基于GIS的霍尔果斯市生态敏感性分析

摘要  选取霍尔果斯市作为研究对象，根据霍尔果斯市的特征，选取坡度、坡向、植被覆盖指数（NDVI）、河流缓冲区、土地利用类型和土壤类型6个因子，利用层次分析（AHP）法确定因子权重，在GIS中按各因子的权重进行叠加，得出霍尔果斯市生态敏感性综合分析图对生态敏感度定量分析。结果表明，该市生态敏感性划分为高敏感区、中敏感区、低敏感区和不敏感区，分别占研究区域面积的25.35%、21.42%、26.78%、26.45%，各敏感区面积占比均衡，表明霍尔果斯市生态敏感性总体适中。

关键词  GIS；生态敏感性；空间分析；霍尔果斯市

中图分类号  X826  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）01-0056-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.013

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Ecological Sensitivity Analysis of Khorgos City Based on GIS

PAN Mei-yan1，2，PAN Yue3，XU Yong-tao4

（1.College of Geographical Science，Harbin Normal University，Harbin，Heilongjiang 150000;2.Xingxin Vocational and Technical College， Xinjiang Production and Construction Corps， Tiemenguan，Xinjiang 841007;3.Xinjiang University of Science and Technology， Korla，Xinjiang 841000;4.China Railway Urumqi Bureau Group Co.， Ltd.， Korla，Xinjiang 841000）

Abstract  Taking Horgos City as the research object，according to the characteristics of Horgos City， six factors including slope， slope direction， vegetation cover index （NDVI）， river buffer zone， land use type and soil type were selected. AHP method was used to determine the factor weight， and the weight value of each factor was superimposed in GIS. The ecological sensitivity of Horgos City was quantitatively analyzed by comprehensive analysis diagram. The results showed that the ecological sensitivity of the city was divided into high sensitive area， medium sensitive area， low sensitive area and insensitive area， accounting for 25.35%， 21.42%， 26.78% and 26.45% of the area of the study area respectively. The proportion of each sensitive area was balanced， indicating that the ecological sensitivity of Horgos City was moderate on the whole.

Key words  GIS;Ecological sensitivity;Spatial analysis;Khorgos City

基金项目  霍尔果斯市市政招标项目（HEGSCG-2018-62）。

作者简介  潘美言（1995—），女，广东梅州人，硕士研究生，研究方向：生物地理与景观生态。

收稿日期  2023-01-14；修回日期  2023-08-30

生态敏感性是指生态系统对自然环境变化、人类活动干扰的敏感程度［1］，用于反映潜在的生态问题及问题发生的概率［2］。生态敏感性的综合分析是一个综合性评价指标，包括自然与人文等多种因素影响的结果，它可以直观反映出人与自然开发区的生态规划、管理和保护基础［3］。生态敏感性在实际应用中通常表现为生态因子对外界压力或变化的适应能力［4］。为调整自然资源开发与保护的关系，实现自然资源的可持续利用和可持续发展，在选择城市建设用地的发展方向和用地之前，首先要做好当地的生态规划，对当地的生态环境敏感性进行研究，使绿色廊道和生态源地不被破坏，从而营造环境优美的区域生态环境［5］。

生态敏感性分析起初多是针对某一环境问题的单因素分析进行的，随着研究的深入，诸多学者开始利用多个因素进行综合分析［6］。同时，生态敏感性分析在旅游资源规划［7］、生物多样性保护［8］、景观格局规划［9］、城市建设［10］等领域得到应用，其研究尺度从国家、流域、省市（县）级［11］到自然保护区［12］、公园［13］，研究日趋精细。目前此类研究的主流研究方法是采用数学方法对生态敏感性进行定量分析，如模糊综合评判法、层次分析法（AHP）、主成分分析法、生态脆弱度指数法等［14］。该研究借助GIS技术运用AHP法探究霍尔果斯市域生态敏感程度分布差异，以期为当地自然资源的开发利用提供科学依据。

1  资料与方法

1.1  研究区概况

霍尔果斯市位于新疆维吾尔自治区西部，隶属伊犁哈萨克自治州管辖，地跨80°11′00″～80°45′11″E、44°00′52″～44°50′00″N，西部以霍尔果斯河为界与哈萨克斯坦国相邻，市域南北长92.2 km，东西宽45.5 km，总面积1 908.55 km2。霍尔果斯市地形独特，可用“北山、南平、中丘陵”来概括其地理环境。北部为科古琴山，山脉走向呈近东西向，总体地势北高南低，南部山前较平坦，处于山前冲积、洪积平原之上，海拔在559～4 010 m。市域范围内还有发达的水系，属于伊犁河流域的伊犁河北山水系区，按海拔1 600 m以下汇流河口统计，境内产流河（沟）15条。其中，霍尔果斯河为中哈界河。受北天山和南天山的阻拦，气候具有温暖湿润的特点，年平均气温8.9～11.0 ℃，年无霜期179 d，历年最大积雪深度30～40 cm，最大冻土深度为92 cm。该地区年降水量203.8 mm，蒸发量1 877.5 mm，极端最高气温39.7 ℃，极端最低气温-37.4 ℃，年日照日数在2 250～3 000 h。该地区春季盛行东北风，夏季盛行东风，秋冬两季以北风为主，属于典型的温带气候。

1.2  数据来源

研究数据包括2018年6月的Landsat-8遥感影像、来源于ASTER GDEMV2的分辨率30 m×30 m的DEM高程数据、霍尔果斯市行政区CAD图、霍尔果斯市城市总体规划（2015—2030）、霍尔果斯市1∶100 000水系分布图（表1）。多源数据在加载过程中会出现投影信息出错、无法匹配等问题，因此对影像进行重新配准、投影转换、矢量化、拼接、裁切等数据处理，提取坡度信息，根据植被覆盖指数（NDVI）计算公式NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）对不同波段的遥感影像进行处理，对研究区域内的河流数据进行缓冲区分析，得到6个生态因子的数据图层预处理结果。

1.3  研究方法

1.3.1  评价因子的选择及评分。

参考前人研究成果［15-18］，结合研究区域生态环境规划情况，选择坡度、坡向、NDVI、河流缓冲区、土地利用类型和土壤类型6个因子作为生态敏感性分析的主要因子。将各生态因子敏感性分为高敏感、中敏感、低敏感、不敏感4个等级（表2），并用值1、3、5、7进行数量化，2、4、6表示介于二者之间的描述。

1.3.2  各评价因子权重设定。

根据层次权重决策分析的方法（AHP）确定各因子权重，生态因子的权重与它对敏感性的影响成正比。参考相关文献［19-23］，结合研究区域实际情况，构建判断矩阵（表3）。

判断矩阵计算过程如下：

（1）先求出判断矩阵每一列的总和，再对判断矩阵进行归一化处理（判断矩阵的每一元素除以其相应列之和），得到

（2）计算标准化后判断矩阵每一行的平均值，得出矩阵的特征向量即标准层中各因素对应的权重W：

W=

0.159 4

0.127 5

0.198 4

0.118 6

0.183 9

0.211 9

（3）计算判断矩阵的最大特征值λmax。对于判断矩阵A有A·W=λmax·W。

11/21/211/24

2111/21/21/2

211212

121/211/21/2

221211/4

1/421/2241

·

0.159 4

0.127 5

0.198 4

0.118 6

0.183 9

0.211 9

=·

0.159 4

0.127 5

0.198 4

0.118 6

0.183 9

0.211 9

λmax≈=1nni=1λi

式中，n表示指标的个数。

计算得出最大特征值λmax=6.179 3、λmax（A）=6.179 3、CI=λmax-nn-1=0.035 9。

（4）一致性检验CR=CIRI，当CR<0.1时，判断矩阵被视为可以接受，即符合要求。

当n=6时，RI取值1.24，

CR=0.028 9<0.1，因此该判断矩阵的一致性检验符合要求。

2  结果与分析

2.1  各影响因子权重分析

对数据进行整理，选取坡度、坡向、NDVI、河流缓冲区、土地利用类型、土壤类型6种影响因子，得到霍尔果斯市生态敏感分析中各影响因子的权重分别为0.16、0.13、0.20、0.12、0.18、0.21。

2.2  生态敏感性单因子分析

2.2.1  坡度生态敏感性。

从图1可以看出，坡度>30°的高敏感区面积为385.48 km2，占总面积的20.20%，主要分布在北部的科古琴山；坡度在>20°～30°的中敏感区面积为342.42 km2，占总面积的17.94%，分布于中部丘陵地带，北部有零散分布；坡度在>10°～20°的低敏感区面积为404.38 km2，占总面积的21.19%，主要分布于中部的丘陵地带；坡度<10°的不敏感区面积为776.27 km2，占总面积的40.67%，主要分布在南部的平原地带。从图1还可以看出，霍尔果斯市坡度敏感性由北部的山地（高敏感）向南部的平原（不敏感）逐级递减。因此，在城市建设中，应考虑向南部的不敏感区进行扩张，北部的高敏感区采取适当措施进行保护。