基于江川区GIS的资源环境承载力评价

2017-09-27刘国徽吕思思昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093

浙江农业科学 2017年9期

刘国徽，甘淑，吕思思(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650093)

基于江川区GIS的资源环境承载力评价

刘国徽，甘淑，吕思思
(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650093)

资源与环境是人类社会生存与发展的基础。随着社会经济的发展，资源消耗和环境需求也不段增加，资源短缺和环境问题也日益突出。经过不断研究，资源环境承载力逐步成为对某一区域发展限制程度的描述。本文运用GIS软件，利用第二次全国土地调查数据和土地利用总体规划数据及其江川区统计年鉴，对江川区在一定的社会、经济和生态环境条件下，考虑江川区区域资源生态综合限制性的基础上，分析评估其所能承受的人口数量和经济社会活动总量的能力。分析结果表明，江川区资源环境承载力中等的区域面积有53 233.49 hm2，占全区土地总面积的65.91%，主要分布在大街街道、江城镇、九溪镇、安化乡和雄关乡。江川区资源环境承载力较低的区域面积有17 081.02 hm2，占全区土地总面积的21.15%，主要分布在前卫镇和路居镇。

GIS；资源环境承载力；评价；江川区

资源环境承载力是一个综合性概念[1]，是指在一定的时期和一定的空间区域范围内，在维持区域资源结构符合可持续发展需要，区域环境功能仍具有维持其稳态效应能力的条件下，区域资源环境系统所能承载的人口数量和社会经济活动总量的能力[2]。它从本质上反映了资源、环境与人类经济活动之间的辩证影响关系，建立了社会系统、环境系统与经济之间的纽带，为经济与环境协调发展，提供理论依据[3]。

1 研究区概况与资源环境现状

1.1研究区概况

江川区位于云南中部偏东，地跨102°35′～102°55′E，24°12′～24°32′N，地处滇中高原湖盆区，由湖泊、盆地、中低山脉组成，四周高、中部低，西部九溪略向玉溪倾斜。江川区属中亚热带半湿润高原季风气候区，四季如春干湿季分明。区境内还辖有全国第二大淡水深水湖泊抚仙湖。本文所用数据来源于江川区全国第二次土地调查数据和2006—2020年土地利用总体规划及其江川区统计年鉴。研究ArcGIS10.1地理信息平台对相应的数据进行分析。

1.2区域资源现状

1.2.1 水资源

根据《玉溪市水资源公报2013年》数据，2013年江川区水资源总量为0.8523亿m3，平均产水模数10.6万m3·km-2，人均水资源量300 m3。人均水资源量低于国际公认的人均1 000 m3的缺水警戒线，缺水严重。

1.2.2 土地资源

根据2013年江川区土地变更调查数据，江川区土地总面积80 764.43 hm2，其中农用地面积为61 699.48 hm2，占土地总面积的76.39%；建设用地面积4 791.67 hm2，占土地总面积的5.93%；其他土地面积14 273.28 hm2，占土地总面积的17.67%。土地利用以农用地为主。

1.2.3 生物资源

江川区植被主要以草地、灌丛、针叶林等次生植被为主，现阶段分布面积最大的是云南松、华山松、针叶林，其次是禾草灌丛及石灰岩灌丛；森林植被垂直分布规律明显，分为暖温性植被、温凉性植被、冷凉性植被3种类型。存在森林资源人均占有量少，分布不均的特点，多分布于湖盆边缘山区，“两湖”面山森林植被少，覆盖率低。

1.3区域环境现状

抚仙湖流域内人口稠密，村庄密集，产业结构不合理，属传统农业区，森林植被覆盖率低，生态环境脆弱，流域污染负荷排放量大幅上升，入湖污染负荷大幅增加，主要污染因子是N、P，已超出Ⅰ类水标准的水环境承载力，沿岸局部水域污染严重，总体已处于临近Ⅱ类水的危险边缘。

1.4人口规模预测

采用2009—2013年《江川县统计年鉴》人口规模数据，综合预测江川区2020年人口规模，再通过比较分析，确定2020年人口规模。

1.4.1 综合增长率法

参考历年自然增长率及机械增长率，确定预测期内的年平均综合增长率，再根据对应的公式预测出目标年的人口规模。

Pn=P0×[1+(α+β)]n。

式中：Pn为预测末期总人口数(2020年)；P0为基期总人口数(2013年)；α为自然增长率；β为机械增长率；α+β为综合增长率；n为预测年限。

预测结果。根据《江川县统计年鉴》数据，江川区2009年总人口数为273 211人，2013年总人口276 657人，计算得到2009—2013年的综合增长率为31.4%。随着江川区撤县设区发展定位的转变、计划生育政策的适度放开，预计未来人口增长速度将略高于2009—2013年，适当调整综合增长率，本专题综合增长率采用51.4%预测2020年江川区总人口规模，结果为286 766人。

1.4.2 线性回归模型法

本专题采用一元线性回归模型预测人口增长，通过对2009—2013年江川区人口数据进行分析，建立预测模型(图1)，y=905.80x+272 114.00(其中x为年份顺序)，该模型的拟合优度较高(R2=0.98)。

图1 人口增长预测模型

根据以上模型计算出2020年江川区总人口为282 984人。通过综合对比分析，结合江川区未来经济社会发展处于加快的趋势，考虑计划生育政策的适度放开等方面，采用2种方法预测的平均值，即江川区2020年总人口预计为284 875人。

2 主要承载力评价

2.1资源承载力

2.1.1 耕地资源承载力计算方法

采用粮食指数衡量江川区的耕地资源承载力。计算公式：

式中：R为耕地资源的承载力，即为耕地资源所能承载的人口数量(人)；G为耕地面积(667 m2)；S为667 m2区域粮食单产(kg)；k为复种指数(%)；P为人均粮食消费标准(kg·人-1)。

2.1.2 农村生活空间承载力评价

农村生活空间承载力计算公式：

式中：R为农村生活空间承载力，即为农村居民点用地所能承载的农村人口数量(人)；N为农村居民点用地面积(hm2)；P为人均农村居民点用地标准(m2·人-1)。

根据江川县土地利用总体规划(2010—2020年)目标数据，确定2020年江川区农村居民点用地面积为2 176.18 hm2，结合人均农村居民点用地(140 m2·人-1)的标准，计算出2020年农村生活空间承载力为155 441人，再结合前文预测的2020年江川区农村人口135 157人，通过比较得到，到2020年江川区农村生活空间承载力能承载2020年预测农村人口(表1)。乡镇中，除前卫镇和路居镇2020年农村生活空间承载力不能承载2020年农村人口外，其余乡镇2020年农村生活空间承载力均能承载2020年农村人口。

表1 江川区2020年农村生活空间承载力潜力分析

2.1.3 水资源承载力评价

水资源承载力是指某一区域在特定历史阶段的特定技术和社会经济发展水平下，以维护生态良性循环和可持续发展为前提，当地水资源系统可支撑的社会经济活动规模和具有一定收获水平的人口数量。

式中：R为水资源承载力，即为水资源所能承载的人口数量(人)；Q为水资源可用量(万m3)；P为人均水资源量(m3·人-1)。

由于江川区水资源集中分布于抚仙湖和星云湖，分配到各乡镇(街道)的水资源量难以测算，因此本研究在不考虑调水等工程措施的前提下，利用江川区的平均产水模数测算各乡镇(街道)的水资源量。

各乡镇(街道)水资源量=平均产水模数×辖区面积

根据《玉溪市水资源公报2013年》数据，2013年江川区的水资源量为8 523万m3，平均产水模数(10.6万m3·km-2)。

2.2水环境评价

目前抚仙湖流域污染负荷产生量较大，污染物负荷量已经大大超过抚仙湖的I类水质的承载能力，对抚仙湖保持I类水质的目标极为不利；而近几年星云湖水质呈不断恶化趋势，主要污染物呈显著增加趋势，水体透明度明显降低。

2.3地质环境评价

本次地质环境承载力评价选取主要地质断裂周边500 m范围参与评价，通过缓冲分析，江川区主要地质断裂周边500 m范围面积为10 010.96 hm2，其中涉及主要地质断裂周边500 m范围最大的乡镇为江城镇，涉及主要地质断裂周边500 m范围最小的乡镇为前卫镇。

根据江川区主要地质断裂周边500 m范围、地质灾害中易发区和坡度≥25°的土地分布情况，重叠的面积只计入1次。以上3项面积相加得出江川区各乡镇受地质环境制约较大的土地面积。然后用江川区各乡镇(街道)受地质环境制约较大的土地面积除以其土地总面积，得到评价结果(表2)。

表2 江川区地质环境承载力评价

根据江川区地质环境承载力评价结果，其比例越高，表明受地质环境制约越大，地质环境承载能力越低。将评价值在0～20%的区域划分为“高”承载力区域，将评价值在20%～40%的区域划分为“较高”承载力区域，将评价值在40%～60%的区域划分为“中等”承载力区域，将评价值在60%～80%的区域划分为“较低”承载力区域，将评价值在80%～100%的区域划分为“低”承载力区域。

将江川区各乡镇(街道)地质环境承载力评价结果值与评价值等级划分标准进行比较，得到江川区各乡镇(街道)地质环境承载力评价等级结果(表3)。

表3 江川区环境承载力等级划分结果

由上表可以看出，综合来看江川区地质环境承载力为较高承载力，表明地质环境对于江川区的资源环境承载力制约相对不太大。从乡镇分布来看，处于中等承载水平以上。

2.4生态环境评价

按满足一个人对氧气的正常需要所需的平均绿地面积一般应不低于200 m2。据此推算，江川区2020年绿当量可以容纳的人口规模的上限为2 609 824人，江川区生态环境承载力较好，能够满足现状和未来到2020年的生态需求。

3 评价指标体系

3.1确定评价单元

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。结合江川区实际情况，本文选取江川区各乡镇行政区为评价单元，江川区资源环境承载力评价共有7个评价单元。

3.2评价指标体系的构建

结合前文中的主要资源承载力评价，选取耕地资源承载力系数、农村生活空间承载力系数、耕地资源承载力指数反映江川区的资源情况，本文选取这五个指标作为资源环境承载力评价的资源条件指标。

3.3评价模型评价指标标准化

在资源环境承载力评价过程中，所涉及指标较多，而且每个指标的单位存在着一定差异，使得不能进行比较和分析，为了使评价结果具有准确性，因此需对指标的实际值进行标准化处理[4]，关于数据标准化的方法较多，每种方法各有其优缺点，选用不同的方法，结果也会有所差别。结合本文数据特征考虑，采用极差标准化的方法对原始数据进行标准化。

对于正趋向指标计算公式：

对于负趋向指标计算公式：

式中：Nij为指标标准化后的值；Mij为标准化前指标的原始值；max(Mi)为标准化前某指标的最大值；min(Mi)为标准化前某指标的最小值。

将计算得到的原始数据按照极差标准化的方法，运用正趋向和负趋向指标计算公式，将原始数据进行标准化处理，得到江川区资源环境承载力评价指标标准化结果(表4)。

表4 江川区资源环境承载力评价指标标准化

评价指标权重的确定。目前确定指标权重的方法大致分为两类：主观赋权法、客观赋权法[4]。常用的主观赋权法主要包括专家调查法、层次分析法[5]、二项系数法；常用的客观赋权法主要包括主成分分析法[6]、熵值法[7]、多目标规划法、离差及均方差决策法等。为了体现各指标在评价体系中的重要程度，本文按照AHP法的计算，得到各单项指标的权重(表5)。

表5 江川区资源环境承载力评价因子权重

3.4综合评价值的求解

加权求和法是常用的综合评价模型，并在实践应用中得到检验或改进。本文采用线性加权求和函数法[4]，即将各级指数乘以各自权重，再进行1次求和，得出上一级综合评价的指数值。

式中：LS为资源环境承载力；Ni为指标指数值；Wi为指标的权重；n为该级指标的项数。根据上式计算江川区资源环境承载力评价指标综合分值结果(表6)。

表6 江川区资源环境承载力综合评价分值结果

4 综合评价结果

依据相关资料对区域资源环境承载力的研究，结合江川自身情况，对江川区资源环境承载力评价结果等级标准划分。将综合评价值在[0.8，1.0]的区域划分为高承载力区域，将综合评价值在[0.6，0.8]的区域划分为较高承载力区域，将综合评价值在[0.4，0.6]的区域划分为中等承载力区域，将综合评价值在[0.2，0.4]的区域划分为较低承载力区域，将综合评价值在[0，0.2]的区域划分为低承载力区域。

将江川区各评价单元资源环境承载力综合评价结果值与综合评价值等级划分标准进行比较，得到江川区各评价单元资源环境承载力综合评价等级结果(表7)，江川区各评价单元资源环境承载力等级为中等和较低2个类型区。

表7 江川区资源环境承载力评价指标综合分值及等级

根据所得数据，应用GIS分析功能，可得到江川区资源环境承载力综合评价图2。

图2 江川区资源环境承载力综合评价

5 小结

本文以江川区为例，利用GIS技术，通过分析资源现状及对耕地承载力、农村生活空间承载力、地质环境承载力、坡度指数和生态空间承载力对江川区资源环境承载力的综合评价显示，资源环境承载力中等的区域面积有53 233.49 hm2，占全区土地总面积的65.91%，主要分布在大街街道、江城镇、九溪镇、安化乡和雄关乡；资源环境承载力较低的区域面积有17 081.02 hm2，占全区土地总面积的21.15%，主要分布在前卫镇和路居镇。

[1] 巩嘉誉. 基于主成分分析方法的山东省水资源承载力研究[J].绿色科技，2013(1)：82- 84.

[2] 高湘昀，安海忠，刘红红. 我国资源环境承载力的研究评述[J].资源与产业，2012(6)：116- 120.

[3] 王雪军，付晓，孙玉军，等. 基于GIS赣州市资源环境承载力评价[J]. 江西农业大学学报，2013(6)：1325- 1332.

[4] 何云玲，刘雪莲，杨焰，等. 县域资源环境承载力评价研究[J].生态经济，2017(1)：124- 128.

[5] 廖顺宽，杨焰，王静，等. 基于GIS的区域资源环境承载力评价[J]. 地矿测绘，2016，32(2)：5- 8.

[6] 邱鹏. 西部地区资源环境承载力评价研究[J]. 软科学，2009(6)：66- 69.

[7] 李岩. 资源与环境综合承载力的实证研究[J]. 产业与科技论坛，2010(5)：89- 91.

(责任编辑：张瑞麟)

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