海岸带城镇空间扩展情景模拟及其生态风险评价_马金卫

第34卷第1期2012年1月2012，34（1）：185-194Resources Science Vol.34，No.1Jan.，

2012文章编号：1007-7588（2012）01-0185-10

海岸带城镇空间扩展情景模拟及其生态风险评价

马金卫1，2，吴晓青1，周迪1，3，王周龙2

（1.中国科学院烟台海岸带研究所，烟台264003；2.鲁东大学地理与规划学院，烟台264025；

3.中国科院研究生院，北京100049）

摘要：海岸带城镇扩展及土地利用变化在很大程度上影响着海岸带生态安全。本文以滨海城市-烟台市为例，基于1990年-2009年间的遥感监测历史数据，将城市扩展动态模拟方法与区域生态风险评价方法相结合，模拟和评估三种海岸带政策管理预案条件下烟台市区2010年-2040年间的城镇扩展与土地利用变化过程，以及城镇扩展导致的海岸带资源损失和区域生态风险空间差异性。结果表明：烟台市区未来城镇化过程加速，开发区、莱山-牟平一带区域生态风险明显加大；若不加约束将有更多的耕地资源和近岸海域被侵占；鼓励海岸带开发利用与适度围填海的城镇发展政策，加速了岸线资源的损失，使得海岸带区域生态风险增大，需要采取强有力的海岸带保护和围填海建设监管措施，降低高强度开发给海岸带地区带来的生态风险。

关键词：海岸带；SLEUTH；模拟；城镇扩展；区域生态风险

1引言

海岸带作为海陆系统交错地带，具有复杂性与多变性，其特殊的海陆生态环境成为自然、人文活动的活跃区域，同时也是典型的生态脆弱带和环境变化敏感区[1]。海岸带土地利用是人类开发利用海洋与海岸资源的直接“印记”，体现着人类对海岸带资源的开发利用和海陆生态系统的扰动程度[2]，因此其变化研究受到各国政府和学术界的普遍关注[3-5]。随着城市化和工业化进程的加快，我国海岸带地区的土地利用正发生着显著而深刻的变化，导致海岸带生态系统退化、资源减少和景观破坏，极大地影响海岸带区域的生态安全[6-7]。

近年来，随着GIS和遥感技术的发展，构建城市扩展与土地利用变化模型，采用情景分析方法，模拟分析不同管理和政策条件下的土地利用变化格局，识别潜在的生态环境影响，成为指导土地利用管理决策，规避区域生态风险的重要手段[7-9]。但是现有的应用集中在大中城市[2,7-11]，对滨海中小城镇扩展及土地利用变化导致的海岸带生态环境影响研究较少[12-13]，对于不同管理方案的模拟结果分析不够深入，潜在的区域生态风险挖掘不足[14-17]。因此，本研究以滨海城市-烟台市为例，将城市扩展动态模拟方法与区域生态风险评价方法相结合，定量化模拟不同政策管理预案下的海岸带城镇扩展与土地利用变化过程，并评估城镇扩展导致的海岸带资源损失和区域生态风险的空间差异性，以期为滨海城市发展、土地利用调控和海岸带环境管理提供决策依据。

2研究区域与研究方法

2.1研究区概况

烟台市区地处山东半岛北部海岸带地区，地理范围为北纬37°04′-37°38′，东经121°15′-121°56′，下辖芝罘区、福山区、莱山区、牟平区、经济技术开发区和高新区，总面积2722km2（图1）。研究区濒临黄海，地形地貌以丘陵和滨海平原为主，大陆海岸线曲折，全长167.6km，岬湾相间，自西向东分布有套子湾、芝罘湾和四十里湾，芝罘岛岛群、崆峒岛岛群和养马岛相间其中，并有大沽夹河、辛安河、沁水河等河流入海，滨海旅游资源和港口岸线资源十分丰富。

改革开放以来，烟台市社会经济得到迅速发展，工业化和城市化水平明显提高。到2010年全市

收稿日期：2011-09-17；修订日期：2011-11-20

基金项目：国家自然科学基金项目（批准号：30800149）。

作者简介：马金卫，男，山东潍坊人，硕士生，主要研究方向为土地利用动态监测、GIS应用研究。E-mail：mjinwei003@https://www.360docs.net/doc/4210935521.html, 通讯作者：吴晓青，E-mail：xqwu@https://www.360docs.net/doc/4210935521.html,

第34卷第1期资源科学

实现生产总值（GDP）4358.46亿元，人均生产总值62264元，比上年增长14.5%。全市城镇化率达到56.5%，比2005年提高3.9个百分点，建成区面积由1978年的32km2，扩大到2009年的212km2，市区非农业人口突破100万。近几年来，随着滨海旅游、海洋交通运输等海洋产业迅猛发展，对地区经济增长的拉动作用不断增强，烟台市城镇化步伐进一步加快，城镇建设用地持续扩张，区域生态风险压力增大。目前，烟台市正在积极推进蓝色经济区建设，烟台东部海洋文化旅游产业聚集区和套子湾临港产业及旅游文化聚集区正在规划建设之中，这将在很大程度上影响烟台市区未来的城镇空间发展格局。

2.2城市空间扩展模型-SLEUTH SLEUTH(Slope,Land use,Exclusion,Urban extent,Transportation,Hillshade)是用于模拟、预测宏观或中观尺度城市扩展时空动态和区域土地利用变化过程的典型元胞自动机（CA）模型，在城市增长与景观变化模拟及预测，区域开发政策与城市规划方案评估以及环境影响评价方面具有较高的模拟效力和重要的应用价值[10,18]，在国内外应用广泛[11,14,19]。该模型基于地方历史城市扩展过程进行未来城市发展预测，充分考虑了地形、交通网络、现有城镇分布、随机因素等影响城市扩展的重要因子[20]，能模拟四种类型的城市增长即自发增长、新传播中心增长、边缘增长和道路引力增长，这些增长规则受到扩展系数、繁衍系数、传播系数、坡度系数和道路引力系数5个增长系数的控制，并且模型的自修正规则会根据系统设定的增长率临界值自动调整系数值以准确反映城市扩展的非线性过程，关于模型的详细信息可参阅其项目网站[21]。本研究应用

SLEUTH模型模拟和评估不同城镇发展管理方案下的城镇扩展与土地利用变化过程。

2.3数据来源与处理

SLEUTH模型需要输入城镇、土地利用、坡度、道路交通、排除图层（城镇扩展限制因素）以及山体阴影等6类空间数据。本研究以陆地卫星（Landsat TM）遥感影像（1990年、1995年、2000年、2004年和2009年）为基础数据源，在ARCGIS9.3中经人工目视解译、野外实地验证，生成五期城镇范围图层和两期土地利用图（1990年和2009年）。按照研究目的将土地利用分成8个一级类即城镇、耕地、果园、林地、草地、水域、其他建设用地和其它用地（裸地、沙滩等）。作为烟台蓝色经济区集约用海区建设的近岸海域也作为一类景观类型列入研究区范围。道路、坡度、山体阴影图层和城镇增长排除图层的数据来源及其处理，见表1。所有数据转化为Grid 数据格式，并重采样到60m的分辨率，转换为Gif格式数据，输入SLEUTH模型。

2.4模型校正与管理预案设计SLEUTH模型校正是最耗时的过程，也是模型成功应用的重要因素之一[15]。输入预先准备好的六类图层，采用强力校正方法[22]，执行模型校正模块，并选用Compare、Lee-Sallee、F-match3个指标的乘积作为拟合度值，最终获得最优拟合度增长系数分别为：12（扩散系数）、54（繁衍系数）、56（传播系数）、30(坡度阻抗系数)和41(道路引力系数)。利用该最优系数集初始化模型的预测模块，重建历史时期（1990年-2009年）的城镇扩展过程，并运用ROC 曲线、kappa系数[19,23-24]对模型进行精度验证。结果ROC统计值达到86.32%，Kappa指数达到0.76，说明SLEUTH模型对烟台市城镇空间扩展模拟精度较好，可用于未来城镇扩展预测与土地利用变化情景模拟。

管理预案设计是SLEUTH模型最重要的应用之一，也是SLEUTH模型的魅力所在，用户可以通过调整排除图层、道路层、临界坡度、增长系数以及随机

图1研究区位置

Fig.1Location of study area 186

2012年1月马金卫等：海岸带城镇空间扩展情景模拟及其生态风险评价

种子点等，设计不同的管理预案[25-26]。本研究基于海岸区位特征和区域经济发展政策，设计三种不同的城镇空间发展管理预案，以模拟海岸带环境保护和蓝色经济区建设发展政策对烟台市区未来城镇发展格局和区域景观格局的影响。三种管理预案输入的模型排除图层如图2所示，相应描述如下：（1）无管理预案（HT）：未来城镇延续历史发展趋势，对建设用地扩张不加过多空间限制，仅对重要水源地和国家森林公园以及海岛林地进行保护，允许通过填海造地形式增加城镇面积；

（2）海岸带保护预案（UP）:将研究区分为海岸带保护区、城镇建设限制区和海岸带建设用地区，并给予不同的城镇增长排除概率，以保护海岸带自然景观资源，约束城镇空间发展形态。海岸带保护区包括主要河流、水源保护地以及海防林、沙滩、滨海湿地和国家森林公园，排除概率为100％；海岸带建设用地区包括城市规划发展区、城镇发展带、8大城市组团和重点城镇，排除概率为0％；城镇建设限制区主要包括重点城镇240~480m范围内、水源保护地480~960m范围内、面积大于6hm2的小型水库以及除保护区和建设用地区外的其它用地区，分别给予10%、80%、20%的排除概率；

（3）海岸带发展预案(CG):促进近岸海域到陆上15km范围的海岸带发展区的城镇建设，并允许通过适度围填海方式发展临海工业、旅游基础设施和城镇建设。在排除图层中，海岸带发展区分为近岸海域以及陆域0~5km、5~10km、10~15km四个分带，并分别给予不同的排除概率。此外，根据烟台市蓝色经济区建设规划和烟台东部区域建设用海规划，在养马岛前怀海域和烟台西港区等集约用海区设置适当数量的城镇种子点，提高城镇元胞增长速度。

利用校正阶段获得的最优拟合系数值，更新输入2015年交通图层和排除图层，适当调整模型自修正临界值，初始化模型的预测模块，预测和模拟以上三种管理预案条件下烟台市区2010年-2040年间的城镇发展格局和土地利用变化过程，并将其结果导入GIS中进行空间分析和比较。

2.5区域生态风险评价方法

为评估与比较不同城镇扩展管理方案所导致的区域生态风险空间差异，依据各类用地类型的面积比重构建区域生态风险指数ERI(ecological risk

index)，建立土地利用情景模拟与区域生态风险之间的定量关系，描述不同管理方案下研究区综合生态风险的相对大小，计算公式为[27-30]：

ERI=∑

i=1

N A i

A w i（1）式中ERI为区域生态风险指数；i为土地利用类型

数；A

i

为研究区域内第i种土地利用类型的总面

输入层（图层个数）城镇范围图（5）

土地利用图（2）

道路图层（4）

坡度图层（1）

山体阴影图层（1）排除图层（3）年份

1990

1995

2000

2004

2009

1990

2009

1990

2000

2009

2015

-

-

-

数据来源与处理

基于landsat TM遥感影像（1990年、1995年、2000年、2004年、2009年）人工目视解译获得，并对2009年土地利用图进行野外GPS定点验证，分类结果经检验kappa系数达到0.82。辅助数据包括沿海SPOT遥感影像（2004年）、1∶10万地形图（1970年）、1∶5万地形图（2000年）、烟台市政区图（2004年）、烟台市区大比例尺土地利用调查图（2003年-2005年）

基于landsat TM遥感影像（1990年、2009年），依据Landsat ETM、spot遥感影像和土地利用调查数据、地形图等，人工目视解译获得，并对2009年土地利用图进行野外GPS定点验证，kappa系数为0.76

基于2000年烟台市地形图，准确获取2000年道路图层，依此为基础，在遥感影像和烟台地图辅助下，更新

得到1990年、2000年和2009年的道路图层；根据烟台市2010年-2015年间新道路建设及“十二五”烟台市交通规划，增添城际铁路、地铁及公交线，并提升2009年道路权重，更新获得2015年道路图层

基于1∶5万的DEM，利用ArcGIS空间分析得到

基于1∶5万的DEM，利用ArcGIS空间分析得到

在ArcGIS中通过对不同的生态保护要素和城镇发展限制区设置不同的排除概率获得；辅助数据包括烟台土地利用总体规划、烟台城市总体规划、烟台港总体规划、烟台东部海洋文化旅游产业聚集区建设用海规

划、地形图、landsat TM遥感影像等

表1SLEUTH模型输入图层

Table1The input layers for the SLEUTH model

187

第34卷第1期

资源科学

积；A 为研究区总面积；

w i 为第i 种土地利用类型所反映的综合生态风险强度参数。本研究采用层次分析(AHP)法[27,30]确定各类用地的权重w i ，分别为:城市建设用地0.2909，耕地0.1344，果园0.1158，林地0.0339，草地0.0528，水域0.0413，其他建设用地0.1981，其它用地0.0695，海域0.0632。经验证，判断矩阵的一致性检验均合格，层次总排序后判断矩阵的总体一致性指标0.0170<0.1；判断矩阵具有满意的一致性。基于网格采样方法，按照3km×3km 的单元网格即风险小区对研究区进行系统采样，将研究区分成384个网格，计算每个采样网格内的生态风险值，以此作为采样网格中心点的生态风险

值。

3结果与分析

3.1城镇扩展时空特征分析

历史遥感监测数据分析结果表明，1990年-2009年间，烟台市城镇面积从82.27km 2增加到219.32km 2，年扩展速率为7.20km 2/a ，扩展强度为0.25（表2）。其中，2009年城镇面积比2000年增长了1.72倍，扩展速率为9.94km 2/a 。按照历史发展趋

势，到2040年，烟台市区城镇面积将达到607.36km 2,扩展速度和强度分别达到12.52km 2/a 、0.44，远高于历史时期。海岸带保护预案和海岸带发展预案条

件下，未来城镇扩展速度分别为7.08km 2/a 和11.67城镇增长面积(km 2)城镇扩展速度(km 2/a)

城镇扩展强度

研究区

1990年-2009年

136.997.210.25

研究区2009年-2040年HT

387.8712.510.44UP

219.387.080.25CG

361.7611.670.41海岸带1990年-2009年

134.957.100.48

海岸带2009年-2040年HT

282.669.120.62UP

173.935.610.38CG

340.0110.970.74表2历史时期和不同管理预案下城镇扩展数量特征统计

Table 2Urban expansion characteristic statistics under history trend and different policy scenarios

图2预案排除图层

Fig.2The excluded layers for SLEUTH model under

different management scenarios

188

2012年1月

马金卫等：海岸带城镇空间扩展情景模拟及其生态风险评价

km 2/a ，扩展速度和强度均低于无管理预案，这主要

是源于过多的排除区域设置限制了模拟的城镇总体增长速度。进一步分析、比较海岸带发展区（近岸海域到陆域15km ）的城镇扩展特征，结果发现海岸带发展预案条件下的未来城镇扩展速度和强度分别为10.97km 2/a 和0.74，高于历史发展趋势（表3）。海岸带保护预案条件下，因对海岸带资源的严

格保护，限制了城镇建设用地沿海岸线的扩张。利用GIS 分别计算每个3km×3km 单元网格的城镇扩展强度，得到城镇空间扩展分异图（图3）。结果显示，1990年-2009年间，烟台市区城镇扩展热点主要发生在福新街道、福山区和初家街道，扩张特征表现为西拓东延。2009年-2040年间，城镇扩展热点和空间格局变化在不同管理预案条件下呈现出差异性。无管理预案条件下，烟台经济技术开发区城镇建设速度较快，城镇扩展总体上分散性特征突出。海岸带保护预案条件下，城镇建设用地扩

展以边缘增长和沿道路的线性增长为主，经济技术开发区的古现街道和莱山区市政府周边为城镇扩展的热点区域。海岸带发展预案条件下的城镇扩张沿海岸线带状延伸，区域建设用海区成为未来城镇发展的重点。3.2海岸带资源损失

城镇空间扩展一方面驱动周边土地利用方式发生变化，另一方面也导致自然资源的损失。1990年-2009年间，研究区共有80.27km 2的耕地被转换为城镇建设用地，有7.24km 2的海域被填海造地，发展港口和造船业。按照这一历史发展趋势，到2040年，又将有132.37km 2的耕地资源和34.81km 2的海域资源被侵占。为比较不同管理预案条件下城镇扩展导致的资源损失情况，对海岸带发展区土地利用类型变化情况进行分析，见表3。结果表明，海岸带发展预案条件下，城镇扩展造成的资源损失量最大；其中，共有39.21km 2的海域被侵占，平均每年损

图3烟台市区城镇扩展强度空间分异序列

Fig.3Spatial differentiation series of urban growth intensity index in Yantai city

189

第34卷第1期

资源科学

失128.19hm 2。海岸带保护预案条件下，因加强了对海域、林地等自然资源的保护，将有更高比例的耕地、果园、其他建设用地向城镇类型转换；其中，耕地和果园的贡献率合计达到70%以上。

从空间分布上来看（图4），无管理预案和海岸带发展预案条件下，烟台经济技术开发区和牟平养马岛及其北部沿海的海域、林地（海防林）、其它用

地（沙滩）等海岸资源被侵占，且后者资源损失的范围更为广泛，需引起高度关注。海岸带保护预案条件下，城镇扩展集中在现有城镇周边，促使周边分布的耕地和果园向其转换。3.3区域生态风险评价

区域生态风险指数本身是一种空间变量，可以利用地统计学方法进行空间特征分析[29]。在生态风

图4城镇扩展与海岸带资源损失空间分布

Fig.4Spatial distribution of urban growth and the losses of coastal resources under different policy scenarios

表3不同管理预案下海岸带资源损失统计

Table 3Resources losses resulting from urban growth under different policy scenarios in coastal zone

土地利用类型城镇耕地果园林地草地水体其他建设用地其它用地海域

各类型变化面积(km )

HT

282.66

-137.99-32.41-13.92-16.30-3.51

-27.90-16.13-34.75UP

173.93-104.14-26.43-2.66

-12.05-1.71-22.52-4.720.00CG 340.01

-166.01-37.02-20.17-18.36-2.81

-38.03-18.40-39.21侵占速率(hm /a)HT

-479.23132.2181.0256.6411.32

120.6853.70113.10UP -358.85102.2535.3441.335.52

93.0216.760.00CG

-

565.94143.9299.4262.209.07

146.9460.65128.19侵占面积比例(%)

HT

-

45.7312.627.735.401.08

11.525.1210.79UP

-

54.9515.665.416.330.84

14.242.570.00CG

-

46.5311.838.175.110.75

12.084.9910.54190

2012年1月

马金卫等：海岸带城镇空间扩展情景模拟及其生态风险评价

险指数系统采样的基础上，基于经典统计学方法，充分考虑到空间变量的变化特征，以半变异函数作为工具，运用arcgis 地统计分析模块（Geostatisical Analyst ），计算出实验变异函数，并运用球状模型进行拟合检验，再利用普通Kriging 法进行内插[27-28]，得

到研究区2009年和三种管理情景下的区域生态风险空间分布图（图5），并采用自然断裂点法将生态风险值划分为5级，分别为：Ⅰ-低生态风险、Ⅱ-较低生态风险、Ⅲ-中等生态风险、Ⅳ-较高生态风险和Ⅴ-高生态风险，并统计各个级别面积百分比（图6）。

分级统计结果表明，2009年研究区高生态风险

区和较高生态风险区的面积分别为105.92km 2和

676.67km 2，约占全区面积的3.72%和23.80%，主要

分布在中心城区及其附近。较低风险区面积比重为3.11％，主要分布在昆嵛山森林公园周围。整体上来看，2009年的生态风险以中低风险区为主，超

过全区面积的1/2。随着城镇建设用地持续扩张，到2040年区域生态风险加大，高风险区比例上升，但是不同管理预案所带来的区域生态风险程度又表现出较大的差异性。海岸带发展预案因鼓励海岸带发展区内的城镇建设用地扩张，限制了发展区

Ⅰ：低生态风险；Ⅱ：较低生态风险；Ⅲ：中等生态风险；

Ⅳ：较高生态风险；Ⅴ：高生态风险

图6不同预案下各级生态风险面积比例

Fig.6Distribution of the ecological risk grades under different scenarios

图5烟台市区域生态风险时空分布

Fig.5The temporal and spatial distribution of regional ecological risk in Yantai city under different policy scenarios

191

第34卷第1期资源科学

之外的城镇增长，导致此预案下高生态风险区和低生态风险区面积比重分别达到16.11%和2.76%，高于其它两种预案。无管理预案下较高风险区和高风险区面积合计达到1490.40km2，占研究区总面积的52.43%。海岸带保护预案以中等风险区为主，占全区面积的45.56%；生态风险高值区面积最小，仅占全区面积的11.75%。

生态风险空间分布图表明（图5），烟台市区的区域生态风险呈现圈层状分布，海岸带区域的生态风险较高，内陆风险较低。但是，不同管理预案下研究区生态风险高值区分布范围有所不同。无管理预案和海岸带发展预案条件下，烟台西港区临港工业园区和养马岛前怀海域附近生态风险值比较高，且后者生态风险高值区分布范围更广。海岸带保护发展预案条件下，生态风险高值区延续2009年的发展趋势，并延伸到莱山区市政府周边和新建立的高新区周边。不同管理预案条件下的区域生态风险空间分布与同预案条件下的城镇扩展强度空间分布格局（图3）具有明显的一致性。

综合生态风险分区综合统计结果显示（表4），研究区到2040年不同管理方案下的区域综合生态风险都比2009年明显增大；其中，无管理预案和海岸带发展预案的区域生态风险值基本相当，海岸带保护预案条件下的区域生态风险相对较小。分区域来看，海岸带发展区以及位于海岸带发展区的莱山区和开发区的区域生态风险程度增加明显，其中在海岸带发展预案条件下高强度城镇扩展带来的综合生态风险值最高；城市化程度最高的芝罘区，在无管理预案下的区域综合生态风险值达到

0.210，是整个研究区的1.5倍；牟平区和福山区因建设用地面积比重低，林地和草地等生态用地面积大，区域生态风险相对较低。4结论与讨论

本研究运用SLEUTH模型基于烟台市历史时期（1990年－2009年）的城镇扩展过程，直观化模拟了不同政策管理预案下的未来（2010年－2040年）城镇扩展与土地利用变化过程，并结合GIS空间分析方法和区域生态风险评价方法，分析、评估了不同的城镇管理政策对未来城镇发展格局的影响，以及导致的海岸带资源损失和区域生态风险的空间差异性，其结论可以为滨海城市发展、土地利用调控和海岸带管理提供决策依据。

（1）进入21世纪以来，烟台市城镇化过程加速，预计到2040年，城镇面积将达到607.36km2,比2009年增加388.04km2，将有205.39km2的耕地被侵占，年流失量达到743.88hm2，有34.75km2的海域被填海造地发展城镇及公共设施。鼓励海岸带开发利用与适度围填海的发展政策，促进了城镇建设用地在海岸带区域的扩张，却加重了对海岸带耕地资源、防护林和海域资源的损失，需要采取强有力的围填海建设用地监管措施，提高海岸带土地与海域集约利用率，保护海岸带资源不被破坏。海岸带保护发展预案总体上限制了海岸带城镇建设用地的扩张速度，却在一定程度上保护了海岸带资源，未来城市发展需要采取内涵式增长和土地集约利用政策。

（2）2009年烟台市区生态风险以中等生态风险区为主，占全区的72.5%。随着城镇化进程推进，高生态风险区面积比例将上升，海岸带发展区以及莱山区、开发区的区域生态风险程度增加明显。鼓励城镇在近岸海域到陆域15km范围内建设发展的海岸带发展政策将引发程度更高、分布更广的生态风险；而注重海岸带资源保护的城镇增长管理政策，将有效降低对莱山－牟平沿海一带的区域生态风险。可见，要降低城镇化过程所带来的区域生态风险，需要对城镇增长进行空间管制，调整土地利用结构，增加生态绿地和滨海湿地，避免临海式的旅游景观房和城镇建设。未来一段时间，烟台城镇发展和海岸带开发利用要特别关注烟台西港区临港工业发展和牟平养马岛前怀海水域旅游设施建设，必需采取强有力措施降低高强度开发给海岸带地区带来的生态风险。

（3）SLEUTH模型直观地再现了不同管理政策条件下的未来城镇扩展与土地利用变化过程，可以为地方政府部门城市管理提供有益的指导。但是，

名称芝罘区莱山区福山区开发区牟平区海岸带研究区

2009年

0.169

0.138

0.107

0.128

0.101

0.131

0.113

HT

0.210

0.181

0.123

0.158

0.120

0.165

0.136

UP

0.192

0.172

0.116

0.142

0.109

0.150

0.125

CG

0.209

0.184

0.118

0.167

0.116

0.171

0.135表4烟台市区分区综合生态风险值统计

Table4Comprehensive ecological risk values of subregion under different policy scenarios 192

2012年1月马金卫等：海岸带城镇空间扩展情景模拟及其生态风险评价

由于该模型未充分考虑社会经济和政策等因素，给予城镇边缘式增长规则以优先地位，从而限制了用户对其他城镇增长类型的模拟。而且，由于随机因素的作用，通过围填海形式获得的城镇建设用地增长比较分散，可能有些与实际发展不符（图4）。未来的研究，将通过改进模型和建立新模型的方式提高城镇扩展模拟精度，准确地识别滨海城市不同城市增长管理政策可能导致的大面积城镇扩展现象，并将城镇扩展风险源加入到区域生态风险评价中去，以便更好地反映海岸带城市化过程所带来的区域生态风险。

参考文献(References):

[1]许学工,彭慧芳,徐勤政.海岸带快速城市化的土地资源冲突与

协调[J].北京大学学报(自然科学版),2006,42(4):527-533. [2]张学儒,王卫,徐中春.唐山海岸带土地利用格局的情景模拟[J].

资源科学,2009,31(8):1392-1399.

[3]Connell S D,Russell B D,Turner D J,et.al.Recovering a lost

baseline:missing kelp forests from a metropolitan coast[J].Marine

Ecology Progress Series,2008,36:63-72.

[4]张建新.沿海城市围海造地的综合效应分析与可持续发展[J].

城市发展研究,2011,18(3):93-98.

[5]马万栋,张渊智,施平,等.海岸带土地利用/土地覆被变化研究进

展[J].地理科学进展,2008,27(5):87-94.

[6]张慧霞,庄大昌,娄全胜.基于土地利用变化的东莞市海岸带生

态风险研究[J].经济地理,2010,30(3):489-493.

[7]吴晓青,胡远满,贺红士,等.沈阳市城市扩展与土地利用变化多

情景模拟[J].地理研究,2009,(5):1264-1275.

[8]林燕芬,陈蔚镇,余琦,等.上海城市拓展及其环境影响的模拟研

究[J].环境科学学报,2011,31(1):206-216.

[9]秦贤宏,段学军,杨剑.基于GIS的城市用地布局多情景模拟与

方案评价[J].地理学报,2010,65(9):1121-1129. [10]Fragkias M,Seto K C.Modeling urban growth in data-sparse

environments:a new approac[J].Environment and Planning B:

Planning and Design,2007,34(5):858-883.

[11]Jantz C A,Geog D,Goctz S J,et https://www.360docs.net/doc/4210935521.html,ing the SLEUTH urban

growth model to simulate the impacts of future policy scenario on

urban land use in the Baltimore-Washington metropolitan area

[J].Environment and Planning B:Planning and Design,2004,31

(2):251-271.

[12]方荣新,徐泮林,梁勇,等.用于沿海城市扩展模拟的一种CA模

型[J].测绘信息与工程,2008,33(4):27-28.

[13]欧维新,杨桂山,于兴修,等.盐城海岸带土地利用变化的生态环

境效应研究[J].资源科学,2004,26(3):76-83.

[14]张鸿辉,尹长林,曾永年,等.基于SLEUTH模型的城市增长模拟

研究[J].遥感技术与应用,2008,23(6):618-623. [15]吴晓青,胡远满,贺红士,等.沈阳市城镇扩展时空格局及其驱动

力[J].应用生态学报,2007,18(10):2282-2288. [16]何丹,金凤君,蔡建明.近20年京津廊坊地区城市增长模拟和预

测研究[J].经济地理,2011,31(1):7-13.

[17]郗凤明,贺红士,胡远满,等.营口市城市及村镇聚落增长与土地

利用变化的模拟预测[J].应用生态学报,2008,19(7): 1529-1536.

[18]Candau J.Temporal calibration sensitivity of the SLEUTH urban

growth model[D].Santa Barbara:University of California,2002 [19]Silva E.A.,Clark K.C.Calibration of the SLEUTH urban growth

model for Lisbon and Porto,Portugal[J].Computers,Environment and Urban Systems,2002,26:525-552.

[20]张岩,李京,陈云浩.利用SLEUTH模型进行北京城市扩展模拟

研究[J].遥感信息,2007,(2):50-54.

[21]USGS.Project Gigalopolis:Urban and land Cover[EB/OL].http://

https://www.360docs.net/doc/4210935521.html,/projects/gig/.

[22]Fawcett T.An introduction to ROC analysis[J].Pattern recognition

letters,2006,27(8):861-874.

[23]吴晓青,胡远满,贺红士,等.SLEUTH城市扩展模型的应用与准

确性评估[J].武汉大学学报(信息科学版),2008,33(3):293-296.

[24]Xiang W N,Clarke K C.The use of scenarios in land-use planning

[J].Environment and Planning B:Planning and Design,2003,30: 885-909.

[25]陈鹏,潘晓玲.干旱区内陆流域区域景观生态风险分析[J].生态

学杂志,2003,22(4):116-120.

[26]陈鹏,高建华,朱大奎,等.海岸生态交错带景观空间格局及其受

开发建设的影响分析[J].自然资源学报,2002,17(4):509-514. [27]安佑志,尹占娥,殷杰,等.上海城市土地利用变化及生态风险研

究[J].地域研究与开发,2011,30(1):130-134. [28]臧淑英,梁欣,张思冲.基于GIS的大庆市土地利用生态风险分

析[J].自然灾害学报,2005,14(4):141-145.

[29]臧淑英,梁欣,冯仲科.黑龙江省大庆市生态风险评价研究[J].

北京林业大学学报,2005,27(S2):58-62.

[30]夏南凯,乔玮,刘晟.基于土地利用视角的区域生态风险指数评

价方法分析[J].城市规划学刊,2011,(1):53-57.

193

194

资源科学

第34卷第1期Scenario Simulation of Urban Spatial Expansion and its Ecological

Risks Assessment in Coastal Zones

MA Jinwei1,2,WU Xiaoqing1,ZHOU Di1,3,WANG Zhoulong2

（1.Yantai Institute of Coastal Zone Research,Chinese Academy of Sciences,Yantai264003,China；

2.College of Geography of Planning,Ludong University,Yantai264025,China；

3.Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China）

Abstract:Yantai,situated on the northern coast of the Shandong Peninsula,has achieved great development in industrialization and urbanization since the reform and opening up.In recent years, coastal tourism and maritime transportation increasingly have contributed to local economic development.As a result,the urban area of Yantai has expanded drastically,which resulted in massive threat to coastal ecological integrity.In this study,urban distribution maps of Yantai in five years(1990,1995,2000,2004,and2009)were obtained from Landsat Thematic Mapper(TM)and Enhanced Thematic Mapper Plus(ETM+)satellite imageries.Then,the spatial-temporal process of urban expansion and land use changes over the period2010-2040under three kinds of coastal policy management scenarios were simulated with the SLEUTH urban growth model.The three urban growth policy management scenarios included history trend scenario(HT),coastal protection scenario(UP),and coastal growth scenario(CG).Under scenario HT,there are no extra management for urban growth.Policies protecting coastal resources and guaranteeing ecological security are applied under scenario UP.Scenario CG could promote the exploitation and utilization of coastal resources.On the basis of the simulation results and a combination of GIS spatial analysis with regional ecological risk assessment methods,differences in urban development patterns as well as coastal resource losses and the regional ecological risk spatial-temporal distribution were analyzed.Conclusions are given as follows.1)After the year2000,the urbanization rate of Yantai has speeded up.Under the HT scenario,the urban area in2040was estimated to be607.36km2,increasing by388.04km2compared to that in2009.About205.39km2 of cultivated lands would be lost and the annual loss would come up to743.88ha.There were 34.75km2of land reclaimed from the sea which became urban and public facilities.The ratio of high-risk ecological zones would go up and the local ecological risks would apparently increase in Laishan district,the economic and technological development zone,as well as the areas of15km from the coast;2)The CG scenario would promote urban expansion along coastline;however,it aggravated losses of cultivated land,shelter forest,and natural resources in the coastal zone, causing higher ecological risks.Under the management condition,strong reclamation regulatory measures for urban development should be taken to prevent tourists and industrial constructions from being close to the sea and to increase the intensive land and sea use in coastal zones.The measures also include increasing ecological spaces and wetland,reducing geological disasters and ecological risks resulted from the high-intensity development in the sea area of the Yantai west port and near the Yangma Island;3)Scenario UP would protect resources of coastal areas to some extent and effectively reduce ecological risks along the coastline from Laishan to Muping by restricting the rates of urban expansion.Under this condition,the connotation development policies should be taken to adjust the land use structure and make urban land use more intensive.This study could help governments to develop coastal urban areas and manage coastal land use reasonably. Key words:Coastal zone;SLEUTH;Simulation;Urban growth;Regional ecological risk