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基于生态适宜性分析的武汉市土地利用规划环境影响评价

刘杰，叶静，杨望，余淑霞

华中农业大学资源与环境学院，农业部亚热带农业与环境重点实验室，武汉430070

摘要

我国《环境影响评价法》规定土地利用规划必须进行环境影响评价。它将直接影响区域土地利用格局，并进一步影响区域生态环境质量。当前，土地利用规划的环境影响评价的理论和方法研究是规划环境影响评价领域的热点。在ENVI 4.2的支持下，我们对武汉市遥感影像进行解译，提取了河流、湖泊、建筑区等地貌，并在1:250000地形图上建立数字高程模型，提取坡度、海拔等地形因素，采用 ArcGIS 9.2空间分析模块，基于因素叠加分析得到了城市工业用地生态适宜性的综合评价。其中，适宜、基本适宜和不适宜土地利用的比例分别为20%、28%和52%。最后，在生态适宜性分析的基础上，我们对土地利用规划进行评价，结果表明:武汉市城市总体规划(1996-2020年)工业用地布局基本合理，与生态适宜性分析得出的结论一致。本研究试图为规划环境影响评价的方法研究提供参考。

关键词:土地利用规划 生态适宜性分析 规划环境影响评价 武汉市

1.引言

土地利用规划是一种土地资源优化配置的手段，通常用于计划和安排研究区域土地利用中的规模、结构和空间分布等方面。它在合理配置土地资源、组织土地利用上有重要作用[1]。土地利用规划通过改变土地利用格局和结构，影响区域生态环境质量和生态系统服务功能，继而影响到区域社会经济环境系统。合理的土地利用规划可以促进区域经济的快速发展和土地资源的可持续利用[2]。因此，有必要去评价土地利用规划的环境影响、从生态保护和建设的角度分析规划的环境影响，从而从源头尽量减少不良的环境影响[3]。

规划环境影响评价是对规划及其备选方案的环境影响的一个正式的、综合性、系统性的评价过程[4，5]。规划环境影响评价的最终目标是确保评价结论和环境后果都集成于战略决策过程[6-9]，例如地方土地利用规划决策。《中国环境影响评价法》自2003年9月1日起施行，规划环境影响评价是规划中唯一需要进行战略环境评价的。

我国土地利用规划环境影响评价的研究刚刚起步，目前尚处于探索阶段[10，11]。这些研究主要集中在完善评价体系、探索评价方法等方面[3，9，12，13]。环境效应的定量分析和空间信息的处理因尚无一般适用的评价方法，是目前最困难的程序。

在先前关于土地利用规划环境影响评价的研究中，常用的方法可以分为以下几类。如专家判断法、层次分析法(AHP)和多目标分析法通常用来来选择评价指标[11]，驱动器-压力-状态-响应(DPSR)概念模型被用来在自身框架内建立指标体系[14]。清单法和矩阵法被广泛应用于环境影响识别中。情景分析法[15]、叠置法、地理信息系统法(GIS)和遥感法(RS)在环境影响预测中具有重要作用[16]；此外，叠加法与GIS、RS综合应用，可以分析土地利用规划的累积环境影响。生态系统服务价值评价方法[17]、GIS和RS、德尔菲法等均可用于环境影响评价。这些方法可用于识别、预测和分析土地利用规划实施时潜在的环境影响[18-20]。然而，由于土地利用结构变化在区域空间信息处理和多属性信息综合分析方面的不足，其影响是很难评价的。研究方法的缺陷已成为制约土地利用规划实际影响评价的重要因素。

土地利用生态适宜性分析综合了生态学、地球科学、系统科学、环境科学和计算机科学等学科来分析土地开发利用适宜性，以寻求最佳的土地利用格局和规划。Marull [2]等人利用土地适宜性指数这一透明、模块化的分级系统进行大都市地区的战略环境评价。Stoms和McDonald[18]将土地利用适宜性作为研究储量模糊评价的工具。Steiner和McSherry[1]进行了吉拉河上游流域的生态适宜性分析。Cheng和Wang[10]将大连保税区和出口加工区作为研究区域环境影响评价的区域。但生态适宜性评价在土地利用规划环境影响评价中应用依然较少。

以武汉市的土地利用规划为例，土地利用的生态适宜性分析将与GIS和RS提供的函数进行分析和比较。然后结果将作为指标来评价武汉市土地利用规划的适宜性。本研究将丰富土地利用规划环境影响评价的研究方法，并为相关研究提供一定参考。

2.研究区域

武汉市位于江汉平原东部，坐标在113°41rsquo;E ~ 115°05rsquo;E、229°58rsquo;N ~31°22rsquo;N之间，总面积为8549.01km²，是中国中部的政治、经济、文化、金融中心。武汉城区属于残积冲积平原，被长江和汉江划分为武昌、汉口、汉阳三部分，其平均海拔在50m以下，是丘陵和平原间隔的起伏地形，红壤和黄棕壤在这里广泛分布。武汉市的土地利用类型多样，土地适宜性广泛，利用程度也较高。

3.生态适宜性分析

3.1分析方法

以生态适宜性分析理论为基础，采用ArcGIS 9.2处理空间信息。首先，构造单因子层；其次利用层次分析法确定各因子的权重；最后，利用ArcGIS 9.2的空间分析模块将所有的单因子层进行叠置。综合评价的结果用于武汉市工业用地的生态适宜性评价(图1)。

图1.工业用地生态适宜性分析技术路线

3.2评价指标的选择和分类

评价指标的选择遵循系统性原则、适用性原则、定性与定量原则、主导性原则和一致性原则。根据武汉市的实际情况和相关的可用信息，水域、土地利用状况、坡度、海拔和植被选作生态适宜性分析的因子。

根据各因素与工业用地生态适宜性之间的关系，应用德尔菲法将工业用地评价指标划分为适宜、基本适宜和不适宜3种层次，分别编码为5、3和1(表1)。

表1.工业用地生态适宜性分析因子的分类

3.3权重的测定

由于各评价指标之间复杂的、相互关联、相互制约的关系，各评价指标对土地生态适宜性的重要性各不相同。因此，综合生态适宜性并不是单一因子的总和。本研究通过层次分析法中构建判断矩阵、计算特征值和特征向量、归一化、一致性检验等步骤，得到各因子的权重[21]。

3.4单因子层的产生

从1:250000地形图中提取海拔因子，并建立数字高程模型(DEM)；通过ArcGIS 9.2的3D分析模块得到坡度因子；土地利用状况是在用于进行基于武汉市遥感图像的监督分类的ENVI 4.2支持下获取的；然后河流、湖泊、植被覆盖度等因子都从TM图像中提取。最后，单因子层都由缓冲分析生成。

3.5生态适宜性的综合分析

基于因子加权指数模型，利用ArcGIS 9.2空间分析模块中的栅格计算器将30mtimes;30m栅格地图层叠加到获得的单因子层上以得到综合得分。

将不适合工业用地利用的河流湖泊的指标值赋为0。生态适宜性分析综合评分S在1.5 ~ 5之间。采用频率曲线值法，考虑综合评分的空间分布，武汉市工业用地可划分为适宜(4.0lt;Slt;5.0)、基本适宜(2.6lt;Slt;4.0)和不适宜(1.5lt;Slt;2.6)三类。综合评价结果如图2所示。

图2.工业用地生态适宜性分析

4.结果与讨论

4.1适宜性分析结果

武汉市工业用地生态适宜性总体较低，其中中部地区的生态适宜性较高，周围区域的较低。武汉市适合工业用途的土地主要分布在市中心，总面积为1693.4 km²，约占城市面积的20%，该地区城市化程度较高、自然条件优越、人力资源丰富、交通便利，开发利用时对当地生态环境和景观格局的不利影响较小。因此，合理的布局应注重功能区划、产业规模效应，发展高新技术和环境友好型产业以尽量减少区域污染。

基本适宜工业用途的的土地分布均匀，总面积为2390.8 km²，占整个研究区域的28%。该地区坡度平缓，有大量耕地和灌丛分布。在加强现有交通建设的前提下，该地可以适度发展，但必须遵循土地利用性质和土地利用模式以保护耕地。

不适宜工业利用的区域主要分布在江河湖泊附近、森林地带以及北部和东北部山区，具有较大的评价和坡度，总面积4382.9 km²，约占研究区域的52%，该地为生态敏感区，易受人为干扰，不适宜开发。需要加强生态环境保护，来提高这些区域生态系统的稳定性和多样性。

4.2武汉市土地利用规划评价

根据武汉市城市总体规划(1996-2020年)，到2020年将形成五大工业集聚区。其中青山、阳洛等以钢铁、化工、环保产业为主；沌口以汽车和电气化行业为主；关山以光电子和生物制药产业为主；吴家山为食品产业基地；其余为城市工业区。相应的工业用地一般位于武汉市的中央，例如青山、东西湖、蔡甸区等等(图3)。与武汉市工业用地生态适宜性分析 (图2)相比，工业用地总体布局在总体规划中处于合适的区域，具有合理性和可行性。

图3.武汉市城市总体规划工业用地布局(1996-2020年)

5.结论

在此次研究中，生态适宜性分析被引入土地利用规划环境影响评价中。以武汉市为例，从生态环境保护的角度建立了工业用地生态适宜性分析的指标体系，通过GIS，得到了综合结果。利用频率曲线值法将土地划分为适宜、基本适宜和不适宜工业用途三类，并对土地利用的生态发展提出了建议，同时，生态适宜性分析结果也被应用于武汉市城市总体规划中工业用地的布局评价。生态适宜性分析作为重要的生态学基础，从生态环境保护和空间分析的角度对土地利用格局和空间结构进行评价和优化，对规划环境影响评价具有实际指导意义。

与传统的规划环境影响评价方法相比，生态适宜性分析利用了GIS和RS的优势，使得获取地面信息更加快速、准确和简单，并将数值计算与空间数据处理完美结合。层次分析法和多因子指数叠加法的应用使得综合分析结果更加客观、合理。生态适宜性分析指标的选择和分类与具体的规划环境影响评价有关，因此，综合指标的选择和定量分析的规则和程序还需要进一步研究。

致谢

国家自然科学基金(批准号:40701066)和国家重大科技计划《水体污染控制与修复》(2008ZX07102-001)资助。

参考文献

[1] Steiner F, McSherry L, Cohen J. Land suitability analysis for the upper Gila River watershed. Landscape and Urban Planning 2000;50:199-214.

[2] Marull J, Pino J, Mallarach JM, Cordobilla MJ. A land suitability index for strategic environmental assessment in metropolitan areas.Landscape and Urban Planning 2007;81:200–212.

[3] Cai YM, Zheng WY, Zhang XL., Jia KJ, Yang F. Preliminary research on environment impact assessment of land use planning. Progressin Geography 2003;22: 567-575. (in Chinese

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