基于RS和GIS的山东省17城市生态环境质量动态变化研究

曹惠明，宗雪梅，孟祥亮，田贵全

（山东省环境监测中心站，山东济南250000）

基于RS和GIS的山东省17城市生态环境质量动态变化研究

曹惠明，宗雪梅，孟祥亮，田贵全

（山东省环境监测中心站，山东济南250000）

运用遥感动态监测与地理信息系统技术相结合的方法，以2005年和2009年遥感解译数据、土地侵蚀数据及环境统计数据为数据源，依据《生态环境状况评价技术规范(试行)》（HJ/T 192-2006），对山东省17个城市生态环境质量现状及动态变化趋势进行了评价。结果表明：2009年17个城市生态环境状况指数在59.81～78.08之间，生态环境质量状况总体良好；2005-2009年17城市生态环境状况指数变化值在0.06～3.5之间，生态环境质量状况基本稳定。

遥感动态监测；生态环境状况指数；生态环境质量；动态变化；山东省

1 研究区概况

山东省地处中国东部、黄河下游，位于北半球中纬度地带，面积15.7万km2。境域包括半岛和内陆两部分：东部的山东半岛突出于黄海、渤海之间；西部内陆部分自北而南依次与河北、河南、安徽、江苏4省接壤。山东地形中部突起，为鲁中南山地丘陵区，泰山为全省最高点，主峰海拔1532.7 m；东部半岛大都是起伏和缓的波状丘陵区；西部、北部是黄河冲积而成的鲁西北平原区，是华北平原的一部分。山东省植被覆盖状况区域分布不均，林地和草地主要分布在山东半岛和鲁中南地区。省内水系发达，平均河网密度为0.24 km/km2，长度在5 km以上的河流有5000多条，较重要的有黄河、徒骇河、大汶河、小清河等。湖泊主要分布在鲁中南山丘区与鲁西平原的接触带上，以济宁为中心，分南北两大湖群，较大的湖泊有南四湖和东平湖。全省海岸带总长3791 km，沿海7市近海海域面积17万km2。气候属暖温带季风气候，降水集中，雨热同季，春秋短暂，冬夏较长。省内区域经济发展不平衡，从东至西呈东部较发达、中部过渡、西部相对滞后的经济发展格局。

2 遥感监测技术方法

2.1 遥感影像数据源

山东省17城市生态环境遥感监测采用的数据源为2005年和2009年Landsat TM图像。Landsat TM图像是以县(市、区)为单位的Landsat TM 4，3，2波段合成的Landsat TM图像，地面分辨率为30 m。

2.2 遥感影像处理

利用山东省2005年、2009年Landsat TM影像，应用Erdas Imagine软件将原始数据导入，再利用波段合成/分离工具重新合成得到RGB432假彩色影像，综合时相、云量等因素对影像进行质检。时相要求尽量为5～10月；云量要求单景影像平均云量小于10%，受人为干扰影响比较小的区域可适当放宽到20%，而受人为干扰影响比较大的区域要求尽量没有云覆盖；同时要求影像尽量避免拉伸、断线等。质检完成后，利用图像对比度调整工具对影像亮度和对比度进行调整，得到解译特征比较明显的遥感影像。山东省生态环境遥感监测以2000年Landsat TM影像为控制影像，每景影像采集20～25个大地控制点，应用二次多项式和双线性内插法对图像进行几何纠正，重采样后误差在一个像元内。

2.3 遥感影像解译

借鉴土地利用遥感调查分类体系的经验[2～3]，结合遥感图像的地面分辨率和山东省生态环境的实际状况，将山东省的生态环境划分为耕地、林地、草地、水域湿地、城乡工矿居民用地和未利用土地6类生态系统类型。将6类生态系统类型再进一步划分为水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆盖草地、中覆盖草地、低覆盖草地、河渠、湖泊、水库坑塘、海涂、滩地、城镇用地、农村居民点用地、工矿用地、沙地、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石砾地和其他未利用土地23种次一级类型。根据生态环境类型的影像特征及其地理分布特点，应用Arcgis软件[4]进行生态环境类型及其动态变化判读、矢量数据处理和数据统计分析，建立生态环境遥感监测数据库。

2.4 精度分析

为了验证遥感判读的正确性，选择322个典型地物核查点和114个边界点进行野外核查，典型地物核查点判读准确率为91.9%，边界点判读准确率为93.0%。

3 评价方法与基础数据

3.1 生态环境质量评价指标体系

根据国家环境保护部颁布实施的《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJT 192-2006)，采用生态环境状况指数（EI）表征被评价区域生态环境质量状况。该评价指标体系包括生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数和环境质量指数5个一级指标以及林地、耕地、水域等15个二级指标[5]。生态环境状况指数计算方法如下：

EI＝0.25×生物丰度指数＋0.2×植被覆盖指数＋0.2×水网密度指数＋0.2×（100－土地退化指数）＋0.15×环境质量指数

根据生态环境状况指数，将生态环境质量分为五级，即优、良、一般、较差和差；依据生态环境状况指数变化幅度（ΔEI）的大小，将其分为4级，即无明显变化、略有变化（好或差）、明显变化（好或差）、显著变化（好或差）。

3.2 基础数据

2005年和2009年，遥感数据采用Landsat TM影像的解译数据；河流长度数据来源于《1∶25万山东省电子地图》；土地侵蚀数据来源于《2002年全国第二次水土流失遥感调查》；SO2、COD和固体废物排放量、水资源量和降水量数据来源于环境统计数据[6]。

4 评价结果与分析

4.1 生态环境质量状况现状

2009年山东省生态环境状况指数计算结果（表1）表明：

（1）山东省17个城市生态环境质量状况可分为“优”（EI≥75）和“良”（55≤EI＜75）两个等级。生态环境质量状况为优的仅威海1个城市，其他16个城市生态环境质量状况为良。

（2）17个城市按照生态环境状况指数从高到低排序依次是威海、济宁、济南、烟台、莱芜、青岛、枣庄、泰安、菏泽、滨州、淄博、德州、临沂、东营、聊城、潍坊和日照。

（3）从分布特征看，生态环境质量较好的城市主要分布在山东半岛沿海地区、鲁中南山地丘陵和鲁西湖库地带。这是因为：东部沿海地区的评价区生物丰度较高，植被覆盖较好，近海海域面积大，水资源量较丰富；分布在鲁中南地区的评价区山地面积大，生物多样性和植被覆盖较好；分布在鲁西北地区的评价区湖库分布较多，水资源量丰富。此分布特征与山东省的自然地理特征基本吻合。

4.2 生态环境质量动态变化分析

（1）17个城市生态环境质量动态变化可分为“无明显变化”和“略有变化”两级。由表1可知，在17个城市中，威海、青岛、济宁、潍坊、东营、莱芜、菏泽、泰安、烟台、聊城、淄博、济南和滨州13个城市变化值|ΔEI|≤2，为“无明显变化”一级，占全省城市总数的76.5%；枣庄、日照、临沂和德州4个城市变化值为2＜|ΔEI|≤5，为“略有变化”一级，占全省城市总数的23.5%。

在4个“略有变化”的城市中，德州生态环境质量略微变好，枣庄、日照、临沂3个城市的生态环境质量略微变差；在13个“无明显变化”的城市中，淄博、济南和滨州3个城市的生态环境状况指数上升值在0.06～1.18之间，其他10个城市的生态环境状况指数呈略微下降趋势，下降值在0.13～1.94之间。山东省17个城市生态环境状况变化空间分布如图1所示。

表1 2005-2009年山东省17个城市生态环境质量变化计算结果

图1 山东省17个城市生态环境状况变化空间分布

（2）生态环境状况指数下降的主要原因，一是降雨量减少，水资源量及湖库面积有所减少；二是耕地和草地面积减少。其中，青岛、枣庄、潍坊、济宁、泰安、威海、日照、莱芜、临沂和菏泽等城市水资源量明显下降，统计结果表明其下降值在3.74亿～36.81亿m3之间，造成水网密度指数下降，下降值在5.68～19.31之间。东营市耕地和草地面积分别下降了1.41万hm2和6.01万hm2，其植被覆盖指数下降值为10.45。生态环境状况指数上升的主要原因是污染物排放量下降，滨州和德州市COD排放量分别下降了0.8万t和1.4万t，SO2排放量分别下降了5.3万t和4.0万t。

5 小结

（1）遥感和地理信息系统技术应用于生态环境质量的监测，具有宏观、信息获取量丰富、快速和动态等诸多优点，对提高监测效率，及时掌握生态环境质量状况及变化趋势，保护生态环境，具有非常重要的现实意义。

（2）2009年17个城市生态环境状况指数在59.81～78.08之间，生态环境质量状况总体良好；2005-2009年间17个城市生态环境状况指数变化值在0.06～3.5之间，生态环境质量状况基本稳定。

（3）17个城市中生态环境质量较好的城市主要分布在山东半岛沿海地区、鲁中南山地丘陵和鲁西湖库地带。生态环境状况指数下降的主要原因之一是降雨量减少，水资源量及湖库面积有所减少；二是耕地和草地面积减少。生态环境状况指数上升的主要原因是污染物排放量下降。

[1]李晶，孟祥亮，张玉梅.山东省生态环境遥感监测及其动态变化研究[J].环境监测管理与技术，2009,21（3）：71-74.

[2]赵晓丽，张增祥，邹亚荣，等.中国华北地区土地利用动态变化特点分析[J].国土资源遥感，2002（2）：23-28.

[3]王宏志，朱俊林.我国利用遥感数据提取土地利用现状信息的技术进展[J].国土资源遥感，2000（3）：1-6.

[4]党安荣，贾海峰，易善峰，等.ArcGis 8 Desktop地理信息系统应用指南[M].北京：清华大学出版社，2003.

[5]钱贞兵，周先传，徐生，等.安徽省生态环境质量动态评价研究[J].安徽农业科学，2007,35（27）：8612-8614.

[6]田贵全，曹惠明.山东省生态环境质量动态变化研究[J].环境与可持续发展，2007，32(5)：44-46.

Research on the Situation and Dynam ic Changes of Eco-environmental Quality of 17 Cities in Shandong Province based on RS&GIS

Cao Huiming,Zong Xuemei,Meng Xiangliang,Tian Guiquan
(Environmental Monitoring Central Station of Shandong Province,Jinan Shandong 250000,China)

Integrating the RS and GIS methods,the data of RS interpretation,soil erosion and environmental statistics of the 17 prefecture-level cities in Shandong province was collected and used to evaluate the eco-environmental quality and dynamic changes of the 17 cities according to the technical criterion for Eco-environmental Status Evaluation(Trial)(HJ/T 192-2006).The results showed that,the eco-environmental indices of the 17 cities of Shandong were in the range of 59.81～78.08,and the eco-environmental quality was generally good in 2009.The changes of the indices of the studied cities between 2005 and 2009 ranged from 0.06 to 3.5,suggesting that the eco-environmental quality of the cities was basically stable in the 17 cities.

remote sensing dynamic monitoring;eco-environmental index;eco-environmental quality;dynamic change;Shandong province

X821

A

1008-813X（2012）04-0016-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.04.005

2012-05-10

曹惠明(1977-)，男，河南开封人，毕业于山东大学微生物学专业，硕士研究生，工程师，主要从事生态环境监测与评价工作。