研究生学位毕业论文选题报告县域生态环境评价与分区信息系统研究.doc

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广西师范学院

研究生学位毕业论文选题报告

研究课题：

县域生态环境评价与分区信息系统研究

———以广西大化县为例

AStudyontheAssessmentofEcologicalEnvironmentandDivision

InformationSysteminCountyArea

ACaseStudyofDahuaCountyinGuangxi

研究生姓名：

黄进华

专业：

地图学与地理信息系统

导师：

周兴副教授、华璀副研究员

论文工作的起止时间：

2004年5月至2005年3月

目录

一、课题的来源、研究的目的意义、国内外研究现状及水平

二、论文研究的主要内容、方案和准备采取的措施

三、已进行的科研工作基础和已具备的科学研究条件，对其他单位的协作要求

四、科研论文总工作量，文献阅读，科学调查，试验阶段，理论分析，论文初稿，文字总结各阶段的进度和要求，以及预期结果。

五、指导及辅导试验，论文撰写人员。

一、课题的来源、研究的目的意义（包括在我国的应用前景）、国内外研究现状及水平

1.选题背景

生态环境是人类赖以生存和发展的空间，是区域可持续发展的核心和基础。

保护和建设好生态环境，实现可持续发展，是我国现代化建设中必须始终坚持的一项基本方针。

近年来，中国经济发展和人口增长的双重压力对国家资源环境的影响程度超过了历史上的任何时期，为了保证国家资源与环境的可持续发展，如何准确及时地掌握耕地变化、天然植被变化、荒漠化、水体变化和土地退化等环境变化状况，进而指导人们正确开发利用自然资源、保护生态环境，合理进行生态环境规划，已成为国家决策部门和国内科学家普遍关注的问题。

为配合中国西部大开发战略的实施，国家环境保护总局与国家测绘局于2000年7月联合开展了“中国西部地区生态环境现状遥感调查”工作，旨在利用遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术对西部地区生态环境现状进行一次全面摸底，以全面反映西部地区生态环境的现状和动态变化，为西部地区生态环境规划、生态恢复和生态环境保护决策提供科学依据。

广西也在此次调查之列，而大化瑶族自治县是全国生态环境最脆弱区之一，也是石漠化问题严重、水土流失严重、地质灾害频发区，又是革命老区与少数民族聚居区。

尤其是在区域经济贫困→人口增长过快→耕地稀少→陡坡开垦、毁林毁草→石漠化与水土流失加剧→生态环境脆弱→更加贫困的恶性循环作用下，区域内的土地利用／土地覆被正面临着更为剧烈的变化过程，生态退化日趋严重。

生态环境退化已严重地阻碍了区域稳定脱贫与可持续发展。

生态环境保护和建设已成为区域可持续发展的战略保证。

而生态环境建设离不开生态环境信息的采集和处理，生态环境信息85%以上与空间位置有关。

GIS最大的特点就在于将社会生活中的各种信息与反映地理位置的图形信息有机地结合在一起，并可根据用户需要对这些信息进行分析，把结果交有关领导和部门作为决策的参考和依据。

在GIS的帮助下，不仅可以方便地获取存贮、管理和显示各种环境信息，而且可以对环境进行有效的监测、模拟、分析和评价，从而为生态环境建设提供全面、及时、准确和客观的信息服务与技术支持。

因此将计算机技术应用到生态环境评价与分区，建立区域生态环境评价与分区信息系统，不仅可以充分利用数据库强大的存储功能，对纷繁复杂的各类数据的输入、存储、修改等进行统一、有效的管理，利用计算机快速、准确的计算，对生态环境各单顶评价指标和综合评价评价进行计算，使相对静态的评价变为相对动态的评价，使得评价的可行性和实用性大大提高，从而实现了生态环境评价向智能化方向迈进，为推动区域生态环境评价理论向前发展奠定基础。

在周兴副教授、华璀副研究员的精心指导下，结合自己一年多来的学习体会，依据广西喀斯特地区的实际情况，以区域生态环境评价框架为理论方法基础，利用遥感、GIS和数学评价模型相结合的技术方法为手段，以广西大化县为实验区，初步拟定《县域生态环境评价与分区信息系统研究―以广西大化县为例》作为本人的硕士学位论文研究题目。

2.课题研究目的、意义

本课题在调查研究广西大化县社会经济及自然状况的基础上，利用遥感与地理信息系统为主要技术手段，对大化县生态环境质量、脆弱性及重要性等方面进行评价，将各单项评价指标进行模型化处理、计算并得到综合评价指标，并将综合评价指标与地理空间位置结合起来，利用地理信息系统提供空间分析功能，实现生态环境的区划研究。

初步建立喀斯特县域生态环境评价各指标体系，探索生态环境综合评价与分区的理论和方法，生态环境空间数据的表现与可视化的方法，基于组件技术的县域生态环境评价与分区信息系统开发技术方法。

本课题研究意义：

（1）生态环境评价与分区成果的应用，使得生态环境保护和建设工作更加具体化、更具可操作性；

（2）生态环境评价因子的分析研究，便于找出生态环境问题的主导性因子，并使得环境整治更具针对性；（3）基于组件式GIS的县域生态环境评价及分区信息系统开发，为县域生态环境信息系统的研究探索一条新的途径，实现县域生态环境信息输入、编辑、管理、查询、空间分析、可视化，同时以图表方式输出，为生态环境信息的管理现代化和信息化做技术准备，进一步为生态环境建设、国民经济建设等可持续发展决策提供科学依据。

3.本课题国内外研究概况

生态环境是一个庞大的、复杂的、多变的系统。

虽然许多学者在生态环境评价方面曾进行过一系列有益的探索，但由于此项研究涉及面广、难度大，因而目前尚未有标准和公认的理论框架、指标体系和评价方法，仍处于探索阶段。

3.1国内研究概况

通过查阅有关的文献资料了解到，目前有关生态环境评价的研究工作主要集中在以下方面：

（1）在理论基础分析方面，景观生态学理论在区域生态评价、尤其是在中尺度区域生态评价中受到广泛关注。

任志远[18]在景观生态区划的基础上，以地貌特征作为划分评价单元的主要依据，选取气候、水文、土壤和植被四种环境要素作为评价对象，利用层次分析法对陕北高原神府地区进行了景观生态环境的多要素综合评价。

胡孟春等人[24]以景观生态学理论为指导，在景观生态分类的基础上，以景观生态单元为评价单元，选取地形、土壤、植被为评价指标对海南省生态环境质量进行了综合评价。

毛文永[2]，提出用景观生态学的指标：

景观多样性指数、优势度指数、生态环境综合指数（土地生态适宜性、植被覆盖率、抗退化能力赋值、恢复能力赋值）评价生态环境质量。

赵跃龙等从协调人地关系的视角出发，在深入分析了脆弱生态环境的特征和成因之后，科学地对中国脆弱生态环境进行了类型和分布范围的划分，分析了脆弱生态环境对社会、经济发展的影响，建立了一套脆弱生态环境定量评价的方法，提出了脆弱生态环境综合整治的战略。

欧阳志云等在2000年做了中国生态环境敏感性及其区域差异规律研究，提出了生态敏感性的概念，分析了影响我国主要生态环境问题敏感性的因素，特别是气候对生态环境敏感性的影响，综合地提出了中国生态环境敏感性分区，划分出7个敏感区，并探讨了各分区的特点。

而有关生态环境重要性方面的研究文章，较缺乏。

（2）区域生态环境综合评价的方法有很多。

评价区域涉及到干旱地区、江河流域、山区、湖泊、湿地等，但目前尚未形成一种大家一致认可的评价方法。

无论评价采用何种方法，都必须经过三个步骤：

①选择建立评价指标体系；②确定指标体系中各因子权重；③利用数学原理分析计算。

数学原理（数学统计模型）包括评分叠加法、综合指标法、聚类分析法、自然度方法、景观生态学等方法。

其中最为常用的是综合指标法，可以充分体现生态环境评价的综合性、整体性和层次性。

并且越来越多的研究采用了包括层次分析法、模糊数学、主成分分析法、灰色关联等较先进的数学方法。

夏军[14]著《区域水环境及生态环境质量评价—多级灰关联评估理论与应用》一书，以我国西北地区的生态环境为例，把生态系统分成三个典型子系统，即高原区生态系统、山前倾斜平原区生态系统和荒漠区生态系统，采用的是递阶分解，从下而上的方式，应用多级灰色关联度方法实现生态环境质量评价。

黄思铭等人[15]编著的《刚性约束—生态综合评价考核指标体系》一书，以可持续发展为指导思想，通过分析云南省的生态环境质量状况，提出了生态评价指标体系，然后采用模糊综合评价方法和环境污染指数法进行生态质量现状评价。

刘燕华采用将主因素分析、承载背景分析和区域脆弱承受能力等3要素结合，进行脆弱性的分析。

冯利华等利用主成分分析法对我国26个省市的生态环境脆弱度作了综合评价。

王言荣等以贵州省46个典型喀斯特县域作为研究对象，共选取了5大类19项指标，通过层次分析法计算出各指标的相对权重，采用模糊综合评判方法对各县生态环境脆弱度进行计算和定量评价，并根据最大隶属原则把46个典型喀斯特县份分别划分为极度脆弱、强度脆弱、中度脆弱和轻度脆弱四种不同脆弱等级。

在生态环境敏感性定量研究中，主要是针对某一单一的生态环境问题进行敏感性研究，如：

关于土壤和生态系统对酸沉降敏感性、盐渍化的动态敏感性、地质环境敏感性、流域生态的敏感性及恢复力分析等研究，苏维词以乌江流域为研究区，通过分析人类活动与生态环境变化之间的关系，利用层次分析法对岩溶地区生态环境敏感度作了评价；而关于区域生态环境敏感性综合评价研究则较为缺乏。

随着计算机事业的蓬勃发展，信息系统在环境保护和生态建设方面得到了应用。

国家环保局建立了覆盖全国，纵跨国家、省、地（市）、县（市）环保局及相关企业的基于网络的国家环境监理信息系统，侧重于对环境污染的监测和管理。

在环境决策方面，徐贞元等研究了基于GIS和各种模型的中国省级环境决策支持系统[12]，辅助领导决策，得到了广泛的应用。

戴尔阜[13]通过MapInfo提供的MapBasic语言建立了基于平台的县级生态环境信息系统。

另外一些地方也建立了省级生态环境动态监测与管理信息系统，如福建省、新疆、内蒙古、贵州、安徽等。

近年来，一些科研工作者以流域为研究区域，相应建立了部分流域生态环境信息系统。

刘传胜等以新疆克里雅河为研究区，建立了克里雅河流域生态环境信息系统，为流域管理提供了技术支持；江苏省建立了基于WebGIS的流域环境信息系统；张文安等建立了基于“3S”的沿河流域生态环境动态监测系统；秦举礼等对长江上游安宁河流域进行了生态环境遥感动态监测研究等。

总之，随着计算机技术的发展，利用“3S”技术对资源、环境的动态监测、可视化管理将成为发展方向。

分析前人所做的研究成果可以看出，目前国内关于生态环境评价的研究，大部分仅是就某一区域的某些地貌单元（流域）或生产单元作一些初步的探索性评价；或侧重于污染、灾害等方面，对于某一区域生态环境的系统综合评价，目前在国内尚无人做过全面系统的工作，对区域生态环境的整体状况（包括资源、环境、社会经济等）实现多要素的综合分析与整体评价尚显不足，尤其是利用定量分析对整个区域进行完整的全域分析的研究不够，定量分析研究注重单要素，对各生态环境问题间的相互关系及其区域分异规律研究不够。

利用信息技术，尤其是“3S”技术在生态环境领域研究方面，尚处在探索阶段。

3.2国外研究概况

国外环境评价工作于20世纪60年代开始出现，70年代蓬勃发展。

许多国家在环境科学研究中十分重视环境质量评价以及环境影响评价工作。

国外生态环境评价开始于80年代初，期间比较有影响的研究是90年代初美国环保局（U.S.EPA）提出的环境监测和评价项目（EMAP），从区域和国家尺度评价生态资源状况并对发展趋势进行长期预测，以后该项目又发展成州域和小流域环境监测和评价（REMAP）。

该项目应用的典型案例是90年代初美国环境保护局采用中尺度方法对大西洋中区进行生态评价以及CharlesJ.Strobel等人对河口地区进行的生态评价。

在评价理论与方法上，景观生态学和遥感、地理信息系统（GIS）被广泛应用于区域生态评价研究之中。

JohnT.Lee指出景观质量与生态价值密切相关，并利用GIS技术和土地利用数据进行区域尺度的景观评价，评价结果可以满足管理政策制定的需要。

WynetSmithetal.以遥感、制图技术和统计分析方法对Batemi河谷的土地利用进行了研究。

IleanaEspejeletal.在利用遥感影像进行景观分类的基础上，对不同景观的土地利用的生态可持续性进行了评估。

RobinS.Reidetal.利用航片和陆地卫星影像研究土地利用和土地覆被变化（LUCC）对景观尺度上生态状况的影响。

DanielT.Heggemetal.对Tensax河流域进行了景观生态评价。

RichardG.Lathrop应用景观生态学理论和GIS技术方法从生态保护和开发利用协调发展的角度对的环境敏感性进行了评估。

为获得更多的、更实际直观的数据和实现对数据资料科学、快捷的处理统计，除确定指标体系和指标权重、选择更合适的数学模型外，将计算机技术与数学理论结合是生态环境评价发展的主导方向。

可以预计，随着“3S”技术的广泛应用，以及计算机地理信息系统软件的不断开发，将获得的生态环境信息通过GIS技术（如ARC／INFO、ARCVIEW、MAPINFO、CityStar、SuperMap等）处理和分析，从而得到生态环境各评价因子的指标现状情况以及生态环境的总体情况，通过利用“GPS”、“RS”技术采集资料适时更新各因子指标，对一段时间内的环境因子的变化进行分析，实现对生态环境的监测和动态评价，将现状评价、趋势评价和综合评价融于一体，为生态环境的保护和经济适度发展提供重要信息，是生态环境评价的主要研究方向。

二、论文研究的主要内容、方案和准备采取的措施

1.研究目标

（1）初步建立一套喀斯特县域生态环境综合评价与分区的理论与方法。

（2）探索喀斯特县域生态环境评价与分区的信息系统的开发技术。

（3）提出大化县生态环境问题解决对策，为地方经济与社会可持续发展提供依据。

2.课题主要研究内容

2.1县域生态环境综合评价与分区理论与方法

2.1.1生态环境质量现状评价

生态环境质量是指在一个具体的时间和空间范围内生态系统的总体或部分生态环境因子的组合体对人类的生存及社会经济持续发展的适宜程度。

主要从自然环境状况和社会经济环境出发，建立评价指标体系（地质地貌、水资源、气候状况、土地利用、生物资源、社会结构、经济状况、人口素质等要素），拟以乡镇（村）、网格（1km2）、景观单元拟采用层次分析法确定权重，再利用综合指数法评判各单元生态环境质量优劣。

2.2.2生态环境脆弱性评价

当生态环境退化超过了在现有社会经济和技术水平下能长期维持目前人类利用和发展的水平时，称为“脆弱生态环境”。

也就是在保持和增大人类利用环境的程度和规模的条件下，可以通过经济、技术改革和调整，也可以靠外来资源和向外输出来缓解环境退化和资源耗竭，同时将区域和全球问题联系起来。

这种对脆弱生态环境广义的人文理解近期得到国内外众多研究者的赞同。

因而，当生态环境退化超过了现有社会经济和技术水平不能长期维持目前人类利用和发展的水平的区域，称为脆弱生态环境区。

生态环境脆弱性的评价实际上是评估人口、生产、社会发展和环境整体生产能力及潜力的程度以及环境能否被持续、稳定利用的综合性衡量标准。

它是通过对环境各要素的特殊属性及要素组合的整体效应，对脆弱生态环境范围及演变趋向的认识，结合对脆弱生态环境成因与环境受体的综合分析，以定量、半定量的分析方法，达到对脆弱生态环境整体的概括。

其中，敏感性和不稳定性是其两个主要特性。

在对生态环境脆弱性评价的同时，也对其敏感性进行评价。

薛纪渝认为敏感性作为脆弱生态环境特征之一，反映环境及其组成要素对外界扰动所发生响应的敏感性。

把表示环境敏感程度的指标敏感度用在不损失或不降低环境质量的情况下，环境要素对外界扰动的适应能力来计量，因而得出，敏感度越高，敏感性越强，环境越脆弱。

这一工作不仅有利于区域间的量化对比，也为脆弱生态环境的综合整治提供了依据。

2.2.3生态环境保护重要性评价

这方面的研究正处在探索阶段，生态环境的保护重要性主要指评价区对该地经济社会、生态环境等方面影响的重要程度。

如涵养水源地、库区、农田保护区、风景名胜区等。

2.2.4生态环境分区

运用景观生态学的原理和方法，依据景观空间的异质性和景观内部的相似性，在评价、空间叠加分析及遥感影像分析的基础上，对大化县生态环境进行区划，划分为生态区、生态亚区、生态小区。

2.2县域生态环境信息系统的构建

2.2.1提取生态环境评价因子信息

通过对收集的各种资料进行分析、了解研究区的基本情况，结合研究区的实地情况，对遥感影像进行处理与人——机屏幕交互解译，利用地理信息系统软件ARC/INFO，提取生态环境评价因子信息。

2.2.2建立大化县生态环境数据库

近年来，有许多研究工作者、学者对大化县进行了大量的调查、研究，并且取得了较好的成绩。

同时也为进一步研究积累了大量的资料。

为此，将现有的资料与实地调研收集到的资料进行分析整理，建立研究区的生态环境信息数据库。

2.2.3研究用户需要的各种专题信息，建立专题模型并开展专题评价。

2.2.4构建基于组件技术的生态环境评价与分区信息系统。

3.拟解决关键问题

3.1喀斯特县域生态环境评价方法。

3.2县域生态环境综合评价主体模型。

3.3组件式生态环境综合评价与分区信息系统的开发技术。

4.拟采用的研究方法

4.1对研究区进行野外考察和收集研究区域的自然、社会、经济等方面的资料。

4.2统计分析数据资料，选择评价因子。

4.3通过遥感影像的分析解译，提取评价因子信息，建立生态环境信息数据库。

利用ARC/INFO、ARCVIEW、MapInfo、ERDAS、ENVI等GIS、RS软件建立以栅格、地貌类型区或行政区域为评价单位的各评价指标（因子）空间数据库。

4.4采用专家打分法、层次分析法、主成分分析法、灰色关联法、网格法等方法确定评价因子的权重系数及其量化标准。

4.5构造评价模型结合空间图形叠加进行区域生态环境评价及分区。

4.6建立基于组件技术的生态环境评价与分区信息系统。

在系统研究生态环境评价的理论与方法的基础上，拟采用先进的COM技术，将地理信息系统开发平台MapX与高级语言开发工具VB相结合，以Access作为数据库管理工具，开发大化县生态环境评价与分区信息系统。

5.拟采用的技术路线

对实地调研和文献查询的资料进行筛选，加以量化和规范化，并用遥感数据更新，纳入信息系统，分析试验区的地学信息图谱，建立大化县生态环境信息数据库（图形库和属性库），并建模分析处理，输出专题图件和统计图表。

根据区域分异规律，用计量地理等方法建立评价指标体系，用空间分析法等方法对区域生态环境进行分区。

在生态环境数据采样时，首先在遥感数据的支持下，获取需采样的生态环境指标的定性信息，然后制定出合理的采样方案，划出重点采样区，以提高工作效率和样品的利用率。

然后结合GPS，完成采样任务。

采样完成后将预处理的信息输入到GIS中，利用插值或拟合方法，得到有关生态环境因子的分布图，了解各生态环境因子的空间分布情况。

然后利用GIS的叠加分析、缓冲区分析等进行全区域生态环境的综合评价，制定出该区域的生态环境规划策略。

技术流程图如下：

遥感图像（TM影像）

专家知识

地形图地质图土壤图地貌图

社会经济环境统计

水文资料气象资料

土地利用植被指数

侵蚀类型

统计分析

评价因子信息提取，建立属性数据库、图形库

建立评价指标体系

建立评价指标

量化分级标准

确定各个指标

权重值

构造综合评价主体模型

生态环境区划

系统功能设计：

（1）数据输入模块：

具有空间及属性数据的输入功能。

（2）数据管理模块：

具有数据管理功能，包括各种空间数据及属性数据文件的维护，数据库备份和更新。

（3）数据查询模块：

具有空间到属性，从属性到空间以及其他方式的数据查询。

（4）数据分析模块：

具有对指定区域生态数据的统计分析功能。

（5）数据输出功能：

具有按实际需要输出各种数据文件、专题图、统计图表的功能。

系统总体结构示意图：

大化县生态环境评价与分区信息系统

系统功能模块

数据输出模块

数据分析模块

数据查询模块

数据管理模块

数据输入模块

VB＋MapX平台

属性数据库

模型库

空间数据库

6.可行性分析

大化县土地利用规划、土地整理规划等项目对该县自然与社会经济的研究已积累了丰富的成果，初步建立了县级的部门信息管理数据库和图形库，生态学、景观生态学等领域的理论、方法，信息管理技术、RS与GIS技术等均已逐渐成熟，可为本课题提供较充分的资料、理论、方法和技术支持。

7.本课题特色与创新之处

本课题在方法手段方面，运用遥感技术、地理信息系统及数学模型等综合对区域生态环境进行研究，利用“3S”技术对各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间分析，得出了各生态环境问题间空间相关性及其与气温、降水等因素空间相关性，在此基础上，进行县域生态环境多级区划，在方法上有所创新。

另外，将生态环境评价与分区的方法与信息系统结合，在生态环境管理、保护和建设方面具有一定先进性。

三、已进行的科研工作基础和已具备的科学研究条件（包括到什么地方调查研究，在哪个实验室进行实验，主要的仪器设备）、对其他单位的协作要求

研究工作基础及条件：

本人基本掌握了GIS与RS的相关软件：

如MapInfo、Arc/Info、ArcView、MapGis、SuperMap、EDARS、ENVI，选修了《区域生态环境评价理论和方法》、《数字制图》、《GIS的二次开发》等课程，已具备了一定的专题GIS系统开发的技术方法。

本人曾参与“大化瑶族自治县土地开发整理规划”研究课题，为进一步研究大化县的生态环境问题积累了科研基础。

资环学院的资料室现存和购买了的相关资料及资源与环境信息重点实验室，配置有地理信息系统方面的大型设备与相关软件，能基本满足遥感信息处理、空间数据处理和分析、系统开发等的需要，将有力地支持本课题的研究工作。

协作要求：

要求学院图书馆及本院资料室给予提供方便，必要时到广西大学等其他高等院校及