陳希冀, 郭青海, 黃碩, 楊一夫, 孫艷偉, 肖黎姍

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廈門城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整與建設(shè)探討

陳希冀1, 2, 郭青海1, *, 黃碩3, 楊一夫4, 孫艷偉5, 肖黎姍1

1. 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廈門 361021 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 3. 福州市環(huán)境科學(xué)研究院, 福州 350011 4. 廈門市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 廈門 361021 5. 寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系, 寧波 315211

城市是由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)合人工生態(tài)系統(tǒng), 城市的可持續(xù)發(fā)展與建設(shè)依賴于自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)各子系統(tǒng)之內(nèi)的健康、協(xié)調(diào)發(fā)展。伴隨城市的開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程, 水資源短缺、水質(zhì)污染等多種水環(huán)境問(wèn)題正威脅城市的持續(xù)性發(fā)展, 亟需一個(gè)綜合全面的解決方案?；趯?duì)海綿城市建設(shè)的內(nèi)涵與存在問(wèn)題的討論, 結(jié)合可持續(xù)發(fā)展與景觀生態(tài)學(xué)理論, 提出“城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整與建設(shè)”這一解決城市水環(huán)境問(wèn)題的思路與實(shí)踐框架, 并據(jù)此建立逐步實(shí)現(xiàn)城市子系統(tǒng)到城市整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的可持續(xù)城市建設(shè)新途徑。以廈門市為研究案例, 分析流域水質(zhì)在不同尺度條件下與景觀格局的關(guān)系, 模擬估算城市建設(shè)用地面積閾值, 從而規(guī)范廈門城市用地開(kāi)發(fā)利用, 達(dá)到改善城市流域水環(huán)境目標(biāo)。通過(guò)廈門市的實(shí)證研究, 驗(yàn)證了以水環(huán)境可持續(xù)為切入點(diǎn)調(diào)整城市景觀格局, 進(jìn)而解決城市發(fā)展中突出的水環(huán)境問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)的思路, 最后對(duì)城市未來(lái)水環(huán)境與景觀格局調(diào)整提出展望。

城市化; 水環(huán)境; 可持續(xù)城市; 海綿城市; 景觀格局

1 前言

城市化給城市帶來(lái)新的發(fā)展契機(jī), 同時(shí)也造成了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題, 這已在我國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家城市化進(jìn)程中突出體現(xiàn)[1-2], 伴隨城市發(fā)展產(chǎn)生的生態(tài)功能低下、環(huán)境污染嚴(yán)重、資源短缺與環(huán)境惡化的問(wèn)題, 影響著城市、區(qū)域、國(guó)家甚至全球尺度的生態(tài)安全[3]。其中, 我國(guó)城市正面臨著愈加交織復(fù)雜的水環(huán)境危機(jī), 大面積城市不透水硬表面取代了自然植被為主的透水軟表面, 使徑流過(guò)程、水體質(zhì)量發(fā)生變化; 城市開(kāi)發(fā)建設(shè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致水污染而引發(fā)的“水質(zhì)型”缺水; 人類活動(dòng)誘發(fā)的河湖水系格局和微地形變化, 使水生物棲息地喪失、城市洪澇災(zāi)害頻發(fā), 這些問(wèn)題對(duì)我國(guó)城市的公共安全和人居環(huán)境構(gòu)成了威脅, 嚴(yán)重制約了城市的持續(xù)性發(fā)展[4-6]。

城市水環(huán)境如何與城市生態(tài)規(guī)劃、城市景觀建設(shè)統(tǒng)籌結(jié)合, 是城市建設(shè)中不可規(guī)避的問(wèn)題, 作為城市系統(tǒng)運(yùn)行的重要方面, 水環(huán)境與城市建設(shè)和發(fā)展密切相關(guān)。城市發(fā)展的水資源需求與水污染排放的循環(huán)過(guò)程就是經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)與自然再生產(chǎn)的循環(huán)過(guò)程, 水環(huán)境是城市持續(xù)發(fā)展的前提, 又是城市規(guī)劃與建設(shè)中重要節(jié)點(diǎn), 而城市的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)又是解決城市水環(huán)境危機(jī)的有效途徑[7]。實(shí)現(xiàn)水環(huán)境健康的可持續(xù)城市建設(shè)是在滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和生態(tài)平衡統(tǒng)一的條件下, 從水生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)的全局出發(fā), 以水環(huán)境承載力為約束, 以水資源安全為導(dǎo)向, 將水安全格局協(xié)同到當(dāng)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市建設(shè)的整體規(guī)劃中, 解決人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)與水環(huán)境之間的矛盾, 最終實(shí)現(xiàn)既能滿足人類社會(huì)根本利益, 又符合水生態(tài)系統(tǒng)健康基本要求的城市規(guī)劃建設(shè)[8]。本文在對(duì)可持續(xù)城市建設(shè)、海綿城市建設(shè)的理解基礎(chǔ)上, 提出了以改善城市水環(huán)境為切入點(diǎn), 通過(guò)調(diào)整景觀格局, 促進(jìn)城市實(shí)現(xiàn)從“點(diǎn)”到“面”的建設(shè)途徑, 基于對(duì)廈門市的案例研究, 驗(yàn)證“水環(huán)境景觀格局調(diào)整與建設(shè)”城市建設(shè)途徑的可行性, 以期為城市規(guī)劃建設(shè)提供參考依據(jù)。

2 海綿城市

針對(duì)我國(guó)城市化進(jìn)程中的水環(huán)境問(wèn)題, 2013年12月, 中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議提出“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”[9], 自此海綿城市成為眾多行業(yè)和科技領(lǐng)域討論的熱門話題之一, 并在全國(guó)30個(gè)城市開(kāi)展了試點(diǎn)工程。

海綿城市建設(shè)是國(guó)外城市水系統(tǒng)治理理念與方法的中國(guó)化表達(dá), 在國(guó)外, 代表性理念有美國(guó)的最佳管理措施(BMP) 及低影響開(kāi)發(fā)體系( LID)[10]、澳大利亞的水敏感城市設(shè)計(jì)( WSUD)[11]、英國(guó)的可持續(xù)排水系統(tǒng)( SUDS ) 、新西蘭的低影響城市設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)( LIUDD) 等[12]。受國(guó)外理念影響, 國(guó)內(nèi)積極開(kāi)展了相關(guān)研究與實(shí)踐探索, “海綿城市建設(shè)”以能實(shí)現(xiàn)城市雨洪管理目標(biāo)的方案措施, 進(jìn)入政府決策與公眾視野。根據(jù)我國(guó)公布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》, 海綿城市的內(nèi)涵是“通過(guò)加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理, 充分發(fā)揮建筑、道路和綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用, 有效控制雨水徑流”[13], 其實(shí)質(zhì)是通過(guò)在城市中建設(shè)綠色、生態(tài)的基礎(chǔ)工程設(shè)施, 加大對(duì)城市徑流水量和水質(zhì)的剛性約束, 一方面實(shí)現(xiàn)城市水生態(tài)修復(fù)和水環(huán)境保護(hù)目的, 另一方面使城市減緩或降低受自然災(zāi)害和環(huán)境變化的影響。

自國(guó)家發(fā)布30個(gè)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市以來(lái), 全國(guó)各地對(duì)于建設(shè)海綿城市的熱情空前高漲, 已有130余城市制定了構(gòu)建海綿城市相關(guān)的規(guī)劃措施或政策方案。截止2016年, 試點(diǎn)城市項(xiàng)目陸續(xù)落地, 三年實(shí)施計(jì)劃試點(diǎn)區(qū)域總面積達(dá)435平方公里, 總投資865億, 首批試點(diǎn)城市項(xiàng)目開(kāi)工率已達(dá)到19%, 完成計(jì)劃投資21%, 項(xiàng)目實(shí)施的力度和速度超出預(yù)期。在中國(guó)推行的海綿城市建設(shè)是一個(gè)相對(duì)新興的概念和領(lǐng)域, 各城市進(jìn)行的海綿城市建設(shè)實(shí)踐仍處于起步和摸索階段。海綿城市建設(shè)不僅需要對(duì)城市水文過(guò)程及其伴生規(guī)律的科學(xué)理解, 還與水工程、城市規(guī)劃等多個(gè)專業(yè)部門相關(guān)聯(lián), 面對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程, 現(xiàn)下在全國(guó)多地“如火如荼”迅速開(kāi)展的海綿城市建設(shè)項(xiàng)目大多局限在對(duì)雨洪管理的應(yīng)用中, 多以工程探討為主, 對(duì)雨水的管控僅限于儲(chǔ)存、導(dǎo)排、利用的層面[14]。

通過(guò)對(duì)首批16個(gè)試點(diǎn)城市的方案研究發(fā)現(xiàn), 海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)存在主要問(wèn)題有; (1)前期工作基礎(chǔ)薄弱, 城市現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施不完善, 缺乏規(guī)劃支持; (2)建設(shè)目標(biāo)不合理, 總量控制率、排水防澇等指標(biāo)不符實(shí)情, 難以通過(guò)考核; (3)實(shí)施方案可行性不足, 指標(biāo)缺乏量化, “因地制宜、一城一策”體現(xiàn)不夠; (4)試點(diǎn)示范尺度有限, 試點(diǎn)項(xiàng)目主要從局域的重點(diǎn)地塊和主要工程出發(fā), 缺乏全市(縣、區(qū))范圍的海綿體建設(shè)[15-18]?？傮w而言, 在海綿城市建設(shè)熱潮之下, 既有相關(guān)研究工作以規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)為主、缺少生態(tài)要素研究, 存在面對(duì)中國(guó)城市水環(huán)境問(wèn)題的復(fù)雜性和工程實(shí)施技術(shù)的難度性上的科學(xué)研究和科技儲(chǔ)備的不足, 缺乏對(duì)城市或流域全局的把握, 僅停留在一些簡(jiǎn)單盲目的“碎片式”項(xiàng)目上, 以及不同行業(yè)領(lǐng)域?qū)＞d城市的內(nèi)涵、構(gòu)建途徑與指標(biāo)體系的不同認(rèn)識(shí)與爭(zhēng)議等問(wèn)題[19-22]。

城市整體水環(huán)境問(wèn)題若僅依賴于局部性工程設(shè)施和“末端處理”將難以取得顯著成效, 水環(huán)境保護(hù)應(yīng)從源頭控制著手, 從城市流域開(kāi)始, 為實(shí)現(xiàn)持續(xù)性城市建設(shè)中的水環(huán)境安全和水質(zhì)健康目標(biāo), 對(duì)城市土地提出合理的利用模式以及引導(dǎo)策略[23-25]。水環(huán)境作為城市自然子系統(tǒng)的關(guān)鍵部分, 同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和社會(huì)子系統(tǒng)順利運(yùn)行的重要支撐, 為實(shí)現(xiàn)水環(huán)境健康與水安全格局的目標(biāo), 以改善城市水環(huán)境為著手點(diǎn), 以景觀格局為載體, 通過(guò)研究城市水環(huán)境對(duì)景觀變化的響應(yīng)機(jī)制, 調(diào)整基于水環(huán)境響應(yīng)的城市景觀, 形成局部(自然子系統(tǒng))到整體(社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合耦合系統(tǒng))的持續(xù)性城市建設(shè)(圖1)。鑒于此, 本文就城市水環(huán)境問(wèn)題以及持續(xù)城市建設(shè)提出一種思路框架, 即城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整與建設(shè)途徑。

3 案例研究

以廈門市為研究案例, 探討城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整與建設(shè)的可行性。廈門市地處福建省東南沿海地區(qū), 是我國(guó)第一批經(jīng)濟(jì)特區(qū)城市。廈門本島為廈門市的城市中心區(qū)域, 由城市化起步早、發(fā)展快、水平高、人口密集的湖里區(qū)和思明區(qū)兩個(gè)行政區(qū)構(gòu)成; 廈門島外由城市化進(jìn)程正逐步加快的集美區(qū)、同安區(qū)、翔安區(qū)及海滄區(qū)組成(圖2)。

圖1 基于水環(huán)境改善的持續(xù)性城市建設(shè)框架圖

Fig. 1 The building framework of a sustainable city based on water environment improvement

圖2 廈門市區(qū)位示意圖

廈門是典型的“海灣城市”, 城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部及外圍均發(fā)育著豐富的水系, 隨著城市發(fā)展的土地開(kāi)發(fā)利用等人類活動(dòng), 地表景觀格局和功能發(fā)生了巨大改變, 這對(duì)廈門水系的水質(zhì)水量產(chǎn)生了影響。廈門多年平均水資源量為12.34億m3, 人均水資源量331m3, 人均水資源占有量?jī)H為全省的10.9%; 對(duì)境外調(diào)水依賴度高, 城鎮(zhèn)供水比例中漳州九龍江調(diào)水占比70%以上[26]。由于本地水資源條件支撐能力的不足, 廈門也是一個(gè)典型的“缺水型城市”。根據(jù)2015年廈門市環(huán)境質(zhì)量公報(bào), 廈門主要湖庫(kù)水質(zhì)一般, 其中筼筜湖水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)級(jí)別為中營(yíng)養(yǎng), 杏林灣水庫(kù)水質(zhì)劣于V類, 主要污染物為總磷、總氮、氨氮與活性磷酸鹽等。在水生態(tài)方面, 主要流域水體生態(tài)用水量不足, 環(huán)境承載力低, 自凈能力較差, 受人為干擾的生態(tài)退化和生物多樣性缺失。在水安全方面, 廈門常受臺(tái)風(fēng)天氣影響, 短歷時(shí)降雨強(qiáng)度大, 城市排澇問(wèn)題凸顯。為解決城市水環(huán)境問(wèn)題, 廈門市積極開(kāi)展海綿城市建設(shè)等應(yīng)對(duì)措施。

廈門是全國(guó)首批海綿城市試點(diǎn)城市中唯一的濱海城市, 海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)域包括海滄區(qū)的馬鑾灣片區(qū)和翔安區(qū)的南部新城片區(qū), 總面積達(dá)35.4平方公里。在海綿城市試點(diǎn)區(qū)域外, 目前正開(kāi)展多項(xiàng)工作包括全市黑臭水體整治、島外九大溪流整治等, 這些項(xiàng)目均需要整合在廈門構(gòu)建城市“大海綿”的重大任務(wù)中, 反映出海綿城市建設(shè)作為一個(gè)大系統(tǒng)、大工程實(shí)施的復(fù)雜性。廈門的流域雖已開(kāi)展了系列環(huán)境治理工作, 但總體治理水平仍滯后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求, 而海綿城市建設(shè)不能一蹴而就, 是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期規(guī)劃與管理才得見(jiàn)總體成效的系統(tǒng)工程。隨著城市化進(jìn)程的高速推進(jìn), 廈門仍面臨著水環(huán)境容量質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的矛盾, 水環(huán)境問(wèn)題仍較突出。

基于廈門市水環(huán)境現(xiàn)狀以及海綿城市試點(diǎn)的基礎(chǔ), 本文提出城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整與建設(shè)途徑, 技術(shù)路線如圖3。通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析城市化進(jìn)程中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特征, 利用遙感影像數(shù)據(jù)獲取區(qū)域或流域景觀格局特征, 分析其演變規(guī)律, 結(jié)合水質(zhì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù), 分析和模擬水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化, 尤其是富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)和重金屬的時(shí)空分布特征。在實(shí)測(cè)研究的基礎(chǔ)上, 運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)方法、空間統(tǒng)計(jì)方法等進(jìn)行水環(huán)境特征與景觀格局特征分析, 并發(fā)現(xiàn)二者的內(nèi)在關(guān)聯(lián), 在可持續(xù)城市理論與景觀生態(tài)學(xué)格局與過(guò)程方法指導(dǎo)下, 構(gòu)建模型并優(yōu)化模擬, 運(yùn)用相適應(yīng)的模型設(shè)置模擬情景[27-28], 探討何種或哪幾種景觀格局能夠保護(hù)和促進(jìn)水環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康發(fā)展, 據(jù)此提出基于水環(huán)境響應(yīng)的城市規(guī)劃建議與措施。

圖3 水環(huán)境景觀格局調(diào)整技術(shù)路線圖

以廈門市完全城市化的筼筜湖流域、半城市化的馬鑾灣流域和正處于快速城市化階段的杏林灣流域作為研究區(qū)域, 數(shù)據(jù)來(lái)源于廈門市國(guó)土資源局編制的廈門市土地利用現(xiàn)狀圖, 空間分辨率30m的Landsat-TM遙感影像以及三大流域的實(shí)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)。提取流域尺度、50 m 緩沖區(qū)、200 m 緩沖區(qū)(圖4), 選取景觀水平的斑塊密度指數(shù)(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)3個(gè)景觀指數(shù)和平均高程(ELEV)、平均坡度(SLO)2個(gè)地形因子作為pH、Sal、Se、Chl、TN和TP這 6 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的解釋變量, 其中, 景觀指數(shù)通過(guò)Fragstats3.3計(jì)算獲得, 地形因子通過(guò)Arcgis9.3對(duì)廈門市DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行提取獲得。

通過(guò)Arcgis9.3的地理加權(quán)回歸(GWR)模塊對(duì)解釋變量和水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算。表1中, 局域回歸系數(shù)中位數(shù)絕對(duì)值越大, 說(shuō)明各變量與水質(zhì)指標(biāo)關(guān)聯(lián)性越強(qiáng); 系數(shù)正負(fù)值的變化, 表明變量對(duì)水質(zhì)影響存在空間差異。對(duì)三個(gè)流域GWR 模型調(diào)整判定系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明, 各變量與水質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系的強(qiáng)弱依賴于不同尺度范圍; 筼筜湖, 流域尺度上SHDI與水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性最強(qiáng), 在200 m 緩沖區(qū)尺度上pH 和TN 受景觀指數(shù)影響大, 表明城市景觀多樣性越大, 水環(huán)境質(zhì)量越差; 馬鑾灣, 流域尺度上PD 和SHDI與水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性最強(qiáng), 表明景觀斑塊與多樣性與水環(huán)境關(guān)系密切; 杏林灣, 流域尺度的SHDI 和200 m 緩沖區(qū)尺度的SLO 與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性較好, 200 m 緩沖區(qū)尺度的坡度、流域尺度的城市景觀類型多樣性對(duì)水環(huán)境影響較大[29]。研究結(jié)果驗(yàn)證了城市景觀格局對(duì)流域水環(huán)境質(zhì)量確會(huì)產(chǎn)生影響, 并且這種影響依賴于不同尺度范圍的變化[30-33];同時(shí), 水環(huán)境對(duì)城市化發(fā)展水平有不同響應(yīng), 相較于高城市化地區(qū), 低城市化地區(qū)的解釋變量和水質(zhì)指標(biāo)的空間變化關(guān)系更加多元化和復(fù)雜化[34]。

以總氮(TN)和總磷(TP)水質(zhì)指標(biāo)為分析對(duì)象, 2020年土地利用規(guī)劃和人口預(yù)測(cè)為基礎(chǔ), 探究流域內(nèi)污染物負(fù)荷的年際、月際變化規(guī)律, 通過(guò)區(qū)域污染物管理模型(ReNuMa)分別模擬3種情景, 即預(yù)留地為非城市建設(shè)用地、預(yù)留地為城市建設(shè)用地和僅有城市建設(shè)用地和水體情況下, 在水體污染物環(huán)境容量上限內(nèi)估算流域城市建設(shè)用地面積閾值。如圖5所示: 目前筼筜湖的污染物環(huán)境容量暫未達(dá)飽和, 未來(lái)筼筜湖流域內(nèi)的城市建設(shè)用地面積閾值約為1320 ha; 馬鑾灣污染物總量接近環(huán)境容量, 未來(lái)馬鑾灣流域內(nèi)的城市建設(shè)用地面積閾值約為5600 ha; 杏林灣污染物總量接近環(huán)境容量, 并呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì), 未來(lái)杏林灣流域內(nèi)的城市建設(shè)用地面積閾值約為4750 ha。

圖4 水環(huán)境響應(yīng)的尺度效應(yīng)[29]

表1 三大流域GWR模型局域回歸系數(shù)對(duì)比[29]

圖5 基于TP和TN年負(fù)荷的三大流域城市建設(shè)用地面積閾值[35]

廈門市的實(shí)證研究表明, 水環(huán)境對(duì)不同城市化發(fā)展水平、不同尺度范圍的景觀格局表現(xiàn)出不同的響應(yīng), 可見(jiàn)調(diào)整城市景觀格局、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)能成為改善城市水環(huán)境的重要舉措。為促使廈門市城市建設(shè)與水環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展, 應(yīng)對(duì)的策略有: 位于城區(qū)中心位置的筼筜湖流域應(yīng)在閾值范圍內(nèi)控制城市建設(shè)用地, 擴(kuò)大人工和自然植被斑塊, 在200 m 緩沖區(qū)內(nèi)設(shè)置如公園、濱水景觀帶及自然植被生態(tài)護(hù)岸等面積較大的綠地空間; 馬鑾灣流域位于工業(yè)制造業(yè)組團(tuán)區(qū)內(nèi), 需重視工業(yè)用地的設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)離水域, 并配置阻截、消解污染物污染的植被斑塊, 對(duì)海灣灘涂進(jìn)行生態(tài)修復(fù), 建設(shè)沿海濕地生態(tài)園; 杏林灣流域目前水環(huán)境狀況在三個(gè)流域中最不容樂(lè)觀, 建議放緩城市擴(kuò)張速度, 農(nóng)村用地向城市用地轉(zhuǎn)移的過(guò)程中, 保留部分耕地、園地等景觀緩沖帶, 擴(kuò)大以園博苑為主的城市綠地建設(shè), 提高流域的景觀多樣性; 對(duì)于廈門北部地區(qū)大面積綠地和農(nóng)業(yè)用地, 要繼續(xù)保育這樣的自然生態(tài)屏障與綠色過(guò)濾帶(圖6)。通過(guò)流域景觀格局的調(diào)整改善水生態(tài)環(huán)境, 可提高城市生產(chǎn)活力, 提升城市居住品質(zhì), 進(jìn)而推動(dòng)城市全方面的可持續(xù)發(fā)展與建設(shè)。

4 討論與展望

通過(guò)廈門市的案例研究, 論證了以水環(huán)境改善為切入點(diǎn)調(diào)整城市景觀格局, 從而促進(jìn)整個(gè)城市的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)的思路是可行的。城市建設(shè)包羅萬(wàn)象, 不是一種方案和模式就能完成的; 城市建設(shè)沒(méi)有統(tǒng)一的模式, 但存在開(kāi)展規(guī)劃建設(shè)的相似途徑, 從開(kāi)展景觀格局的調(diào)整以解決城市水環(huán)境問(wèn)題的城市建設(shè)不失為一種新途徑。

城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整建設(shè)與海綿城市建設(shè)具有理念遞進(jìn)的相輔相成的聯(lián)系。海綿城市建設(shè)的提出直接應(yīng)對(duì)“逢雨必澇、遇澇則癱、城里看?！钡某鞘杏旰閱?wèn)題, 而城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整建設(shè)源自于水環(huán)境系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)作、人類活動(dòng)以及自然子系統(tǒng)中的其他要素變化的全局響應(yīng), 盡管兩者理念都注重于城市建設(shè)與水環(huán)境系統(tǒng)的關(guān)系, 都能成為城市與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的具體生態(tài)建設(shè)途徑, 但“和而不同”(表2)。

在海綿城市建設(shè)試點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 對(duì)廈門市城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整與建設(shè)途徑的探討, 明確了水生態(tài)系統(tǒng)對(duì)城市經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展帶來(lái)景觀格局變化的響應(yīng)機(jī)制, 通過(guò)保護(hù)和提升水環(huán)境 “倒逼”能夠形成可持續(xù)城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)模式、人居環(huán)境體系和生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度體系, 從而解決城市水環(huán)境問(wèn)題并促進(jìn)可持續(xù)城市建設(shè)。在新型城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略背景下,如何將生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展目標(biāo)整合到城市規(guī)劃與城市建設(shè)中, 如何實(shí)現(xiàn)城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展, 不僅是生態(tài)學(xué)家的問(wèn)題, 也為社會(huì)學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家提出了新的課題。

圖6 基于水環(huán)境改善的廈門城市景觀調(diào)整與規(guī)劃示意圖

表2 與海綿城市的比較

城市建設(shè)過(guò)程中城市規(guī)劃設(shè)計(jì)和可持續(xù)發(fā)展是兩個(gè)并行的活動(dòng)[38], 現(xiàn)今的城市生態(tài)規(guī)劃與建設(shè)已普遍應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)的理論與方法以滿足城市建設(shè)與持續(xù)發(fā)展的雙向訴求。從景觀生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)看, 城市是受人類活動(dòng)強(qiáng)烈干擾下形成的各種景觀斑塊的混合鑲嵌體[39], 人類的一切活動(dòng)均發(fā)生在這些景觀類型上。城市流域因?yàn)樗w的存在使得不同類型景觀斑塊之間的聯(lián)系變得更為緊密, 水環(huán)境系統(tǒng)與景觀格局在城市化進(jìn)程中的耦合關(guān)系, 使景觀格局對(duì)水環(huán)境系統(tǒng)有明顯空間、時(shí)間的影響, 流域水體也對(duì)不同尺度、不同類型的景觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同響應(yīng)[40-41]。就目前研究現(xiàn)狀, 景觀指數(shù)被廣泛應(yīng)用于景觀空間格局表達(dá)與分析, 但尚少見(jiàn)基于城市水文過(guò)程的景觀格局指數(shù), 盡管少量學(xué)者做了嘗試, 如Li[42]等建立新的景觀指數(shù)指標(biāo)SHLI, 但這些指標(biāo)局限于養(yǎng)分、水土流失過(guò)程, 景觀格局指數(shù)與實(shí)際的城市水環(huán)境過(guò)程的聯(lián)系依然不足。目前國(guó)內(nèi)外城市景觀格局水環(huán)境響應(yīng)研究方法以空間分析和統(tǒng)計(jì)方法為主[43-44], 基于土地利用的水質(zhì)污染模型也是近年來(lái)發(fā)展較快的技術(shù)手段[45, 47], 城市景觀格局的水環(huán)境機(jī)制模型有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。城市流域基于水質(zhì)改善的景觀規(guī)劃和調(diào)控方案往往是土地利用總體規(guī)劃和景觀變量等要素的系統(tǒng)集成[25, 49], 城市用地規(guī)劃、景觀格局調(diào)控、雨洪管理等在建設(shè)施工和設(shè)計(jì)管理等方面仍有待進(jìn)一步探索。

繼續(xù)深入研究城市景觀-水環(huán)境響應(yīng)機(jī)制, 提出科學(xué)合理的基于水環(huán)境保護(hù)的城市景觀格局調(diào)整與空間優(yōu)化模式, 進(jìn)而協(xié)調(diào)城市建設(shè)與水生態(tài)安全和水環(huán)境健康的關(guān)系迫在眉睫。未來(lái)開(kāi)展的工作可立足于完善水環(huán)境的城市景觀規(guī)劃和城市空間優(yōu)化, 加強(qiáng)流域和城市尺度的控制性用地規(guī)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 以“城市水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警-流域景觀調(diào)整-城市景觀調(diào)整”為思路, 權(quán)衡流域空間局部與城市整體景觀格局的兼容性, 探討在尺度轉(zhuǎn)換下的景觀格局調(diào)整方法, 形成大尺度上的城市景觀調(diào)整為頂層設(shè)計(jì)、小尺度流域范圍為關(guān)鍵位點(diǎn), 城市整體大系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的信息互通與反饋的城市景觀格局動(dòng)態(tài)調(diào)整模式。

[1] FIRMAN T. Land conversion and urban development in the northern region of West Java, Indonesia[J]. Urban Studies, 1997, 34(7): 1027–1046.

[2] 王少劍, 方創(chuàng)琳, 王洋. 京津冀地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合關(guān)系定量測(cè)度[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(7): 2244– 2254.

[3] 陳明星. 城市化領(lǐng)域的研究進(jìn)展和科學(xué)問(wèn)題[J]. 地理研究, 2015, 34(4): 614–630.

[4] 黃碩, 郭青海. 城市景觀格局演變的水環(huán)境效應(yīng)研究綜述[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(12): 3142–3150.

[5] 李偉峰, 歐陽(yáng)志云. 城市生態(tài)系統(tǒng)的格局和過(guò)程[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2007, 16(2): 672–679.

[6] 周慧平, 朱曉東. 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)城市水資源管理的系統(tǒng)途徑[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2005, 19(6): 78–82.

[7] 崔衛(wèi)華. 水環(huán)境與城市可持續(xù)發(fā)展[J]. 城市, 2003, 3: 14–17.

[8] 孟偉, 范俊韜, 張遠(yuǎn). 流域水生態(tài)系統(tǒng)健康與生態(tài)文明建設(shè)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2015, 28(10): 1495–1500.

[9] 國(guó)務(wù)院辦公廳. 關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)(國(guó)辦發(fā)[2015]75號(hào))[R]. 2015.

[10] BECK NG, CONLEY G, KANNER L, et al. An urban runoff model designed to inform stormwater management decisions [J]. Journal of Environmental Management, 2017, 193: 257–269.

[11] COUTTS AM, TRAPPER NJ, BERINGER J, et al. Watering our cities: The capacity for water sensitive urban design to support urban cooling and improve human thermal comfort in the Australian context[J]. Progress in Physical Geography, 2013, 37(2): 3–28.

[12] 吳丹潔, 詹圣澤, 李友華. 中國(guó)特色海綿城市的新興趨勢(shì)與實(shí)踐研究[J]. 城鎮(zhèn)化與區(qū)域發(fā)展, 2016, 1: 79–97.

[13] 住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部. 海綿城市建設(shè)指南: 低影響開(kāi)發(fā)系統(tǒng)(試行)[R]. 2014.

[14] 張建云, 王銀堂, 胡慶芳, 等. 海綿城市建設(shè)有關(guān)問(wèn)題討論[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2016, 27(6): 793–799.

[15] 譚術(shù)魁, 張南. 中國(guó)海綿城市建設(shè)現(xiàn)狀評(píng)估——以中國(guó)16個(gè)海綿城市為例[J]. 城市問(wèn)題, 2016, 6: 98–103.

[16] 李大龍, 賈紹鳳, 呂愛(ài)鋒, 朱文彬. 中國(guó)城市LID技術(shù)設(shè)施的成本效益區(qū)域差異[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2017, 11: 1402–1412.

[17] 孫思雨. 淺談海綿城市發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 環(huán)球人文地理, 2016, 18: 201.

[18] 車伍, 趙楊, 李俊奇, 王文亮, 王建龍, 王思思, 宮永偉. 海綿城市建設(shè)指南解讀之基本概念與綜合目標(biāo)[J]. 中國(guó)給水排水, 2015, 31(8): 1–5.

[19] 周文, 戴忱, 陳凌, 等. 海綿城市規(guī)劃建設(shè)中的生態(tài)要素研究與應(yīng)用探討[C]//2016國(guó)際城市低影響開(kāi)發(fā)(LID)學(xué)術(shù)大會(huì), 北京: 清華大學(xué), 2016.

[20] 俞孔堅(jiān), 李迪華, 袁弘, 等. “海綿城市”理論與實(shí)踐[J]. 城市規(guī)劃, 2015, 39(6): 26–36.

[21] 張旺, 龐靖鵬. 海綿城市建設(shè)應(yīng)作為新時(shí)期城市治水的重要內(nèi)容[J]. 水利發(fā)展研究, 2014, 14(9): 5–7.

[22] 車伍, 張偉. 海綿城市建設(shè)若干問(wèn)題的理性思考[J]. 給水排水, 2016, 42(11): 1–5.

[23] 顏文濤, 周勤, 葉林. 城市土地使用規(guī)劃與水環(huán)境效應(yīng): 研究綜述[J]. 重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 3: 35–41.

[24] 謝祥財(cái), 詹衛(wèi)華, 劉英, 等. 城市水環(huán)境與城市景觀統(tǒng)籌規(guī)劃方法探討——以山東武城為例[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2010, 3(4): 118–122.

[25] 戴瑩, 陳磊, 沈珍瑤. 城市景觀的水環(huán)境響應(yīng)及景觀調(diào)控研究綜述[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 52(6): 696–704.

[26] TANG L, YIN K, ZHAO J. City Profile: Xiamen Cities[J]. 2013, 31: 615–624.

[27] LEWIS DM, ELLIOTT JA, LAMBERT MF, et al. The simulation of an Australian reservoir using a phytoplankton community model : PROTECH[J]. Ecological Modelling, 2002, 150: 107–116.

[28] SCHEUERELL MD, SCHINDLER DE, LITT AH, et al. Environmental and algal forcing of Daphnia production dynamics[J]. Limnology & Oceanography, 2002, 47(5): 1477–1485.

[29] 黃碩. 流域水環(huán)境對(duì)城市景觀格局變化的響應(yīng)及多尺度模擬[D]. 廈門: 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所, 2014: 38.

[30] GUO Q, MA K, YANG L, et al. Testing a dynamic complex hypothesis in the analysis of land use impact on lake water quality[J]. Water Resource Manage-ment, 2010, 4: 1313–1332.

[31] STROHSCHON R, WIETHOFF K, BAIER K, et al. Land use and water quality in Guangzhou, China: A survey of ecological and social vulnerability in Four Urban Units of the rapidly developing megacity[J]. International Journal of Environmental Research, 2013, 7(2): 343–358.

[32] FOLEY JA, DEFRIES R, ASNER GP, et al. Global consequences of land use [J]. Science, 2005, 309: 570–574.

[33] GRIMM NB, FAETH SH, GOLUBIEWSKI NE, et al. Global change and the ecology of cities[J]. Science, 2008, 19: 756–760.

[34] SUN Y, GUO Q, LIU J, et al. Scale Effects on Spatially Varying Relationships Between Urban Landscape Patterns and Water Quality[J]. Environmental Management , 2014, 54: 272–287.

[35] 何志超, 黃碩, 郭青海, 等. 基于流域水環(huán)境響應(yīng)的城市建設(shè)用地面積閾值模擬[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 27(8): 2587–2597.

[36] 仇保興. 海綿城市(LID)的內(nèi)涵、途徑與展望[J]. 建設(shè)科技, 2015, 1: 1–7.

[37] 俞孔堅(jiān). 構(gòu)建美麗中國(guó)的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施[J]. 中國(guó)水利報(bào)現(xiàn)代水利周刊, 2015-01-15(5).

[38] AGUDELO-VERA C M, MELS A R, KEESMAN K J, et al. Resource management as a key factor for sustainable urban planning [J]. Journal of Environmental Management, 2011, 92(10): 2295.

[39] GODRON M, FORMAN RTT. Landscape modification and changing ecological characteristics[J]. Ecological Studies, 1983, 44: 12–28.

[40] 郭躍東, 何巖, 鄧偉. 洮兒河中下游流域景觀格局的形成及水環(huán)境效應(yīng)分析[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2003, 17(6): 32– 35.

[41] 岳雋, 王仰麟, 李貴才, 等. 基于水環(huán)境保護(hù)的流域景觀格局優(yōu)化理念初探[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2007, 26(3): 38–46.

[42] LI J, ZHOU Z. Coupled analysis on landscape pattern and hydrological processes in Yanhe watershed of China[J]. Science of the Total Environment, 2015, 505: 927–938.

[43] LIU Y, LONG H, LI T. Land use transitions and their effects on water environment in Huang-Huai-Hai Plain, China[J]. Land Use Policy, 2015, 47(47): 293–301.

[44] 郭玉靜, 王妍, 劉云根, 等. 普者黑巖溶湖泊濕地湖濱帶景觀格局演變對(duì)水質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2018, 38(5): 1711–1721.

[45] HER Y, JEONG J, AMOLD J, et al . A new framework for modeling decentralized low impact developments using Soil and Water Assessment Tool[J]. Environmental Modelling & Software, 2017, 96: 305–322. 

[46] JACKSON FL, FRYER RJ, HANNAH DM, et al. Can spatial statistical river temperature models be transferred between catchments?[J]. Hydrology and Earth System Sciences, 2017, 21: 4727–4745.

[47] TANAKA MO, SOUZA AL, MOSCHINI LE, et al. Influence of watershed land use and riparian characteristics on biological indicators of stream water quality in southeastern Brazil[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment. 2016, 216: 333–339.

[48] 睢晉玲, 劉淼, 李春林, 等. 海綿城市規(guī)劃及景觀生態(tài)學(xué)啟示—— 以盤錦市遼東灣新區(qū)為例[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 28(3): 975–982.

Study on the regulation and construction of urban landscape pattern for water environment in Xiamen

CHEN Xiji1, 2, GUO Qinghai1, *, HUANG Shuo3, YANG Yifu5, SUN Yanwei4, XIAO Lishan1

1. Key Lab of Urban Environment and Health, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 3. Fuzhou Research Academy of Environmental Sciences, Fuzhou 350011, China 4. Xiamen Urban Planning & Design Institute, Xiamen 361012, China 5. Geography & Spatial Information Techniques Department of Ningbo University, Ningbo 315211, China

Urban is a complex ecosystem composed of several relatively independent subsystems. The urban sustainable development and construction depend on the harmonious relationship among the subsystems of nature, society and economy. However, with the advance of cities, urban areas are threatened by aquatic ecosystem destruction and water environment deterioration at varying degrees. There is an urgent need to provide a comprehensive countermeasure. Based on the discussion and comparison of sponge city, this study proposes an approach to build sustainable city by regulating urban landscape patterns to promote healthy development of water environment, which based on the theory and method of sustainable development and landscape ecology. The new approach that water environment sustainable development is operated to implement of urban sustainability from subsystem scale to whole city scale. This study verified this approach from a case study in Xiamen. We studied the spatial relationships between landscape metrics and water quality indicators, then predicted the water environment effects caused by the change of urban landscape patterns in the future which aimed at improving water environment of the urban watershed by regulating land use in Xiamen City. Our study indicates that the regulation of landscape patterns is a key method to solving prominent water environmental problems and contributing to sustainable development of the whole city. Furthermore, the study puts forward prospects on urban water environment and landscape pattern regulation in the future.

urbanization; water environment; sustainable city; sponge city; landscape pattern

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.06.013

X22

A

1008-8873(2018)06-097-09

2017-11-03;

2017-12-12

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFC0505803); 福建省自然科學(xué)基金(2015J01177 ); 中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程青年人才領(lǐng)域前沿項(xiàng)目(IUEQN201302)

陳希冀(1992—), 女, 福建福州人, 碩士研究生, 主要從事城市流域景觀和可持續(xù)發(fā)展研究, E-mail:xjchen@iue.ac.cn

郭青海, 男, 博士, 副研究員, 主要從事城市景觀生態(tài)和城市可持續(xù)發(fā)展等研究, E-mail: qhguo@ iue.ac.cn

陳希冀, 郭青海, 黃碩,等. 廈門城市水環(huán)境景觀格局調(diào)整與建設(shè)探討[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(6): 97-105.

CHEN Xiji, GUO Qinghai, HUANG Shuo, et al. Study on the regulation and construction of urban landscape pattern for water environment in Xiamen[J]. Ecological Science, 2018, 37(6): 97-105.