基于GIS的资源环境承载力评价与空间布局优化——以荣成市为例

邵艳坡，郭志勇，白书建

(1.山东协和学院，山东 济南 250107；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；3.北京东方至远科技股份有限公司，北京 100081)

资源与环境是人类赖以生存的基础[1]。随着人类生产活动的日益加剧，资源环境已逐渐成为制约社会经济发展的主要因素。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能力之间是否协调进行判断的一个重要标志[2]。鉴于资源环境承载状况对社会经济发展的重要影响，众多学者对资源环境承载力评价进行了广泛的研究。王雪军等[3]基于GIS对赣州市资源环境承载力进行了评价；杨乐等[4]用层次分析法对奉节县地质环境承载力进行了评价；何云玲、叶有华等[5-6]对县域等中小尺度资源环境承载力方法进行了阐述。王立东等[7]针对地质环境情况对黄河三角洲地区进行资源环境承载力评价。在资源环境承载力评价的基础上，充分利用评价结果才能更好地为区域土地空间布局优化提供服务与保障。土地利用结构与布局优化研究是人地关系研究的核心问题[8]。在土地空间布局优化方法中运用较为广泛的就是在资源环境承载力评价结果基础上进行定量研究的方法[9-12]。该文基于GIS技术，完成了荣成市资源环境承载力评价，在此基础上，分乡镇对研究区土地空间布局进行优化，形成综合分区规划引导。

1 研究区域与研究资料

1.1 研究区域

研究区位于山东省威海市最东端，北、东、南三面濒临黄海，海岸线长近500km。全市辖12个镇、10个街道，其中，崖头街道、寻山街道、崂山街道、城西街道4个街道由荣成经济开发区管理。土地总面积为1528km2，占威海市面积26.3%。呈典型的温带大陆性季风性湿润气候，四季变化和季风进退都较明显[13]，年平均气温11.3℃，年均降水量800mm。区内生态环境较宜居，旅游资源丰富，森林覆盖率达43.1%，居于全省前列。

1.2 研究资料

该文采用的数据资料主要包括2017年1m分辨率正射遥感影像(DOM)、荣成市第二次全国土地调查数据、生态红线划定资料、永久基本农田数据、土地坡度等级数据、耕地利用质量等级数据、耕地后备资源数据、水资源、地质灾害分布图等。所用数据大部分为矢量数据，其余图件资料经矢量化后作为后续数据统计分析的基础资料。利用遥感影像，将荣成市第二次全国土地调查数据更新至影像获取时相，提高数据的现势性。

2 区域资源环境承载力评价

基于层次分析法，参考《国土资源环境承载力评价技术要求(试行)》，将资源环境承载力评价分为5个层次，分别为目标层、系统层、要素层、指数层、指标层。各层既相互独立又相互联系，尤其系统层之间的相互关系是直接影响区域资源环境承载能力及状态的重要因素。各层具体情况如表1所示。

表1 资源环境综合承载力评价指标体系

利用ArcGIS软件平台，以更新后的荣成市第二次全国土地调查数据为本底数据，以图斑为最小单元，将收集到的各项数据进行空间叠加分析及属性空间化。参照相关技术要求计算各项指标数值。

2.1 基础评价

通过聚类分析，将适宜性等级分为最适宜、基本适宜、不适宜和特别不适宜4类，并统计各适宜等级的区域面积(图1)。最适宜区17029.98hm2，占总面积的11.15%；基本适宜区41684.62hm2，占总面积的27.29%；不适宜区5673.78hm2，占总面积的3.71%；特别不适宜区88379.22hm2，占总面积的57.85%。前三等级占总面积的42.15%，大体分布在中心城区、各乡镇驻地、居民点和交通干道周围；特别不适宜区主要分布在市域中北部以及西北部区域；特别不适宜区面积最大，主要受基本农田和生态红线区域分布的影响。

参照《国土资源环境承载力评价技术要求(试行)》，计算基础评价系统中各项指标及指数值(表2)。根据相关技术规定，当D1>0时，建设开发压力大，为超载；当D1=0时，建设开发状态为临界；当D1<0时，建设开发压力小，为可载。耕地开发压力状态指数D2>0时，耕地开发利用为可载；D2=0时，耕地开发利用为临界；D2<0时，耕地开发利用为超载。

表2 基础评价指标及指数计算结果

注：E1—建设用地现状开发程度；E2—现状建设用地布局匹配度；E3—人均耕地生产能力(kg/人)；E4—耕地开发利用程度；D1—建设用地压力状态指数；D2—耕地开发压力状态指数

建设开发与耕地开发两者均为可载，即判定为资源环境承载力基础状态为可载；两者一项可载，另一项临界则判定为临界；两者均临界或者有至少一项超载则判定为超载[14]。因此研究区资源环境基础评价承载状态为可载。

2.2 修正评价

修正评价系统包括水资源、生态条件与环境质量两项要素，具体包含8项指标。区别于基础评价，修正评价各指标属于较宏观指标，一般不能利用小单元的土地利用图斑数据统计得到，而应该从区县等大范围数据汇总实现。该文根据《山东省土地资源承载状况评估研究》报告，获取荣成市各项修正评价指标。由于各项指标值之间单位不统一，不便于比较和分析，因此采用归一化法将各项修正评价指标进行归一化处理。归一化处理后，所有指标的取值范围为0～1，修正评价指标计算结果及归一化结果如表3所示。

表3 修正评价指标计算及标准化结果

注：A—农业水资源利用量(亿m3)；B—农业用水与耕地匹配指数；C—生活和工业水资源利用量(亿m3)；D—生活和工业用水与城镇工矿用地匹配指数；E—生态用地面积变化指数；F—空气质量指数(AQI)；G—劣Ⅴ类水体比例

将4项水资源评价指标权重均设定为0.25，加权平均后可得水资源承载指数为0.22；将3项生态条件与环境质量评价指标权重均设定为0.33，加权平均后得生态条件与环境质量承载指数为0.65。参照省内指标的平均水平，按照弱、较弱、一般、较强、强五级分类方法进行分类评价(表4)。将承载能力为强、较强和一般的判定为可载，承载能力较弱的判定为临界，承载能力为弱的判定为超载。

表4 修正评价指标分类区间

结合以上基础评价结果，水资源承载能力较弱，承载状态为临界，基于水资源的综合资源环境承载力评价为临界；生态条件与环境质量承载能力一般，承载状态为可载，基于生态条件与环境质量的综合资源环境承载力评价为可载。

3 土地空间布局与规划引导

3.1 适宜性综合分区评价结果

研究区按照建设开发适宜性程度划分为最适宜区、基本适宜区、不适宜区和特别不适宜区(表5)。

表5 区域适宜性评价等级及分布

适宜性分值衔接了空间开发限制性与建设用地空间管制[15]，即适宜性等级评价中最适宜区为非强限制区与较强限制区，得分最高的叠加区域，该区域宜划入适建区；特别不适宜区分布在强限制区内，该区域应划入禁建区；不适宜区处于非强限制区与较强限制区得分最低的区域，该区域宜划入限建区；基本适宜区虽然不在强限制区内但适宜性分值并不高，可根据具体情况将分别划入适建区、限建区。

综上，确定研究区适建区面积17029.98hm2，占总面积的11.15%，主要分布于中部中心城区、东南部及北部沿海区域；限建区面积41684.62hm2，占全市总面积的27.29%，主要集中分布在各乡镇政府驻地、居民点和交通主干道周围；禁建区面积94053.00hm2，占全市总面积的61.56%，主要分布于荣成市中北部以及西北部区域及平原与丘陵交接处等，适宜性分区见表6、图2。

表6 适宜性分区分乡镇统计(hm2)

3.2 综合分区规划引导

3.2.1 适建区规划引导

适建区主要分布于荣成经济开发区、港西镇、成山镇、港湾街道、斥山街道、桃园街道、王连街道、东山街道、宁津街道。根据资源禀赋和区域特点，港西镇、成山镇和港湾、斥山、桃园、王连、东山、宁津有丰富的旅游资源，可优先发展旅游建设，尽量减少旅游设施对生态环境的影响和破坏，构筑水系和绿带等生态廊道，保障生态系统的完整性；荣成经济开发区，要发挥资源环境承载力较强的优势，在城市建设中起带动作用，促进战略性新兴产业、先进制造业、现代服务业以及高效生态农业的联动发展，建设现代产业集群，增强产业竞争力，完善人口集聚和产业发展的联动机制，提高城市的集聚和辐射能力，积极承接限制区的人口和产业转移。

3.2.2 限建区与禁建区规划引导

限制区主要分布于人和镇、虎山镇、俚岛镇，禁建区主要分布于崖西镇、俚岛镇、埠柳镇、夏庄镇。大疃镇、腾家镇、上庄镇、虎山镇、人和镇可优先发展生态农业，增强生态农业的建设与发展；禁建区主要在埠柳镇、俚岛镇、崖西镇、夏庄镇、荫子镇，可优先发展生态林业，开发与保护并重，加强森林资源的管理，形成环境友好型的发展模式(表7)。

表7 分乡镇规划引导情况

4 结语

基于GIS技术，对荣成市资源环境承载力评价，结果显示，荣成市土地资源环境基础性评价为可载，基于水资源系统的综合承载状态判定为临界，基于生态条件与环境质量系统的综合承载状态判定为可载。应继续推进土地资源节约集约利用，提升综合承载力，促进水资源供需平衡。在综合分区规划引导过程中，以区域资源环境承载力评价为基础，合理引导，立足保障，促进科学发展，提高资源环境综合承载力，使人口、资源与环境协调发展，获取最大的社会、经济和生态效益。