基于RS和GIS的矿区生态脆弱性评价——以平朔矿区为例

基于 RS和 GIS的矿区生态脆弱性评价——以平朔矿区为例

李妍

身份证号码： 21030419830612**** 辽宁省鞍山市 114042

摘要：煤矿的开采将对当地生态系统将造成极大的损害，本文根据平朔矿区生态环境的特点，构建了自然资源、环境、经济、社会发展四个子系统，引用RS和GIS技术，进行数据处理，并结合专题数据和社会经济数据建立了评价指标体系，在此基础上利用层次分析法确定了指标权重并对评价指标进行量化分级和定量计算，对平朔矿区生态环境脆弱性进行了评价，从而得出平朔矿区生态环境脆弱性等级分布。

关键词：矿区;生态环境;脆弱性;RS;GIS

前言

我国是世界上煤炭剩余可采储量超过千亿吨的3个煤炭大国之一，居世界第三位,占世界总储量的20.75%。而我国的煤炭资源主要集中在内蒙、山西、陕西、新疆、贵州、宁夏、安徽、山东和河南等地，是国家大型煤矿的主要建设区域。而这些地区本身生态环境较为脆弱，煤炭开采对生态环境的影响更加突出，将不可避免的产生地表沉陷、水土流失、地表和地下水破坏、环境污染、和其他诸多生态、环境问题。

而目前对于生态环境脆弱性分析，大多局限在对行政区划及旅游资源的范围内进行生态脆弱性评价研究，从事矿区生态环境脆弱性研究的学者较少，对于矿区生态环境脆弱性评价体系的建立没有一个较为合适的标准。本文主要根据平朔矿区的生态特点建立一个适合于矿区生态脆弱性的评价体系，并在此基础上利用层次分析法对评价区的生态环境脆弱性进行了定量评价。为更好地保护和治理矿区及其周边的生态环境提供依据，同时为矿区的生态重建提供理论基础，从而最大限度地减少矿业开采造成的生态环境破坏。

1研究区基本概况

平朔矿区地处黄土高原东部、山西省北部，朔州市平鲁区境内，矿区为黄土丘陵地貌，矿区的土壤侵蚀较为强烈，矿区内部的植被覆盖率较低，由于煤炭的开采，多为黄土裸露体貌。平朔矿区属典型的温带半干旱大陆性季风气候区，区内年平均降雨量为428.2mm，年均温5.41-13.8℃。

2 研究范围及方法的确定

由于煤矿的开采会造成矿区周围大范围内的生态环境遭到破坏，为了研究煤炭开采对周围环境所带来的影响，本研究参照环境影响评价中研究区范围确定的方法，将研究区确定为矿区范围外扩8km,其中平朔矿区面积为38333.63 hm²，评价区的面积为182285.72 hm²。平朔矿区主要包括安太堡、安家岭、东露天三大露天矿，安家岭一号、二号井工矿，安太堡井工矿以及一些地方煤矿，其中包括一部分露井联采区，是采煤较为复杂的区域。

生态脆弱性评价的方法有很多，主要有以下几种，包括：模糊评价法、定量评价法、主成分分析法、层次分析法、关联法和综合评价法等。本文主要根据各个生态环境因子的环境影响度不同，采用层次分析法并结合RS及GIS处理数据的方法，对研究区的生态环境脆弱性进行评价。

3评价体系的建立

3.1评价因子选取

本次评价将生态环境划分为四个系统，即自然资源子系统、环境子系统、经济子系统、社会发展子系统。其中，自然子系统包括年均温、多年平均降水、植被覆盖率、土壤有机质含量、人均耕地面积、坡度；环境子系统包括土壤侵蚀率、采空区面积、扰动面积、塌陷面积、复垦治理面积；经济子系统包括人均GDP、农民人均纯收入、恩格尔系数；社会发展子系统包括人口密度、人口自然增长率、高等教育率。

3.2评价因子的获得

（1）遥感数据的处理

本研究主要利用3S技术，采用landsat TM数据及前期野外调查的方式，对整个研究区进行遥感解译。步骤如下：①遥感数据预处理，利用ERDAS9.0软件，将TM7个波段合成进行几何精校正，并利用1：5万的地形图进行几何精校正，得到25米分辨率的影像。②建立解译标志。③根据国家土地利用分类标准，结合遥感影像特征，建立遥感分类系统。④人机交互式解译，将影像调入ARCGIS9.2平台下，根据建立的解译标志，对各种土地利用类型进行解译，形成矢量文件。⑤将解译后的矢量文件，进行拓扑处理，形成最后的结果文件。⑥验证，根据已有的野外资料，以及航片对解译结果进行修订，得到土地利用现状图。

（2）其他评价因子的获得

借助气象统计资料、土壤统计资料、山西省朔州市统计年鉴、DEM图、沉陷预测图、土地复垦规划报告、山西省人口密度图等进行资料的获取。

3.3评价因子的初值化和标准化

上述评价因子中包括连续变量和定量值，将这些不同量纲的指标运用数学模型进行评价须对其进行初值化与标准化。初值化是将指标值与国家评价指标体系或全国-社会-经济体系现状对比，赋予0-100的分值，分值越大代表对环境影响的负面值越大。

3.4评价权重的确定

按照本评价指标体系中各指标层次结构关系，根据层次分析法的步骤，运用特而菲法，征求项目区生态恢复与重建的多位专家的意见，进行判断比较，将评价体系分为3个层：目标层A、系统层B、指标层C，分别构成A-B、B1-C、B2-C、B3－C、B4-C、B5-C判断矩阵经专家反馈意见收回后，计算出各指标权重。其评价指标体系及指标权重见表1。

表1 平朔矿区生态系统脆弱性评价指标体系表

3.5评价标准的确定

本次评价主要根据全国生态环境脆弱性指数划分标准及山西省平朔地区的自然地理与生态条件，提出了一个适合于本研究区的指标标准和追求目标，将评价指标标准分为极度脆弱、高度脆弱、中度脆弱、轻度脆弱、不脆弱5个等级。评价指标分级见表2。

表2 评价指标分级表

3.6评价过程

（1）生态环境脆弱性指数EVI的计算方法

根据生态脆弱性评价指标体系的分级标准和每个评价指标的权重，计算各个评价单元的总分值，然后对每个评价单元的数值进行相互比较，最后对各待评事物的综合评价结果排除优劣次序。将生态环境脆弱性评价结果定义为生态环境脆弱性指数EVI。EVI计算公式如下：

式中，f_i为i个因子的评分值，w_i为第i个因子相对应的权重值，i为评价因子个数。

由于本评价中分为定量值和连续变化值，因此，在计算过程中，首先将定量值根据公式计算其分值；然后，再在Arcgis9.2的支持下，将获取的土壤有机质含量、植被覆盖率、坡度、土壤侵蚀率等连续变量的分布矢量图，然后将其转化为栅格图像，并将柵格图像统一于同一空间框架中，对各因子进行分级和标准化处理，得到因子得分图；最后，利用Arcgis9.2的空间分析功能，在空间分析模块中对各个评价因子进行叠加运算，并加上定量指标的得分值，最终形成生态脆弱指数的空间分布图。

（2）评价结果

通过模型计算，得出区域脆弱性空间分布图，见图2。面积统计见表3。

表3 评价区域生态系统脆弱性分级统计表

从 上表可知，整个评价区内高度脆弱区面积为1649.25hm²，占评价区总面积的0.92%，从空间分析来看，主要分布在平朔项目区，包括三大露天矿和井工矿。中度脆弱区面积为119240.7 hm²，占评价区总面积的65.49%，大部分为草地、耕地等区域，轻度脆弱区面积为61164.19，占评价区总面积的33.59%，大部分为林地等区域。从评价结果看，矿区内部由于煤炭的开采，造成生态脆弱性较高，矿区周围植被覆盖度高的地区，生态脆弱度较低。由于对矿区内部进行了极为有效的复垦措施，使得区域周围生态环境得到改善，不存在极度脆弱地区。因此在进行生态环境重建时应充分考虑区域的生态环境脆弱度，对矿区土地采取有效的复垦措施，科学合理的制定生态恢复重建规划。

5讨论

首先，从整个评价系统来看，有些评价指标有待于进一步研究。对于一些定量指标，均可以变成连续变量，形成栅格图，统一进行叠加计算。最新的相关评价在生态环境脆弱性评价的经济子系统中，还采用了吉尼系数、贫困率、通货膨胀率等评价指标。自然资源子系统中还增加了土壤盐碱生物种类数量、物种消失率等评价指标。

其次，从生态环境脆弱性等级划分上来看，本次评价划分了五个等级，对于矿区生态脆弱性等级的划分及分数的评定还有待于进一步研究。

参考文献：

[1]刘平,汤万金,胡聃.露天煤矿生态系统脆弱性评价方法研究[J].中国人口·资源与环境.2003,13(4):32-36.

[2]李晋川，白中科．露天煤矿土地复垦与生态重建．北京：中国农业科技出版社.2000,94-96.