基于GIS的天津市水域生態(tài)敏感性分析.docx

Liaoning Normal University（2015屆）本科生畢業(yè)論文(設計)題目：基于GIS的天津市水域生態(tài)敏感性分析學院：城市與環(huán)境學院專業(yè)：地理科學（師范）班級序號： 1班1號學號： 20111135020053學生姓名：張建忠指導教師：付萬 2015年5月目 錄摘要1關鍵詞1Abstract:1Key words11前言11.1研究背景和意義11.2國內(nèi)外研究綜述12天津市概況22.1天津市自然概況22.2天津市社會經(jīng)濟概況32.3天津市水域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀33數(shù)據(jù)來源與研究方法33.1數(shù)據(jù)來源33.2研究方法33.2.1生態(tài)敏感性分析法33.2.2敏感區(qū)動態(tài)度法44天津市生態(tài)敏感性分析44.1天津市水域生態(tài)用地的識別44.2天津市水域生態(tài)敏感區(qū)及動態(tài)度變化分析45結(jié)論與討論6參考文獻7致 謝8I基于GIS的天津市水域生態(tài)敏感性分析摘要：利用天津市2000年、2006年和2010年三期TM遙感影像和近10年天津市相關年鑒數(shù)據(jù)，通過ENVI影像解譯，結(jié)合GIS空間分析技術，采用生態(tài)敏感性法和動態(tài)度法，對天津市淡水水域和鹽田進行生態(tài)敏感性分析。研究表明：天津市水域生態(tài)保護用地總面積相對穩(wěn)定，略有增加的趨勢；淡水水域生態(tài)用地面積較大，分布較廣，且中低敏感區(qū)面積相對較大；鹽田生態(tài)用地面積相對較小，集中分布于東南濱海區(qū)，高敏感區(qū)所占比重最大。關鍵詞：生態(tài)敏感性；水域生態(tài)用地；GIS；天津市Abstract: In order to analyze the ecological sensitivity evaluation of Tianjin freshwater aquatic land and salt pans, we use the Tianjin TM remote sensing images of 2000, 2006 and 2010, and interpret the relevant ENVI images, then combining with GIS spatial analysis technique, the method of the ecological sensitivity evaluation and the dynamic nature. The relevant research shows that the area of Tianjin water ecological land keep relatively stable, just have a little increase trend, the freshwater aquatic ecological land has lager area among it and has a wide distribution, and the low and middle sensitive areas has the most proportion in the freshwater aquatic ecological land; the areas of salt pans ecological land is relatively small, and the large mainly distribute in southeast coastal zone, the highly sensitive areas occupy the most part of salt pans ecological land.Key words: Ecological sensitivity; Water ecological land; GIS; Tianjin city1前言1.1研究背景和意義生命與水息息相關，如果沒有了水那么生命也就無法存在，所以水域環(huán)境對于生命的意義就不言而喻。沿海地區(qū)作為海陸交互地帶，人口密集，交通便利，地理環(huán)境優(yōu)越，從而經(jīng)濟發(fā)展迅速，目前全球大約六成的人口生活在海岸帶地區(qū)，同時在人口超過250萬的城市中有2/3位于海岸帶地區(qū)，但同時人地矛盾與日俱增1。改革開放以來，海水倒灌，水域資源嚴重浪費和破壞等一系列問題使得沿海城市水域環(huán)境遭受著巨大的威脅，水域的數(shù)量以及水域的形態(tài)都發(fā)生著持續(xù)的變化，使得水域環(huán)境的承載能力正在逐步降低，水域生態(tài)用地的不合理利用，以及該生態(tài)用地得不到合理的保護、管理與開發(fā)，使得水域環(huán)境問題的研究與解決面臨著非常嚴峻的考驗2?！吧鷳B(tài)敏感性”是指生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)自然和人類活動干擾的敏感程度，他反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在遇到干擾時, 發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和可能性的大小3-4。通過對天津市水域生態(tài)敏感性分析，為天津市水域生態(tài)用地的保護和管理提供理論依據(jù)，同時為其它城市保護和管理水域生態(tài)用地提供借鑒。1.2國內(nèi)外研究綜述對于此類問題，國外研究尚未形成完整體系,主要研究方向是生態(tài)敏感性的分析體系建立以及敏感區(qū)的劃分。當前國內(nèi)的研究形式主要表現(xiàn)為對單一生態(tài)敏感性問題的分析研究或者基于單一生態(tài)敏感性分析體系的生態(tài)敏感性相關問題的綜合性研究5。近些年來我國學者對此類問題的綜合性研究呈現(xiàn)逐漸增多跡象。顏磊、許學工等在綜述當前水域生態(tài)敏感性分析研究的基礎上,綜合考慮自然植被和人類活第 8 頁基于GIS的天津市水域生態(tài)敏感性分析動兩大類影響因子,運用地理相關技術,綜合分析和分析了北京市水域敏感區(qū)空間分布狀況及其生態(tài)敏感性程度6；鄧小文、孫貽超等將中國生態(tài)用地分為服務型生態(tài)用地和功能型生態(tài)用地7；歐陽志云，李小馬等以生態(tài)安全與生態(tài)系統(tǒng)服務功能為基礎，對北京生態(tài)用地進行規(guī)劃與管理8；謝高地等對全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行評估研究9；胡金龍、王金葉等以桂林市生態(tài)敏感性問題為研究對象，并提出分區(qū)保護與建設的建議，為桂林市生態(tài)環(huán)境保護和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟布局提供相關參考10；黃靜、崔勝輝等在考慮城市化與全球變化背景下，對廈門市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的土地利用進行分析研究，得出廈門市近20年來沿海地區(qū)生態(tài)敏感性最高，且土地利用的變化對生態(tài)系統(tǒng)的敏感性響應程度不很強烈11。綜合以上對于生態(tài)敏感性問題的相關研究，本文以天津市為研究對象，利用天津市2000年、2006年和2010年三期遙感影像，對天津市生態(tài)用地中最為重要的水域生態(tài)用地進行研究，并運用生態(tài)用地敏感性分析法，結(jié)合GIS空間分析技術，對天津市水域進行敏感性分析，從而確定天津市水域生態(tài)用地，并分析兩種水域生態(tài)用地的主要生態(tài)環(huán)境問題及其形成機制。本文對兩種水域生態(tài)用地的生態(tài)敏感性進行了動態(tài)分析，有助于決策部門適時制定相應的保護管理措施。鑒于此，本文在分析兩種水域生態(tài)敏感區(qū)的敏感程度及面積變化特征基礎上，為天津市水域生態(tài)用地的修復、保護和管理提出了科學方案。2天津市概況2.1天津市自然概況天津市（11643E11804E和3834N4015N,圖2-1）地處華北平原東北部，東臨渤海，北依燕山，所以整體地勢走向為西北高東南低，主要有平原、丘陵和山地三種地形，其中濱海平原面積最為廣大。天津市位于亞歐大陸東岸，地處北溫帶，在氣候方面主要受季風環(huán)流的支配，其中東亞季風顯著，屬于溫帶季風氣候。天津市四季分明，春季多風，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季涼爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。同時由于東臨渤海灣，所以受海洋性氣候較為顯著，年平均氣溫為14C左右。圖2-1天津市行政區(qū)劃示意圖天津市自然資源豐富多樣，水資源尤為突出，有19條河道和9處水庫，海河是流經(jīng)其最長的河流。生物資源種類繁多，植被方面主要分為針闊葉混交林、落葉闊葉林和鹽生植被等11種。礦產(chǎn)資源、地熱資源以及海洋資源最近幾年也得到了較大程度的開發(fā)，前景廣闊，是天津市快速發(fā)展的基礎經(jīng)濟保障。渤海和大港兩大油田是國家重點開發(fā)的油田，而且已發(fā)現(xiàn)45個含油構造，海洋油氣儲量客觀；海洋資源中的灘涂面積較大，有近370km2當前正在開發(fā)利用；天津濱海地區(qū)有近150 km的海岸線，中國著名的海鹽產(chǎn)區(qū)長蘆鹽場就坐落于天津，表明天津市海鹽資源豐富。2.2天津市社會經(jīng)濟概況天津市現(xiàn)轄15個區(qū)3個縣，總面積達11946.88 km2，2014年末全市常住人口1516.81萬人，比上年末增加44.60萬人；年末全市戶籍人口1016.66萬人，其中，農(nóng)村人口371.61萬人，城市人口645.05萬人，是中國有名的老工業(yè)基地之一。天津成為我國北方首個自由貿(mào)易試驗區(qū)，在“一帶一路”國家戰(zhàn)略下帶動京津冀經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，其中依靠國家的政策支持發(fā)展起來的濱海新區(qū)地處于華北平原北部，擁有中國最大的人工港、最具潛力的消費市場和最完善的城市配套設施,為天津市海洋經(jīng)濟的發(fā)展奠定了一個穩(wěn)固的基礎。天津市作為著名的歷史古都、北方較早開放城市北方較大港口城市等歷史性地位在促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展方面發(fā)揮著不可或缺的作用。2.3天津市水域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀該區(qū)水域主要包括淡水水域和鹽田，城市水源地正受到尾礦揚塵、挖山取石、網(wǎng)箱養(yǎng)魚三大問題困擾，水源地和沿線地區(qū)的生態(tài)環(huán)境堪憂，導致水體受到嚴重污染，威脅到下游民眾的飲水安全。主要飲用水源地于橋水庫、爾王莊水庫符合類水標準，營養(yǎng)化程度為“輕度富營養(yǎng)化”。鹽田多被私人或企業(yè)所承包，造成管理上的混亂，小鹽田和水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)分布雜亂無章，肆意開發(fā)現(xiàn)象普遍存在。天津市土地類型多樣，主要的土地類型為水域、林地、耕地和鹽場。隨著城市化進程的加快天津市不同土地利用類型之間發(fā)生著轉(zhuǎn)移變化，主要表現(xiàn)在耕地面積的不斷減少，逐漸轉(zhuǎn)移為城鎮(zhèn)用地和鹽田；耕地和鹽田轉(zhuǎn)移為城鎮(zhèn)用地，使得城鎮(zhèn)面積不斷增加；城市化過程中占用耕地的現(xiàn)象最為明顯，使得天津市土地類型不僅類型多樣，且相互之間不斷轉(zhuǎn)移變化11。3數(shù)據(jù)來源與研究方法3.1數(shù)據(jù)來源利用地理空間數(shù)據(jù)云（/）提供的天津市2000年7月、2006年7月以及2010年8月三期TM遙感影像（空間分辨率為30m），對其進行解譯，提取上述3個時段內(nèi)天津市不同土地類型的空間分布。3.2研究方法3.2.1生態(tài)敏感性分析法利用GIS空間分析技術確定淡水水域和鹽田的生態(tài)敏感區(qū)，將其分為高敏感區(qū)、中敏感區(qū)和低敏感區(qū)三類?；贕IS空間緩沖區(qū)法，將河流水庫以及距研究區(qū)域中心100m范圍內(nèi)的緩沖區(qū)定為淡水水域生態(tài)高敏感區(qū)，100m-200m緩沖區(qū)定為中敏感區(qū)，200m-500m緩沖區(qū)定為低敏感區(qū)10；通過GIS自然斷裂法，將鹽田生態(tài)敏感區(qū)分為高敏感區(qū)、中敏感區(qū)和低敏感區(qū)12。 3.2.2敏感區(qū)動態(tài)度法生態(tài)敏感區(qū)的動態(tài)度指在一定時間范圍內(nèi)，研究區(qū)生態(tài)敏感用地面積的變化情況，表達式為：式中：Lc表示研究時段內(nèi)某一生態(tài)敏感區(qū)動態(tài)度，Ua表示研究初期的生態(tài)敏感區(qū)的面積，Ub表示在研究末期生態(tài)敏感區(qū)的面積，T表示研究的時段長度13。4天津市生態(tài)敏感性分析4.1天津市水域生態(tài)用地的識別借助ENVI4.6平臺，將天津市遙感影像分為淡水生態(tài)用地、鹽田生態(tài)用地和其他用地三種類型（圖4-1），然后通過GIS空間技術，運用生態(tài)敏感性法將天津市水域用地劃分為高敏感區(qū)、中敏感區(qū)和低敏感區(qū)。由圖4-1可知淡水水域保護用地分布范圍較廣，部分水域保護用地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌Ｗo用地。鹽田保護用地的面積在2000年至2006年分布面積增長較快；2006至2010年，鹽田生態(tài)用地略有減少趨勢。2000年 2006年 2010年圖4-1 天津市2000、2006、2010年水域生態(tài)保護用地4.2天津市水域生態(tài)敏感區(qū)及動態(tài)度變化分析利用GIS空間緩沖區(qū)法確定淡水水域敏感區(qū)，自然斷裂法確定鹽田生態(tài)敏感區(qū)，運用其統(tǒng)計功能得到水域保護用地不同敏感區(qū)的面積（表4-1），并通過公式（1）得到水域生態(tài)用地的動態(tài)度（表4-2）。表4-1 2000、2006、2010年天津市水域生態(tài)用地敏感區(qū)面積高敏感區(qū)中敏感區(qū)低敏感區(qū)年份淡水水域（km2）鹽田（km2）淡水水域（km2）鹽田（km2）淡水水域（km2）鹽田（km2）200080133942764137819200688827641353136048201077235241971143038由表4-1可知，200020062010年，淡水水域生態(tài)保護用地高敏感區(qū)先增加87km2、后減少116km2面積變化相對較大，中度敏感區(qū)先減少了14km2、后增加了6km2，低敏感區(qū)先減少18 km2、之后增加了70 km2；鹽田高敏感區(qū)先減少63 km2、后增加了76 km2，為鹽田生態(tài)用地中面積變化之最，中敏感區(qū)先降水9 km2、后增加了18 km2，低敏感區(qū)先增加27 km2、后減少10 km2。淡水水域保護用地面積較大，明顯多于鹽田生態(tài)用地。淡水水域用地內(nèi)部，低敏感區(qū)所占比重較高，其面積大于高敏感區(qū)和中度敏感區(qū)面積總和。表4-2 2000、2006、2010年天津市水域生態(tài)用地各敏感區(qū)面積變化及動態(tài)度敏感區(qū)年份淡水水域保護用地鹽田保護用地面積變化（km2）動態(tài)度面積變化（km2）動態(tài)度2000-2006871.8%-63-3.2%高敏感區(qū)2006-2010-116-3.2%766.9%2000-2010-29-0.4%130.4%2000-2006-14-0.6%-11-2.9%中敏感區(qū)2006-201060.4%1818.7%2000-2010-8-0.2%71.1%2000-2006-19-0.2%2925.9%低敏感區(qū)2006-2010701.3%105.2%2000-2010510.4%1910%由表4-2可知，鹽田生態(tài)保護用地動態(tài)度明顯高于淡水水域生態(tài)保護用地動態(tài)度，其中鹽田生態(tài)保護用地低敏感區(qū)的動態(tài)度最大，表明天津市海岸帶地區(qū)未開發(fā)以及初步開發(fā)的地區(qū)正在發(fā)生著生態(tài)用地類型的較大變化。20062010年鹽田保護用地中，高敏感區(qū)面積變化最大，導致鹽田生態(tài)保護用地動態(tài)度較高；此期間，天津市水域生態(tài)用地高敏感區(qū)內(nèi)生態(tài)用地類型正發(fā)生著較大規(guī)模的變化。天津市水域生態(tài)用地分為淡水水域生態(tài)用地與鹽田生態(tài)用地兩部分，通過GIS統(tǒng)計功能得到天津市淡水水域生態(tài)用地及鹽田生態(tài)用地面積（圖4-2）圖4-2 2000、2006、2010年天津市水域面積變化由圖4-2可知，淡水水域生態(tài)用地面積所占比重較大，水域生態(tài)用地總面積從研究初期到2006年呈現(xiàn)較快增長趨勢，從2006年到研究后期又呈現(xiàn)出緩慢減少趨勢。天津市淡水水域生態(tài)用地面積在總的水域生態(tài)用地面積中所占的比例在2000年最大為77%，2010年達到74%，2006年最小為73%；鹽田生態(tài)用地所占的比例2006年最大為27%，2010年達到26%，在2000年所占的比例最小為23%。20002010年10間鹽田生態(tài)用地面積與總水域生態(tài)用地面積整體呈現(xiàn)出波動緩慢增加的趨勢，而其中淡水水域生態(tài)用地面積基本保持不變，而鹽田生態(tài)用地面積的變化趨勢與水域生態(tài)用地總面積的變化趨勢具有相似性，都呈現(xiàn)緩慢波動增加的趨勢。10年間，天津市水域生態(tài)用地總面積在天津市總面積中所占的比例也在發(fā)生著細微的變化，其中2000年水域生態(tài)用地面積占天津市區(qū)域總面積的22%，2006年與2010年水域生態(tài)用地面積占天津市區(qū)域總面積的比例沒有發(fā)生變化，都近似為23%，相較于2000年略微增加。再次證明天津市水域生態(tài)用地總面積占天津市區(qū)域總面積的比例總體呈緩慢增加的趨勢。5結(jié)論與討論本文以天津市水域生態(tài)保護用地為例，選取2000年、2006年和2010年三期TM遙感影像，通過遙感解譯平臺和GIS技術，將本區(qū)分為淡水水域生態(tài)保護用地、鹽田生態(tài)保護用地和其它用地三種土地類型，采用敏感區(qū)法和動態(tài)度法分析水域生態(tài)保護用地的不同敏感等級的面積變化和類型扭轉(zhuǎn)的動態(tài)度，研究顯示：（1）天津市淡水水域生態(tài)保護用地所占比重較大，2000至2010年，高敏感區(qū)面積呈現(xiàn)出先增加再減少的變化，中、低敏感區(qū)則表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢；高敏感區(qū)在2000至2006年面積的增加，歸因于人類在濱海區(qū)域開發(fā)活動的加劇以及保護意識的淡薄。2006至2010階段，由于前期人類活動帶來的一系列負面影響以及后期相關保護策略的制定，高敏感區(qū)減少，中、低敏感區(qū)增加。（2）天津市鹽田生態(tài)保護用地總面積較少，僅為淡水水域生態(tài)保護用地面積的1/5；2000至2006年，鹽田高、中敏感區(qū)處于增加階段，低敏感區(qū)處于減少階段，該階段人類活動對鹽田生態(tài)用地開發(fā)過劇，導致高敏感區(qū)增加，同時低敏感區(qū)向中、高敏感區(qū)轉(zhuǎn)化；2006至2010年，處于中、高敏感區(qū)較少，并想向低敏感區(qū)轉(zhuǎn)化的階段，屬于生態(tài)保護見效時期，這種變化趨勢多歸因于正確策略的出臺并實施14。（3）天津市總的水域生態(tài)保護用地于2000至2006為增加階段，這與淡水水域和鹽田面積的增加一致，淡水水域保護面積的增加是總的水域保護面積增加主要帶動因子，鹽田因面積較少，對總的水域保護用地影響微弱；2006至2010年，水域保護用地總面積處于減少階段，同樣與淡水水域和鹽田保護用地面積變化一致。參考文獻1許學工，彭慧芳等.海岸帶快速城市化的土地資源沖突與協(xié)調(diào)以山東半島為例J.2006,4.2Deng 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