金沙江流域（云南段），位于云南省西北部、北部和东北部边缘，地处24°30′~29°15′N与98°40′~105°15′ E之间，西北部、北部与西藏自治区、四川省相连，东北部与四川、 贵州两省毗邻，全域流经7个市州，涵盖48个区县，总面积109 984 km²，占云南省土地面积的28.94%^[9]。河流主干从迪庆藏族自治州德钦县的德拉附近进入云南，经昭通市的水富县流入四川省全长1 560 km^[10]。流域从上游的极高山峡谷地貌区，到中游的丘状高原、高原湖盆地貌区，再到下游的喀斯特中山丘陵地貌区，由于自然环境要素差异大，导致人类居住的自然生态环境差异明显^[11]。流域的气候环境、植被情况、地形地貌等自然条件复杂特殊，导致区域内生态环境条件相对脆弱。

采用金沙江流域（云南段）2010、2015、2020年3期遥感影像和地形、地质、土壤、气候等基础数据进行研究。具体包括：（1）云南省1∶100万地形图、1∶25万地质图；（2）从中国科学院资源环境科学与数据中心获取云南省30 m×30 m DEM数据、1∶100万水系和土壤侵蚀数据；（3）通过历年云南省统计年鉴获得各区县的年均温度和降水数据；（4）在地理空间数据云平台下载流域范围12景Landsat系列影像，经辐射定标、波段组合、影像拼接等一系列预处理得到研究区30 m×30 m的遥感影像。

金沙江流域（云南段）上、中、下游各部分地区地貌差异大，地形复杂，海拔落差较大，地震、滑坡等地质灾害频发，降水、温度等气候因素也因地处位置不同有着明显变化。并且已有研究表明^[12-15]，虽然影响人居自然环境的因素众多，但其中发挥根本作用的主要包括地形地貌、气候条件、水文条件和土地覆盖。因此，根据流域境内的自然环境特征，结合层次分析法选择地质地貌（坡度、海拔和地貌）、地质灾害（地震烈度、断层、土壤侵蚀和岩石类型）、气候（年均降雨量和温度）、土地覆被（植被覆盖度）4大类（10小类）自然要素作为影响金沙流域人居自然环境质量的因子，根据层次分析法的原理, 将指标分为目标层 (A) 、准则层 (C) 和指标层 (P) 3层结构^[16]， 构建环境质量评估指标体系层次结构图，见图1。

确定指标因子权重的方法众多， 主要包括层次分析法 (AHP) 、主成分分析法、熵权法、标准离差法等， 这些方法又分为主观赋权法和客观赋权法^[17]。为了增加权重分配的准确性和可信度， 本文通过层次分析法与熵权法组合赋权能避免前者主观确定指标相对重要性和后者极值干扰所导致的误差^[18]，并基于欧式距离函数法（式1）和最小信息熵原理（式2）相结合的方式来最终确定各类指标的最终的权重，见表1。

式中，W_i、W_j分别表示两种方法计算得到的权重值，n=10表示10个指标因子，A，B是权重系数，W₁是距离函数法组合得到的权重，W₂是最小信息熵原理得到的组合权重。

本研究选取的10个质量指标因子中分为定量和定性两类，其中定量因子包括土壤可蚀性、地震烈度、坡度、海拔、降水、温度和植被覆盖度7个因素，这些定量因子有具体的实测值，采用灰色关联法计算评估；断层、岩石类型和地貌3类属于定性因子，则采用专家打分法（德尔菲法）进行排序后再通过灰色关联法计算评估。其中，灰色关联度计算，见式（3）：

式中：$\xi (k）$介于0和1之间，是表示第i个栅格第k个评估因子与其最优值的关联度；${X}^{*}\left(k\right)$代表第k个评估系数的最优值（各指标的最优值见表2）；$X{\text{'}}_{i}(k）$代表第i个网格的第k个评估因子的属性值；${\mathrm{min}}_{i}{\mathrm{min}}_{k}|{X}^{*}\left(k\right)-X{\text{'}}_{i}\left(k\right)|$是两级极小差值；${\mathrm{max}}_{i}{\mathrm{max}}_{k} |{X}^{*}\left(k\right)-X{\text{'}}_{i}\left(k\right)|$是两级极大差值；R为分辨系数，在本研究中其值确定为0.5^[19]。

结合表1中的权重分配，对单因子评估结果依照权重进行栅格加权叠加，实现人居自然环境质量综合度量模型构建，见图2。

得到3个时期的人居自然环境质量综合评估结果图，见式（4）：

式中：i是栅格编号；k是评估因子编号；n是评估因子的总数；S_i为第i个栅格单元的人居自然环境得分；W_k为第k个因子的权重；$\xi (k）$表示第i个栅格第k个评估因子与其最优值之间的相关程度^[20]。

利用上述方法通过ArcGIS软件分别计算2010、2015和2020年3个时期的金沙江流域（云南段）人居自然环境质量评分结果，将其分段划分为好（>0.8) 、较好（0.7～0.8)、中等（0.6～0.7)、较差（0.5～0.6)、差（<0.5）5个等级， 生成空间分布图，见图3(a、b、c)。为了更加直观地呈现其整体空间分布规律，综合3期人居自然环境质量评估结果，利用渔网工具在流域空间范围内均匀抽出481个栅格点，携带属性值转换成点文件，采用ArcGIS地统计学分析模块中的趋势分析工具，经3次多项式拟合生成三维趋势图，见图3(d)。

流域人居环境质量的空间分布是自然生态环境特点的综合反映结果。从图3(a、b、c）可以看出，流域人居自然环境优劣程度总体表现为：中游>下游>上游。从图3（d）发现，从XZ平面，即东西方向预测趋势线（绿色线）来看，沿着x轴方向，评估值先逐渐增大，达到最大值后又轻微下降，然后趋于平稳，也即变化规律为：中部>东部>西部。从YZ平面，即南北方向预测趋势线（蓝色线）来看，沿着y轴方向，随着坐标值增大，评估值急剧下降，也即南部地区明显高于北部地区。区域人居最佳自然环境出现在中游以南部地区，从南到北自然环境质量下降，中下游生态环境质量优于上游。究其原因，上游迪庆州地处高山峡谷地区，断层密集，海拔较高，人居自然环境质量最差；中游大部分地区属于丘陵高原和湖盆地区，地形较为平坦、植被茂密、水源充足，生态环境相对较好；下游地区多属于中山喀斯特峡谷地区，部分地方由于植被遭到破坏，所以环境质量差异明显。

结合图4进一步分析，研究区10年来人居自然环境质量评分在0.6以上的中等偏好区域占比最多，占总像元的70%以上，像元数量先减后增；而评分小于0.5的部分仅占总体的5%左右，其像元数量轻微波动且有逐渐减少趋势，由此可见流域的整体环境质量良好，但仍然存在改善和提升的潜在空间。呈现上述变化的原因是云南省2002年全面启动退耕还林工程，持续10年的退耕还林工程使得大部分地区生态状况逐渐好转，但仍有少数区域环境质量不乐观，随着2016年新一轮退耕还林还草工作的开展，使得近年来流域的环境情况持续向好。

利用数据转换工具将综合叠置后的人居自然环境质量评估栅格结果转化成矢量点图层，以此为数据源，通过空间自相关分析计算全局Moran's I指数，反映各空间单元在整体区域及其周边的平均关联度，值大于0说明空间正相关，值越大，空间相关度越高。经计算得Moran's I指数大于0.5，且正态统计量Z得分（>1.65）和P值（<0.05）通过显著性检验，见表3，即流域人居自然环境质量呈正相关集聚分布，且相关性较强。

为进一步探究流域人居自然环境质量在空间上的强弱变化规律，通过热点分析，计算人居自然环境质量的Getis-Ord ${{G}_{i}}^{*}$指数，然后将其按置信度百分比划分为7个等级，得到冷热点空间分布，见图5(a)。

总体来看，区域冷热点空间分布大致表现为冷点区分布在流域上游及中下游北部；热点区出现在中游大部分地区以及中下游以南区域；流域下游和中游部分地区冷热表现不显著。结合区域地貌（b)、坡度（c)、海拔（d）对比分析得，流域人居自然环境质量会受到地质、地形地貌、植被和气候等多因素的影响，其中，受地地貌、坡度、海拔等自然条件的影响较大。上游迪庆州海拔高、坡度较大，且发育为高山峡谷地貌，因此集中出现了环境质量较差的区域，出现了置信度极高的冷点区；以丽江北部、楚雄中部以及昆明南部为代表的中游地区主要为湖盆地貌，地形相对平缓、气候温和，人居自然环境质量较高，形成了置信度极高的热点区。

根据3期人居自然环境质量评估结果，通过3次卷积采样形成流域48个县市地区的质量评估值统计图，见图6。

对比3期城市环境质量变化情况，可以看出10年间流域大部分地区分值波动较大，但总体呈现上升趋势，以巧家、富民、宁蒗、龙马、昆明主城区、楚雄和永善7个地区表现最为显著。其中，巧家、宁蒗和永善出现了明显下降后回升的势态，其余几个地区环境质量持续见好。这是由于云南省自2011年“十二五”规划至如今的“十四五”规划十来年的时间里，各地方政府及相关部门在自然环境保护方面做出了强有力的干预与引导工作，如开展违法土地专项整治、提出流域生态环境保护修复和绿色发展工作、抓好环保督察反馈问题整改、开展全民义务植树活动等，随着各项工作的全面落实与稳步推进，环境质量较差地区开始出现回暖，而环境质量较好的区域在保持状态的基础上越变越好，流域整体环境质量逐渐变好。

本研究借助GIS相关技术及模型对云南金沙江流域的人居自然环境质量时空特征进行探究，主要结论如下。

（1）流域人居自然环境质量的空间分异规律表现为中游>下游>上游，南部>北部。其中，上游迪庆州的人居自然环境质量最差，中游地区以丽江北部、楚雄州中部和昆明南部表现最好，下游地区巧家县、东川县和会泽县交界地带环境质量较差，整体来看，70%以上地区环境质量中等偏上，但仍然存在改善和提升的潜在空间。

（2）10年来，流域总体人居自然环境质量逐步转好，其中，上下游偏北地区环境质量在2015年出现略微下降，到2020年又逐步回升，中游以南地区环境质量持续向好，其中发生明显变化的地区主要是昆明主城区、楚雄市、龙马县、永善县及宁蒗县。

（3）采用熵权、距离函数以及灰色关联在内的多种方法结合来确定人居自然环境质量评估因子的权重，避免了单一方法导致的主客观性，提高了最终评估结果的精确度和可信度。

（4）研究所得的人居自然环境质量评估指标、度量模型和分析方法，不仅适用于金沙江流域，也可为其他类似地质条件复杂、地质灾害频发的高山峡谷流域地区的人居自然环境研究工作提供参考；研究结果也能为区域产业空间布局、灾害搬迁选址和环境保护治理等提供科学依据。

深入剖析10年来云南金沙江流域的人居自然环境质量的时空分异状况并结合地区自然、人口相关条件，本文提出以下建议。

（1）虽然上游地区人口相对较为稀少，但由于地处上游，人类产生活动带来的负面效应极易对整个河流流域产生不良影响，因此，在保持现有种群密度的情况下，应减少大规模的人为干扰活动，加强植被保护，以期逐步改善区域环境质量状况。

（2）中游大部分地区拥有良好的人居自然环境，但人口分布不均，如东川、会泽等地人口密度较大但人居自然环境相对较弱，宣威、马龙等地人口相对较少生态环境却较良好，即该区域仍有较大的开发利用空间，因此，可以在人口较少的地区合理规划一些工厂企业吸引外来人员，在保证地区经济稳定发展的同时实现对区域人口的隐形调控。

（3）流域大部分下游地区地形比较陡峭，地貌破碎程度较高，植被稀疏，人口密度持续升高，人居自然环境势态不容乐观，应对该地区进行生态保护，合理规划城镇空间布局，保障下游地区的可持续发展。