袁少雄，黃光慶，陳文音，尹小玲*，劉 峰

（1.廣州地理研究所 廣東省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)研究中心 廣東省地理空間信息技術(shù)與應(yīng)用公共實驗室，廣東廣州 510070；2.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

城市濕地具有調(diào)節(jié)環(huán)境、維護生態(tài)、供應(yīng)資源、促進經(jīng)濟社會文化效益、安全防護等綜合功能；然而目前城市濕地存在面積不斷減少、頻繁受到污染、生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞的現(xiàn)象，這與其選址適宜程度有一定關(guān)系[1]。人工濕地的規(guī)劃選址涉及環(huán)境科學(xué)和景觀規(guī)劃等學(xué)科知識，選址方法包括文獻研究、跨學(xué)科綜合分析、案例分析和實地調(diào)研等[2-4]。對于更加宏觀層面的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施選址，僅靠傳統(tǒng)方法很難體現(xiàn)選址條件的準確性。利用GIS進行空間分析是地理學(xué)當(dāng)前最有價值的財富之一，其在土地利用、交通規(guī)劃、環(huán)境分析和規(guī)劃、服務(wù)分配等方面有非常廣泛的應(yīng)用[5]。目前GIS分析已應(yīng)用于超市、公園、ATM、中小學(xué)、商業(yè)網(wǎng)點以及其他公共服務(wù)設(shè)施的選址中[5-6]，但將其應(yīng)用于人工濕地規(guī)劃選址中的研究較少。本文以廣州市為例，采用GIS空間疊加分析功能對人工濕地建設(shè)所需要的地質(zhì)、地貌、水文、土壤以及地質(zhì)災(zāi)害條件等因素進行分析篩選，完成了區(qū)域尺度人工濕地的選址。

廣州市經(jīng)濟發(fā)達，人口密集，常住人口約為1 300 萬 人。廣州市1 a產(chǎn)生的城鎮(zhèn)生活污水約為141 000萬 m3，因此處理生活污水、防治河涌污染，是廣州市政府面臨的嚴峻問題[7-9]。近年來，廣州市政府積極推行生態(tài)城市建設(shè)，為“花城、綠城、水城”建設(shè)做了大量的相關(guān)政策研究。人工濕地的功能和特點符合廣州建設(shè)生態(tài)城市的總體目標，若采用人工濕地處理廣州市生活污水，將面臨諸多中觀或宏觀層面的科學(xué)問題，如區(qū)域級的人工濕地選址分布等。針對該問題，本文根據(jù)廣州市的實際情況，利用GIS空間疊加分析功能分析了區(qū)域級人工濕地潛在選址點的分布情況，以期為生態(tài)城市建設(shè)過程中基礎(chǔ)生態(tài)設(shè)施規(guī)劃以及相關(guān)領(lǐng)域提供參考。

1 研究方法

1.1 人工濕地建設(shè)的基本要求

人工濕地的選址必須根據(jù)地質(zhì)、地貌、水文、污水出口等自然環(huán)境狀況以及市政規(guī)劃等因素來確定[10-11]，選址時應(yīng)利用地形圖、地質(zhì)圖、航空攝影圖、土壤調(diào)查圖、水文調(diào)查圖以及其他相關(guān)資料進行對比確定[12]。人工濕地應(yīng)盡量靠近污染源，同時應(yīng)考慮選址的自然坡度[13]，選擇污染物流經(jīng)的地帶或沒有利用的閑置土地[14]，具有足夠的空間使污水有合理的停留時間，最好選擇粘性土壤的底質(zhì)；一般情況下，人工濕地選址應(yīng)避開自然遺產(chǎn)保護區(qū)、考古或歷史資源保護區(qū)、瀕危物種保護區(qū)等[13]。人工濕地面積越大，容納污水量越多，污水停留時間越長，處理效果越好[13]，由于本文是為以市、區(qū)為單位的區(qū)域級人工濕地選址，且廣州市當(dāng)前人口產(chǎn)生的生活污水將達387.80萬m3/d，小面積的濕地?zé)o法有效處理[15]，所以本文以面積大于0.01 km2的可用地為選擇目標。

廣州市地勢東北高、西南低，地貌類型包括中低山、丘陵、臺地和平原等，受巖性、構(gòu)造控制較為明顯。廣州市位于珠江三角洲頂部，水系發(fā)達，外有東江北干流、珠江前后西航道以及虎門、蕉門、洪奇門3 個出海通道；內(nèi)有流溪河、增江以及三角洲河網(wǎng)水道、山區(qū)小溪，建成區(qū)共有河涌231條、河道總長913 km，因此廣州市具有較理想的建設(shè)人工濕地的自然環(huán)境。但是作為特大城市，廣州市的城市、建制鎮(zhèn)以及村莊面積占了絕大部分主城區(qū)，密集的城市建設(shè)使人工濕地的選址受限。

1.2 人工濕地選址方法

本文利用廣州市土地利用、地形、坡度、土壤質(zhì)地、地質(zhì)災(zāi)害等數(shù)據(jù)，通過GIS篩選分析，獲取了廣州市區(qū)域尺度人工濕地選址點。首先在土地利用類型中，將坑塘水面、裸地、其他草地以及其他園地等作為濕地建設(shè)的可利用地，可排除與自然遺產(chǎn)保護區(qū)、考古或歷史資源保護區(qū)以及瀕危物種保護區(qū)的沖突；然后通過GIS對面積大于0.01 km2的可利用地進行篩選，按鄰近河流水系1 km，土壤底質(zhì)為粘土和壤土，坡度小于5°，避開地質(zhì)災(zāi)害等條件進行選址分析。選址分析技術(shù)路線見圖1，具體篩選條件見表1。

圖1 基于GIS的人工濕地選址技術(shù)路線

表1 人工濕地選址條件

按照篩選條件對篩選因素進行重新分類并賦值，再對篩選因素A～F（圖2～7）進行疊加分析，獲取各因素的加權(quán)值，最后取最高值作為最佳人工濕地選址點。

圖2 GIS人工濕地選址篩選因素“A可利用地”示意圖（審圖號：GS(2015)2583）

圖3 GIS人工濕地選址篩選因素“B地形”示意圖（審圖號：GS(2015)2583）

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文采用的土地利用圖、河流水系圖來源于第二次全國土地調(diào)查廣州地區(qū)數(shù)據(jù)，精度為1∶10 000；DEM來源于中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云GDEMV2 30 m 分辨率的DEM數(shù)據(jù)；土壤質(zhì)地圖來源于廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所廣東省數(shù)字土壤 V2.0土壤質(zhì)地數(shù)據(jù)，精度為1∶100萬；地質(zhì)災(zāi)害圖來源于廣東省2015年度地質(zhì)災(zāi)害防治方案《廣東省2015年威脅100人以上地質(zhì)災(zāi)害隱患點一覽表》中的廣州地區(qū)數(shù)據(jù)。

圖4 GIS人工濕地選址篩選因素“C坡度”示意圖（審圖號：GS(2015)2583）

圖5 GIS人工濕地選址篩選因素“D土壤質(zhì)地”示意圖（審圖號：GS(2015)2583）

圖6 GIS人工濕地選址篩選因素“E地質(zhì)災(zāi)害”示意圖（審圖號：GS(2015)2583）

2 結(jié)果分析

2.1 可利用地面積

首先通過土地利用因素對面積大于0.01 km2的可用地進行分析，廣州市海珠、黃埔、荔灣、天河和越秀等5個主城區(qū)可用于人工濕地建設(shè)的土地較少，其余各區(qū)均有大量可用于區(qū)域人工濕地建設(shè)的土地；再通過GIS對地形、坡度、土壤質(zhì)地、地質(zhì)災(zāi)害、河流緩沖區(qū)等因素進行疊加分析，除越秀區(qū)沒有任何適建土地外，從化、海珠、黃埔、荔灣、蘿崗以及天河6 個區(qū)中仍有少量適于建設(shè)區(qū)域級人工濕地的土地，白云、番禺、花都、南沙和增城均有大量適建土地；若考慮污水（中水）的跨區(qū)濕地處理，總體而言，廣州市有足夠適于建設(shè)區(qū)域級人工濕地的土地（表2）。

圖7 GIS人工濕地選址篩選因素“F河流緩沖區(qū)”示意圖（審圖號：GS(2015)2583）

表2 廣州市各區(qū)坑塘水面、裸地、其他草地、其他園地等可利用地面積/ km2

2.2 人工濕地選址條件分析

各區(qū)均存在適建人工濕地的可利用地，但主要分布在番禺、花都、增城、白云和南沙等區(qū)。廣州全市地勢北高南低，標高在2～25 m的土地主要分布在花都、增城以及白云山以南的區(qū)域；0～5°的坡度與地形分布較相近，但從化區(qū)域沿S355線兩邊坡度變化較小；主要土壤質(zhì)地包括中壤土、中粘土、輕壤土、輕粘土、重壤土和砂壤等，完全沙質(zhì)的土壤較少，多數(shù)可利用地適建人工濕地，壤土和粘土主要分布在流溪河下游、花都區(qū)、增江河兩岸、荔灣區(qū)和海珠區(qū)以南的區(qū)域；地質(zhì)災(zāi)害類型主要為滑坡、崩塌，分布在北部以及白云山周邊，亦有少量巖溶塌陷，分布在白坭水、琶江河以及增城北部等區(qū)域?？傮w而言，廣州市可用于區(qū)域級人工濕地建設(shè)的土地較多，地形地貌、土壤條件較好，地質(zhì)災(zāi)害不多，用地條件較好。

2.3 人工濕地選址分布分析

經(jīng)過疊加分析可知，適建區(qū)域尺度人工濕地的土地主要分布在廣州市中南部，多分布在花都、增城、番禺、南沙和白云等區(qū)。按流域來看，其主要分布在琶江河上游、白坭水道、流溪河下游、增江中下游、珠江南河道以南、礪江上游、蓮花山水道東岸沙灣水道西南側(cè)等周邊地區(qū)。由圖8可知，可用于人工濕地建設(shè)的土地在廣州市整體分布不均勻，主要分布在花都、增城、番禺、南沙等遠郊人少的區(qū)域，而荔灣、越秀、天河、海珠等人口集中的區(qū)域內(nèi)只有極少分布。

圖8 廣州市區(qū)域尺度人工濕地選址分析示意圖（審圖號：GS(2015)2583）

3 結(jié) 語

本文根據(jù)土地利用、地形、坡度、土壤質(zhì)地、地質(zhì)災(zāi)害等數(shù)據(jù)進行分類篩選，再通過GIS空間疊加分析得到最佳用地條件、地形地貌良好、土壤質(zhì)地適宜、無地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險且靠近自然河岸的，適合建設(shè)人工濕地的可利用地分布情況，以本文所限的條件，該類可利用地為最適合區(qū)域尺度人工濕地選址的地點。通過廣州市的實例分析，得到以下結(jié)論：

1） 各區(qū)均有適建人工濕地的可利用地，但主要分布在番禺、花都、增城、白云和南沙等區(qū)。

2） 廣州市地勢北高南低，地形地貌條件較好，粘土和壤土較多，地質(zhì)災(zāi)害只有少量分布，整體用地條件較好。

3）適建區(qū)域尺度人工濕地的土地主要分布在廣州市中南部，以白坭水道、流溪河下游、增江中下游、蓮花山水道東岸、沙灣水道西南側(cè)等周邊地區(qū)為主。

相對于傳統(tǒng)污水廠，人工濕地具有投資費用少，建設(shè)、運營成本低廉，經(jīng)濟效率顯著，污水處理效果好，可作為城市濕地景觀等特點，可為城市增加極好的生態(tài)環(huán)境效益[16-18]，對提升城市水環(huán)境質(zhì)量有重要作用。近年來，廣州市的白云區(qū)、海珠區(qū)通過人工造湖，分別新增湖泊濕地面積2.07 km2和1.5 km2，盡管人工濕地的建設(shè)比湖泊開挖難度更大，但從工程量和工程措施上來看，區(qū)域級人工濕地的建設(shè)具有一定可行性。

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