1、1基于 GIS 的矿区生态修复评价及其景观安全格局构建摘要：为了评估资源枯竭矿区的生态环境，并对其进行修复和景观安全格局的分析，以长治陶清河风景区总体规划为例，识别该矿区的土地资源和生态敏感性，应用生态适宜性评价方法，采用 GIS 分析软件对规划区进行生态敏感性分析和景观安全格局分析，综合考虑规划区地质、生境质量、地表水、高程、道路等多项因子，从保护城市生态多样性的角度为城市的土地利用和城市规划提供有益的尝试和建议，结果表明，GIS 的应用可以有效地支持这一评价过程。 关键字：GIS 空间分析；生态修复；景观修复；适宜性评价 中图分类号：TD88 文献标识码： A 1.引言 1.1 矿区生态修
2、复的问题 煤炭作为我国的主要能源，约占一次能源构成的 74%，但长期以来“高投入，高产出”的粗放型经济发展模式以及煤炭资源“不可再生”的特点，人类在开发利用矿产资源促进自身的生存发展、社会进步与物质繁荣的同时，对矿区及周边的生态环境的产生了严重破坏，如矿区土地采空渗透、土地塌陷空气污染、生物多样性丧失、矿区自然景观被破坏等，并严重威胁到人民群众的身心健康。闭坑矿区的污染源、采矿遗留的地质灾害都将继续对周围生态环境产生严重影响，矿山废弃地数量众多，造成土地资源极大的浪费，对资源枯竭矿区的生态环境进行修复2和景观的恢复成为共识。矿山生态恢复实际上是指对矿区植物和土地资源的持续利用和保护，不仅是持续
3、产业发展的重要保证，同时又是区域生态环境保护的重要内容。 矿区生态修复不仅包括生态系统的重建，还包括景观结构修复、生态过程修复、生态服务功能修复、人文生态修复和生态经济修复以及社会经济修复等各个方面，是调节人与自然、环境与经济发展的共轭生态修复。我国矿山废弃地生态修复主要集中在工程和生物方法上，并均具备了较为成熟的修复理论体系。但是在矿山生态系统修复评价和景观结构构建上还存在系统性不足，缺乏直观性和连续性等问题。 1.2 GIS 在生态领域的应用 墨尔本大学的 Turk A 指出生态环境修复保护是一项需要一系列规范来约束的科学性和程序性的复杂任务，而 GIS 技术为这个复杂的多学科交叉领域的研
4、究和发展带来了新的契机和巨大益处。相对于传统的纯数值评价方法，基于 GIS 的土地适宜性评价方法在数据收集、管理和分析方面具有十分强大的功能，GIS 与模型软件有效结合时，就能得到一个有效的空间决策支持系统，进而真正实现该生态系统的整体稳定性，而且这个系统的成果能以可视化的方式表现出来，极大地提高了评价效率。本文将利用 GIS 技术进行生态敏感性分析和景观安全格局分析，从保护城市生态多样性的角度为矿区生态修复和景观安全格局的构建提供技术支撑。 2. 评价原则与体系 评价过程中指标的选取和标准化、权重的确定以及如何将 GIS 和决3策过程结合是研究的重点。具体原则包括：生态优先、综合性及因地制宜
5、等。本文以长治陶清河风景区总体规划为研究对象，探究 GIS 技术在矿区生态修复和景观格局分析及恢复中的应用，研究其在矿区环境因子的提取分析和生态治理规划辅助决策中的具体应用方式，并制定研究区生态修复方案和景观安全格局构建。GIS 将使得矿区生态环境现状因子的获取和分析更为快速准确，通过对矿区三维景观模型治理模拟规划，可以为矿区生态修复和景观安全格局决策工作提供科学手段和依据。其技术流程如下（图 1） 。 图 1 矿区生态修复和景观安全格局决策工作技术路线 3生态修复和景观安全格局分析实例 3.1 生态及景观现状分析 研究区域位于山西省长治县，太行山脉中段西麓，居上党盆地腹地，长治县温带大陆性季
6、风气候，县境内地表水年径流量 8693 万立方米，河流由东南向西北注入浊漳河，属海河流域。地下水资源较为丰富，储采量 5950 万立方米。该县矿物资源充足，区域内地面有采空塌陷，范围较大。该段河道水体较充足，沿线湿地景观较好该段开挖水塘较多，湿地植被以芦苇为主，距村庄较近，湿地易受人为干扰，河道周边人工痕迹较重，部分生态环境受人为影响较严重，耕地侵占河道，煤矿向河道内排污，河道受矿区和生活区污染严重。 3.2 生态敏感性分析 本研究进行的城市生态环境敏感性分析以 GIS 为空间数据和属性数4据的管理工具并将其应用于小尺度的生态敏感区划，分析了敏感区域的空间分布规律，使生态敏感性因子空间叠加分析
7、变得高效准确。 综合考虑规划区存在着生态结构压力过大、环境污染严重和地质条件特殊等生态环境问题，选取对规划区建设影响的关键因素作为因子，总共包括地质、生境质量、地表水、高程、道路（图 2) 。 图 2 单因子分析图 按照各评价因子对区域生态环境的影响, 将其分为多个生态适宜性等级，并通过层次分析法确定权重，权衡比较不同评价因子间重要性程度差异的作用。本研究中不同的评价指标在矿区不同的部位所造成的影响程度是有差异的。因而根据各指标权重在不同的区域所处的不同评价标准，将敏感性分为 3 级，即高度敏感、中度敏感、低敏感，由此得出生态敏感性分析图。 生态环境敏感性的分析对于规划区建设进行指导和建议，由
8、以生态环境指标为主的单一层次、单一要素评价向多层次、综合性评价发展。如图所示（图 3） ，规划区沿陶清河基本为生态敏感区，低敏感区面积较大，分布在规划区大部分区域，生态破坏严重，为生态修复重点区域，生态高敏感区域和生态中敏感区域为生态保护利用重点区域。 图 3 生态敏感性分析图 3.3 景观安全格局分析 现在的景观规划不再单纯以追求视觉效果为目标，而是需要构建兼5有生态保护的意义的景观安全格局，本研究运用 GIS 技术，增加新的景观要素到一些具有很好的生态、观赏价值的景观中，设立生态廊道的目的不仅仅是为了起到美化环境的作用，更重要的是以此恢复因交通设施建设造成的两个或多个破碎生态系统之间的生态
9、链接，进而恢复破碎生态系统之间的物质、能量和信息交换，提高生态系统群落演替速度，防止生态功能退化，最终增强城市生态系统的整体稳定性。在工程建设中，使得原本是一个整体的生态系统被切割成零散的小块，破坏了原有的整体性，造成生态系统稳定性的降低。因此，规划区需要设立生态廊道以使得规划区生态系统重新成为一个有机联系的整体。 本次规划区景观基质为旱地（农田为主） ，景观斑块主要包括水塘、湿地（芦苇地） 、菜地、果园。通过防洪分析、采矿塌陷区、河流廊道、生境质量等单因子景观安全格局分析，构建广域景观格局，并考虑特殊地段景观要求，构建综合景观安全格局（图 4） 。 图 4 景观安全分析技术路线图 图 5 景
10、观安全格局图 从现状景观类型的斑块个数来看，水塘的斑块个数最多，从面积角度看，斑块总面积最大的，景观类型是芦苇，但是，破碎化程度较高，受人工痕迹干扰明显，生态作用明显降低。依据景观大斑块打造生态核心源。在源周围建立缓冲区，减少人的干扰，并建立景观廊道增强生态6连通性，在廊道交汇处和较为脆弱的区域建立斑块战略点，构建完整的景观安全格局。 4生态修复与景观格局恢复策略 4.1 生态修复策略 根据 GIS 的分析结果得出，陶清河规划区存在着生态结构压力过大、环境污染严重和地质条件特殊等生态环境问题。在遵循自然规律和防洪要求的的前提下，采用工程和生物手段，重建受损退化的河流生态系统，恢复河流泄洪、排沙
11、等重要自然功能，维持河流资源的可再生循环能力，促进河流两岸生态系统的稳定和良性循环。采用“多自然型河流治理法” 。并在河道整治中采用“近自然施工法” 。多自然型河道治理方法是以保护、创造生物良好的生存环境与自然景观为建设前提，不是单纯的环境生态保护 ,而是在再生生物群落的同时，建设具有设定抗洪强度的景观河流。并经行以下生态修复工程：河床断面修复道形态修复、重建生态型护岸、再造丧失的河岸植被和湿地群落、保障水质的人工湿地构建、湿地保护与生物栖息地的营建等。 4.2 景观安全格局恢复策略 由 GIS 分析得知，本次规划区景观基质为旱地（农田为主） ，景观斑块主要包括水塘、湿地（芦苇地） 、菜地、果
12、园。通过对规划区河沿岸植被带、道路沿线植被带将风景区内绿地野生植物斑块与周边绿化区域相连。将野生植物廊道与水库河流湿地绿地的多层次的生态网络相连。 消除人为干扰，使区域内个景观斑块联系起来，使物质和能量交流7联通起来。大型斑块可以有效维持和保护物种的多样性，可以成为大型动物的生存场所；小型斑块可以作为小型物种的避难场所，其占地小，灵活，可以出现在建成区的景观中，具有跳板的作用，皆需采取保护措施。 河廊道作为规划区内最重要的一条生态动植物廊道，在保护区内湿地生境连续性，维持环境功能完整性上起着不可替代的作用，因此更要重点保护。 5结论与展望 GIS 在生态修复及景观格局中的应用在以下几个方面发挥
13、优势：第一，利用已有的模型，在 GIS 帮助下，将会使得计算更方便和快捷。第二，利用 GIS 提供了传统的环境评价方法无法实现的功能。第三，利用 GIS建立矿区生态环境评价新模型,及对原有的传统模型进行改进。本研究在生态调查的基础上，综合考虑到矿区用地的自然、社会、生态等因素，遵循“生态优先”的原则选取评价指标。采用了层次分析法确定各评价指标的权重，减少了权重评价的主观性。运用多因素综合评价模型对城市矿区建设用地生态适宜性进行评价，在此基础上结合实际情况划分基本生态控制区域和建设控制区域，从保护城市生态安全的角度提出城市土地利用建议，对城市建设用地的科学评价以及今后城市发展具有重要意义。 8参
14、考文献： 1 王霈琳 胡振琪 资源枯竭矿区生态修复规划及其实例研究J，中国环境学报，1009-6000(2009)07-0028-05。 2 冯东梅。闭矿后环境地质灾害分析J。工程技术大学学报，2002，21（4）：526-527。 3 刘大翔；许文年；黄晓乐；孙超；郭萍，GIS 在生态环境领域的应用研究。灾害与防治工。2009,66（21） 。 4刘康，李团胜，生态规划理论、方法与应用M,北京：化学工业出版社，2004。 5 杨宇鸿。GIS 在生态环境评价中的应用D，长安大学，2006 ：1052110。 6唐宏，盛业华，陈龙乾 基于 GIS 的土地适宜性评价中若干技术问题J，中国土地科学，1999,13（6）：36-39。 7 李苓苓，3S 技术在矿山废弃地生态修复中的应用研究一以银孤洞景区为例（硕士论文） ，首都师范大学。 8 杨修。矿山废弃地植被恢复与重建研究以德兴铜矿 1 号尾矿9库为例，博十后出站报告，中国科学院生态环境研究中心，1999。 9 孙艳青,刘厚风，兴隆庄煤矿塌陷区生态修复措施探讨，山东师范大学人口、资源与环境学院,山东济南,25001。 10 杨居荣,等,采煤塌陷地的生态复垦以唐山开滦煤矿为例J，中国环境科学,1999,19(1)；85-90。 作者简介：周梦成，男，1983 年 11 月出生，大学本科学历，工作于成都市规划设计研究院，助理工程师
