基于RS、GIS的城市土地利用变化与生态安全评价研究——以西安为例

摘要

生态安全的提出，引起了学者的广泛关注，并开展了一定的研究，但到目前研究主要集中在对生态安全问题评述、生态安全概念探讨及生态安全评价指标确定。在实践应用方面多集中在生态脆弱区，而对城市生态安全研究较少，主要集中在资源型城市，还没有提出完整的城市生态安全评价指标体系、可定量化指标及相应评价模型。 随着城市的发展，城市环境遭到破坏，并出现综合性的“城市病”，如人口拥挤、住房紧张、交通阻塞、环境污染严重、居民生活质量和健康水平降低等现象。这些城市生态环境问题，不仅影响着居民的生存，也严重的限制城市社会经济的发展。城市作为地区或国家社会经济发展的中心，是人口高度集聚的生态系统，城市生态系统面临严重安全问题。城市生态系统作为一个完全人工化的系统，集中了人类社会的工业、商业、生产与生活活动的主要区域，形成了巨大的不同于农田、农业生态系统的物流、能流与信息流。在城市生态系统中，生产与生活中产生的废弃物往往需要异地分解与消化。工业生产中产生的各种固体、液体、气体废弃物等远远超过生态系统自身的自然净化能力，对城市的生态与环境安全造成威胁。因此，探讨城市生态安全问题也尤为重要。 城市生态安全也可以理解为城市生态系统健康与稳定。从生态学观点出发，一个安全的生态系统在一定的时间尺度内能够维持它的组织结构，也能够维持对胁迫的恢复能力。城市生态系统的承载能力是有限的，超过负荷则生态平衡遭受破坏。城市生态系统安全取决于城市的社会经济发展需求和生态环境的有机协调，它不仅能够满足城市发展对资源环境的需求，而且在生态意义上也是健康的。其本质是要求自然资源在城市人口、社会经济和生态环境3个约束条件下稳定、协调、有序和永续利用。因此，对城市生态安全评价的探讨具有重要的理论意义与实践意义。 本文选取西部特大中心城市—西安为研究区域，在RS、GIS的支持下，研究西安城区1988年-2000年的土地利用变化情况，分析西安土地利用特点及存在问题；在吸收已有区域生态安全评价、环境评价以及国土资源评价相关成熟经验方法的基础上，尝试性的建立城市生态安全评价的理论框架以及指标体系，并利用GIS建立生态安全综合评价数据库，对各项指标进行了评价与成果的可视化表达，利用GIS提供的空间分析功能，研究西安近十年土地利用与生态安全间的内在关系。提出了相应的生态安全调控措施和土地资源优化配置方案。全文共分6部分： 第一部分和第二部分为绪论、研究的思路、技术路线与研究区概况。综述了国内外生态安全研究的成果和存在的问题，介绍了生态安全的概念、内涵、特点、研究意义、内容、目标、拟解决的关键问题、研究思路、技术路线、以及研究区概况。 第三部分：基于3S的土地利用变化研究。本章通过解译遥感影像得到1988年与2000年土地利用格局，分析了土地利用特点和问题。 第四部分：研究区生态安全评价。本章提出了生态安全评价的一般原则，建立了城市生态安全评价的指标体系，划分了生态安全的等级，确定了各指标的权重，对生态安全进行评价。 第五部分：提出了相应的生态安全调控措施。 第六部分：主要结论：(1)土地利用格局：从1988年到2000年，西安的土地利用结构发生了较大变化，并有明显的空间差异。特点为：1)土地利用地域分异明显；2)城郊区土地呈现动态变化性、多样性的特点；存在问题：1)土地供需矛盾日趋突出；2)土地利用结构不合理；3)土地浪费污染严重；(2)生态安全格局：尽管从1988年到2000年西安局部地区采取各种生态环境保护措施收到良好效果，但局部地区取得的生态环境保护成绩难掩大部分地区生态环境进一步恶化的趋势，整体的生态环境状况有所下降，近十几年来生态环境状况局部有所好转，恶化却在其余地区有加剧的趋势，部分地区出现了所谓的“先破坏，后治理，再破坏”和“边治理，边破坏”的状况。西安地区6种不同土地利用类型的生态安全综合指数大小顺序基本保持为居民点>交通工矿>林地>耕地>园地>水体>牧草地。 本文的创新之处在于： (1)统计数据的格网化表达，本文利用GIS技术将统计数据按照30m×30m的栅格表示，提出了数字生态模型(Digital Eco-Environment Security Model)的概念。 (2)选择西部特大中心城市——西安作为生态安全评价的对象，利用GIS、RS手段进行生态安全研究，建立西安生态安全评价酌指标体系，这一结果可为其他特大城市开展生态安全评价提供依据和参考。 (3)在技术方面，使得遥感解译获得的数据和各类统计数据可以完成对接,利用GIS的空间分析功能，将土地利用与生态安全评价结果有机的结合起来。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1引言

1.2生态安全的研究进展及存在问题

1.2.1国外进展及存在问题

1.2.2国内进展及存在问题

1.3城市生态安全的概念和内涵

1.4城市生态安全的基本特点

1.5城市生态安全评价的概念和内涵

1.6研究意义

1.7研究的主要内容

1.8研究目标

1.9拟解决的关键问题

2.研究的思路、技术路线与研究区概况

2.1思路与技术路线

2.2研究区的选择

2.3研究区概况

2.3.1地理位置

2.3.2地质地貌

2.3.3气候

2.3.4土壤

2.3.5水文

2.3.6生物资源

3.基于3S的土地利用变化分析

3.1遥感数据源

3.2工作平台

3.3遥感影像处理

3.3.1数据格式转换

3.3.2几何校正

3.3.3遥感数据最佳波段组合分析

3.3.4投影转换

3.3.5影像裁剪

3.3.6遥感影像增强处理

3.4遥感影像解译分类

3.4.1土地利用分类系统

3.4.2监督分类及分类精度评价

3.4.3解译结果分析

4研究区生态安全评价

4.1城市生态安全评价的原则

4.2城市生态安全评价指标体系的构建

4.3城市生态安全评价标准的确定

4.3.1评价标准

4.3.2评价标准建立方法

4.3.3评价标准建立原则

4.4城市生态安全评价的方法

4.4.1规格化矩阵

4.4.2指标权重的确定

4.4.3综合评价模型

4.4.4生态安全评价数据库的建立

4.5城市生态安全评价等级的确定

4.6生态安全各指标评价结果与分析

4.6.1生态环境压力评价

4.6.2生态环境状态评价

4.6.3人文环境响应评价

4.7生态安全综合评价结果与分析

4.8土地利用变化的生态安全评价

5生态安全调控措施

6.结语

6.1主要结论

6.2创新与突破

6.3有待完善的工作

参考文献：

附图1

附图2

致谢

攻读硕士学位期间研究成果