基于GIS的矿区流域生态安全诊断研究

和春兰　赵筱青　张洪

摘要生态安全研究是可持续发展、地理学、生态学及资源与环境科学等的热点问题。为了诊断矿区流域存在的生态环境问题及生态安全状况，以国际河流澜沧江支流和上游分布有亚洲最大铅锌矿的沘江流域为研究区，基于压力-状态-响应（PSR）框架模型，构建了4个层次、18个评价因子的指标体系；对因子进行熵权法赋权重后，运用生态安全综合评价模型，在GIS技术的支持下以30 m×30 m精度的栅格为基本评价单元，对沘江流域内各栅格单元及各乡镇的生态安全进行诊断。诊断结果分为非常安全、较安全、基本安全、预警、不安全和极不安全6个等级，研究结果将为保障流域生态安全提供数据基础与科学依据。研究结果表明，2012年沘江流域的生态安全状况整体上较好，有65.13%的流域面积处于安全状态，中下游流域的生态安全状况较上游矿区及其周围区域要好，居民区与矿区周围生态安全状况差，占流域面积的15.34%；流域内安全等级分布具有明显的区域性，在各乡镇中除金顶镇处于不安全状态、宝丰乡处于预警状态之外，其余各乡镇均处于安全状态。经实地调查，研究结果与沘江流域生态环境现状相吻合，人为干扰是引起流域部分区域安全状况低下的主要原因，而在人为活动中，铅锌矿的开采是造成流域生态不安全的最主要原因。

关键词生态安全诊断；压力-状态-响应（PSR）模型；沘江流域；铅锌矿开发

中图分类号S181.3文献标识码

A文章编号0517-6611（2015）07-256-05

Study on Diagnosis of Ecological Security in Bijiang Watershed by GIS

HE Chun-lan1， ZHAO Xiao-qing2*， ZHANG Hong1 （1.Yunnan Land and Resources Vocation College， Kunming， Yunnan 652501； 2. School of Resource & Environment and Earth Science， Yunnan University， Kunming， Yunnan 650091）

Abstract Ecological security is a hot issue of sustainable development， geography， ecology and environmental science. In order to diagnose eco-environmental problems and ecological security status of mining watershed， this article takes Bijiang watershed as the study area. Bijiang River is a branch of international Lancang river and in the upper reach of Bijiang watershed， it is the Asias largest lead-zinc mine. Based on the Pressure-State-Response （PSR） model and GIS technology， this article constructed the index system of 4 levels and 18 evaluation factors， took 30 m×30 m grid as basic evaluation unit， used ecological security comprehensive appraisal methods to diagnose the grid cells and the towns ecological security after using the entropy weight method. The diagnosis results are divided into six levels which is very safe， safer， basic security， early warning， unsafe and very unsafe. The results will provide data and scientific basis to protect watershed eco-security. The results show that： ecological security in Bijiang watershed in 2012 is good from entirety. There are 65.13% of the area is in safe condition and the ecological security of midstream and downstream is better than the upstream. The worried status of ecological security was in residential， industrial and mining area which are accounted for 15.34% of watershed area. Security level distribution in was not balanced， which has evident regional characteristics. In the townships， Jingding Town is in unsafe condition， Baofeng Town is in early warning status， and the rest of the townships are in safe condition. After the field survey， the evaluation results are coincided with the situation of Bijiang River valley now， and lead-zinc mine exploited is the most important man-made factor which caused ecological insecurity.

3.1.3生态安全响应指数。

生态安全响应指数反映了各乡镇为改善生态环境所作出的努力和贡献。沘江流域生态安全响应指数最小值为0.407 2，最大值为0.961 8（表4）。在沘江流域，生态安全响应指数呈现出与社会经济发展成反比的态势，由于在经济比较落后的地方，人为对自然的干预较小，生态环境状况较好，而在经济发展较好的区域，由于人为干扰较强，生态安全状况较差。根据实地调查显示，虽然目前人们已经逐步意识到了矿山开采对环境的影响，然而由于各方面的原因，当地的居民只是不再使用沘江水进行生产、生活作业，并没有其他实际性保护环境的行为；对于政府，由于沘江水环境污染问题突出，省政府领导专门批示要解决沘江流域水污染问题，并开展编制了《沘江流域水污染防治规划》，对沘江流域进行污染治理。通过沘江金鸡桥、石门两个常规监测点的数据显示，沘江水环境质量呈现好转趋势，水污染的治理取得初步成效，说明了政府的参与有助于改善沘江流域生态环境状况。

表4沘江流域单因子生态安全指数

指数分级级别生态安全压力指数栅格数分布的乡镇生态安全状态指数栅格数分布的乡镇

生态安全响应指数栅格数分布的乡镇

<0.39111 894金顶镇凤凰矿区及其周围2 km处1 061 676包括金顶镇、白石镇、邓诺镇0无

0.39～0.452940 546金顶镇（除矿区及其周围2 km）0无953 533包括金顶镇、宝丰乡

0.45～0.553799 840包括邓诺镇、长新乡0无871 013包括白石镇、长新乡

0.55～0.654562 383包括白石镇、啦井乡1 038 131包括长新乡、宝丰乡0无

0.65～0.755403 487检槽乡0无403 746包括检槽乡

>0.7560无605 597包括啦井乡、检槽乡493 027包括邓诺镇、啦井乡

注：生态安全压力从1级到6级表征压力从大到小；生态安全状态从1级到6级表征生态安全的状态从不好到好；生态安全响应从1级到6级表征人们为改善生态环境所做出的努力和贡献的少到多。

3.2基于栅格单元的生态安全综合诊断分析

沘江流域各栅格单元综合生态安全指数在0.320 0～0.830 0之间，具体见表5及图2。沘江流域有65.13%的面积属于生态安全区，包括14.91%的一级区（非常安全区）、7.51%的二级区（较安全区）及42.71%的三级区（基本安全区）。生态非常安全的区域主要分布在检槽乡，由于其自然环境状况良好（拥有大量的森林资源和水资源），人为对环境的影响较小（人均耕地较少、土地垦殖率低），因此其生态环境状况最好；生态较安全以及基本安全的区域主要分布在流域上游的啦井镇及中游的长新乡、白石镇和诺邓镇，由于其地势较高、受矿区影响较小、水资源森林资源较丰富、人口密度较小，因此生态安全状况良好。在生态安全区，生态环境功能较完善、生态系统较稳定。在以后的发展过程中，应注意维护目前的生态环境状况，对于局部区域（生态基本安全区域）可适当采取措施进行改善，在发展经济的同时应注意对森林资源以及水资源的保护、合理开发利用土地资源、对城镇农村的生产生活污水及垃圾予以处理，使该区域的生态环境保持安全状态。

流域有19.53%的面积属于四级区（预警区），预警区主要分布在宝丰乡，由于当地村民对土地的过度利用致使该区域生态安全状况较差。在预警区，生态系统服务功能已开始退化，生态环境受到了一定的破坏，生态问题开始显现，处于生态安全与不安全的临界点。若受到人为干扰，生态环境容易恶化，转变为不安全状态。因此需要政府高度重视，建立生态安全预警机制，密切关注生态安全的动态变化，对于坡度较大的地方，严禁耕作，并植树造林、注重水资源森林资源的保护、减少化肥使用量、合理开发利用土地，使其生态环境状况向良好方向发展。

流域有15.34%的面积属于生态危险区，包括11.77%的五级区（不安全区）及3.57%的六级区（极不安全区）。危险区主要分布在流域上游金顶镇凤凰山矿区及其周围区域，造成该区域生态不安全的最主要原因是矿产资源的开发。在生态危险区，生态系统结构和功能不稳定，生态已受到破坏、污染，生态环境恶劣。对于该区域，除了保护水资源、森林资源、合理开发利用土地、对城镇农村的生产生活污水及垃圾予以处理外，政府还需及时治理生态环境，对于采、洗、选、冶生产用水和废水，应注重污水的处理以及污水的循环利用，若要污水外排，需达标才能排放；对于采矿区，需完善废石堆场、排土场、低品位堆场的防护设施，进行永久性坡面的稳定化处理，防止泥石流和滑坡的发生，并及时进行土地的复垦整理。除了实施上述的治理措施之外，还应建立监测点和监测断面，对现有矿山开采水土保持指标以及生态恢复指标的完成情况进行跟踪监控，以便改善该区域的生态环境状况。

3.3基于乡镇的生态安全诊断分析

在各栅格单元生态安全指数值的基础上，用公式（4）计算得出流域内各个乡镇的生态安全指数值，具体结果如表6所示。各乡镇生态安全指数值在0.392 8～0.819 9之间，其中金顶镇处于不安全状态，生态安全值为0.392 8；宝丰乡处于预警状态，生态安全值为0.520 9；白石镇、长新乡、诺邓镇处于基本安全状态，啦井镇处于较安全状态，检槽乡处于非常安全状态，没有极不安全级别的乡镇出现，各镇生态安全状况排序为检槽乡>啦井镇

>白石镇>长新乡>诺邓镇>宝丰乡>金顶镇。各乡镇的

图2基于栅格单元的沘江流域生态安全指数

表5沘江流域各栅格单元生态安全诊断结果统计

生态安全等级生态安全状态评价指数栅格个数面积∥m2所占比例∥%大小次序

一级非常安全>0.75402 599362 341 256.7014.913

二级较安全0.65～0.75202 681182 406 414.007.515

三级基本安全0.55～0.651 153 0231 037 741 830.0042.711

四级预警0.45～0.55527 082474 377 628.1019.532

五级不安全0.39～0.45317 666285 910 412.1011.774

六级极不安全<0.3996 39886 747 189.843.576

生态安全状况与森林资源量、水资源量、土地资源量、人为活动是紧密相关的，森林资源量、水资源量越充足，受人为干扰越少的乡镇生态环境状况越好，即自然因子指数值越大，受人类活动干扰越少，生态越安全，反之则越不安全。

表6各乡镇生态安全状况

县城乡镇生态安全指数值状态排序

兰坪县啦井镇桃树村挂登村0.696 3较安全2

金顶镇0.392 8不安全7

云龙县宝丰乡0.520 9预警6

邓诺镇0.564 0基本安全5

检槽乡0.819 9非常安全1

白石镇0.639 0基本安全3

长新乡0.598 9基本安全4

4结论与讨论

（1）沘江流域生态安全状况总体呈良好态势，流域中下游的生态安全状况较上游好，流域安全等级的分布具有明显的区域性。有65.13%的流域面积处于安全状态（一级到三级），有19.53%的流域面积处于预警状态，有15.34%的流域面积处于生态不安全状态（五级、六级）；在各乡镇中除金顶镇处于不安全状态、宝丰乡处于预警状态之外，其余各乡镇均处于安全状态，且在居民区与矿区周围生态安全状况较差。

（2）该研究以栅格为基本研究单元计算各乡镇的生态安全数值，该方法比起以乡镇为基本评价单元的评价结果更可靠。如果以乡镇为基本评价单元，那么诸如NDVI、生态敏感度这些以栅格形式存在的因子就需要以乡镇进行统计，误差将增大。

（3）该研究采用熵值法确定指标权重，熵值法确定指标权重不受主观能力的限制，减少了人为主观性对评价过程的干扰，从而更客观地反映各评价指标对流域生态安全状况的贡献率。

（4）经实地调查后发现，基于综合评价模型得出的评价结果与实际情况相互吻合，矿产资源的开采是造成沘江流域生态不安全的重要原因。对于预警区域以及不安全区域，政府应该采取措施加强对沘江河的治理和监督，以保障流域的健康发展。

该研究结果仅能表明沘江流域目前的生态安全状况。在下一步的研究工作中，需要增加过去几个时段流域生态安全状况，进行对比分析，探讨流域生态安全的动态变化特征，

并建立流域生态安全预警数学模型，运用计算机技术，构建生态安全预警系统，用于生态安全的监测与评估，以促进流域生态安全的保护和流域的可持续发展。

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