摘要：本项目研究以河北省海岸带为评价对象，针对河北省海岸带生态环境问题，采用层次分析法和熵权法相结合的乘法合成法得到各评价指标的权重，运用GIS软件通过指标值的地理空间量化和空间聚类，对河北省海岸带生态系统的受损程度进行评估，得到河北省海岸带生态系统受损程度的空间分布格局。
关键词：GIS；河北省海岸带；空间聚类；生态系统
海岸带作为海洋和陆地相互作用的地带，拥有十分丰富的自然资源，使得海岸带地区成为人类活动的中心，世界上一半以上的人口、生产和消费活动集中在占全球面积不到10%的海岸带地区。但是海岸带由于受到多种作用的交互影响，客观上存在灾害频繁、生态环境脆弱等问题，随着海岸带区域人口的急剧增长和经济开发利用活动强度的加大，围海造地、海岸工程建设、污染物排放等人类活动，直接或间接导致了海岸带生态系统受损。本文旨在通过选取多层次指标对河北省海岸带生态系统受损情况进行分析，评判沿岸海域生态系统受损格局。
生态系统健康兴起于二十世纪七十年代末，是集生态学、环境科学、社会科学和经济学为一体的边缘交叉学科。许木启等[1]提出了开展受损害水域生态系统恢复与重建工作的基本指导思想和原则、研究内容与方法、技术策略与途径等措施和建议；张秀英等[2]通过对限制因子分析采用综合指数加权求合法对江苏省海域养殖增殖用海进行等级评估。刘春洋等[3]在地理信息系统的支持下，采用四种插值方法对大连湾底栖生物栖息密度的数据进行空间插值处理，并对插值的结果进行比较分析。相关参考文献中应用GIS对海岸带生态系统受损评估领域基本处于空白状态，相关方面的研究也较少。
1 研究内容及范围
1.1 研究内容
本项目研究以河北省海岸带为评价对象，针对河北省海岸带生态环境问题，利用GIS技术建立综合评价该海岸带地区生态系统受损程度的数量化方法，选取海岸带生态系统作为评价因子，将其分为生物生态、环境质量、海洋灾害等三个子模型，利用ArcGIS计算机技术将河北省海域划分为1km×1km网格，作为基本评价单元，将子模型因子在统一的地理坐标系统下构造空间信息，生成单因子评价层，将处理后得到的矢量图层赋予权重进行指数叠加处理，应用模糊综合评判法确定最终分值，分区域进行综合运算和空间聚类，得出河北省海域不同地区受损程度。
1.2 研究范围
河北省海岸带，地处渤海湾西部，以天津市为界，分为南北两段：北段东起于秦皇岛市山海关区张庄，与辽宁省绥中县交界，西止于唐山市丰南区黑沿子镇涧河村，与天津市宁河县交界；南段北起于沧州市黄骅市南排河镇歧口，与天津市大港区交界，南止于沧州市海兴县大口河口，与山东省无棣县交界。本研究范围为河北省海岸带近岸海域，即大陆岸线向海一侧12海里以内的海域。
2 河北省海域生态系统受损评估
2.1 确定评价网格
为保证评价结果的准确性和合理性，便于数据样值的提取，将河北省海域生态系统划分为若干评价单元网格。该网格要素作为计算评价指标指数和综合指数的基本单元，以确保海岸带生态系统受损级别划分的精度。
本研究依据比例尺为1：50000地形图、海图的地理坐标网和方里网，利用ArcGIS软件平台对研究区海域进行1km*1km的网格化处理，每一面积为1km2的网格即为一个评价单元，研究区共划分为7258个评价单元，其中，秦皇岛1815个，唐山4477个，沧州966个。
2.2 评价指标计算
2.2.1 指标选择
在广泛收集国内外海岸带生态系统受损评估指标和模型的基础上，结合河北省海洋资源特点和经济社会发展状况，依据指标应具有全面性、科学性、可操作性等原则，基于回归方程提取出与海岸带生态系统相关度较大的指标，同时采用因子分析法简化层次结构，最终构建三级指标体系，一级目标层：海域生态系统受损评估A；二级准则层：生物生态B1，环境质量B2，海洋灾害B3；三级方案层：浮游生物密度C1，鱼卵与仔鱼密度C2，底栖生物密度C3，水环境C4，沉积物环境C5，污染物入海量C6，风暴潮频率C7，赤潮频率C8，海水入侵C9。
2.2.2 指标处理
本文采用指数化处理方法对各个定量化的指标进行无量纲化处理，经过标准化处理后，各个评价指标数据的值极值为0或1，其余数据值介于0与1之间。具体数据计算处理公式如下：
效益型指标，即数值越大对海岸带生态系统受损程度影响越小的指标，其标准化方法见下式：
…………………（1）
成本型指标，即数值越大对海岸带生态系统受损程度影响越大的指标，其标准化方法见下式：
………………（2）
式中，Yi为评价指标的标准数值；Xi为某指标的指标值；Xmax为该项评价指标的最大值；Xmin为该项评价指标的最小值。
2.2.3 判断矩阵
根据层次结构模型，建立判断矩阵。判断矩阵表示的是各层次元素相对于上一层某元素的重要性情况，即对于各个因素之间重要程度的判断。各要素值的确定采用美国运筹学家T.L.Satty提出的9标度法以及专家咨询法。
2.2.4 指标权重集
运用层次分析法，确定各个评价指标的权重分配。得到各评价指标的权重集，之后运用信息熵对权重系数进行修正。
2.3 确定评价结果
2.3.1 单因子评价结果
构造1km×1km单元格判断矩阵R，运用基础数据对评价指标的权重和判断矩阵进行模糊变换，矩阵相乘得到每一单元格情况最终评价结果集。
2.3.2 单因子图层叠加
在栅格叠加中，每个单因子评价图层的每个栅格单元都引用相同的地理位置，将数值制定给每个特征图层，为各个图层指定相对重要性以创建权重等级，利用ArcGIS中spatial analyst中的栅格计算器进行栅格计算，并将数值制定给输出图层中的每个像元得出河北省海域生态系统受损评估结果。
2.3.3 确定最终评价等级
根据河北省海域生态系统的实际特点，将得到的栅格计算结果用spatital analyst的分类工具，将评判等级标准划分五个等级。数据级别空间为V=｛>0.7、0.7～0.5、0.5～0.3、0.3～0.1、<0.1｝。评语集合为：V=｛V1、V2、V3、V4、V5｝=｛极度受损、严重受损、中度受损、轻度受损、未受损｝。依据评价指标层进行叠加分析结果，看所得数值结果最终隶属于哪一个区间，以此为判断标准得出海域生态系统受损程度。
3 结论与展望
3.1 结论
评估结果显示，河北省海域生态系统受损区域集中在唐山市滦河口附近海域，由于近年来滦河来水来沙量较小，滦河口自然湿地被人为开垦为养殖池塘和稻田，农业污染源等陆源污染排污量较高，均在洪水期入海对近岸海域生态环境造成破坏。秦皇岛附近海域由于近年来为改善该地区旅游环境，近岸海域养殖用海逐渐退出，养殖对生态环境带来的损害逐渐减少，该地区环境处于较好状态，生态系统整体受损程度均低于平均水平；沧州附近海域虽然其海岸带开发活动较少，对海域的人为干扰性较低，入海排污量少，但其近岸海域水深较浅海洋生物密度较低，且发生海洋灾害的概率较高因此其生态环境状况为中度受损。
3.2 展望
因生态系统受损状况受诸多因素的影响，本文在选取指标的过程中难以全面，在以后的研究中应更注重科学指标的选取，对受损产生的原因进行深度研究，将生态系统的划分细化，并将受损生态系统的受损与恢复和重建联系起来，对不同的受损生态系统进行分类指导，研究如何采取不同的模式和措施对生态系统进行恢复。
参考文献：
[1]许木启，黄玉瑶.受损水域生态系统恢复与重建研究[J].生态学报，1998，18（5）：548-558.
[2]张秀英，钟太阳，黄贤金等.江苏省海域养殖增殖用海定级研究[J].自然资源学报，2014，29（9）：1542-1551.
[3]刘春洋，李轶平，董婧.基于GIS的海洋底栖生物栖息密度空间插值方法[J].海洋环境科学，2012，31（3）：443-447
论文作者:霍磊1,郭士永1,韩维涛1
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/7
标签：生态系统论文; 河北省论文; 海域论文; 海岸论文; 指标论文; 评价论文; 权重论文; 《基层建设》2018年第34期论文;