网站首页  词典首页

请输入您要查询的论文：

　

标题 喀斯特地区路域生态评价指标及方法研究
范文 何伟南 杨宏志



摘要：针对中国西南地区喀斯特地貌区域具有地质条件复杂、生态环境脆弱等特点，提出以植被覆盖指标、溶岩水体富水性指标、石漠化指标、地形坡度指标、土地利用类型指标作为喀斯特地区路域生态本底评价指标，并基于RSGIS技术，以河池至都安高速公路为研究对象，研究了路域生态本底评价指标信息提取方法及指标分级方法，确定了生态本底评价指标权重系数，为公路生态保护方案的设计提供了依据。
关键词：公路；喀斯特地区；路域生态；评价指标
中图分类号：U419.1文献标志码：B
0引言
喀斯特地貌区域的地质结构具有渗漏强烈、成土速度慢、土壤侵蚀强、植被易受破坏及逆向演替难度大等特点[1]。然而高速公路穿越岩溶发育地带不可避免地对沿线生态环境产生扰动，其建设和运营都会对生态产生不利影响。因此，本文依托广西喀斯特地区高速公路工程，科学选取喀斯特地区路域生态评价指标，研究基于遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）的生态评价方法，并以此为基础从微观和宏观2个层面进行喀斯特地区路域生态环境影响分析。
1路域生态本底评价指标
路域生态评价指标是从表征生态环境本底重要性的生态因素、环境因素方面进行筛选；因此，确定植被覆盖、溶岩水体富水性、石漠化、地形坡度、土地利用类型作为喀斯特地区路域生态本底评价指标。
（1）植被覆盖指标。植被覆盖度是指植被在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比，是衡量一个地区生态环境质量状况的重要指标之一[2]。植被的种类、分布、覆盖度等对喀斯特地区公路建设的设计、施工、养护、环境保护等都有一定影响，植被覆盖指标可以客观反映公路建设对植被生态的扰动。
（2）土地利用类型指标。土地利用类型反映了人类活动对喀斯特地区生态系统的干扰，直接影响着喀斯特地区生态环境的结构和功能演替[3]。同时，土地利用类型也是公路设计、施工、养护等的重要参考因素。
（3）石漠化指标。石漠化是指受由于人类不合理社会活动的干扰破坏，造成土壤严重侵蚀、基岩大面积出露、土地生产力严重下降、地表出现类似荒漠景观的土地退化过程[4]。公路在建设与运行过程中，由于堆弃的土壤、施工废弃地、建筑垃圾与生活垃圾等都会造成水土流失、植被和土壤退化、基岩大面积裸露、土地生产力严重下降等石漠化相关问题。
（4）地形坡度指标。不同的地面坡度对于公路路线勘测、施工、养护、运营等都将产生重要的影响[56]。地形坡度指标可以从一定程度上评价地貌、生态与公路建设的关系。
（5）溶岩水体富水性指标。岩溶水体富水性狭义上指岩溶地下水系统的储存能力和岩溶水的分布规律[7]。它反映了喀斯特地区水资源空间分配和时间分配情况，是喀斯特地区合理开发水资源和有效调度水资源的理论依据。公路的建设往往会改变水的流通方向或阻断地下水补给源。科学地评价溶岩水体富水性，对路域内水资源的有效科学地利用，有着重要的理论和现实意义。
2基于RSGIS的路域生态本底评价指标信息提取
路域生态本底空间分析以遥感图像计算机解译为基础，根据目标地物的各种影像特征，利用模式识别技术与人工智能技术，结合解译经验和成像规律等知识进行分析与推理，完成路域生态本底识别[8]。主要技术步骤为数据源的选取、路域生态本底遥感图像预处理、路域生态本底遥感非监督分类、RS与GIS数据的集成。本文以广西河池至都安高速公路为研究对象，对路域生态本底进行综合评价[910]。
（1）植被覆盖指标的信息提取及等级划分。采用NDVI值来反映植被覆盖信息，表征研究区域内的生态环境状况。NDVI是植物生长状态和植被空间分布密度的最佳指示因子。NDVI的值越高，说明该区域植被覆盖率越高，相对应的生态本底环境质量也就越好。
应用ENVI软件计算研究区的NDVI值，并将计算数据结果转入到ArcGIS软件，获得植被覆盖指标基础数据，如图1所示。
（2）石漠化指标的信息提取。分析各地类样本灰度均值可知，喀斯特地区石漠化的裸露岩在ETM影像的1、2、3波段的值明显高于其他地类，反映出裸露岩对于可见光的较强反射特点，且石漠化越严重反射越强烈，表现在遥感影像上裸露岩呈现亮白色。由此可将1、2、3波段DN值（遥感影像像元亮度值）相加，以增强对裸露岩土地的反映。路域石漠化指数如图2所示。
（3）地形坡度信息指标的提取。地形坡度指标是以研究区内高程点为基础数据，应用ArcGIS9.3中的ArcToolbox计算求得，结果如图3所示。
（4）土地利用类型指标的信息提取。以RS与GIS的数据集成后的矢量数据作为基础数据，应用空间分析工具，得到土地利用类型信息，如图4所示。
（5）溶岩水体富水性指标的信息提取。以ArcGIS的数据库管理工具ArcCatalog和地理数据库模型 Geodatabase为基础，收集溶岩水体富水性指标的影响因子数据，并将其分类归纳。岩溶水体富水性影响因子包括水文地质环境因子、构造环境因子、气象环境因子和其他环境因子。利用GIS分别建立影响因子的栅格要素层，按照影响因子的影响性大小，进行空间叠加分析，从而得到溶岩水体富水性指标信息，如图5所示。
3喀斯特地区路域生态本底评价指标分析
（1）植被覆盖指标分析。根据图1可知，喀斯特地区路域植被指数分值较高的区域主要分布在高速公路沿线的永顺、太平峒、永安、顺安等地区。结合实地调查发现，板坝、可吾、龙头主要由农田及部分的林草地组成；高岭、都安部分地区主要为居民建筑用地。
应用ArcGIS程序的Spatial Analyst模块下的Reclassify，将植被指数由大到小划分为5级，分别赋以亮度值和色彩。根据喀斯特地区植被分布图和实地调查结果，NDVI值小于02的区域为非植被的分布区，NDVI值大于02的区域为植被分布区。结合表1植被指数分级标准得到植被覆盖指标等级，如图6所示。
（2）石漠化指标分析。分析研究区石漠化指数（图2），可知喀斯特地区石漠化严重区域主要分布
在高速公路沿线的板坝、地苏等区域。其中，石漠化极差等级区域面积占路域总面积的0.04%，石漠化差等级区域面积占路域总面积的1935%；喀斯特地区石漠化较轻的区域主要分布在高速公路沿线的永顺、大平峒、高岭以及地苏南部等区域，石漠化良等级区域面积占路域面积的51.82%。喀斯特地区未石漠化区域主要分布在高速公路沿线的可吾、龙头以及永安与顺安之间区域；其中，石漠化较优的等级区域面积占路域总面积的28.66%，石漠化优等级区域面积占路域总面积的0.11%。将石漠化程度分为5类，如图7所示。
（3）地形坡度指标分析。根据地表坡度对公路建设的影响，将其分为5个的等级，即不大于3°为无坡度影响，3°～6°为轻度坡度影响，6°～10°为中度坡度影响，10°～20°为严重坡度影响，大于20°为极严重坡度影响，地形坡度等级分类如图8所示。
（4）土地利用指标分析。将喀斯特地区路域土地利用类型分为居民建筑用地、农田、裸岩地、水体和植被几类。人类活动对生态环境干扰越强，生态本底环境状况越差，根据此原则对各地类赋予相应分值，土地利用类型如图9所示。
（5）溶岩水体富水性指标分析。研究区域内岩溶区地下水储藏形式包括碳酸盐岩岩溶水、碎屑岩夹碳酸岩裂隙岩溶水、碎屑类岩溶水。溶岩水体富水性指标评价标准分级如表2所示，以溶岩水体富水性指标的提取信息数据为基础信息源，制作溶岩水体富水性指标评价分级，如图10所示。
4喀斯特地区路域生态本底综合评价与分析
（1）路域生态本底指标的权重计算。喀斯特地区路域生态本底指标中的5个指标对公路建设的影响是有区别的，为了真实、准确地反映其对公路建设的综合影响，需要对每个指标赋予影响权重。喀斯特地区路域生态本底各指标的权重如表3所示。
（2）生态本底状况综合指标计算。根据各指标的权重建立生态本底综合评价模型。将植被覆盖等级图、石漠化指标分级图、地形坡度分级图、溶岩水体富水性指标分级图以及土地利用类型图都转化为Grid栅格格式，在ArcGIS软件下按照建立的生态本底综合指标模型进行运算，并对综合指数进行标准化，得到喀斯特地区路域生态本底综合指数。
结合喀斯特地区路域内的具体状况，将其生态本底状况划分为5个等级。各等级所代表的生态本底状况的意义如表4所示。
5结语
（1）提出以植被覆盖指标、溶岩水体富水性指标、石漠化指标、地形坡度指标、土地利用类型指标作为喀斯特地区路域生态本底的评价指标。
（2）基于RSGIS技术，以河池至都安高速公路工程为研究对象，研究了生态本底评价指标提取和分级方法，综合分析了公路建设对生态环境的影响。
（3）采用专家打分和层次分析法，确定了各指标权重，获得了路域生态本底综合评价分级图，将路域生态本底分为优等、良等、中等、差等、极差等5个等级，为高速公路建设、养护和运营中的生态保护提供了依据。
参考文献：
[1]侯文娟，高江波，彭韬，等.结构功能生境框架下的西南喀斯特生态系统脆弱性研究进展[J].地理科学进展，2016，35（3）：320330.
[2]王世杰，李阳兵.喀斯特石漠化研究存在的问题与发展趋势[J].地球科学进展，2007，22（6）：573582.
[3]熊康宁，陈浒，王仙攀，等.喀斯特石漠化治理区土壤动物的时空格局与生态功能研究[J].中国农学通报，2012，28（23）：259265.
[4]冯沅.基于RS和GIS的高速公路路域生态调查和评价研究[J].公路交通科技：应用技术版，2010（6）：244247.
[5]牛玉欣，许金良，杨宏志，等.GIS支持下的公路生态环境评价[J].重庆大学学报，2010，33（9）：126131.
[6]覃小群，蒋忠诚.广西岩溶县的生态环境脆弱性评价[J].地球与环境，2005，33（2）：4551.
[7]许金良，田林，牛冬瑜.基于RSGIS的喀斯特地区公路生态选线[J].长安大学学报：自然科学版，2013，33（2），19.
[8]邱士利.基于GIS的岩溶地下水富水性评价方法研究[D].北京：中国地质科学院，2006.
[9]米永进.山区公路建设对沿线环境景观影响评价[J].筑路机械与施工机械化，2015，32（4）：5557.
[10]张杰，庞博，杨鹏超.公路对环境影响的定量评估[J].长安大学学报：自然科学版，2013，33（1）：3338.
[责任编辑：杜敏浩]
随便看

　

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。

　

Copyright © 2004-2023 puapp.net All Rights Reserved
更新时间：2025/2/6 6:50:58