張 昶,王 成,*,孫睿霖,金佳莉,唐賽男

1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所, 北京 100091 2 國(guó)家林業(yè)局林木培育培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100091 3 國(guó)家林業(yè)和草原局城市森林研究中心, 北京 100091

河岸帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)和河流生態(tài)系統(tǒng)的交界區(qū)[1-3],呈現(xiàn)水-灘-陸的結(jié)構(gòu)特征,并在一定空間寬度范圍表現(xiàn)出生態(tài)與視覺(jué)景觀相互作用的綜合狀態(tài),這種綜合狀態(tài)表現(xiàn)為融合了水體、植物、灘涂、岸線等的復(fù)合特征,可將其界定為河岸帶風(fēng)貌,其受到多種生態(tài)與社會(huì)因素綜合影響與調(diào)控。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn),城鎮(zhèn)化地區(qū)河流成為建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、城市生產(chǎn)生活污染的首要威脅對(duì)象之一,河岸帶的形態(tài)結(jié)構(gòu)與原有自然河流產(chǎn)生了較大差異,更普遍面臨著較為嚴(yán)重的生態(tài)與景觀功能衰減問(wèn)題,河岸帶風(fēng)貌退化嚴(yán)重,急需對(duì)其狀態(tài)展開(kāi)評(píng)價(jià)研究與調(diào)控建設(shè)[4- 8]。目前許多關(guān)于河岸帶的研究,河流生態(tài)學(xué)將河流作為區(qū)域生態(tài)廊道,其生態(tài)功能及調(diào)控寬度的研究已形成較為成熟的理論體系[9-14]；河流景觀學(xué)將河流作為城市景觀廊道[15-17],其視覺(jué)形態(tài)及建設(shè)寬度問(wèn)題也得到了較多的研究,但這些研究：(1)并未能體現(xiàn)出河岸帶生態(tài)功能寬度與視覺(jué)景觀建設(shè)寬度的一致協(xié)調(diào)性,造成了生態(tài)學(xué)理論難以落實(shí)到建設(shè)實(shí)踐中,(2)探討的對(duì)象大部分為處于集約型大城市的大型河流,對(duì)于處于全域型城鎮(zhèn)化影響下小尺度河溪的關(guān)注極度缺少,但該地區(qū)河溪自我修復(fù)能力與景觀影響能力相對(duì)較弱,干擾更易造成水系生態(tài)與景觀的全面破壞,并且全域型城鎮(zhèn)化條件下河溪在較小河岸空間范疇內(nèi)更集中反映出各種生態(tài)與社會(huì)因素的突出矛盾,其河岸帶風(fēng)貌有著更多的非自然差異與復(fù)雜表現(xiàn)形態(tài),需要系統(tǒng)而綜合的解析與研究。針對(duì)上述問(wèn)題,本文嘗試解決：(1)從生態(tài)與景觀雙重角度,應(yīng)如何構(gòu)建全面反映狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)體系,并以此為基礎(chǔ)探討河岸帶風(fēng)貌優(yōu)化對(duì)策,解決河岸帶生態(tài)功能同視覺(jué)景觀研究與建設(shè)寬度的一致性問(wèn)題；(2)針對(duì)小尺度河溪研究缺口,以晉江市河溪為例展開(kāi)研究,探討應(yīng)提出具體的河岸帶風(fēng)貌恢復(fù)與建設(shè)措施,以更好地指導(dǎo)實(shí)踐,為其他研究提供指導(dǎo)與參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與研究對(duì)象

晉江市位于福建省東南沿海,泉州市東南部,晉江下游南岸,是在沒(méi)有大城市影響、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)全面開(kāi)花、就地實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),城鎮(zhèn)建設(shè)用地比重高達(dá)64%,是我多東南沿海全域型城鎮(zhèn)化的典型代表。其市域河網(wǎng)密度大、河道淺窄、源近而流短,城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、農(nóng)田、工廠等各類(lèi)景觀交錯(cuò)分布于河流沿線(圖1),河流景觀已經(jīng)發(fā)生了全流域的整體性變化[18]。本研究選定12條主要河溪作為研究對(duì)象,其分布于晉江市域內(nèi)各方向,沿線涉及各種不同類(lèi)型的土地利用。

圖1 研究區(qū)域河溪沿線現(xiàn)狀Fig.1 Current situation of stream riparian in study area

1.2 研究范圍與研究河段

范圍界定：河岸帶風(fēng)貌是生態(tài)與視覺(jué)景觀綜合狀態(tài)的表征,基于這一綜合特性,立足晉江河溪的特點(diǎn),參考現(xiàn)有從生態(tài)、景觀、地文等角度劃定河岸帶寬度的研究成果,耦合并取能夠包含各特征的最大范圍,將研究范圍定于10倍河寬[19](圖2),即max{生態(tài)控制寬度(30 m[20]、65 m[20]、150 m[21]),地形水文基礎(chǔ)寬度(25 m[22]、10倍河寬、歷史最大洪水線[23]、水土保持線[24]),視覺(jué)影響寬度(第一層視線輪廓的水平距離[25])}=10倍河寬,經(jīng)過(guò)實(shí)地校正確認(rèn)該范圍完全能夠包含從河灘開(kāi)始向兩岸延展的連續(xù)性植物群落的最遠(yuǎn)邊界。

河段調(diào)查：河段的確定首先利用GIS技術(shù)手段,依據(jù)最新高清衛(wèi)星遙感資料進(jìn)行差異分辨,并根據(jù)河流形態(tài)(河槽寬度變化10 m以上)、土地利用(主要用地類(lèi)型由農(nóng)用地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地,或反之)和植被的代表性原則[26],每條河流劃均分為連續(xù)性的差異河段,再依據(jù)實(shí)際情況與現(xiàn)場(chǎng)可達(dá)性,選擇一個(gè)樣點(diǎn)作為該河段的代表,現(xiàn)場(chǎng)用GPS對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的定位記錄并開(kāi)展詳細(xì)調(diào)查,12條河流共設(shè)置120個(gè)河段調(diào)查點(diǎn)(圖2)。

圖2 研究范圍用地現(xiàn)狀及調(diào)查樣點(diǎn)示意圖Fig.2 Land use of study area and the distribution of samples

1.3 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

河岸帶風(fēng)貌融合了水體、空間形態(tài)、植物、用地、岸線等復(fù)合特征,對(duì)其狀態(tài)的研究應(yīng)立足科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)體系,依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的代表性、可操作性、可比性等原則,結(jié)合實(shí)地調(diào)查與專(zhuān)家意見(jiàn)[27],以水-灘-陸所包含的水體特征(A1)、植被特征(A2)、灘涂特征(A3)、岸線特征(A4)4個(gè)層次作為評(píng)價(jià)體系一級(jí)指標(biāo),再進(jìn)一步篩選各個(gè)特征的典型影響因子作為二級(jí)指標(biāo),其中水體特征層的二級(jí)指標(biāo)包括水體充盈度(B11)、水流速度(B12)、水面通透度(B13)3個(gè)因子；植被帶特征層的二級(jí)指標(biāo)包括植被帶寬度(B21)、植被帶高度(B22)、多樣性(B23)、鄉(xiāng)土性(B24)、植被帶結(jié)構(gòu)(B25)、植物區(qū)系(B26)、植被帶連續(xù)性(B27)、人為栽植植物比例(B28)8個(gè)因子；灘涂特征層的二級(jí)指標(biāo)包括淺灘保有率(B31)、灘涂寬度(B32)、自然灘涂保有度(B33)3個(gè)因子；岸線特征層的二級(jí)指標(biāo)包括視線阻視(B41)、河堤類(lèi)型(B42)、河堤高度(B43)、河堤綠化比例(B44)、濱河土地硬度[28](B45)、濱河河道硬度[28](B46)6個(gè)因子,以此構(gòu)建河岸帶風(fēng)貌綜合評(píng)價(jià)體系(圖3)。

圖3 河岸帶風(fēng)貌綜合評(píng)價(jià)體系Fig.3 Comprehensive assessment index system of riparian view

1.3.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定

本文在資料收集、現(xiàn)狀調(diào)研、國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比、專(zhuān)家咨詢(xún)等基礎(chǔ)上,結(jié)合晉江城鎮(zhèn)化地區(qū)河溪的特點(diǎn)及實(shí)際情況確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),具體見(jiàn)下表1,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用5級(jí)分值評(píng)分,分值越高表示河岸帶風(fēng)貌越接近地帶性原生自然河流的特征,狀態(tài)越好,分值越低,表示河岸帶風(fēng)貌受人為破壞程度更大,狀態(tài)越差。

表1 二級(jí)指標(biāo)評(píng)分值標(biāo)準(zhǔn)及其權(quán)重

1.3.3 評(píng)價(jià)模型的建立

(1)首先運(yùn)用AHP(Analytic Hierarchy Process)方法[37]進(jìn)行指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算,對(duì)二級(jí)指標(biāo)重要性做兩兩比較,構(gòu)建判斷矩陣,經(jīng)一致性檢驗(yàn)后得到各指標(biāo)的層次內(nèi)權(quán)重W1(表1),再分別與所處一級(jí)層次的權(quán)重(水體特征、灘涂特征、植被特征、岸線特征層次權(quán)重分別為0.11、0.42、0.24、0.23)求積,得到二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重W2(表1)；(2)其次將各二級(jí)指標(biāo)調(diào)查值或計(jì)算值,依據(jù)表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),獲得各二級(jí)指標(biāo)評(píng)分值(分值在0—4之間),Ni表示第i個(gè)二級(jí)指標(biāo)評(píng)分值；(3)對(duì)河溪河岸帶風(fēng)貌得分值進(jìn)行計(jì)算,用Ni與其綜合權(quán)重求積并加和所有二級(jí)指標(biāo)的該項(xiàng)求積值得到河岸帶風(fēng)貌得分值,用Ni與其層次內(nèi)權(quán)重求積并加和各特征所屬全部二級(jí)指標(biāo)的該項(xiàng)求積值得到該特征得分值；(4)對(duì)河岸帶風(fēng)貌進(jìn)行狀態(tài)等級(jí)劃分,依據(jù)得分值劃分為非常好、好、一般、較差、非常差5個(gè)狀態(tài)等級(jí)(表2)。

表2 狀態(tài)等級(jí)及狀態(tài)描述

2 結(jié)果與分析

2.1 晉江河溪河岸帶風(fēng)貌整體狀態(tài)評(píng)價(jià)

統(tǒng)計(jì)上述評(píng)價(jià)模型,對(duì)120個(gè)河段的取樣數(shù)據(jù)計(jì)算所有樣點(diǎn)的RV值,并按照上述5個(gè)等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)(圖4),結(jié)果表明,河岸帶風(fēng)貌值無(wú)3.2

圖4 晉江河溪河岸帶風(fēng)貌及其各特征綜合評(píng)價(jià)的得分值Fig.4 Stream riparian view and its characteristics value in Jinjiang by Comprehensive assessment

2.2 晉江河溪河岸帶風(fēng)貌各特征狀態(tài)評(píng)價(jià)

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)各二級(jí)指標(biāo)評(píng)分值0、1、2、3、4分別所占比例(圖5),并基于各項(xiàng)二級(jí)指標(biāo),分析水體、植物、灘涂、岸線特征。

圖5 二級(jí)指標(biāo)各評(píng)分值所占比例Fig.5 The percentage of different second-grade indexes score

淺灘保有率、灘涂寬度、自然灘涂保有度因子評(píng)分值為0的比例(分別為89.17%、50.83%、64.17%)顯著高于其他評(píng)分值比例,因此灘涂特征處于非常差狀態(tài)的河段比例達(dá)到了57.5%(69個(gè)河段),說(shuō)明目前晉江河溪在城鎮(zhèn)化背景下,對(duì)自然灘涂的破壞較重,灘涂基本被蠶食或擠占,自然特征基本消失。

岸線特征鮮有非常好狀態(tài)的河段,處于非常差狀態(tài)的比例為29.17%(35個(gè)河段),略高于較差22.5%(27個(gè)河段)、一般24.17%(29個(gè)河段)、較好23.33%(28個(gè)河段)狀態(tài),濱河土地硬度、河道硬度、視線阻隔因子評(píng)分值為0的比例(分別為40.83%、52.50%、63.33%)顯著高于其他評(píng)分值的比例,這與目前晉江總體約66%河岸修筑堤渠的實(shí)際情況相一致。

植被特征基本集中在較差、一般、較好的狀態(tài),其中較差為36.67%(44個(gè)河段)、一般為50%(60個(gè)河段)、較好為13.33%(16個(gè)河段),說(shuō)明晉江目前的河岸植被帶尚且存在一定的保留或建設(shè)基礎(chǔ),但同時(shí)植被帶高度因子評(píng)分明顯較低(評(píng)分值為0的比例51.67%高于其他評(píng)分值比例),說(shuō)明也存在極強(qiáng)的人為干擾,致使整體河流植物類(lèi)型由草本植物主導(dǎo)并伴隨大量入侵種類(lèi)。

水體特征(除水質(zhì))總體相對(duì)較好的河段數(shù)量比例為56.67%(68個(gè)河段),水量較為豐沛但水流速度因子評(píng)分值為4的比例低于其他評(píng)分值比例,河溪水體流動(dòng)性尚不能達(dá)到非常好的狀態(tài)。

3 討論

3.1 基于整體最優(yōu)的指標(biāo)優(yōu)化控制值

由前述分析可知,RV得分值不低于2.4,即處于一般狀態(tài)以上(較好與非常好)的河段數(shù)量比例共計(jì)3.33%,表征該3.33%的河段在不可避免的城鎮(zhèn)化背景下,所有風(fēng)貌特征因子集合而成的最佳狀態(tài)(某些單項(xiàng)因子可能并非最高值,但所有因子集合表現(xiàn)為共同的最佳狀態(tài)),這些河段雖同樣存在水體干涸或污染、植被帶破壞、灘涂消失、岸線渠化與建設(shè)用地侵蝕的現(xiàn)象,河溪沿岸原生風(fēng)貌受到了程度不等的影響以及破壞,但河溪沿岸原生風(fēng)貌或某些表征該河溪原生風(fēng)貌的元素或格局仍然有所保留,其各項(xiàng)特征因子的數(shù)值對(duì)于同區(qū)域其他河溪構(gòu)建整體性高風(fēng)貌值具有重要參考價(jià)值,能夠指導(dǎo)其優(yōu)化實(shí)踐工作,故對(duì)此3.33%的河段展開(kāi)進(jìn)一步研究,直接統(tǒng)計(jì)該狀態(tài)下各項(xiàng)風(fēng)貌影響因子定性調(diào)查值或定量計(jì)算值的平均值,作為該指標(biāo)在整體最優(yōu)狀態(tài)下的指標(biāo)優(yōu)化控制值(表3)。

表3 整體最優(yōu)與各項(xiàng)因子最優(yōu)狀態(tài)下的指標(biāo)優(yōu)化控制值

由表3知,要實(shí)現(xiàn)晉江地區(qū)河溪河岸帶風(fēng)貌整體最優(yōu)的狀態(tài),各項(xiàng)影響因子的調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)為：

(1)從水體特征方面,常水面至少占河道65%,水流速度0.3m/s左右,水面被覆蓋的面積比例低于3%；(2)從植被特征方面,植被帶寬度至少3.86m,高度至少10.22m,多樣性不低于1.03,鄉(xiāng)土植物比例不少于66%且植物區(qū)系廣義熱帶成分不低于88%,至少保證喬木層存在,且植被群落最多破碎分割為兩個(gè)斑塊,人為用途而引入外來(lái)植物比例不超過(guò)71%；(3)從灘涂特征方面,整條河流23%的岸線存在天然淺灘,灘涂寬度至少在2.33m,灘涂植被覆蓋率至少為29%；(4)從岸線特征方面,建筑高度不超過(guò)其到水體距離的5.68倍,沿線渠化河段不超過(guò)56%,且堤渠化河段中至少18%的堤渠化岸線保證有效綠化,同時(shí),河堤地面部分不高于1.25m并至少保證為混泥土柵格植被的立面處理方式,最后沿線工礦及居民建設(shè)用地比例不高于54%。

若實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)的指標(biāo)優(yōu)化控制值,按照前述RV評(píng)價(jià)模型進(jìn)行計(jì)算,晉江河溪河岸帶風(fēng)貌得分值(120個(gè)研究河段的平均值)將由原有的1.59提升至1.96,能夠使河岸帶風(fēng)貌從較差的現(xiàn)狀提高到一般水平。

3.2 基于各項(xiàng)影響因子最優(yōu)的指標(biāo)優(yōu)化控制值

進(jìn)一步對(duì)本次研究樣地河岸帶風(fēng)貌值的各項(xiàng)影響因子進(jìn)行分析與討論,影響因子的最優(yōu)值能夠表征出在城鎮(zhèn)化影響存在的條件下,該地區(qū)河溪河岸帶風(fēng)貌的最佳狀態(tài),最大程度地體現(xiàn)水體充盈清澈且具有流動(dòng)性、岸線蜿蜒自然、植被多樣茂密且分布合理、灘涂深淺交錯(cuò)的理想自然特征,因此若以各項(xiàng)影響因子的最佳值作為建設(shè)與調(diào)控的標(biāo)準(zhǔn),理論上能夠使河溪達(dá)到河岸帶風(fēng)貌的最高等級(jí),統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)影響因子的調(diào)查或計(jì)算值的最優(yōu)值作為該指標(biāo)的優(yōu)化控制值,(表4),其調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)如下。

(1)從水體特征方面,常水面充實(shí)河道,水流速度0.6m/s左右,無(wú)水面覆蓋物；(2)從植被特征方面,植被帶寬度至少32m,高度至少34.84m,多樣性不低于3.47,鄉(xiāng)土植物比例不少于98%且植物區(qū)系廣義熱帶成分不低于100%,保證喬灌草的結(jié)構(gòu)完整存在,且植被群落為連續(xù)斑塊,人為用途而引入外來(lái)植物比例不超過(guò)10%；(3)從灘涂特征方面,整條河流80%的岸線存在天然淺灘,灘涂寬度至少在32m,灘涂植被覆蓋率100%；(4)從岸線特征方面,建筑高度不超過(guò)其到水體距離的5倍,河流不渠化且工礦及居民建設(shè)用地不擠占河岸帶。

若實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)影響因子最優(yōu)的指標(biāo)優(yōu)化控制值,按照前述RV評(píng)價(jià)模型進(jìn)行計(jì)算,晉江河溪河岸帶風(fēng)貌綜合得分RV值(120個(gè)研究河段的平均值)將由原有的1.59提升至3.85,能夠使河岸帶風(fēng)貌從較差的現(xiàn)狀提高到非常好的水平。

4 結(jié)論

(1)目前晉江河溪河岸帶風(fēng)貌整體情況并不樂(lè)觀,目前已不存在狀態(tài)非常好的河段。河岸帶風(fēng)貌RV綜合評(píng)價(jià)值模型計(jì)算可得,2.4

(2)灘涂特征處于非常差狀態(tài)的河段比例達(dá)到了57.5%,岸線特征鮮有非常好狀態(tài)的河段,處于非常差狀態(tài)的比例為29.17%,植被特征基本集中在較差、一般、較好的狀態(tài),其中較差為36.67%、一般為50%、較好為13.33%,水體特征(除水質(zhì))總體相對(duì)較好的河段數(shù)量比例為56.67%。

(3)淺灘保有率、灘涂寬度、自然灘涂保有度、濱河土地硬度、河道硬度、視線阻隔、植被帶高度因子的評(píng)分值相對(duì)最為不理想,評(píng)分值為0的比例分別達(dá)到了89.17%、50.83%、64.17%、40.83%、52.50%、63.33%、51.67%。說(shuō)明晉江河溪在城鎮(zhèn)化背景下,存在極強(qiáng)的人為干擾,自然灘涂與岸線基本被蠶食,河岸帶由草本植物主導(dǎo)豎向綠量相關(guān)較低。

(4)從整體最優(yōu)化與各項(xiàng)因子最優(yōu)化兩個(gè)角度,針對(duì)水體特征、植被特征、岸線特征、灘涂特征,分別提出河岸帶風(fēng)貌的20項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)化控制值,若實(shí)現(xiàn)這些標(biāo)準(zhǔn),RV值(120個(gè)研究河段的平均值)將由原有的1.59分別提升至1.96和3.85,即是說(shuō)能夠使河岸帶風(fēng)貌從較差的現(xiàn)狀提高到一般或非常好的水平。

本文主要以評(píng)價(jià)模型為手段,集中地對(duì)晉江河溪目前的河岸帶風(fēng)貌狀態(tài)進(jìn)行了研究,并在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化河岸帶風(fēng)貌的關(guān)鍵性建設(shè)指標(biāo)控制值,通過(guò)調(diào)整河溪植被、灘涂、水體、岸線特征的相關(guān)因子,能夠使河岸帶風(fēng)貌得到優(yōu)化,而進(jìn)一步結(jié)合考慮目前客觀建設(shè)條件,晉江河溪兩岸的用地類(lèi)型已經(jīng)固化,沿線建設(shè)用地的調(diào)整所需周期較長(zhǎng),且晉江河溪水體特征相關(guān)于大尺度流域的整體綜合治理,因此目前通過(guò)調(diào)控植被特征(B21—B28)與灘涂特征(C31—C33)可能是實(shí)現(xiàn)河岸帶風(fēng)貌優(yōu)化的最優(yōu)途徑,而具體可行與可操作的控制標(biāo)準(zhǔn)與建設(shè)策略,還需結(jié)合實(shí)際情況對(duì)不同河流進(jìn)行綜合探討與分析。同時(shí),本文著重現(xiàn)狀與未來(lái)優(yōu)化,還尚缺少對(duì)城鎮(zhèn)化與本地區(qū)河岸帶風(fēng)貌變化關(guān)聯(lián)性,即過(guò)去變化由來(lái)的研究,今后應(yīng)立足于此,進(jìn)一步分解至每條河流,充分分析每條不同的河溪城鎮(zhèn)化特點(diǎn)與其河岸帶風(fēng)貌特征之間的關(guān)聯(lián)性,并結(jié)合沿線土地利用、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等,綜合水體、岸線、植物、灘涂特征四個(gè)層面,探討更深層次的城鎮(zhèn)化地區(qū)河岸帶風(fēng)貌的影響機(jī)制。