基于GIS和RS的黔南喀斯特地区人居环境自然适应性评
价
郭晓娜1,3,苏维词1,2,3,李 强4，潘真真1,3
【摘 要】运用GIS和RS技术，建立包括地形起伏度、温湿指数、水文指数和植被指数的人居环境自然适宜性评价模型，系统评价黔南喀斯特地区人居环境自然适宜性与限制性。结果表明：①黔南喀斯特地区人居环境以临界适宜和一般适宜为主要特征，人居环境自然适宜程度大致呈现出由山地向丘陵、河谷、平原递增的趋势，其中43%的地区为一般适宜区，57%的地区为临界适宜区。②黔南州人居环境自然条件，包括地形、气候、水文和植被不同程度地对人口分布产生影响，其中气候对人口分布的限制性最强，其次是地形条件。科学评价黔南喀斯特地区人居环境自然适宜性，能够引导该区的功能定位、人口分布，促进人口与环境的协调发展。 【期刊名称】中国岩溶 【年(卷),期】2016(035)002 【总页数】8
【关键词】GIS和RS；人居环境；自然适宜性；黔南喀斯特地区
0 引 言
人居环境是人类利用自然、改造自然的主要场所，包括自然、人类、社会、居住、支撑 5大系统和全球、区域、城市、社区、建筑5大层次[1]。随着环境意识的增强，人们越来越关注居住环境的质量，人居环境适宜性的研究也开始兴起：从研究方法来看，随着计算机的普及人居环境研究由定性转为定量，1997年苏维词[2]阐述了贵州喀斯特山区城市人居环境基本特征、存在问题及其成因,
提出了人居环境优化原则与改善对策，之后许多学者运用GIS和RS技术，通过建立人居环境自然适宜性评价模型，评价了不同地区的人居环境自然适宜性[3-5]；从研究角度来看，人居环境研究既有单要素适宜性评价，包括气候[6-7]、土地[8-9]、缓坡林地[10-11]适宜性评价，也有多要素综合评价[12-16]。这些研究多集中在广州、重庆、南京等发达城市的人居环境的适宜性评价，以及大范围的省域尺度的人居环境适应性评价，而以GIS和RS为基础，进行小尺度特殊地质地貌地区人居环境自然适宜性的研究很少[17-19]。与平原地区不同，由于相对特殊的自然环境，喀斯特地区山多坡陡、地形切割严重、地表崎岖破碎、生态环境本底脆弱，生存面临诸多挑战。喀斯特地形地貌特征对城市空间结构、用地质量、道路绿地系统及建设成本等方面影响显著[32]，自然地理因素仍然是决定喀斯特地区人口生存和发展的极为重要的因素，因此，喀斯特地区的生存环境更应得到关注。
黔南为亚热带喀斯特地区，地下洞穴众多，以溶蚀性拱形洞穴为主。地质构造和地层结构都较为复杂，地形坡度大，易发生水土流失。石漠化严重，生态环境复杂、脆弱。岩溶山地生态脆弱性包括基底性脆弱、界面性脆弱和波动性脆弱[21]。先天自然条件处于劣势，适宜居住地少。石漠化的扩展，缩小了生态系统的容量，削弱了 环境承载能力，限制了该区域经济社会的可持续发展。本文基于县域尺度，以GIS和RS为平台，研究该地区的人居环境自然适宜性，为其经济社会发展、城镇空间扩张及功能布局以及协调当地人口、资源、环境之间的关系提供参考。
1 研究区概况
黔南地处贵州省中南部，下辖12个县市，分别是都均市、福泉市(县级市)、瓮
安县、贵定县、龙里县、三都县、平塘县、荔波县、罗甸县、独山县、长顺县和惠水县。区内少数民族众多，有汉、布依、苗、水、壮、侗、毛南、仡佬等37个民族。2013年黔南州地区生产总值为645.54亿元，年末总人口323.5万人，面积26 197 km2。该区地处云贵高原东南部向广西丘陵过度的斜坡地带，最高海拔1 961 m，最低海拔242 m，地形起伏度较大；喀斯特地貌分布广泛，喀斯特面积占全区面积的97%，是世界上喀斯特分布最广、发育最好的地区之一。区内有苗岭贯穿，红水河、都柳江流经，峰林、溶洞及伏流繁多；属于亚热带温暖温润的季风区，冬无严寒，夏无酷暑、雨热同期，年均温13.6 ℃到19.6 ℃，年均降雨量1 100～1 400 mm。该区自然资源丰富，矿产资源种类繁多，已发现矿产资源有30余种；野生植物多样，各类珍稀动物长居于此。
2 数据来源及方法
2.1 数据来源
研究中利用DEM数据提取地形起伏度，DEM数据源自于空间分辨率为30 m，投影为WGS84_UTM的ASTER GDEM V2全球数字高程数据。计算温湿指数的相关数据，平均气温、相对湿度和降水量来自中国气象科学数据共享服务网。水域面积数据来自全国1∶500万河、湖矢量数据。根据研究区植被生长周期，夏季为植被生长季，因此选用2014年6-10月的 Landsat TM多光谱影像，利用红外和近红外波段计算出 NDVI 分布情况。黔南2013年人口数据源于《贵州统计年鉴2014》，面积统计来源于黔南各区县DEM数据。 2.2 研究方法 2.2.1 地形起伏度
运用移动窗口法进行地形伏度的提取，移动窗口法是用一定大小的窗口在研究
区域中分析，并形成新的可在GIS下运算的图形数据[22]，本文参考封志明等地形起伏度的提取方法[23]计算地形起伏度： RDLS= ALT/1000+ {[max(H)-min(H)]× (1)
式中:RDLS为地形起伏度，max(H)和min(H)分别为区域内最高与最低海拔(m),P(A)为区域内的平地面积(km2),A为区域总面积。利用ArcGIS10.0 Spatial Analyst工具/邻域分析/块统计，选择Focal函数，设置矩形窗口大小为5×5进行地形起伏度的提取(详见表1)。 2.2.2 气候适宜性
气候条件包括温度、相对湿度等,影响人类生活及各种社会活动，影响人们对环境舒适度的感知。本文采用“温湿指数”指标[24-25]，作为黔南喀斯特地区人居环境气适宜性评价的标准，其计算公式如下： (2)
T= 1.8t+32
式中:THI为温湿指数，t为月平均气温(℃) ，T是月平均华氏温度(℉) ，f 是月平均空气相对湿度(%)。 2.2.3 水文指数
水文条件不仅对地形地貌产生影响，还对交通、社会经济发展及人类居住等产生重大影响。喀斯特区地表水下渗严重，水资源时空分布不均，水资源开发困难,利用率较低，喀斯特水资源对社会经济和人民生活的承载阀值相对较小[26]。因此，水文条件成为黔南人居环境自然适宜性评价模型的重要组成部分，本文采用李鑫等人提出的“水文指数”(包括降水量、水域面积)作为评价指标[27]，
其具体计算公式为： (3)
式中: WRI为水文指数; P和Wa分别为归一化的年均降水量和归一化的水域面积;α和β分别为年均降水量与水域面积比例的权重。本文参考郝慧梅等[28]的研究,α取值0.8,β取值0.2。 2.2.4 植被指数
喀斯特地区特殊的地质环境和地貌特征,以及长期以来不合理开发利用,造成基岩大面积裸露,表观特征为植被退化[29-30]。植被变化不仅直接影响地面状况的变化，还影响与居住相关的水热、大气等的变化，成为影响黔南人居环境质量的主要因子之一。人居环境自然适宜性评价包括：地形起伏度、气候适宜度、水文指数和地被指数，本文用植被指数代替地被指数，其具体计算公式为： (4)
式中:NIR为Landsat TM的近红外波段反射率值，R为近红外波段反射率值，计算出NDVI值后，进行标准化。 2.2.5 人居环境自然适宜性模型
在定量分析地形起伏度、温湿指数、水文指数、植被指数单项指标与人口密度的相关性的基础上，建立人居环境自然适宜性综合评价模型—人居环境指数(HEI)模型，定量计算黔南的人居环境指数，计算公式如下： (5)
式中：HEI为人居环境指数；RDLS地形起伏度；THI为温湿指数；WRI为标准化水文指数；NDVI为标准化植被指数；URDLS、UTHI、UWRI、UNDVI分别为地形起伏度、温湿指数、水文指数、植被指数对应的权重(详见表2)。将
基于 GIS 和 RS 的黔南喀斯特地区人居环境自然适应性评价
