基于灰色模型的土地生態(tài)安全預(yù)警研究樂(lè)山市土地生態(tài)安全預(yù)警研究

基于灰色模型的土地生態(tài)安全預(yù)警研究樂(lè)山市土地生態(tài)安全預(yù)警研究

安全是人類(lèi)永恒的主題。土地生態(tài)安全是對(duì)土地資源的合理利用和管理，使土地生態(tài)系統(tǒng)在生產(chǎn)、生活和健康方面不受或少受環(huán)境破壞和污染的影響，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化、最具生態(tài)效益和社會(huì)穩(wěn)定的目標(biāo)。1國(guó)家生態(tài)安全和基本目標(biāo)1.1建立土地生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)土地生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)是隨著土地利用問(wèn)題、生態(tài)安全的產(chǎn)生和信息技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的.土地生態(tài)安全預(yù)警是指在土地利用過(guò)程中,依據(jù)土地生態(tài)安全的各項(xiàng)指標(biāo),通過(guò)有關(guān)的信息采集、分析、預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià),確定土地利用活動(dòng)變化及其對(duì)外界影響的趨勢(shì)、速度以及達(dá)到某一變化閥值的時(shí)間等,并按需要適時(shí)地提出惡化或危害變化的各種警戒信息及相應(yīng)的調(diào)控措施.近年來(lái),建立土地生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng),防止其利用向無(wú)序化發(fā)展,已逐漸成為土地利用與管理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).1.2分析警情、預(yù)警土地生態(tài)安全預(yù)警的研究?jī)?nèi)容主要分為五部分,即明確警義、尋找警源、分析警情、預(yù)報(bào)警度和排除警患.明確警義是前提,是預(yù)警研究的基礎(chǔ),明確預(yù)警研究對(duì)象的主要內(nèi)容要素;尋找警源是對(duì)警情產(chǎn)生原因的分析,是排除警患的基礎(chǔ);分析警情是研究區(qū)警情的多方位具體分析,是預(yù)報(bào)警度的基礎(chǔ);預(yù)報(bào)警度是在維持現(xiàn)狀的情況下,對(duì)未來(lái)土地生態(tài)安全的狀態(tài)預(yù)測(cè),而排除警患是預(yù)警的最終目標(biāo).2樂(lè)清生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀2.1氣候狀況條件樂(lè)山市位于四川省中南部、四川盆地西南部、成都平原至川西南山地過(guò)渡帶.北連眉山市,東鄰自貢市,南接宜賓市和涼山彝族自治州,西接雅安市.介于東經(jīng)102°55′～104°00′、北緯28°29′～29°55′之間,幅員面積12827平方公里.該地區(qū)氣候氣候溫和,雨量豐沛,水熱同季,無(wú)霜期長(zhǎng).年平均霜日只有5～10d,年平均氣溫在16.5～18℃之間.大于等于0℃積溫6100～6500℃;大于等于10℃積溫5269～5662℃;大于等于15℃積溫4459～4787℃;大于等于20℃積溫2939～3376℃.市境地域內(nèi),濕度大,云霧多,日照處于全國(guó)低值區(qū),一般為1000～1200h,日照百分率只有25%左右,年總輻射量80～90Kcal/cm2.2.2音樂(lè)水土流失概況根據(jù)研究區(qū)的遙感調(diào)查資料,樂(lè)山市水土流失面積約6.2×105hm2,占全市幅員面積的48.47%.全市土壤侵蝕強(qiáng)度以輕度、中度、強(qiáng)度為主,平均侵蝕總量為2.26×107t,平均侵蝕模數(shù)0.36t/hm2·a,按SLl90-96標(biāo)準(zhǔn)樂(lè)山市屬水土流失中度侵蝕區(qū).樂(lè)山市水土流失的空間分布特征:劇烈侵蝕強(qiáng)度面積7507hm2,主要分布于沐川縣東南部和峨邊區(qū)西南部山區(qū);極強(qiáng)度侵蝕面積18585hm2,主要分布于峨邊區(qū)西北部和犍為縣東北部山區(qū);強(qiáng)度侵蝕面積109254hm2,主要分布于沐川—金口、五通—井研丘陵區(qū);中度侵蝕面積306657hm2,主要分布于馬邊—峨邊,沙灣—夾江丘陵區(qū);輕度侵蝕面積178710hm2,市中區(qū)東部,沙灣區(qū)北部,峨邊區(qū)北部等地均有分布.2.3耕地占用嚴(yán)重2005全市耕地面積228463.51hm2.占土地總面積17.81%.近十年來(lái),由于生態(tài)退耕、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、建設(shè)占用耕地、自然災(zāi)毀等,使耕地減少了41769.29hm2,耕地占用嚴(yán)重,人多耕地少的矛盾日愈突出.2.4污染2.4.1城市酸雨行為普遍2005年,在進(jìn)行監(jiān)測(cè)的6個(gè)城市中,除夾江縣屬較強(qiáng)酸性,市中區(qū)為弱酸性外,其余區(qū)縣皆為中性.但也不容忽視,犍為縣和峨眉山市已非常接近弱酸性標(biāo)準(zhǔn),且6個(gè)監(jiān)測(cè)城市中僅五通橋區(qū)未出現(xiàn)酸雨,其余城市均有酸雨產(chǎn)生,酸雨覆蓋的城市達(dá)83.3%,酸雨頻率范圍0.0-72.6%(資料來(lái)源:樂(lè)山市2005年環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告).2.4.2廢水對(duì)環(huán)境的影響近年來(lái)樂(lè)山市的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅速發(fā)展,工業(yè)用水缺乏環(huán)境保護(hù)機(jī)制.2005年全市廢水排放量為9.67×107t,COD排放量為1.17×105t,氨氮排放量為1.42×104t.除此之外,近年來(lái)農(nóng)田化肥的大量施用、農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖的迅速發(fā)展,在丘陵、低山農(nóng)區(qū)蓄積了大量的養(yǎng)分物質(zhì),居高不下的侵蝕泥沙不斷將大量富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶入江河、塘庫(kù),同時(shí)水庫(kù)、池塘肥水養(yǎng)魚(yú)加劇了人工水域的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷,導(dǎo)致池塘、水庫(kù)、河道富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益突出.在點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源性污污染(包括農(nóng)村生活源、農(nóng)田徑流、城市徑流、礦山徑流)的共同作用下,各種廢水對(duì)環(huán)境的損壞日益增大,水質(zhì)污染不斷加重(資料來(lái)源:樂(lè)山市2005年環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告).2.5常見(jiàn)森林樹(shù)種分布樂(lè)山市內(nèi)自然植物種類(lèi)繁多,植被類(lèi)型較齊全.據(jù)統(tǒng)計(jì),地域內(nèi)共有植物約3540余種.其中,野生維管束植物2250種,常見(jiàn)森林樹(shù)種約43科、143種、牧草159種.植物種屬組成以亞熱帶和溫帶種屬為主,南部地勢(shì)較低地帶有少量熱帶植物生存,在高山區(qū)有寒溫帶植物分布.市境內(nèi)緯度地帶性植被是常綠闊葉林,但水熱條件不同,地貌條件差異,植被地理分布既有水平地帶性變化,又有垂直地帶性變化.現(xiàn)有森林面積44.32萬(wàn)公頃,森林覆蓋率29.52%.3樂(lè)田市生態(tài)安全警報(bào)3.1明確警告明確警義要明確警素和警度兩個(gè)方面.在以樂(lè)山市為例進(jìn)行土地生態(tài)環(huán)境安全預(yù)警時(shí),要通過(guò)明確警義這一步驟確定預(yù)警評(píng)價(jià)的指標(biāo)和警戒線.3.1.1土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)土地生態(tài)環(huán)境安全預(yù)警指標(biāo)包括警情指標(biāo)、警源指標(biāo)和警兆指標(biāo),三者密切相關(guān).本文在綜合參考了趙鳳琴、毛子龍等在吉林西部土地生態(tài)安全預(yù)警研究中的指標(biāo)體系基礎(chǔ)上,以警情指標(biāo)為對(duì)象,以警源指標(biāo)為依據(jù),以警兆指標(biāo)為主體,根據(jù)準(zhǔn)確靈敏、可靠充分、互相匹配、宏觀穩(wěn)定的原則,據(jù)樂(lè)山市的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀,采用如下預(yù)警指標(biāo)、權(quán)重及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn).3.1.2確定指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)指標(biāo)確定后,直接用它們進(jìn)行評(píng)價(jià)是困難的,因?yàn)楦髦笜?biāo)之間的量綱不統(tǒng)一,導(dǎo)致指標(biāo)間沒(méi)有可比性,因此必須對(duì)參評(píng)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.標(biāo)準(zhǔn)化以后,層次分析法確定權(quán)重用,將這各項(xiàng)指標(biāo)賦權(quán)重并分級(jí),從而得出預(yù)警的警戒線.(1)xminxmin賦值級(jí)差標(biāo)準(zhǔn)化參評(píng)因子的標(biāo)準(zhǔn)化公式:賦值=Xi?XminXmax?Xmin賦值=Xi-XminXmax-Xmin式中:Xi為實(shí)測(cè)值;Xmax為實(shí)測(cè)最大值;Xmin為實(shí)測(cè)最小值.(2)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將每一級(jí)別的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值與相對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重相乘并求和,即可得到該級(jí)別的綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).即G=∑i=1npi×wiG=∑i=1npi×wi式中:G為綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值;Pi為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值;Wi為指標(biāo)權(quán)重;i=1,2,…,10.3.2同時(shí)并存階段從災(zāi)害學(xué)的角度和土地生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)不安全狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制來(lái)考慮,有三個(gè)過(guò)程同時(shí)并存,即內(nèi)應(yīng)力過(guò)程、外應(yīng)力過(guò)程和人文作用過(guò)程.內(nèi)應(yīng)力過(guò)程即土壤自身?xiàng)l件及建設(shè)占用、自然災(zāi)毀耕地;外應(yīng)力過(guò)程為氣候因素和災(zāi)變因素;人文作用過(guò)程即人口壓力下不合理的土地利用過(guò)程,間接引發(fā)土地生態(tài)環(huán)境安全問(wèn)題.3.2.1土壤侵蝕敏感性分析據(jù)樂(lè)山市土地利用總體規(guī)劃修編課題組調(diào)查資料顯示,樂(lè)山市境內(nèi)的岷江、大渡河、青衣江流域及西南山地區(qū)水水土流失十分嚴(yán)重.按照《生態(tài)環(huán)境功能區(qū)劃暫行規(guī)程》敏感性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樂(lè)山市土壤侵蝕敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià),得出如下結(jié)果.建設(shè)占用耕地、自然災(zāi)毀造成耕地減少是另一個(gè)重要內(nèi)應(yīng)力警源.資料調(diào)查顯示,1997-2005年,非農(nóng)建設(shè)占用耕地3243.58hm2,占耕地減少量4.7%;災(zāi)毀耕地283.89hm2,占耕地減少量0.5%.3.2.2音樂(lè)災(zāi)害的因素與全球氣候變暖趨勢(shì)相一致,氣候偏暖時(shí)期的降水變化比較復(fù)雜,可能引起降水量及地域分布的變動(dòng),這將影響水分的收支,導(dǎo)致旱災(zāi)或洪災(zāi)的頻繁發(fā)生.樂(lè)山市有較大幅度的變溫和較頻繁的自然災(zāi)害現(xiàn)象.據(jù)張明珠等岷江中上游及青衣江流域近50年來(lái)降水變化特征分析,樂(lè)山市在1958年之前為枯水期,1959—1965年進(jìn)入豐水期,1967年開(kāi)始進(jìn)入枯水期,且1991—2001年降水減少趨勢(shì)顯著,導(dǎo)致樂(lè)山市成災(zāi)指數(shù)上升,旱災(zāi)頻繁發(fā)生.3.2.3土地生態(tài)環(huán)境面臨的環(huán)境人文因素警源包括了兩個(gè)方面,一是人口密度加大,給土地生態(tài)環(huán)境直接帶來(lái)巨大壓力;二是人類(lèi)對(duì)土地資源的不合理利用,從而導(dǎo)致的水土流失、土地退化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題.1人口擊穿人文因素警素警源中,人口迅速增長(zhǎng)是土地生態(tài)環(huán)境發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的最基本原因.土地承載力不只是表示所能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量,更重要的意義在于它揭示了區(qū)域人地關(guān)系協(xié)調(diào)狀況和經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的未來(lái)前景,人口超載是生態(tài)脆弱性的直接動(dòng)力.按照世界糧農(nóng)組織的一般標(biāo)準(zhǔn),人均耕地面積小于0.08hm2者,即為土地資源出現(xiàn)壓力的臨界值.2005年樂(lè)山市人均耕地面積為0.064hm2,人口生存空間壓力指數(shù)為1.2,對(duì)該區(qū)的資源與環(huán)境造成了較大壓力,制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.2非國(guó)外用地面積、來(lái)源面積、多種因素分析20世紀(jì)中期以來(lái),由于人口迅速增長(zhǎng),農(nóng)業(yè)技術(shù)落后和過(guò)量地開(kāi)發(fā)利用水、土、生物資源,使樂(lè)山市土地生態(tài)環(huán)境受到極大破壞.樂(lè)山市不合理的土地利用主要表現(xiàn)為:非農(nóng)用地存在利用率低、浪費(fèi)土地的現(xiàn)象,部分縣城人均用地面積超過(guò)80m2,建制鎮(zhèn)人均用地面積在100m2以上,農(nóng)村居民點(diǎn)人均用地在150～200m2之間,超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn);土地缺乏有效保護(hù),水土流失嚴(yán)重,雖經(jīng)多年治理,2005年水土流失面積仍然達(dá)620713hm2,占全市幅員面積的48.47%,水土流失造成土地生態(tài)系統(tǒng)抗逆能力減弱.以上對(duì)內(nèi)應(yīng)力警源、外應(yīng)力警源和人文因素警源三方面進(jìn)行了警源分析,這三方面導(dǎo)致了樂(lè)山市土地生態(tài)環(huán)境安全隱患的原因.3.3土地生態(tài)環(huán)境安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)警兆是警情發(fā)生前的預(yù)兆,本文采用灰色預(yù)測(cè)中的GM(1,1)模型進(jìn)行各指標(biāo)的預(yù)測(cè),將樂(lè)山市的10個(gè)區(qū)縣作為評(píng)價(jià)單元,采用表3中的指標(biāo)體系,通過(guò)樂(lè)山市土地生態(tài)環(huán)境安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)分析警兆.在評(píng)價(jià)過(guò)程中將警戒線相應(yīng)轉(zhuǎn)化為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,通過(guò)DPS軟件計(jì)算,進(jìn)行土地生態(tài)環(huán)境安全現(xiàn)狀分析.3.4求關(guān)聯(lián)度及模型擬合灰色關(guān)聯(lián)分析是采用關(guān)聯(lián)度來(lái)量化地研究系統(tǒng)內(nèi)各因素的相互聯(lián)系、相互影響與相互作用.本文在通過(guò)土地生態(tài)環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)的確定及歸一化處理后,采用如下步驟進(jìn)行警度排序.第一步求差序列Δji(k)=|yj(k)?xi(k)|Δji(k)=|yj(k)-xi(k)|式中:xi(K)表示i級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中第k項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的取值,yi(K)表示第j個(gè)樣本中第k項(xiàng)評(píng)價(jià)的實(shí)測(cè)值.第二步求兩極最大差和兩極最小差Δmax=maximaxk|yj(k)?xi(k)|Δmin=minimink|yj(k)?xi(k)|Δmax=maximaxk|yj(k)-xi(k)|Δmin=minimink|yj(k)-xi(k)|第三步求關(guān)聯(lián)系數(shù)ξji=Δmin+0.5ΔmaxΔji(k)+0.5Δmaxξji=Δmin+0.5ΔmaxΔji(k)+0.5Δmax第四步求關(guān)聯(lián)度rji=1n∑k=1nξji(k)rji=1n∑k=1nξji(k)按照該方法,求出第一個(gè)樣本的序列各各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)序列的關(guān)聯(lián)度后,就在m個(gè)關(guān)聯(lián)度中找到最大者,即可確定第一個(gè)樣本所屬的質(zhì)量等級(jí).重復(fù)同樣的步驟,可求得其他單元樣本所屬的質(zhì)量等級(jí)和各樣本的質(zhì)量?jī)?yōu)劣排序.本文分別以1997、2001、2005三個(gè)時(shí)段對(duì)樂(lè)山市生態(tài)安全警度進(jìn)行預(yù)報(bào)計(jì)算,得出如下結(jié)果.警度預(yù)報(bào)結(jié)果表明,1997-2005年整個(gè)樂(lè)山市總體警度屬Ⅱ輕警級(jí)別,但其下屬區(qū)縣中人口密度大,水土流失嚴(yán)重,生境較敏感的市中區(qū)、五通橋區(qū)和沙灣區(qū)為Ⅳ重警;警情指標(biāo)較輕的犍為縣、井研縣和夾江縣為Ⅲ中警;而警情指標(biāo)輕的金口河區(qū)、沐川縣、峨邊區(qū)和馬邊區(qū)為Ⅱ輕警.4提高土地生態(tài)環(huán)境安全性的建議樂(lè)山市土地生態(tài)環(huán)境安全預(yù)警的研究結(jié)果表明,該市土地生態(tài)環(huán)境安全已經(jīng)受到嚴(yán)重威脅,這不僅僅是土地生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題,而是能夠影響到整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重問(wèn)題,應(yīng)該引起各級(jí)政府及當(dāng)?shù)厝嗣竦母叨戎匾?4.1生態(tài)保護(hù)規(guī)劃本文將預(yù)警的結(jié)果和土地生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防相結(jié)合,依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型與環(huán)境敏感問(wèn)題的差異性及其主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能的重要性特點(diǎn);將樂(lè)山市生態(tài)服務(wù)功能區(qū)劃分為2個(gè)二級(jí)區(qū),7個(gè)三級(jí)區(qū),提出明確的土地生態(tài)功能分區(qū)綜合治理目標(biāo).I成都平原農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)I1樂(lè)東北盆地平原丘陵農(nóng)業(yè)生態(tài)亞區(qū)I1-1峨樂(lè)雙遺產(chǎn)保護(hù)區(qū):Ⅳ重警,加強(qiáng)世界自然文化遺產(chǎn)保護(hù)、城市化建設(shè)監(jiān)督,水源地保護(hù)、生物多樣性保護(hù),水源涵養(yǎng)、水土流失預(yù)防與監(jiān)督,面源污染、礦山污染控制.I1-2夾江水源地保護(hù)區(qū):Ⅲ中警,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、水源保護(hù).I1-3沙五工礦生態(tài)功能區(qū):Ⅳ重警,建設(shè)生態(tài)工礦區(qū),保證工礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,進(jìn)行污染生態(tài)重建.I1-4井犍農(nóng)業(yè)生態(tài)功能區(qū):Ⅲ中警,發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),控制水土流失.I2樂(lè)西南山地土壤侵蝕敏感生態(tài)亞區(qū)I2-1金口河工業(yè)區(qū):Ⅱ輕警,發(fā)展可持續(xù)工業(yè),水土保持,植被保護(hù).I2-2沐川水土保持區(qū):Ⅱ輕警,水土保持,水源涵養(yǎng)、污染物排放控制.I2-3峨邊馬邊生境敏感區(qū):Ⅱ輕警,水土保持,生物多樣性