彭　俐，林志明（湖南省建筑設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

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常德市城區(qū)生態(tài)安全格局及空間格局預(yù)測(cè)

彭俐，林志明（湖南省建筑設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

在城鎮(zhèn)化加速發(fā)展和建設(shè)“兩型社會(huì)”的時(shí)代背景下，常德中心城區(qū)由于周邊交通條件的快速改善，高速公路環(huán)線內(nèi)區(qū)域下一步如何發(fā)展成為當(dāng)前的重要問(wèn)題。本文嘗試構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局，使之成為奠定常德中心城區(qū)今后持續(xù)高速發(fā)展的生態(tài)基石。并且，結(jié)合土地承載力與建設(shè)用地容量的分析，預(yù)測(cè)高速公路環(huán)線內(nèi)城鎮(zhèn)空間格局。

生態(tài)安全格局；生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施；GIS；常德

1　引言

隨著我國(guó)整體上已經(jīng)進(jìn)入快速城市化階段，如何協(xié)調(diào)好城市與地域生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系已經(jīng)成為城鄉(xiāng)發(fā)展過(guò)程中的重要問(wèn)題。運(yùn)用生態(tài)規(guī)劃理念與空間分析等技術(shù)手段參與規(guī)劃實(shí)踐已被證實(shí)是一種有效的工作途徑。國(guó)際上已在美國(guó)馬里蘭州、芝加哥、明尼蘇達(dá)、波特蘭等市開展了相關(guān)研究［1］；國(guó)內(nèi)也有多位學(xué)者對(duì)東營(yíng)、威海、菏澤、臺(tái)州、蘭州、沈陽(yáng)、廣州、北京等城市［2～9］的生態(tài)安全格局及其對(duì)于城市擴(kuò)張的響應(yīng)進(jìn)行了研究。

經(jīng)過(guò)建國(guó)后60年的快速發(fā)展，常德城區(qū)已由約10km2的規(guī)模發(fā)展成為用地規(guī)模超過(guò)50km2、人口超過(guò)50萬(wàn)的大城市。并且，常德在多年的城市發(fā)展過(guò)程中，不論是內(nèi)部水系網(wǎng)絡(luò)，還是周邊生態(tài)環(huán)境均得到了較好的保護(hù)；但也面臨著一系列環(huán)境制約，城市生態(tài)安全面臨威脅。

隨著“兩型社會(huì)”建設(shè)和城區(qū)周邊交通條件的快速改善，特別是高速公路環(huán)線的建設(shè)，使常德中心城區(qū)迎來(lái)了擴(kuò)容提質(zhì)、加速發(fā)展的契機(jī)。本文結(jié)合常德市實(shí)例，依靠各類空間信息，在ARCGIS中依據(jù)特定的數(shù)據(jù)處理模型進(jìn)行區(qū)域生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施空間結(jié)構(gòu)的識(shí)別，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局，預(yù)測(cè)城鎮(zhèn)空間格局，以期為相關(guān)規(guī)劃研究提供參考。

2　相關(guān)概念與方法簡(jiǎn)介

生態(tài)安全格局（Ecological Security Pattern）是景觀安全格局（Landscape Security Pattern）的一種，是城市自然生命支持系統(tǒng)的關(guān)鍵性格局。它維護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過(guò)程健康與完整，維護(hù)區(qū)域與城市生態(tài)安全，是實(shí)現(xiàn)精明保護(hù)與精明增長(zhǎng)的剛性格局，也是城市及其居民持續(xù)地獲得綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基本保障。而生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施（Ecological infrastructure，簡(jiǎn)稱EI）是維護(hù)土地生命的安全和健康、維護(hù)地域歷史文化特征的關(guān)鍵性空間格局，是城市和居民獲得持續(xù)的自然服務(wù)（生態(tài)服務(wù)）的基本保障，是城市擴(kuò)張和土地開發(fā)利用不可觸犯的剛性框限［10］。

本文從區(qū)域生態(tài)安全格局的視角出發(fā)，通過(guò)生態(tài)空間（包括自然環(huán)境、生物環(huán)境、人文環(huán)境）的表述，分析自然、生物與人文的過(guò)程，評(píng)估生態(tài)服務(wù)功能，形成區(qū)域的生態(tài)安全格局，并預(yù)測(cè)城鎮(zhèn)空間發(fā)展格局。

3　區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建

3.1生態(tài)空間的表述

3.1.1自然環(huán)境特征

常德屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，以大陸性氣候?yàn)橹骷嬗袧駶?rùn)的濱湖氣候。四季氣候分明，熱量充足。區(qū)域總面積約48769hm2，南西北三面由雪峰山北閭丘陵和武陵山東閭丘陵所環(huán)繞，東北和東南部為廣袤的西洞庭湖平原所鋪墊，整個(gè)地勢(shì)為南西北三方高，向中部和東面傾斜。區(qū)域被沅江分割為南北兩大片，南岸雪峰山余脈的德山是丘崗地形（如圖1）。

根據(jù)分析，區(qū)域內(nèi)生態(tài)用地為9245hm2，非生態(tài)用地為39524hm2，分別占總面積18.96%和81.04%。生態(tài)用地中以包含河流水面、湖泊水面等用地的其他土地為主，占62.20；其次為林地占31.55%；園地和未利用地僅占5.08%和1.17%。

區(qū)域內(nèi)有沅江穿城而過(guò)；穿紫河、姻緣河、馬家吉河、枉水河分布于沅江南北；新河渠道、三閭港縱穿城區(qū)東西；沾天湖、柳葉湖、白馬湖、玉池湖、赤塘湖、劉家湖如同碧玉鑲嵌在城區(qū)。區(qū)域內(nèi)還有大小池塘2000多口，據(jù)測(cè)算水資源總量674.9 億m3，除去容水徑流量674.22億m3，還有約3846.6萬(wàn)m3，耕地平均每畝擁有水量1653m3；根據(jù)實(shí)際測(cè)算，區(qū)域內(nèi)共需水3846.6萬(wàn)m3，供大于求，開發(fā)利用潛力很大。

3.1.2生物環(huán)境特征

區(qū)域常見(jiàn)樹種有32科91種、濕地植物45科101種，常見(jiàn)飛禽40余種，常見(jiàn)野獸20余種，常見(jiàn)魚類有11目12科63屬94種。列入國(guó)家和湖南省重點(diǎn)保護(hù)的動(dòng)物有10余種，其中國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物有白鶴。

從棲息地來(lái)看，區(qū)域境內(nèi)濕地是多種水禽的越冬地和珍稀候鳥遷徙停歇地，在候鳥保護(hù)中具有重要地位。區(qū)域內(nèi)較大面積的重要生物棲息地除三大濕地外，主要包括西部及北部的山地，為野豬、狗獾、刺猬等獸類和雉科等留鳥提供重要的棲息地。

3.1.3人文環(huán)境特征

（1）建設(shè)區(qū)

此次規(guī)劃范圍主要由常德城區(qū)和周邊5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)組成，土地總面積48769hm2，占全市的2.68%。2010年末，區(qū)域內(nèi)戶籍人口67萬(wàn)人，常住人口80萬(wàn)人。

圖1　區(qū)域各類用地現(xiàn)狀圖

（2）道路

境內(nèi)道路包括高速公路、國(guó)道、省道、縣鄉(xiāng)道。2010年底，區(qū)域內(nèi)道路總長(zhǎng)度為 369.04km，其中主干道71.96km，占19.5%；次干道60.59km，占16.4%。主、次干道路網(wǎng)密度1.78km/km2。

（3）土地覆蓋

依據(jù)遙感圖片影像解譯的結(jié)果，并對(duì)所得結(jié)果通過(guò)地形圖數(shù)字化測(cè)算，將區(qū)域土地覆蓋進(jìn)行聚類，劃分為：旱地、水田、果園、林地、草地、建筑、水域。區(qū)域各類的變化劇烈程度不同。城區(qū)及近郊區(qū)耕地和果園向城鎮(zhèn)用地轉(zhuǎn)換較為劇烈，而眾多鄉(xiāng)村地區(qū)建筑擴(kuò)展相對(duì)緩和。

（4）歷史文化景觀

區(qū)域歷史文化景觀可以劃分為山水文化景觀、工程設(shè)施景觀、歷史建筑和街區(qū)景觀、文化景觀等類型。

表1　區(qū)域歷史文化景觀類型表

3.2過(guò)程分析

3.2.1自然過(guò)程分析

（1）河流與灘涂演變過(guò)程

區(qū)域內(nèi)由于沅江穿流而過(guò)，在水動(dòng)力和泥沙綜合作用下，河岸和灘涂位置隨水面的進(jìn)退而不斷改變。

（2）濕地的形成

除西部和北部山體外，區(qū)域內(nèi)地勢(shì)較低平、湖泊眾多、水網(wǎng)密度較大，濕地主要由河流與淡水湖中的泥沙淤積而成。

（3）徑流過(guò)程

區(qū)域內(nèi)的水循環(huán)過(guò)程包括降水、徑流、地下水等過(guò)程。降水量與季風(fēng)活動(dòng)有關(guān)。在空間上，降水量一般山區(qū)大于平原，而地表徑流主要來(lái)自降水，其時(shí)空分布規(guī)律與降水基本一致，但不均勻性更大，因此區(qū)域內(nèi)徑流量也具有山區(qū)大于丘陵、丘陵大于平原的特征。區(qū)域內(nèi)河流中沅江自西向東蜿蜒流過(guò)，其余支流從南北兩面匯于沅江，一同流經(jīng)山地、丘陵、以及平原城市化地區(qū)，最終注入西洞庭湖。

圖2　洪水影響分析示意圖

（4）洪澇災(zāi)害

由于沅江的影響，區(qū)域受洪水過(guò)程影響較大，在江北、江南及德山三片城區(qū)已建有抵御百年一遇洪水的防洪堤，但其他區(qū)域目前主要作為蓄滯洪區(qū)，易受洪災(zāi)威脅，以暴雨洪水為主。同時(shí)受極端性天氣影響，區(qū)域易受內(nèi)澇威脅。

3.2.2生物過(guò)程分析

通過(guò)對(duì)區(qū)域生物資料、文獻(xiàn)的研究，并與省內(nèi)的生物學(xué)家進(jìn)行交流，初步選白鶴、雁、翠鳥、竹雞作為指示物種進(jìn)行比較分析，研究其習(xí)性和生境。針通過(guò)分析，得出它們的習(xí)性和喜好的棲息地植被類型相似，只在對(duì)海拔、坡度的要求上稍有差異。通過(guò)運(yùn)用最小累計(jì)阻力模型來(lái)模擬物種穿越不同基面的過(guò)程，生成的阻力趨勢(shì)表面表示從棲息地到空間某一點(diǎn)的易達(dá)程度，從而模擬物種水平擴(kuò)散的行為模式，得出生物生境適宜性如圖3。

圖3　生物生境適宜性分析示意圖

3.2.3人文過(guò)程分析

（1）區(qū)域城鎮(zhèn)歷史發(fā)展沿革

常德從周朝的“張若城”歷經(jīng)兩千多年發(fā)展至今，期間飽受七次兵災(zāi)毀城之劫，同時(shí)水災(zāi)不斷，1989～1999年期間幾乎年年都遭特大洪水襲擊，以及其他政治、經(jīng)濟(jì)、軍事不同原因，城鎮(zhèn)化速度較慢，區(qū)域內(nèi)城區(qū)發(fā)展較慢，周邊形成了多個(gè)小城鎮(zhèn)和集鎮(zhèn)。

（2）近代城鎮(zhèn)擴(kuò)張過(guò)程

基于獲得的多個(gè)時(shí)間段的相關(guān)圖紙，進(jìn)行城鎮(zhèn)形態(tài)演變過(guò)程分析?？v觀這幾個(gè)時(shí)段，區(qū)域人文過(guò)程呈現(xiàn)如下特征：

城鎮(zhèn)主要沿道路擴(kuò)張，區(qū)域城鎮(zhèn)擴(kuò)展的一個(gè)明顯規(guī)律即城鎮(zhèn)沿著主要交通干線擴(kuò)展。

道路和城鎮(zhèn)發(fā)展破壞山體的完整性和連續(xù)性，隨著城鎮(zhèn)的擴(kuò)展，人為活動(dòng)逐漸擴(kuò)展到山前地帶，山體周圍用地發(fā)生了較大變化。

城市建設(shè)對(duì)水系格局有一定影響，水系穿城的格局隨著城鎮(zhèn)化的過(guò)程，被影響的程度逐漸加深，城區(qū)部分的河流喪失完整性和連續(xù)性（如圖4）。

（3）水利工程建設(shè)與灘涂、濕地變遷過(guò)程

城市防洪圈修建是為了抵御洪水，保護(hù)城鎮(zhèn)及設(shè)施，同時(shí)也是歷史見(jiàn)證。據(jù)記載，早在公元前227年，常德就有筑堤抵御洪水的活動(dòng)，自后唐、元、明、清隔代，增建培修，不斷鞏固。灘涂與濕地在歷次水利工程建設(shè)過(guò)程中，均受到不同程度影響。諸如漸河改道：漸水河以前東繞常德，流入沅江，曾是一條重要的古河道，20世紀(jì)50、60年代，為了解決常德的水患，便將該河道進(jìn)行了改道，河面逐漸萎縮，灘涂與周邊濕地也發(fā)生改變。

圖4　城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張示意圖

3.3生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

3.3.1河流自然過(guò)程受到干擾

區(qū)域內(nèi)河流經(jīng)過(guò)不斷人工改造，逐步演變成為人工管理下的工程化系統(tǒng)，河流逐漸喪失了其自然的泄洪、生物、美學(xué)等功能。這一過(guò)程綜合起來(lái)主要包括如下幾方面問(wèn)題：

（1）土地利用改變包括圍墾造田、填河填湖等造成的地面抬升，還有“農(nóng)業(yè)治理”等，這帶來(lái)諸多生態(tài)服務(wù)功能的改變；尤其是流域內(nèi)的城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來(lái)的硬質(zhì)地面增加，徑流增加，距粗略估算，區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)蓄水量減少約30%。

（2）大量工程化措施的影響，如修建電排站，以及外圍的水庫(kù)，通過(guò)工程蓄水使得徑流被攔截；截彎取直極大地改變了水流過(guò)程。

（3）農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)的污水隨意排放，地表徑流增加，水缺少交換和稀釋等。

（4）人與水體的關(guān)系也在改變，人們開始遠(yuǎn)離水，水除了具有泄洪通道、生產(chǎn)、航運(yùn)的經(jīng)濟(jì)功能外，調(diào)蓄洪水、生物保護(hù)等功能均受到較大影響。

3.3.2區(qū)域生物過(guò)程的安全和健康面臨威脅

目前對(duì)生物棲息生境產(chǎn)生較大干擾的人為活動(dòng)包括：高等級(jí)公路建設(shè)；大型水利工程（堤防、水閘、外圍水庫(kù)）建設(shè)；各類園區(qū)和開發(fā)區(qū)、城鎮(zhèn)化和集鎮(zhèn)建設(shè)等。

表2　現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境和人工干擾對(duì)河流過(guò)程和功能的影響評(píng)價(jià)

3.3.3鄉(xiāng)土文化環(huán)境保護(hù)及游憩過(guò)程前景堪憂

隨著近年來(lái)的快速城鎮(zhèn)化和工業(yè)化建設(shè)，區(qū)域的鄉(xiāng)土文化環(huán)境保護(hù)及游憩過(guò)程受到威脅，主要包括：

（1）完整連續(xù)的山水格局被粗暴地切斷和破壞，獨(dú)特的地方鄉(xiāng)土游憩資源和過(guò)程受到損害。

（2）鄉(xiāng)土游憩資源的破壞使得鄉(xiāng)土審美體驗(yàn)過(guò)程受到損害，導(dǎo)致缺乏連續(xù)性的歷史體驗(yàn)和文化認(rèn)同感降低，現(xiàn)代和外來(lái)文化的入侵使人們已經(jīng)淡忘了當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土文化遺產(chǎn)和游憩方式。

（3）具有歷史和地方特色的健康出行過(guò)程受到阻礙。

（4）圍湖造田、環(huán)境污染和森林植被破壞都對(duì)區(qū)域生物棲息地格局造成巨大影響，降低了生物多樣性。

3.4生態(tài)安全格局

本次分析是把生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施視為阻力因子的情況下的城市擴(kuò)展趨勢(shì)，模擬現(xiàn)狀城鎮(zhèn)（源）受到生物、洪水、文化遺產(chǎn)、游憩等的因素綜合影響下的生長(zhǎng)過(guò)程。模擬結(jié)果反映了城市在EI提供的“答案空間”框架下的發(fā)展態(tài)勢(shì)，如城市發(fā)展區(qū)的范圍、規(guī)模、以及和自然要素的關(guān)系。

3.4.1現(xiàn)狀城鎮(zhèn)建成區(qū)以現(xiàn)狀城鎮(zhèn)建成區(qū)（2010年）為源。阻力因子包括：游憩、生物、歷史文化綜合安全格局和洪水安全格局以及道路等。

3.4.2不同生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)下的生態(tài)安全格局和城鎮(zhèn)發(fā)展空間

圖5　三種標(biāo)準(zhǔn)EI下的區(qū)域生態(tài)安全格局示意圖

通過(guò)防洪安全格局、生物保護(hù)安全格局、文化景觀安全格局等的分析，最終得出不同EI標(biāo)準(zhǔn)下的區(qū)域生態(tài)安全格局，以及城鎮(zhèn)發(fā)展空間的理想規(guī)模：

（1）在低標(biāo)準(zhǔn)EI下，可以提供310km2建設(shè)用地，滿足約260萬(wàn)人的規(guī)模。

（2）在中標(biāo)準(zhǔn)EI下，可以提供230km2建設(shè)用地，滿足約210萬(wàn)人的規(guī)模。

（3）在高標(biāo)準(zhǔn)EI下，可以提供180km2建設(shè)用地，滿足約180萬(wàn)人的規(guī)模。

4　多因素影響下城鎮(zhèn)空間格局預(yù)景

4.1土地承載力的計(jì)算

可供給建設(shè)用地的上限為區(qū)域總面積扣除生態(tài)市要求的受保護(hù)地區(qū)面積及森林面積、水域面積和基本農(nóng)田保護(hù)面積。對(duì)應(yīng)現(xiàn)狀基本農(nóng)田面積5360hm2的目標(biāo)，區(qū)域內(nèi)非建設(shè)用地面積約為17460hm2，可供給建設(shè)用地面積為31219hm2（如表3）。

表3　區(qū)域非建設(shè)用地構(gòu)成表

4.2建設(shè)用地容量分析

根據(jù)《常德市土地利用總體規(guī)劃》（2006-2020）的規(guī)劃目標(biāo)，推算本次概念規(guī)劃范圍內(nèi)的允許建設(shè)區(qū)與有條件建設(shè)區(qū)面積總計(jì)約184km2。

參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)劃，本次人均建設(shè)用地指標(biāo)擬取值100m2/人，則可容納的總?cè)丝谌萘繕O限約為180萬(wàn)人。

4.3規(guī)模的合理化建議

根據(jù)對(duì)多種過(guò)程模擬，結(jié)合常德生態(tài)特色和經(jīng)濟(jì)效益，本次規(guī)劃最終推薦中等EI安全水平下——230km2建設(shè)用地，210萬(wàn)人的規(guī)模。

5　結(jié)論

常德高速公路環(huán)線內(nèi)區(qū)域的生態(tài)安全格局分析為空間發(fā)展提供了一個(gè)基底，EI導(dǎo)向的空間規(guī)劃是一種生態(tài)優(yōu)先理念指導(dǎo)下的區(qū)域空間重構(gòu)過(guò)程。

本文旨在應(yīng)用遙感與GIS空間分析方法提出一種生態(tài)安全格局構(gòu)建方法，但由于實(shí)際可采納資料的限制，實(shí)例研究中還存在很多不足，并且一些具體的指標(biāo)和計(jì)算方法也還需要近一步深化。但總的說(shuō)來(lái)，不管針對(duì)哪種實(shí)體空間，其設(shè)計(jì)必定需要與自然結(jié)合，而生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施與生態(tài)安全格局自然是一種較好的方法，并且對(duì)城鎮(zhèn)空間格局的預(yù)測(cè)也有一定的幫助。

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