基于GIS的区域资源环境承载力评价——以河口县为例*1

廖顺宽，杨　焰，王　静，周　妤，马石林

(1.云南省国土资源规划设计研究院，云南 昆明　650216； 2.云南省地质技术信息中心，云南 昆明　650041)



基于GIS的区域资源环境承载力评价
——以河口县为例*1

廖顺宽1，杨焰1，王静2，周妤1，马石林1

(1.云南省国土资源规划设计研究院，云南 昆明650216； 2.云南省地质技术信息中心，云南 昆明650041)

摘要：[目的]基于GIS的区域资源环境承载力评价是采取单因子和多因子相结合的评价，评价资源环境承载力现状，确定等级、数量以及分布等情况，为规划调整完善中“三线”划定和土地利用布局提供支持。[方法]通过选取自然条件等单因子，选取土地资源等多因子综合评价，基于GIS技术，利用ArcGIS平台建立评价模型，采用多因素打分加权求和分级的方式进行，以乡镇为单位将评价结果划分为4个不同的等级，进行资源环境承载能力综合评价。[结果]通过GIS技术分析，得到河口县资源环境承载力从高到低的区域。[结论]基于GIS技术，对河口县资源环境承载力进行评价，结果较准确地描述了资源环境承载力现状，将为规划调整完善的目标模式选择提供科学依据。

关键词：资源环境承载力；GIS；河口县；土地利用总体规划；评价指标；评价方法

0引言

土地利用总体规划是空间规划体系最高层级规划、土地资源开发利用与空间布局相关规划编制的重要依据以及实现区域分工互补的重要手段。目前，国土资源部《土地利用总体规划调整完善工作方案》(国土资厅函〔2014〕1237号)、云南省国土资源厅《关于开展全省各级土地利用总体规划调整完善前期工作的通知》(云国土资规〔2015〕28号)、《云南省土地利用总体规划调整完善工作方案》(云国土资〔2015〕22号)等都明确要求，要充分利用第二次全国土地调查数据、国土资源遥感监测等成果，开展资源环境承载力评价研究，明确区域国土资源合理开发利用承载潜力和方向，为规划目标确定、指标规模调整、空间布局和结构优化等提供科学依据。

充分认识并发挥资源环境承载力评价在土地利用总体规划调整完善编制中的地位和作用，对于提高规划调整完善的科学性和可操作性，提升土地利用总体规划的独创性价值，具有重要的作用和意义。

区域资源环境承载力是实现区域经济、社会、环境协调发展的支撑基础，是对资源开发强度与环境承载力之间是否协调进行判断的一个重要标志。尽管国内外学者对资源环境与经济作用机制和规律，以及人口增长与环境污染相互作用规律等方面进行了大量的研究，但结合区域生态环境的敏感因子进行区域可持续发展能力的定量化研究，即地区资源环境承载力的定量研究却相对缺乏，仍处于探索阶段。随着GIS技术的迅速发展，其逐渐被应用在资源管理、区域发展决策、环境管理、环境演变等方面。GIS具有强大的空间分析功能，利用各种空间分析技术，通过对数据库原有数据的处理，用户可以获取新的数据集，以此作为在“调整完善规划”工作开展中空间决策的依据[1-10]。

1研究区概况与基础资料

1.1研究区概况

河口瑶族自治县位于云南省南部，地处红河与南溪河汇合处，介于东经103°24′～104°17′，北纬22°30′～23°02′之间。河口县是国家级口岸县，下辖2个镇和4个乡。境内有国家一级口岸2个，省级口岸3个。辖区内还驻有河口、蚂蝗堡、南溪、坝洒4个国营橡胶农场。2013年土地总面积132 889.37 hm2。冬季温暖无霜，全年平均气温22.6 ℃。平均降雨量1 770 mm，降雨长达163 d，年平均相对湿度为86%。年平均日照数仅有1 716.9 h。河口地层以海相沉积为主，最高点为大围山主峰大尖山，海拔2 354.1 m，最低海拔76.4 m，为云南、贵州、四川三省的最低点。河口县的土壤类型多样，存在砖红壤等7个土类，8个亚类，8个土属，27个土种。全县境内水资源丰富，水资源总量为10.53亿m3，人均占有水资源13 673 m3。全县河流属红河元江水系，主要河流有红河、南溪河及其支流。河口县地表水以水库和河流为主。境内水库主要有长桥海、响水河、小新寨、菲白水库等。河流有黎江河、砂拉河、嘉明河，都是季节性河流。坝区产水少，山区年产水量7.119亿m3。

1.2基础资料

本文采用的空间数据资料主要为1∶5万数字高程模型(DEM)，2013年分辨率为2.5 m的Spot 5正射卫星影像图，河口县1∶5万土地利用现状图及数据库(2013年)，河口县2013年变更耕地数据成果，河口县坝区耕地和基本农田保护专题图、行政区划图、交通道路图件及地质灾害分布图等相关数据和图件。社会经济类资料中关于人口、经济类指标数据均来源于《2013年河口县统计年鉴》和云南数字乡村网。

1.3数据空间化处理

本文所采用的空间信息数据均集成统一到同一坐标系下，即1980西安坐标系，投影方式为高斯-克吕格投影，采用的椭球体为Krasovsky椭球体，主要参数：中央经线102°E，原点纬线0°。社会经济类统计数据先统一录入数据库，然后在GIS软件支持下，以乡镇为单位，完成与行政区划矢量数据属性库的关联，实现统计数据的空间数据化，为后续定量评价做好数据准备工作。

2评价指标体系与计算方法

2.1数据空间化处理

遵循功能性、综合性、代表性、层次性、可操作性等原则。根据河口县资源状况、环境条件和社会经济等与区域资源环境承载能力密切相关的因素，选取自然条件、地质环境安全、资源条件、环境质量、生态环境、社会经济等6个指标，共包含坡度、海拔和人均耕地等13个指标因子，综合评价河口县资源环境承载力状况。由于每个指标对区域资源环境承载力的影响不同，因此，在计算区域资源环境承载力之前需要确定每个指标在整个指标体系结构中所占的权重。确定各指标权重的方法很多，概括起来主要有两类：一类是客观赋权法，该类方法是根据指标之间的相关关系和各项指标的变异系数来确定权重，其原始数据的来源是实际数据，包括主成分分析法、因子分析法、灰色关联分析法等；另一类是主观赋权法，这类属于定性分析的方法，由专家根据当地实际情况，结合经验主观判断评价指标权重，然后运用数学方法获取权重，包括层次分析法、特尔斐法以及模糊综合评价法等。根据实际情况，河口县资源环境承载力评价采用主观赋权法来综合确定各个指标的权重(见表1)。

表1河口县资源环境承载力评价指标及权重值表

Tab.1Evaluation indicators and weights of resources and environment carrying capacity in Hekou county

基本指标权重指标因子权重自然条件0.20坡度海拔0.150.05地质环境安全0.10地质灾害易发性0.10资源条件0.25人均水资源利用量人均耕地人均林地0.100.080.07环境质量0.15水环境容量空气质量状况0.080.07生态环境0.20水土流失土壤侵蚀敏感性生物多样性保护重要性0.070.070.06社会经济0.10公路通车里程农民人均纯收入0.050.05

2.2划分评价单元

目前，评价单元划分方法主要有叠置法、地块法、多边形法和网格法等。评价单元的确定会影响到在评价中的应用价值和评价结果的精度。结合河口县实际情况以及资料的可获取性和可靠性，单因子评价单元的划分情况如下：

坡度、海拔、地质灾害易发性、水环境容量、环境空气质量状况、土壤侵蚀敏感性、水土流失、生物多样性保护重要性8个因子评价单元采用网格法划分，网格大小为100 m×100 m；人均水资源利用量、人均耕地、人均林地、公路通车里程、农民人均纯收入5个因子评价单元按行政区为评价单元划分；最后，河口县资源环境承载力的综合评价单元采用网格法划分，网格大小为100 m×100 m。

2.3评价指标指数计算方法

2.3.1自然条件

坡度分析的具体过程为：提取河口县第二次全国土地调查数据成果中的等高线，利用ArcGIS软件的3D分析功能，将等高线构造TIN模型，并利用构造好的TIN模型生成坡度栅格图。将坡度分为≤8°、8°-15°、15°-25°、≥25°共4级。

海拔采用河口县第二次全国土地调查数据成果中的等高线，使用ArcGIS软件先将等高线构造TIN模型，再利用构造好的TIN模型生成海拔栅格图。

2.3.2地质环境安全

根据河口县地质灾害易发性分区图，将地质灾害易发性划分为高易发区、中易发区、低易发区。地质灾害易发性是资源环境承载力的地质灾害安全限制因素，易发性越强，对资源环境承载力的限制越高。对地质灾害易发性分区进行重分类，将网格大小设为100 m×100 m，用GIS软件对河口县地质灾害易发性因子资源环境承载力进行评价。

2.3.3资源条件

人均水资源可利用量，用县域各乡(镇)的可利用水资源总量与其人口的比值求得。用于直观的表示县域内各乡(镇)水资源的丰富程度。其值越大，对资源环境承载力的限制性越低。人均水资源可利用量=水资源可利用总量/区域总人口。

人均耕地，根据河口县第二次全国土地调查2013年变更耕地数据和河口县统计局提供的2013年各乡(镇)人口数据，计算出各乡镇人均耕地面积。用GIS软件分析河口县人均耕地因子资源环境承载力相关数据。

人均林地，用县域各乡(镇)的林地总面积与其人口的比值求得人均林地。用于直观的表示县域内各乡(镇)林地的丰富程度。其值越大，对资源环境承载力的限制性越低。

2.3.4环境质量

水环境容量，根据河口县主要流域污染因子的水环境容量剩余状况，南溪河流域各项污染物承载力接近容量最大值，而红河流域CODMn的水环境容量已无余量，水环境承载力已经处于超载状态。水环境容量越大，对资源环境承载力的限制性越低。

环境空气质量状况可分为一类区和二类区。环境空气质量是资源环境承载力的大气环境限制因素，环境空气质量功能类型等级越高，说明对其空气质量要求越高，污染因子排放限制较高，即对资源环境承载力的限制性越高。

2.3.5生态环境

水土流失，根据河口县水土流失现状图可分为无流失、轻度流失、中度流失、重度流失。水土流失是资源环境承载力的生态环境限制因素，水土流失越严重，对资源环境承载力的限制性越高。

土壤侵蚀敏感性评价是为了识别容易形成土壤侵蚀的区域，评价土壤侵蚀对人类活动的敏感程度。土壤侵蚀敏感性可分为不敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感、极敏感。土壤侵蚀敏感性是资源环境承载力的生态环境限制因素，土壤侵蚀越敏感，对资源环境承载力的限制性越强。

生态系统生物多样性保护重要性评价主要是为了明确不同地区对生物多样性保护的重要程度。生物多样性保护重要性可分为不重要、比较重要、中等重要、极重要。生物多样性保护是资源环境承载力的生态环境限制因素，生物多样性保护越重要，对资源环境承载力的限制性越高。

2.3.6社会经济

公路通车里程是社会经济条件的一个重要指标，公路通车里程越大，对资源环境承载力的限制越低。其计算方法为：利用河口县交通图，采用GIS统计分析功能统计各乡(镇)的公路通车里程。

农民人均纯收入是影响资源环境承载力的重要社会经济指标，农民人均纯收入越高，对资源的依赖性越弱，对资源环境条件变化的适应能力越强。

3评价方法与分级

3.1评价方法

河口县资源环境承载力综合评价，是在单因子评价的基础上，利用ArcGIS平台，采用多因素打分加权求和分级的方式进行。指标权重的确定采用层次分析法，评价模型如下：

式中：P为综合评价值；Ai为单个指标量化得分值；Wi为各单项指标权重值。

3.2评价分级

将评价结果划分为4个不同的等级，即资源环境承载力高、资源环境承载力较高、资源环境承载力较低和资源环境承载力低。

4评价结果分析

利用ArcGIS软件，通过图形数字化、图形数据编辑，按照数据的类型和层次建立其空间数据库和属性数据，包括行政区划矢量数据库、遥感影像数据库、地形图数据库、土地利用现状数据库、森林资源数据库、土壤数据库、社会经济统计数据库等。综合利用上述基础数据库和评价因子结果图，在GIS系统的支持下，统计计算出河口县各乡镇及13个因子的值，将这些评价值输入到河口县村级行政单元区划图的属性数据库中，再将各指标因子的权重输入，根据区域资源环境承载力评价模型，以乡为单位统计计算出资源环境承载能力综合结果(见表2)。

经分析，河口县资源环境承载力高的区域面积有12 139.26 hm2，占全县土地总面积的9.13%，主要分布在老范寨乡中部和北部、南溪镇的南部地区。资源环境承载力较高的区域面积有60 208.56 hm2，占全县土地总面积的45.31%，主要分布在老范寨乡、莲花滩乡西北部、南溪镇东北部和桥头乡的南部地区。资源环境承载力较低的区域面积有52 036.45 hm2，占全县土地总面积的39.16%，主要分布在瑶山乡东北部、河口镇南部、莲花滩乡的北部地区。资源环境承载力低的区域面积有8 505.10 hm2，占全县土地总面积的6.40%，主要分布在河口镇北部、莲花滩乡中部、瑶山乡、南溪镇西北部以及桥头乡的北部地区。河口县资源环境承载力综合评价结果(见表3)。

通过乡级行政单元资源环境承载力综合评价值和评价值等级划分结果，运用ArcGIS软件制作河口县资源环境承载力综合评价图(见图1)。

评价结果显示：

表2　河口县资源环境承载力评价结果分乡镇统计表

表3河口县资源环境承载力评价结果表

Tab.3Evaluation results of resources and environment carrying capacity in Hekou county

分级资源环境条件描述面积/hm2占全县土地总面积的比例/(%)资源环境承载力高地质灾害隐患点少,地质灾害承载力高,人均资源丰富,环境质量良好。12139.269.13资源环境承载力较高海拔较低,地质灾害承载力较高,人均资源较为丰富,空气质量良好、水环境质量一般。60208.5645.31资源环境承载力较低地质灾害易发性较强,可利用水资源、林地资源较为丰富,人均耕地偏少,空气质量良好、水环境质量较差。52036.4539.16资源环境承载力低地质灾害高易发区,人均耕地短缺、林地资源偏少,空气质量良好、水环境质量差。8505.106.40

图1　河口县资源环境承载力综合评价图Fig.1　Comprehensive evaluation of resources and environment carrying capacity in Hekou county

第一，资源环境承载力总体发展形势不容乐观。根据统计结果，河口县资源环境承载力以较低和较高区域为主，资源环境承载力高的区域面积不足总面积的10%。其中，以河口镇的承载力形势最为严峻，资源环境承载力低和较低的区域合计12 474.05 hm2，达到了镇区面积的65.65%。老范寨乡、桥头乡、南溪镇以资源环境承载力较高区域为主，莲花滩乡、瑶山乡的资源环境承载力低以及资源环境承载力较低的区域面积之和已经超过了其自身乡镇面积的一半，资源环境承载力高的区域面积均不足其乡镇面积的5%。

第二，地质环境安全是影响承载力的重大因素。河口县地质灾害隐患点以中型滑坡和不稳定斜坡为主，地质灾害形势不容乐观，总体上隐患点数量和危害程度呈逐年增多和加重发展趋势。河口县地质灾害高易发区主要位于河口镇、南溪镇西部、瑶山乡西部、莲花滩乡中部以及桥头乡的北部地区。地质灾害的发生和发展，严重威胁群众生命财产安全和稀缺的土地资源，使得资源环境承载力受到严重影响，对其经济发展不能提供足够的资源支撑。

第三，有限的土地资源和水环境质量阻碍了承载力的提升。河口县山区面积占全县面积的97.8%，山多平地少，25°以上陡坡有416.8 km2，约占全县国土面积的31.4%，全县耕地面积偏少，并且有37.5%的耕地位于25°以上陡坡，开发利用难度大，给城镇建设、工业发展及农业现代化建设带来很大的阻碍。其中，河口镇的人均耕地面积通过单因子分析为0.33亩，已经严重低于联合国粮农组织的警戒线标准0.8亩/人。河口县水环境质量不容乐观，红河水质已经超过GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准，南溪河水质为Ⅲ类水质标准。南溪河各项污染物承载力接近容量最大值，而红河水环境承载力已经处于超载状态，水环境质量阻碍了资源环境承载力的提升。

5结论

通过全文分析，笔者得出如下结论：

1)基于GIS的区域资源环境承载力评价方法，对河口县现有的地形地貌、土地利用状况、森林资源状况、生态环境和社会经济条件等资料进行分析和处理，建立资源环境承载力评价指标体系及其评价指标因子数据库。

2)在GIS的支持下，实现坡度、海拔、水资源、土地资源、生态环境等13个指标因子空间地图数据有效配准、统计分析以及资源环境承载力评价模型的地图代数运算。评价结果显示，河口县资源环境承载能力状况总体发展形势不容乐观，虽然局部地区资源环境承载力状况较好，但由于县域范

围内资源、环境差异较大，部分地区资源环境承载力面临较大的压力。因此，应加大生态保护和建设力度以提高资源环境承载容量。

3)评价结果较准确地描述了河口县各乡镇乃至各村委会的资源环境承载力状况，综合反映了各乡镇乃至村委会人口资源环境与经济发展协调程度，将为河口县生态环境发展与保护的目标模式选择提供科学依据。

4)对国土空间开发布局的建议：

一是适度开发资源环境承载力低和较低的地区，河口县资源环境承载力低和较低的地区主要特征为人均资源占有量少，自然环境的承压能力弱。这些地区要遵循“保护优先、适度开发”的原则，主要以生物多样性保护为核心，加强自然保护区管理，严格执行国家相关法律法规，核心区和缓冲区内禁止任何形式的开发建设行为；可适度开展以科普教育为主的生态旅游项目，同时可开展围绕生物多样性保护为目的的科学研究、引种驯化等项目；协调统筹涉及的城镇及热带农业规模，发展生态农业和生态林业。

二是重点开发和优化开发资源环境承载力高和较高的地区，河口县资源环境承载力高和较高地区的主要特征是自然条件较好、地质灾害易发性低、资源条件丰富、环境容量大、生态环境条件好、有便利的交通条件。这些地区的资源环境承载能力较强，开发潜力也较好，主要以重点开发和优化开发为主，主导生态功能为水土保持、产品提供和人居保障，需要通过加大科技投入，调整土地利用结构，优化调整产业结构，发展高新技术产业。最后，各个乡(镇)要着重调控其限制性因素，实现资源环境的综合协调发展。

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Evaluation of Regional Resources and Environment Carrying Capacity Based on GIS：Taking Hekou County as an Example

LIAO Shun-kuan1，YANG Yan1，WANG Jing2，ZHOU Yu1，MA Shi-lin1

(1.YunnanInstituteofLandandResourcesPlanningandDesign，KunmingYunnan650216，China； 2.YunnanGeologicalTechnologyInformationCenter，KunmingYunnan650041，China)

Abstract：[Purposes]Evaluation of regional resources and environment carrying capacity based on GIS，which is taking the method of combination of single factor and multiple factors，determing the grade，quantity and distribution，and so on，so as to provide support for “three lines” delimitation of land use planning adjustment and improvement and the land use layout.[Methods]By choosing natural conditions，land resources and other multi-factors，based on the GIS technology and ArcGIS platform，this paper established the evaluation model by using the weight sum method，and the evaluation results were divided into four different levels in the unit of villages and towns.[Findings]Resources environmental carrying capacity descending region in Hekou county is obtained by GIS technology.[Conclusion]From the evaluation of regional resources and environment carrying capacity based on GIS，the results accurately describes the present situation of resources and environment carrying capacity，which will provide scientific basis for the mode selection of land use planning adjustment and improvement.

Key words：resources and environment carrying capacity；GIS；Hekou county；general land use planning；evaluation indicator；evaluation method

* 收稿日期：2016-02-01

中图分类号：P 208； F 205

文献标识码：A

文章编号：1007-9394(2016)02-0005-04

作者简介：廖顺宽(1978～)，男，云南会泽人，硕士研究生，工程师，现主要从事国土资源规划设计研究方面的工作。

地矿测绘2016，32(2)：5～8

CN 53-1124/TDISSN 1007-9394

Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources