基于GIS技术的生态地质环境承载力研究—以宁夏沿黄经济区为例

任光远，薛忠歧

（宁夏水文地质工程地质环境地质勘察院，银川 750011）

伴随着全球城市化进程的飞速发展，人类对现存自然环境的利用和改造的力度也不断加大。人口的增长，城市的不断扩张，使得人类对其赖以生存的自然资源的需求量越来越大。在这种情况下，势必会加大对自然资源的索取，从而造成严重的自然环境的破坏。但是，自然环境对人类社会、经济活动的承受能力是有限的, 即存在阀值。一旦人类对自然环境的索取和改造超过了这个阈值，人类社会经济的发展就会受到严重的影响[1]。因此，为了保证人类社会经济永久可持续发展，对人类赖以生存的一定区域范围的生态地质环境承载力研究分析是相当必要的。

1 生态地质环境承载力的概念和影响因素

1.1 生态地质环境承载力概念

“环境承载力”的概念在我国最早是在1991年提出。最初，它被定义为某一环境状态和结构在不发生对人类生存发展有害变化的前提下对所能承受的人类社会作用在规模、强度和速度上的限制，是环境的基本属性和有限的自我调节能力的量度[2]。之后，很多专家学者根据自己不同的研究目的对“环境承载力”这一概念进行了衍生。在对生态地质环境系统的研究当中，人们逐渐认识到生态地质环境对人类活动的承载能力是有限度的，即生态地质环境存在阈值，这个阈值就是“生态地质环境承载力”。它是指在一定时期和一定区域范围内，以及在一定的环境目标下，在维持生态结构、地质环境系统不发生质的改变，生态地质环境系统功能朝着有利于人类社会、经济活动方向发展的条件下，生态地质环境系统所能承受的人类活动和外部力量影响与改变的最大潜能[2]。

1.2 生态地质环境承载力的影响因素

（1）生态地质环境系统本底性能

生态地质环境系统中各功能要素的特性、景观生态状况和资源的存储状况等，决定其本底整体的性能。系统中各个要素的特征主要是指区域的规模大小，区域自然地理情况和区域地质背景特征等要素，它们会在一定程度上影响生态地质环境承载力的大小[3~8]。

（2）科学技术水平

科学技术是生态地质环境承载力重要的影响因素。科学技术可以推动人类各个领域的发展，提高人类对自然环境的利用程度，减少不必要的破坏和浪费，从而人类对自然利用率达到最大。

（3）人类自身的活动

人类活动的诸多方面如经济发展模式、人口增长、消费方式等，都会影响生态地质环境承载力。与区域生态地质环境相协调的人类活动可以提高一个地区生态地质环境的承载力。反之，和区域环境相违背的人类活动可以降低区域的生态地质环境承载力。

（4）区域外因素

任何一个区域都不是独立存在的，都会与其相邻区域产生联系，区域和区域之间都会存在一定的相互作用，所以一个地区的生态地质环境承载力势必会受到相邻区域内一些因素的影响。因此，协调各区域的发展，改善区域外的因素是提高一个区域承载能力的有效措施。

2 评价体系的建立及其内容

根据生态地质环境承载力的影响因素，其评价指标体系的建立需要考虑诸多因素。这些因素概括起来主要包括自然生态地质条件因素和人类活动因素。本次研究以城市带为研究背景，根据城市生态地质环境的普遍情况，分层次探讨了生态地质环境承载力评价指标体系的内容。把生态地质环境承载力评价指标体系分为3个子系统,分别为：地质环境子系统、生态环境子系统和社会环境子系统。

地质环境子系统主要包括地质环境条件和地质资源两个方面。地质环境条件方面可以从地理位置、气象水文、地形地貌等方面选取指标；地质资源方面可以选取与地质环境有紧密联系的自然资源如矿产资源、土地资源等方面的指标；生态环境子系统主要从植被、土壤、水体等方面分析，选取代表性的指标；社会环境子系统主要考虑包括人口、经济等因素。

3 评价方法

3.1 要素层图层的建立

本文生态地质环境承载力主要要素，如地形、构造、植被、人口因素等图层的建立过程主要依靠ARCGIS来完成。

首先，收集研究区的所有资料，并对资料筛选分类。数据按照实体描述类型分为空间数据和属性数据两类。采用ArcGIS对研究区基础资料进行数字化处理。然后对基础图件进行分离图层，进行分层式管理。按照空间数据各要素的特点，将空间数据分解为单一性质的基本要素图层。

属性数据包括对图形进行描述或说明的数据及用于进行评价的基础数据，如高程信息、地理标注、地貌类型特征、植被发育情况等。属性数据通过ArcGIS数据库进行录入、管理，其它软件可以通过接口进行调用。

基础图层的空间数据模型往往为矢量数据模型.当进行生态地质环境承载力评价时，需要将矢量模型转换为栅格模型，即进行网格化处理.本文采用10m×l0m的单元网格作为评价分析的计算单元，对于地质环境比较复杂的区域，局部进行加密。

完成上述步骤后，用编制的评价模型对每单元进行分析计算。计算完成后，将计算结果存入ArcGIS数据库。

3.2 综合评价及计算

对参加分析的要素进行打分，有利城市经济区发展的要素为正分，反之为负分，无要素分布的值为0。各地质要素的权重根据其影响程度确定，例如构造为2，植被为-3。

3.3 要素的空间叠加分析

利用ARCGIS软件的空间分析模块，将参与评价的要素层进行叠加分析，叠加后将各栅格单元的分值进行累计加分，得到每个栅格单元各个要素的综合评分。最后，得到生态地质环境要素的综合评分图，其作为研究区生态地质环境承载力的分区图。

4 实例应用——以宁夏沿黄经济区为例

4.1 研究区概况

宁夏沿黄经济区位于宁夏自治区中北部，主要包括银川平原和卫宁平原两大部分，其以黄河为纽带，引黄灌区为依托，以银川市为中心，石嘴山、吴忠、中卫3个地级市为主干，青铜峡市、灵武市、中宁、永宁、贺兰、平罗县城为基础的大中小城市集合体，国土面积2.87万km2，占全区总面积的43.2%。地理坐标为东经104°17′～106°48′，北纬35°14′～36°55′。

4.2 评价指标的选取及影响程度分析

本次研究根据宁夏沿黄经济区的特点，分别对地质环境子系统、生态环境子系统、社会环境子系统下的评价指标进行筛选和影响程度评分（如表1、2、3）。

表1 地质环境子系统指标

表2 生态环境子系统指标

表3 社会环境子系统指标

4.3 研究区综合承载力分级结果

研究得出，区域内所有单元的综合承载力分值介于1～9 之间，根据分值由高至低平均分段，将宁夏沿黄经济区分为3个等级区域。即Ⅰ类适宜建设区（承载力> 6)，Ⅱ类适度控制建设区(3<承载力<6)，Ⅲ类中度控制建设区（1<承载力<3)（见图1）

图1 宁夏沿黄经济区生态地质环境承载力分区图

从图1可以看出：

Ⅰ类适宜建设区（承载力> 6)：包括银川平原中部银川市东部、永宁地区及南部吴忠、青铜峡地区，卫宁平原的北部和中宁地区，约占研究区总面积的37%。

Ⅱ类适度控制建设区(3<承载力<6)：包括银川平原的北部和中部大部分地区，卫宁平原的中卫地区，约占研究区总面积的34%。

Ⅲ类中度控制建设区（1<承载力<3)：主要包括银川平原北部石嘴山、东部陶乐、西部贺兰山区、西大滩及部分银川市区，约占研究区总面积的29%。

5 结论

Ⅰ类适宜建设区（承载力> 6)，区域地质条件良好，植被覆盖率高，地质构造及地质灾害相对不发育，地下水位埋深相对于北部较深，地下水污染程度较轻，人口密度较高，是城市发展的最佳区域；

Ⅱ类适度控制建设区(3<承载力<6)，区域地质条件较好，地质构造及地质灾害发育程度较轻，人口密度较高，但地下水位埋深较浅，水质轻度污染，因此要适度控制工程的建设；

Ⅲ类中度控制建设区（1<承载力<3)，区内地质环境条件差，植被覆盖率低。石嘴山地区由于采矿污染严重，水位埋深浅，水质较差。贺兰山区内地形坡度较陡，岩土体结构疏松，易发生地质灾害；西大滩地区地下水中度污染，土壤盐渍化较为严重；东部陶乐地区，土地沙化、沙漠化分布广泛且严重。因此，本区域应属于中度控制建设区域。

6 结束语

利用GIS技术对一个地区的生态地质环境承载力进行评价，是一种合理可靠的方法。本文利用GIS技术对宁夏沿黄经济区的生态地质环境承载力进行评价，并划分了第一级适宜建设区，第二级适度控制建设区，第三级中度控制建设区。本次研究，对宁夏沿黄经济区城市群的发展规划提供了依据。

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