杨萍 ¹ , 彭羽 ² , 刘雪华 ¹ , 孟鸿雁 ³ , 王斌 ³
1.清华大学 环境学院, 生态学教研所, 北京 100084;
2.中央民族大学 生命与环境科学学院, 北京 100081;
3.中国城市规划设计研究院 风景园林规划研究所, 北京 100044

收稿日期: 2013-09-23
基金项目: 环境模拟与污染控制国家重点实验室专项（11Y02ESPCT）；中国城市规划设计研究院新疆玛纳斯县域生态环境保护建设专题资助项目（20132000936）
作者简介: 杨萍(1977-),女,博士后。
通讯作者: 刘雪华,副教授,E-mail:xuehua-hjx@tsinghua.edu.cn

摘要：生态评估可以确定生态保护的重点区域，为城市规划提供科学参考。该文以新疆玛纳斯县为研究区域，首先根据专家知识和层次分析法，建立了生态敏感性和生态风险评价指标体系，然后在ArcGIS 9.3软件平台进行生态敏感性和生态风险综合评估，最后根据生态评估结果进行了县域发展适宜性分析，并划分了禁建区、限建区和适建区。结果表明：应用专家知识、层次分析法和GIS（geographical information system）进行生态评估，具有可操作性和结果的可靠性；高敏感区、较高敏感区、中度敏感区、低度敏感区和非敏感区分别占研究区域总面积的41.31%、16.17%、16.44%、7.07%和19.01%；高生态风险区主要分布于塔西河乡南部、清水河乡中部和南部，以及广东地乡北部，较高风险区分布于塔西河中下游沿岸、玛纳斯河下游沿岸，其他地区生态风险等级较低；县域发展适宜性较高的区域主要位于玛纳斯镇大部分地区，兰州湾镇及147团场西部地区，北五岔北部，新湖农场，148团场、149团场、150团场东部地区，不适宜发展区域主要位于北部沙漠、南部山区、玛纳斯河和塔西河沿线及湿地区域。
关键词： 生态评估 地理信息系统 层次分析法 适宜性分析 玛纳斯县
Urban development suitability evaluations based on ecological assessments-A case study of Manasi County, Xinjiang Province
YANG Ping¹, PENG Yu², LIU Xuehua¹, MENG Hongyan³, WANG Bin³
1.Institute of Ecology, School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2.College of Life and Environmental Sciences, Minzu University of China, Beijing 100081, China;
3.Institute of Landscape Architecture Planning, Academy of Urban Planning and Design, Beijing 100044, China


Abstract:Ecological assessments are used to identify important areas for ecological protection and to provide scientific support for urban planning. This study took Manasi County, Xinjiang Province, as a case study and constructed an ecological sensitivity and ecological risk criteria system based on expert knowledge and an analytical hierarchy process (AHP) method. The ecological sensitivity and risk assessment was used to evaluate the urban development suitability and to divide the whole area into prohibited construction, restricted construction and appropriate building zones. The process shows that the integrated expert knowledge, AHP data, and GIS data provides an effective ecological assessment method. The Manasi County has 41.31% extremely sensitive areas, 16.17% highly sensitive areas, 16.44% moderately sensitive areas, 7.07% low sensitive areas, and 19.01% non-sensitive areas. The extremely high ecological risk areas are mainly in the southern part of Taxi River County, the middle and southern part of Qingshui River County, and the northern part of Guangdongdi County. The high risk areas are mainly in the upstream and midstream regions of the Manasi and Taxi Rivers. The areas suitable for development are mainly in the towns of Manasi, Lanzhouwan, the western part of the 147 Production and Construction Corps, the northern part of Beiwucha, the western part of Xinhu farm, and the 148, 149 and 150 Production and Construction Corps areas, the low suitability for development areas are mainly in the desert, mountains, and wetlands.
Key words: ecological assessmentgeographical information system (GIS)analytical hierarchy process (AHP)suitability evaluationManasi County
生态环境是人类生存和发展的基础，在自然状态下，各种生态过程维持着一种相对平衡和稳定的关系，但当外界干扰过度时，这种平衡关系将被打破，导致各种各样的生态问题。近年，随着中国经济的迅速发展，城市化建设用地和生态保护的矛盾日益严重，在东部沿海地区和西部待开发地区，大量的林地和湿地遭到破坏，出现复合性环境污染和大量的生态退化格局^{[1, 3]}。通过生态评估，可以确定生态环境保护和恢复的重点区域，划分不同的生态功能区，针对不同区域制定不同的保护措施和开发规划，为确定城市的发展规模、用地布局和城市体系结构提供科学参考^[4]。
目前，国内外在生态评估和应用方面，已经开展了大量的工作。在研究内容方面，包括生态环境敏感性指数的选择和分析^{[5, 6]}，生态系统服务功能及价值评估^[7]，生态风险分析与预警^{[8, 9]}等。在研究尺度方面，包括全球气候变化下的生态敏感性分析^[10]，区域或流域级别的生态系统动态变化和差异分析^[11]，省市级生态系统评价和生态功能分区^[12]。在研究方法上，也呈现出多样化，例如应用GIS和遥感监测技术进行生态环境动态变化监测和分析^{[13, 14]}，基于模糊数学方法的生态环境敏感性研究^[15]，应用神经网络法进行生态环境脆弱性评价等^[16]。
通过调研发现，国内外在进行生态评估研究方面，研究区域多为国家、省级或县(市)级尺度，更小尺度的研究较为少见。本文以新疆玛纳斯县域为研究对象，选取土地覆被类型、植被覆盖指数、地形地貌数据、气象数据、土壤类型等作为关键因子，对县域的生态敏感性和生态风险进行了分析，并在此基础上划分了县域发展适宜性分区，对不同分区提出相应的生态规划建议。
1 研究区域玛纳斯县位于天山北坡中段，东接呼图壁县、西邻石河子和沙湾市，南接和静县，北邻和布克赛尔蒙古自治县。地处北纬43°28′29″～45°38′52″，东经85°41′16″～86°43′10″。玛纳斯县域呈南北长、东西窄的长条状分布，南北最大长度为 235 km，东西最大宽度118 km(如图 1所示)。全县土地总面积10 196.4 km²，下辖七镇、四乡、二场、一站，境内还有新疆建设兵团农六师的新湖农场及农八师的147团、148团、149团和150团4个团场。玛纳斯县域地貌特征由南向北可划分为南部山区、中部平原和北部沙漠3个单元，海拔分别为5 222～650、650～320、320～280 m。 玛纳斯县属温带大陆性干旱半干旱气候，具有冬季严寒，夏季酷热，日照充足，干旱少雨的特点，年平均气温6.9 ℃，年均降水总量为173.3 mm。

图 1 玛纳斯县在新疆的地理位置及下辖区域

图选项

2 数据和研究方法2.1 数据本研究中使用的主要数据包括土地覆被类型、SPOT-VGT归一化植被指数(NDVI)、地形地貌数据、气象数据、土壤类型、地质灾害分布数据及行政区划图等，各数据来源和相关情况如表 1所示。
表 1 数据内容和来源

数据名称	数据来源	说明
土地覆被类型	中国科学院地理科学与资源研究所	2005年矢量数据
归一化植被指数	中国西部环境与生态科学数据中心	1999—2007年SPOT-VGT NDVI 1 km分辨率数据
数字高程数据	美国航空航天局SRTM3数据	90 m分辨率栅格数据
地貌数据	玛纳斯县国土资源局	地貌单元分区
气象数据	玛纳斯县气象局	降雨、积雪及气象灾害数据
数据名称	数据来源	说明
土壤类型数据	玛纳斯县农业局	土壤分布及类型
地质灾害分布	玛纳斯县国土资源局	地质灾害多发点及级别分布
县域行政区划	玛纳斯县国土资源局	玛纳斯县域及各乡镇边界矢量图

表选项






由于各数据的来源不同，在进行生态分析前首先需要进行数据的预处理，主要包括遥感影像数据校正、栅格数据的扫描矢量化以及配准，然后利用县域行政边界图对所有栅格数据进行拼接和裁减处理。处理后的数据统一采用西安1980三度投影带坐标系，生成研究区域内的基础数据。
2.2 生态敏感性分析本研究中的生态敏感性是指生态系统中重要物种栖息地对人为活动干扰的敏感程度，或对外界干扰的适应能力，在生态因子的选择上遵循典型性、可靠性、定性与定量结合、数据的可获取性等原则。在构建指标体系时，综合考虑了自然因素和人为影响2方面的因子，选取的敏感性评价指标包括：土地覆被因子、植被因子、坡度、地貌类型和地下水保护区因子共5类。其中，土地覆被因子中选取土地利用类型作为评价指标，并且充分考虑国家森林公园和重要湿地； 植被因子选择NDVI作为评价指标； 地貌因子选择地貌分区类型作为评价指标。
研究中根据专家知识，对各评价指标的不同属性进行评价，并采用1~9进行赋值，单因子赋值越高，表示生态敏感程度越高(如表 2所示)。然后，对土地覆被因子、NDVI、坡度、地貌和地下水因子分别赋予权重为0.4、0.1、0.2、0.2、0.1，以 30 m×30 m 的栅格单元作为分析单元，在ArcGIS 9.3中通过栅格计算器对各因子进行加权求和计算。计算后的结果采用5级划分法，将生态敏感区分为高敏感区、较高敏感区、中度敏感区、低敏感区和非敏感区5级。
表 2 玛纳斯县域生态系统敏感性评价指标

项目	1	2	3	4	5	6	7	8	9
土地覆被	城镇			农田		沙漠	草地	其他	森林、湿地
NDVI	≤0		(0,0.25］		(0.25~0.5］		(0.50~0.75］		(0.75~1］
坡度	≤5°		(5°~15°］		(15°~25°］		>25°
地貌		细土平原	倾斜平原	沙漠		丘陵	中山		高山
地下水	非保护区								保护区

表选项






2.3 生态风险分析本研究采用综合生态风险评估方法，根据实地调研和资料文献记载，玛纳斯县生态风险以洪水灾害为主，其次为沙漠侵害，最后为地质灾害。根据风险暴露结果，结合其发生的强度与频次，建立生态风险评价模型。在分析中首先对收集到的研究资料进行数字化处理，然后对数据进行进一步的整理、校对和编辑，在ArcGIS平台下建立数据库，并根据评价过程的需要进行计算和分析。
其中，玛纳斯县域洪水灾害主要有融雪(冰)型洪水、暴雨型洪水和混合型洪水，在研究中采用积雪、暴雨和小流域水量分析，根据不同集水区确定洪灾发生概率，并将洪水易发河段两侧的一定范围作为风险高发区； 在沙漠化风险研究中选取植被指数、土壤类型、年均降雨量作为沙漠化风险等级的评价因子，并进行沙漠化风险分级； 对于滑坡泥石流风险分析，选取坡地、暴雨、植被覆盖度的相关资料，构建玛纳斯县地质灾害生态风险评价公式。最后，在主要生态风险分析的基础上，将以上3种风险分别进行归一化处理并分级(如表 3所示)，分别赋予洪水风险、沙漠化风险和地质风险权重为0.40、0.35、0.25，然后进行加权计算，结果采用5级划分法，将生态风险区分为高风险区、较高风险区、中等风险区、较低风险区和低风险区。
表 3 玛纳斯县域生态风险评价指标

风险因子	1	3	5	7	9
洪水风险	(0.04,0.08］	(0.08,0.17］	(0.17,0.33］	(0.33,0.58］	(0.58~1］
沙漠化风险	(0.44,0.53］	(0.53,0.60］	(0.60,0.65］	(0.65,0.70］	(0.70,0.85］
地质风险	(0.11,0.25］	(0.25,0.34］	(0.34,0.45］	(0.45,0.56］	(0.56,0.80］

表选项






2.4 县域发展的适宜性分析基于玛纳斯县生态敏感性分析和生态风险分析，本研究中将生态敏感性分析和风险分析的结果进行等权重归一化处理，对县域发展进行了适宜性分析。其中，高生态敏感区和高生态风险区为不适宜发展区，较高生态敏感区和较高生态风险区为低适宜发展区，中度生态敏感区和中等生态风险区为中等适宜发展区，较低生态敏感区和较低生态风险区为较高适宜发展区，非生态敏感区和低生态风险区为高适宜发展区。不适宜发展区和低适宜发展区对生态、安全、资源环境、城市功能有重大影响，一旦破坏很难恢复或造成重大损失； 中等适宜发展区根据生态、安全、资源环境的要求，需要进行适当控制； 较高和高适宜发展区生态风险低和生态敏感性较低，可以进行集中建设。
3 研究结果3.1 综合生态敏感性分析结果根据玛纳斯县域生态系统敏感性评价指标，整个玛纳斯县域范围内敏感性高的区域主要分布在南部山区的水源涵养地，中部的湿地以及北部沙漠地区，其他地区的大部分处在中度敏感区。高敏感区、较高敏感区、中度敏感区、低度敏感区和非敏感区分别占研究区域总面积的41.31%、16.17%、16.44%、7.07%和19.01%，生态敏感性分析结果如图 2所示。

图 2 生态敏感性分析

图选项

3.2 综合生态风险分析结果根据生态风险评估体系，玛纳斯县高生态风险区集中分布于塔西河乡南部、清水河乡中部和南部、广东地乡北部。 塔西河中下游沿岸、玛纳斯河下游沿岸的生态风险等级也较高，其他地区生态风险等级较低。生态风险分析结果如图 3所示。

图 3 生态风险分析

图选项

3.3 玛纳斯县发展的适宜性分析结果县域发展的适宜性分析结果共分5级，如图 4所示。其中，高适宜发展区主要位于玛纳斯镇大部分地区、兰州湾镇及147团场西部地区、北五岔和六户地东南部，以及148团场、149团场、150团场东部地区； 较高适宜区主要位于4大团场中部、兰州湾南部、乐土驿和包家店南部地区； 中等适宜区主要位于新湖农场和广东地乡的大部分区域； 其余地区为发展适宜较低和不适宜发展区域，主要位于北部沙漠、南部山区、玛纳斯河和塔西河沿线及平原的水库和坑塘区域。

图 4 县域发展适宜性分析

图选项

3.4 基于生态评估的玛纳斯县域建设分区根据玛纳斯县域发展的适宜性分析，对玛纳斯县域进行了分区，将不适宜和较低适宜区域划分为禁建区，中等适宜区域划分为限建区，较高和高适宜区域划分为适建区，结果如图 5所示。禁建区主要分布于南部山区、平原区的湿地和北部沙漠。其中，天山北坡为高敏感的水源涵养地，大量原始森林植被在开荒造田中被砍伐^[17]，北部沙漠由于耕地的扩张和防风带的建设，沙漠面积得到了一定的控制^[18]，但仍为生态敏感区，需重点保护，这些区域在城市建设中应该禁止开发。

图 5 县域建设分区

图选项

3.5 保护对策与建议基于生态敏感性分析和生态风险分析，玛纳斯河中下游地区和塔西河中上游地区为洪水高发区，该区的生态安全综合评价指数呈下降趋势^[19]，2011 年国家水利部下拨专项资金用于玛纳斯河防洪治理工程，可通过加强中小型水库建设和城市的防洪排涝的基础设施建设，减轻玛河和塔河对城镇的破坏。对于沙漠化严重地区，需要在沙漠与城市交界地带加强植被建设、河流道路等生态廊道建设，防治荒漠化侵蚀。在玛纳斯县域高山峡谷地区等高敏感和高风险区域，可以考虑对玛纳斯河和塔西河沿岸陡坡区域进行生态移民，将分散居民集中居住于生态风险较低区域。对于县域发展，禁建区禁止新建无关的建筑物； 限制建设区城市建设用地需要尽量避让，如因特殊情况需要占用时，应做出相应的生态评价并提出补偿措施，需经过程序审批再进行建设； 适建区要坚持先规划、后建设，节约用地，集约发展，在保护生态环境的前提下确定合理开发。
4 结 论本研究将专家知识和层次分析法相结合，充分发挥GIS的空间分析能力，通过生态敏感性分析和生态风险分析，对玛纳斯县域进行了较全面的生态评估，为生态质量评价和城市发展规划提供了新思路。
玛纳斯县域范围内敏感性高的区域主要分布在南部山区的水源涵养地、中部的湿地以及北部沙漠地区，高敏感区、较高敏感区、中度敏感区、低度敏感区和非敏感区分别占研究区域总面积的 41.31%、16.17%、16.44%、7.07%和19.01%； 高生态风险区集中分布于塔西河乡南部、清水河乡中部和南部、广东地乡北部，以及塔西河中下游沿岸、玛纳斯河下游沿岸。结合生态敏感性分析和生态风险分析，本研究进行了县域发展适宜性分析，并划分了禁建区、限建区和适建区。禁建区禁止新建无关的建筑物，限建区在进行建设时除特殊需要外，应该尽量避让，适建区可以在保护生态环境的前提下进行合理开发。

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