甘肅甘肅甘肅甘肅甘肅低山區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

甘肅甘肅甘肅甘肅甘肅低山區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估包括對生態(tài)系統(tǒng)及其組成部分的長期或多干擾的評估，以評估環(huán)境管理中長期和大規(guī)模區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的影響，并將其聯(lián)系起來。人類活動和環(huán)境系統(tǒng)的綜合評估最終為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理和環(huán)境突發(fā)事件的綜合評價(jià)提供綜合支持。區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的分支,是在區(qū)域尺度上描述和評估環(huán)境污染、人為活動或自然災(zāi)害對生態(tài)系統(tǒng)及其組分產(chǎn)生不利作用的可能性和大小的過程,其評價(jià)內(nèi)容主要包括危害評價(jià)、暴露評價(jià)、受體分析和風(fēng)險(xiǎn)表征等,可對整個(gè)區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理提供綜合、系統(tǒng)而科學(xué)的理論借鑒和技術(shù)支持。近年來,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究正在由單一風(fēng)險(xiǎn)源和單一受體的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)擴(kuò)展到流域和景觀尺度上的多風(fēng)險(xiǎn)源生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。當(dāng)前,國外的研究主要是應(yīng)用相對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型(RRM)在流域和景觀尺度上的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究。在國內(nèi),李景宜和陳鵬等主要是基于景觀結(jié)構(gòu),以景觀格局指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)作為評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型;許學(xué)工、盧宏瑋和巫麗蕓等選取多種風(fēng)險(xiǎn)源,以生態(tài)指數(shù)和脆弱性指數(shù)作為評價(jià)指標(biāo)來進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),但在景觀尺度上進(jìn)行多風(fēng)險(xiǎn)源生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的研究尚比較鮮見。由于地質(zhì)構(gòu)造活動強(qiáng)烈,地質(zhì)災(zāi)害頻繁,甘肅省隴南山區(qū)是我國四大滑坡、泥石流密集高發(fā)區(qū)之一,也是生態(tài)系統(tǒng)與自然環(huán)境對地質(zhì)災(zāi)害響應(yīng)的最為敏感區(qū)域之一。武都區(qū)是隴南市的社會、經(jīng)濟(jì)和文化中心,也是白龍江流域受地質(zhì)災(zāi)害影響的典型城市之一。因此,本文擬以武都區(qū)多種地質(zhì)災(zāi)害,如滑坡、泥石流和地震,為風(fēng)險(xiǎn)源,基于景觀結(jié)構(gòu)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型,探討武都區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征及其時(shí)空分布格局。研究可為區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理與地質(zhì)災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。1武河區(qū)基本情況武都區(qū)地處我國黃土高原向青藏高原過渡帶,位于長江二級支流白龍江流域中段?？偟貏轂槲鞅备?東南低;區(qū)內(nèi)主要的地貌類型有侵蝕堆積河谷、侵蝕構(gòu)造高中山和侵蝕構(gòu)造溶蝕叢峰中山等。屬亞熱帶半濕潤氣候,多年平均降水量400~900mm且年內(nèi)分配極不均勻,主要集中在6—9月。山區(qū)植被多為天然林、灌叢和草地,山前和河谷平原區(qū)多為人工林和草地,植被覆蓋南部好于西北部(圖1)。武都區(qū)國土為面積4683km2,總?cè)丝?5.5萬人(2010年)。由于武都區(qū)特殊的地形、巖石條件,導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害多發(fā),地質(zhì)災(zāi)害對該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。同時(shí),由于長期以來的毀林開荒等一系列破壞生態(tài)的活動,導(dǎo)致該區(qū)域水土流失嚴(yán)重,強(qiáng)降雨又會引發(fā)新的滑坡、泥石流等災(zāi)害,生態(tài)環(huán)境日益惡化,生態(tài)系統(tǒng)功能弱化。2景觀損失指數(shù)的計(jì)算以景觀格局特征為基礎(chǔ),以景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)和易損性指數(shù)作為評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建景觀損失指數(shù);利用GIS將各類地質(zhì)災(zāi)害分布圖進(jìn)行疊加,獲得風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。在此基礎(chǔ)上計(jì)算每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)的綜合生態(tài)損失度,最終得到武都區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征空間分布圖,對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征進(jìn)行分析研究。2.1部分分散劑組成受體即風(fēng)險(xiǎn)承受者,在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中指生態(tài)系統(tǒng)中可能受到來自風(fēng)險(xiǎn)源干擾的不利作用的組成部分。本文以研究區(qū)2010年分辨率為30m的TM影像為基礎(chǔ),運(yùn)用RS和GIS結(jié)合的技術(shù),并經(jīng)過野外驗(yàn)證得到武都區(qū)2010年土地利用/覆蓋圖,將研究區(qū)分為耕地、林地、草地、水域、居民及工礦用地和未利用地6類景觀類型,作為風(fēng)險(xiǎn)受體。2.2自然災(zāi)害影響下生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)源,又稱為壓力或干擾,指可能對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的一種或多種化學(xué)的、物理的或生物的風(fēng)險(xiǎn)來源,如氣象、水文、地質(zhì)等方面的自然災(zāi)害、生境破壞以及嚴(yán)重干擾生態(tài)系統(tǒng)的人為活動等。本文選取武都區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害地震、滑坡和泥石流作為風(fēng)險(xiǎn)源,進(jìn)而開展地質(zhì)災(zāi)害影響下武都區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究。風(fēng)險(xiǎn)源以其發(fā)生的概率和強(qiáng)度來描述,同時(shí)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)需要考慮風(fēng)險(xiǎn)源的作用區(qū)域范圍。其中,滑坡、泥石流的發(fā)生概率依據(jù)1991年以來的滑坡、泥石流災(zāi)害紀(jì)實(shí)獲得,地震發(fā)生概率依據(jù)中國地震臺網(wǎng)信息1991年以來的歷史地震數(shù)據(jù)來獲得,分別得到地震、滑坡和泥石流的發(fā)生概率為70%、50%和35%。根據(jù)武都區(qū)滑坡點(diǎn)的分布,通過ARCGIS進(jìn)行密度計(jì)算得到滑坡分布分級圖,并對武都區(qū)滑坡密度圖、地震動峰值加速度區(qū)劃圖和長江上游隴南片滑坡泥石流分布圖等進(jìn)行數(shù)字化,獲得武都區(qū)地震、滑坡和泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖(圖2)。2.3生態(tài)過程在景觀異質(zhì)性與生態(tài)過程的作用景觀格局作為自然與人為多種因素相互作用所產(chǎn)生的區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反映,既是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn),又是各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的最終結(jié)果。景觀具有空間異質(zhì)性,不同的景觀類型在受到風(fēng)險(xiǎn)源干擾后反映的劇烈程度和方式不同,景觀格局指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局的信息,可以定量地反映出景觀格局的變化信息。2.3.1未利用地中其年次最佳景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)可用來反映不同景觀生態(tài)系統(tǒng)受到干擾的程度,可通過景觀破碎度、景觀分離度和景觀分維數(shù)的權(quán)重疊加而獲得。式中Si為景觀結(jié)構(gòu)指數(shù),Ci為景觀破碎度指數(shù),Ni為景觀分離度指數(shù),Fi為景觀分維數(shù);a、b和c分別為各個(gè)指數(shù)的權(quán)重,且a+b+c=1。借鑒前人的相關(guān)研究成果,并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況,分別賦以景觀破碎度、分離度和分維數(shù)0.5、0.3、0.2的權(quán)重。但對于未利用地(中主要指裸巖、荒草地)來說,其分離度越大,代表著裸巖分布面積也越大,脆弱性越強(qiáng),因而分離度最能代表干擾下的生境狀況,故未利用地的景觀破碎度、分離度和分維數(shù)的權(quán)重分別賦為0.3、0.5和0.2。1.景觀破碎度指數(shù)Ci:是表述整個(gè)景觀或某一景觀類型在給定時(shí)間和給定性質(zhì)上的破碎程度。它可以用來描述受到地質(zhì)災(zāi)害的干擾后景觀類型的破碎程度,其計(jì)算公式如下式中ni為景觀類型i的斑塊數(shù),Ai為景觀類型i的總面積;2.景觀分離度指數(shù)Ni:是指某一景觀中不同斑塊個(gè)體空間分布的離散程度。其計(jì)算公式為式中Ii為景觀類型i的距離指數(shù),A為景觀總面積,Ai為景觀類型i的總面積,ni為景觀類型i的斑塊數(shù);3.景觀分維數(shù)Fi:描述了景觀中斑塊形態(tài)的復(fù)雜性特征,可以反映景觀在受到地質(zhì)災(zāi)害的擾動后其形態(tài)的復(fù)雜程度。其計(jì)算公式為2.3.2自然災(zāi)害對不同損害程度的影響由于不同地質(zhì)災(zāi)害的暴發(fā)條件不同,不同景觀類型受到地質(zhì)災(zāi)害的影響程度不同;由于不同景觀類型自身脆弱程度的不同,在受到地質(zhì)災(zāi)害影響之后其損害程度也不同。因此,借鑒相關(guān)文獻(xiàn),針對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生特點(diǎn)和研究區(qū)各景觀類型本身的特征,對6類景觀類型的易損性進(jìn)行排序及標(biāo)準(zhǔn)化處理:未利用地(0.29)>水域(0.24)>耕地(0.19)>草地(0.14)>居民及建設(shè)用地(0.10)>林地(0.05)。2.3.3生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)景觀生態(tài)損失指數(shù)表示遭遇干擾時(shí)各景觀類型所受到的生態(tài)損失的差別,是某一景觀類型的景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)和脆弱度指數(shù)的綜合。生態(tài)損失指數(shù)計(jì)算公式如下式中Ri為景觀類型i的生態(tài)損失指數(shù),Si為景觀類型i的景觀結(jié)構(gòu)指數(shù),Vi為景觀類型i的易損性指數(shù)。風(fēng)險(xiǎn)源在整個(gè)研究區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級不同,在進(jìn)行區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)時(shí)要考慮其區(qū)域的空間異質(zhì)性。鑒于此,將本區(qū)風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)分布圖通過GIS疊加,將整個(gè)研究區(qū)域劃分為257個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū),每個(gè)小區(qū)內(nèi)其風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)等級一致。2.4.3風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)l災(zāi)害嚴(yán)重等級劃分風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)之后,對每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)各風(fēng)險(xiǎn)源的嚴(yán)重等級,將其分為三級,分別用數(shù)值表示,同時(shí)考慮到各風(fēng)險(xiǎn)源的發(fā)生概率,通過加權(quán)得到每個(gè)小區(qū)內(nèi)的綜合風(fēng)險(xiǎn)值Pj,用以下公式表示式中Pj是風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)j的綜合風(fēng)險(xiǎn)值,Ljl是風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)j內(nèi)l地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重等級;Wl是l類地質(zhì)災(zāi)害的權(quán)重,Pl是l類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率。2.4.4空間化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為了建立景觀結(jié)構(gòu)與區(qū)域綜合生態(tài)環(huán)境狀況之間的聯(lián)系,利用景觀組分的面積比重,引入生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),用于描述一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)綜合生態(tài)損失的相對大小,以將景觀空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成空間化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變量。其計(jì)算公式如下式中Dj風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)j的綜合生態(tài)損失度,Aji是風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)j內(nèi)i景觀類型的面積,Aj是風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)j的面積,n是景觀類型。由此,得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(EcologicalRiskIndex,ERI),其計(jì)算公式為式中ERI為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),Pj為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)j的綜合風(fēng)險(xiǎn)值,Dj為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)j的綜合生態(tài)損失度。3結(jié)果與分析3.1居民及礦區(qū)用地的景觀破碎度和景觀分離度由表1可知,研究區(qū)草地面積所占比例最大(41%),林地次之(33%),水域和未利用地占整個(gè)研究區(qū)的面積比例最小(分別為0.004%和0.006%)。研究區(qū)各景觀類型的破碎度依次為:居民及工礦用地的破碎度最高(0.132),耕地次之(0.025),水域和草地最小(均為0.003)。居民及工礦用地和耕地是受人類活動干擾最強(qiáng)的景觀類型,由于大面積森林砍伐和毀林開荒,致使林地面積大幅度減小,斑塊數(shù)增多,破碎度增大。對于景觀分離度而言,居民及工礦用地的景觀分離度最高(為1.694),所占面積較小,斑塊數(shù)也較少;其次為未利用地(為0.834),所占面積最小,且呈零星散點(diǎn)狀分布,并被其他類型斑塊所隔離;分離度最低的是草地(0.044),所占面積最大,斑塊數(shù)也最多。在6種景觀類型中,水域的景觀分維數(shù)最高為1.169,其次為草地1.104,居民及工礦用地和林地的景觀分維數(shù)最低,自相似性強(qiáng)。3.2生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級利用ARCGIS中的quantities分級方法將風(fēng)險(xiǎn)值分為5個(gè)等級,將研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)劃分為5個(gè)等級,I級為極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI>0.032)、II級為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.022<ERI≤0.032)、III級為中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.017<ERI≤0.022)、IV級為較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.013<ERI≤0.017)、V級為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI≤0.013),并據(jù)此對各風(fēng)險(xiǎn)等級面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2),得到武都區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平等級分布圖(圖3)。由表2得出,低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占研究區(qū)面積的69.99%,極高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占研究區(qū)的總面積比例為18.02%,中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占研究區(qū)面積的14.82%。總的來說,隴南市武都區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布的特征呈現(xiàn)為沿白龍江區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級高于其他區(qū)域。其中極高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中分布在東江鎮(zhèn)以東的白龍江沿岸及整個(gè)白龍江南岸地區(qū),從安化、馬街到漢王呈帶狀分布,兩水北部、角弓鎮(zhèn)東部和南部也有分布。這主要是由于武都區(qū)北部地質(zhì)災(zāi)害集中多發(fā),嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。據(jù)有關(guān)資料顯示,白龍江干流兩岸山區(qū),滑坡有75處,占滑坡總數(shù)的40%,泥石流l62條,占總數(shù)的61%,北峪河流域有滑坡48處,占總數(shù)的26%,泥石流38條,占總數(shù)的15%;而這些區(qū)域的主要景觀類型為耕地、居民及工礦用地和草地,居民及工礦用地、耕地的景觀破碎度和分離度最高,因此,區(qū)域的系統(tǒng)抗干擾能力低;白龍江兩岸及安化、馬街等區(qū)域人口分布集中,農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城鎮(zhèn)建設(shè)活動多且集中,人類干擾大;此外這些區(qū)域的植被覆蓋度低且海拔高于南部。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在武都區(qū)東部、南部大片區(qū)域、西北和西部區(qū)域。這主要是由于該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級低,對生態(tài)環(huán)境影響較小,據(jù)有關(guān)資料顯示,南部原洛塘區(qū)滑坡、泥石流分布較少,分別占總數(shù)的21%、5%;武都區(qū)東部、南部的主要景觀類型為林地和草地,這兩類景觀類型的景觀破碎度指數(shù)和景觀分離度指數(shù)較低,因而,區(qū)域的系統(tǒng)抗干擾能力高;林地覆蓋廣泛,面積大,植被覆蓋度高;東部和南部區(qū)域地形崎嶇,人口分布較少,人類活動強(qiáng)度小。中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在研究區(qū)東南部、三河鎮(zhèn),部分分布在馬街,兩水南部,在角弓鎮(zhèn)也有零星分布。該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害較頻繁,植被覆蓋度較低,海拔較高。通過對研究區(qū)不同景觀類型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖4),水域、草地和耕地景觀主要集中分布極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),兩個(gè)等級所占面積比重之和在20%以上。未利用地、居民及工礦用地和林地景觀中較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)所占面積比例大,兩個(gè)等級所占面積比重之和在75%以上。4生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布及等級本文以地質(zhì)災(zāi)害滑坡、泥石流和地震作為風(fēng)險(xiǎn)源,對武都區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征進(jìn)行分析探討,將地質(zhì)災(zāi)害對生態(tài)環(huán)境造成的可能性影響從景觀的角度以定量化地形式表現(xiàn)出來,對于認(rèn)識武都區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布特征,進(jìn)行區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。1.武都區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布的總體特征是沿白龍江區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級高于其他區(qū)域,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在東江鎮(zhèn)以東的白龍江沿岸及整個(gè)白龍江南岸區(qū),從安化、馬街到漢王鎮(zhèn)呈帶狀分布,在兩水鎮(zhèn)北部、角弓鎮(zhèn)東部和南部也有零星分布。這主要受地質(zhì)災(zāi)害的影響。一般來講,地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)也是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。此外,景觀格局是重要的影響因素,它對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平的影響主要是通過景觀格局指數(shù)表現(xiàn)出來。同時(shí),人類活動、植被覆蓋度和海拔對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級分布也有影響。2.極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在水域、草地和耕地景觀中,較低和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在未利用地、居民及工礦用地和林地景觀中。水域?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害尤其是滑坡和泥石流有重要影響,水分入滲可能導(dǎo)致土體不穩(wěn)定,誘發(fā)滑坡。而且,洪水和強(qiáng)降雨是暴發(fā)泥石流的必要條件之一。耕地是受人類活動嚴(yán)重影響的區(qū)域,植被覆蓋少,土體松散,極易受到地質(zhì)災(zāi)害的影響。林地景觀中植被覆蓋度高,林木可以固定土壤表層,松散物質(zhì)較少,不易發(fā)生泥石流和滑坡。3.生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是在判定暴露危害時(shí),斑塊之間的空間關(guān)系起著重要作用,一個(gè)斑塊中的危害可以轉(zhuǎn)移到其他斑塊中,并且區(qū)域景觀格局的變化必然會導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改變。因此,在借鑒相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)特征,開展基于景觀格局的多風(fēng)險(xiǎn)源生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),對區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)具有一定的理論依據(jù)和借鑒意義