅游开发、港北渔港园区综合开发建设项目等，并已被列入《海南省万宁市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》。此外，《环小海地区概念性总体规划》将以小海(潟湖)中心，重点建设小海周边1 km范围区域。

考虑到当地经济的发展以及其他军事、建设用地等因素，列入规划的建设用地、大花角军事用地以及城镇、村庄建设用地被一并排除在地质公园界线范围之外，最终划定小海—东山岭省级地质公园的界线范围(图5b)，占地总面积49.87 km2，为中型地质公园，包括了占总量89.69%的地质遗迹数量。

公园范围内包括小海(潟湖)、小海入海口、英文岭、大长岭及多德湿地、东山岭等处的地质遗迹。小海—东山岭省级地质公园划分为2个园区:小海园区和东山岭园区，呈分散布局。小海入海口景区、大长岭景区和东山岭园区成三角态势分布于小海(潟湖)周边，其中小海园区面积46.29 km2，规划建设小海入海口景区和大长岭—多德湿地景区;东山岭园区面积3.58 km2，以海蚀作用的花岗岩地貌为主体，包括石蛋、造型石、古海蚀芽(沟、槽)、一线天、古海蚀洞群等热带滨海特色景观。

图6 研究区“十二五”重点项目布局及建设用地规划图Fig.6 Layout of key projects and construction land use planning during the“Twelfth Five-Year”

3.3.2 缓冲区的主动保护。初步划定的地质公园界线范围以650 m为缓冲距离划定，对于地质遗迹具有积极的保护意义。对于最终未被划入地质公园界线范围之内的地质遗迹，同样处于地质公园界线的缓冲区域内，而在缓冲区域内布局的生态项目以及军事区，在规划和实施期间，充分考虑了该项目对该区生态环境的影响，先入为主，优先落地缓冲区域，以此形成主动保护机制，防止其他非生态项目落地缓冲区域。因此，缓冲区地质遗迹的完整性和原始性同样会受到保护。同时，可针对这类地质遗迹单独设置地质遗迹标识牌，将重要地质遗迹的保护责任落实到具体部门和个人，以此促进公园界线范围外地质遗迹的保护，避免因公园范围面积过大而阻碍地方经济发展的问题出现。

4 结论与不足

最终划定的小海—东山岭省级地质公园界线范围为49.87 km2，较之研究区面积缩小约75%，定界充分考虑了地质遗迹景观质量、分布特征等因素，并综合考虑了该地区已有的重点项目用地和城镇村庄建设用地，使地质遗迹得到较好保护，又协调了地方经济发展，同时地质公园界线范围内又不涉及权属纠纷。以上定界依据和定界方案的实施使地质公园建设和地质旅游项目的落地得到充分保障，为地质公园开发创造了良好的先天条件。同时，在对小海—东山岭省级地质公园定界研究的过程中，有2点可能会影响公园定界范围:(1)将地质遗迹抽象为点进行分析，未考虑地质遗迹分布面积和长度等属性，这在一定程度上影响了地质遗迹空间分布特征，对定界研究有一定影响。本案例中，东山岭花岗岩山体、小海(潟湖)为面状，抽象为点时取其形状的中心位置，同时在根据地质遗迹集中度初步定界时，也充分考虑了面状地质遗迹的分布面积，尽量降低影响程度;(2)地质遗迹调查的精度可能会在一定程度上影响地质遗迹点的空间分布特征，大比例尺度的现场踏勘有助于深入发掘有价值的地质遗迹的数量和分布特征。为此，先后3次赴琼对研究区域进行为期40多天的考察，不断提高调查精度，工作力求细致，调查力求详尽，为公园定界打下扎实基础。

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