王志芳,程可欣

北京大學(xué)建筑與景觀設(shè)計(jì)學(xué)院, 北京 100871

近年來(lái),針對(duì)我國(guó)城市化進(jìn)程中水資源匱乏、內(nèi)澇災(zāi)害、徑流污染等日益頻發(fā)的水生態(tài)問(wèn)題,在國(guó)外各類(lèi)雨洪管理體系的影響下[1],“海綿城市”理念應(yīng)運(yùn)而生[2],力求探索能夠適應(yīng)環(huán)境變化與自然災(zāi)害的城市建設(shè)策略。然而國(guó)內(nèi)以適應(yīng)性景觀為基礎(chǔ)的“海綿城市”,在探析與實(shí)踐中過(guò)于注重對(duì)于具體措施與技術(shù)的引入,對(duì)本質(zhì)的雨洪生態(tài)過(guò)程缺乏宏觀性、整體性的探究。黃碩和郭青海[3]在綜述城市水環(huán)境效益時(shí),也明確提出生態(tài)過(guò)程與洪澇的關(guān)系鮮少受到重視?；诖?引入將生態(tài)過(guò)程與景觀空間格局相結(jié)合的“源-匯”景觀理論,探究在具有動(dòng)態(tài)性的雨洪過(guò)程中,不同景觀用地類(lèi)型是如何隨不同降雨時(shí)間在“源”“匯”之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的？本文以北運(yùn)河流域?yàn)槔?找尋北京城區(qū)洪澇的內(nèi)因,為城市洪澇災(zāi)害的防治規(guī)劃提供指導(dǎo)意義。

“源-匯”景觀理論是景觀生態(tài)學(xué)中的一項(xiàng)基本理論,“源”景觀是指能促進(jìn)生態(tài)過(guò)程發(fā)展的景觀單元,“匯”景觀是那些能阻止延緩生態(tài)過(guò)程發(fā)展的景觀單元[4]。目前該理論在大尺度下的生物多樣性保護(hù)、城市熱島效應(yīng)、土壤侵蝕、農(nóng)業(yè)污染等非點(diǎn)源污染控制等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊[5-11],其中常有研究將雨洪徑流過(guò)程作為非點(diǎn)源污染的載體,但具有典型“源-匯”特征的洪澇過(guò)程本身尚未與“源-匯”景觀理論相結(jié)合。此外在“源”“匯”景觀的判別方法上,很多研究中“源”景觀與“匯”景觀大多憑借主觀經(jīng)驗(yàn)而定義,直接將景觀用地類(lèi)型簡(jiǎn)單劃分為“源”與“匯”兩類(lèi),從而進(jìn)行后續(xù)研究與測(cè)算,例如景觀格局指數(shù)的定量判定[12-14]。初始“源-匯”景觀的判別對(duì)后續(xù)結(jié)果有巨大影響,卻少有學(xué)者從環(huán)境空間的異質(zhì)性角度研究“源-匯”景觀的特性[15]。但已有學(xué)者開(kāi)始日趨強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)性與相對(duì)性特征[16-17],這也正是雨洪過(guò)程所急需的。

對(duì)于雨洪過(guò)程的相關(guān)研究,已有學(xué)者開(kāi)始從概念上強(qiáng)調(diào)水系統(tǒng)所具備的變化性與不確定性[18-20]。國(guó)外多集中于洪水彈性評(píng)價(jià)上,建立多項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系[21-23],但此種方法強(qiáng)調(diào)的是景觀單元因子疊加的垂直過(guò)程,忽視了對(duì)景觀水平過(guò)程的分析。因此,本文借助能夠?qū)崿F(xiàn)生態(tài)過(guò)程模擬的最小累計(jì)阻力模型能夠?qū)⒋蟪叨瓤臻g下的主要環(huán)境因子與降雨的徑流過(guò)程進(jìn)行結(jié)合,以此探究雨洪過(guò)程及不同用地類(lèi)型“源-匯”景觀隨著時(shí)間與空間的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程。

1 研究區(qū)域概況

北運(yùn)河是流經(jīng)北京及天津東郊的一條河流,為京杭大運(yùn)河的北段[24]。其源于北京市昌平區(qū)及海淀區(qū)一帶,后向南流入通州區(qū),流經(jīng)河北,在天津市匯入海河。北運(yùn)河對(duì)北京城市防洪除澇安全具有重要地位,北京市城區(qū)澇水通過(guò)通惠河、涼水河、清河和壩河等城區(qū)排澇河道匯入北運(yùn)河下泄[25],北運(yùn)河流域是京城五大流域中至關(guān)重要的一部分,其覆蓋北京東西城、朝陽(yáng)、海淀、昌平范圍及順義、通州、大興、豐臺(tái)、石景山等局部范圍,核心城市建設(shè)多集中于此區(qū)域內(nèi),為更好地分析城區(qū)范圍內(nèi)洪澇問(wèn)題,選取其作為模擬與探究對(duì)象。

2 研究方法

2.1 “源”景觀與“匯”景觀

根據(jù)源匯理論可知,在雨洪過(guò)程中,“源”景觀是促進(jìn)徑流過(guò)程的景觀單元,“匯”景觀是阻礙徑流過(guò)程的景觀單元。常規(guī)認(rèn)知中,通常是將居住用地、公建用地、道路用地、工業(yè)與設(shè)施用地等建設(shè)用地劃分為“源”景觀,城市綠地、林用地、農(nóng)用地、荒地等非建設(shè)用地劃分為“匯”景觀,在本文中則力求通過(guò)外部的環(huán)境景觀因子綜合考量,以反應(yīng)各景觀單元的異質(zhì)性(表1),則可進(jìn)一步確定促進(jìn)與阻礙雨洪過(guò)程的環(huán)境景觀因子,求得雨洪徑流動(dòng)力與地表景觀阻力的值。為反應(yīng)雨洪過(guò)程中“源-匯”景觀時(shí)空間的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化,有以下定義：如果北運(yùn)河流域內(nèi)的某一景觀單元在某一時(shí)刻(某一降雨條件下)雨洪徑流動(dòng)力值>地表景觀阻力值, 即“源”值>“匯”值,這一景觀單元在這一時(shí)刻定義為“源”景觀；如果流域內(nèi)的某一點(diǎn)在某一時(shí)刻(某一降雨強(qiáng)度下)雨洪徑流動(dòng)力值<地表景觀阻力值,即“源”值<“匯”值, 這一點(diǎn)在這一時(shí)刻則定義為“匯” 景觀。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

本次研究所需的數(shù)據(jù)類(lèi)型包括：①地形：北京DEM數(shù)據(jù),來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)的GDEMV2 30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品,同時(shí)生成坡度slope數(shù)據(jù)；②土壤：來(lái)源于北京市國(guó)土局。③植被：北運(yùn)河流域范圍內(nèi)近十五年來(lái)的遙感影像圖片,來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云的Landsat 7/Landsat 8衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品,利用遙感圖像處理軟件進(jìn)行解譯,得到NDVI值。④氣象：多年平均降雨量分布量矢量數(shù)據(jù)來(lái)源于北京市國(guó)土局；⑤土地利用：來(lái)源于北京市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院的2014年數(shù)據(jù),將土地利用類(lèi)型劃分為居住用地、公建用地、道路用地、工業(yè)與設(shè)施用地、城市綠地、林用地、農(nóng)用地、荒地八大類(lèi),用以后續(xù)驗(yàn)證與比對(duì)工作。

表1 “源-匯”景觀判別對(duì)比

2.3 基于最小累積阻力模型的“源-匯”景觀空間演變2.3.1 最小累積阻力模型

最小累積阻力模型(minimal cumulative resistance,MCR)是耗費(fèi)距離模型的衍生應(yīng)用,最初用來(lái)反映物種從源到目的地運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所需耗費(fèi)的最小代價(jià)[26],后被廣泛應(yīng)用于生態(tài)領(lǐng)域,如物種保護(hù)、生態(tài)空間識(shí)別、景觀格局分析等[27-29]。該模型考慮源、空間距離和阻力基面3方面因素,一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(1)

式中,MCR 為最小累積阻力值,Dij表示物種從源j到景觀單元i的空間距離；Ri表示景觀單元i對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的阻力系數(shù)；min表示被評(píng)價(jià)的景觀斑塊對(duì)于不同的源取累積阻力最小值；f函數(shù)是未知的,表示最小累積阻力與生態(tài)過(guò)程的正相關(guān)關(guān)系。該模型可通過(guò)ArcGIS軟件中的成本距離模塊實(shí)現(xiàn)。

最小累計(jì)阻力模型雖起源于物種擴(kuò)散過(guò)程的研究,但并不局限于特定具體的生態(tài)過(guò)程[30]。對(duì)于北運(yùn)河流域在降雨條件下發(fā)生的雨洪徑流過(guò)程,在景觀層面上可看作是由降雨最初到達(dá)地面時(shí)所產(chǎn)生的初始徑流“源”遷移并擴(kuò)張到全流域范圍最終至北運(yùn)河所需克服景觀阻力做功的過(guò)程。同時(shí),也可看作是雨洪徑流動(dòng)力與地表景觀阻力相博弈的過(guò)程。雨洪徑流過(guò)程將受到促進(jìn)與阻礙徑流過(guò)程的各景觀因子作用,由此所形成的阻力面可反映雨水徑流的水平空間運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

2.3.2提取初始徑流

徑流是在降雨之后,經(jīng)過(guò)土壤下滲、植物截留、大氣蒸發(fā)等物理過(guò)程后,流經(jīng)流域地面形成的水流。因此,在雨洪過(guò)程中,最初產(chǎn)生徑流的“源”即應(yīng)是最初到達(dá)地面的降雨,且物理過(guò)程中損耗最小的部分,即初始“源”存在于降雨量大、高程高、植被覆蓋少、土壤下滲率低的地區(qū)。鑒于此,本文利用ArcGIS軟件中的相關(guān)工具,對(duì)北運(yùn)河流域內(nèi)所有景觀單元的降雨、高程、植被、土壤等四項(xiàng)因子的柵格離散值進(jìn)行1、3、5、7、9五個(gè)等級(jí)的劃分賦值,構(gòu)建地理因子疊加的垂直過(guò)程(表2),得到容易成為初始徑流的空間數(shù)值分布圖,依據(jù)分類(lèi)的最大值提取初始徑流作為源數(shù)據(jù),使其占比低于所有土地類(lèi)型徑流系數(shù)的最小值(0.1—0.2)即可。

表2 初始徑流因子指標(biāo)與賦值

2.3.3徑流過(guò)程的景觀因子指標(biāo)選取

北運(yùn)河流域的雨水徑流過(guò)程中,影響其過(guò)程的環(huán)境景觀因素復(fù)雜多樣,主要包括地形地貌、土壤、植被、氣象、水文等多方面,它們通過(guò)其大小不同的作用力影響著雨洪徑流過(guò)程。本文在相關(guān)文獻(xiàn)的參考下,依據(jù)對(duì)徑流過(guò)程的影響程度,選取了6個(gè)關(guān)鍵的景觀因子指標(biāo),分別為相對(duì)高程、坡度、降雨侵蝕力、植被覆蓋度、地表粗糙度、土壤抗蝕性。各因子指標(biāo)及說(shuō)明見(jiàn)表3。

其中,降雨侵蝕力、相對(duì)高程、坡度對(duì)徑流過(guò)程有促進(jìn)作用,即為景觀阻力面構(gòu)建中的負(fù)向因子,也可用以衡量雨洪徑流動(dòng)力；相反,植被覆蓋度、地表粗糙度、土壤抗蝕性則會(huì)延緩徑流過(guò)程,為景觀阻力面的正向因子,用以衡量地表景觀阻力,當(dāng)促進(jìn)作用大于阻礙作用時(shí),即“源”作用明顯,反之則“匯”作用明顯。

表3 影響雨洪徑流過(guò)程的景觀因子指標(biāo)

2.3.4不同降雨時(shí)間條件下的景觀阻力面及“源-匯”景觀空間演變

依據(jù)對(duì)雨洪徑流過(guò)程的作用方向,將上述各因子的柵格離散值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)上的線(xiàn)性歸一化,然后同時(shí)賦予各因子的阻力系數(shù)。阻力系數(shù)值的設(shè)定是相對(duì)的,只要能夠相對(duì)地反映不同阻力因子間的差異性就可以用來(lái)進(jìn)行成本距離的計(jì)算[35-36]。本文設(shè)定1為最小阻力系數(shù),100為最大阻力系數(shù),構(gòu)建景觀因子阻力評(píng)分表,具體系數(shù)結(jié)合具體因子的變化規(guī)律而設(shè)定,見(jiàn)表4。同時(shí)利用專(zhuān)家打分法賦予上述各因子的不同權(quán)重,借助最小累積阻力模型分別進(jìn)行正向因子與負(fù)向因子的空間疊加,以此得到綜合影響北運(yùn)河流域徑流過(guò)程的景觀阻力面,并通過(guò)成本距離工具可獲得流域范圍內(nèi)代表雨洪徑流動(dòng)力的“源”值空間分布MCR源與代表地表景觀阻力的“匯”值空間分布MCR匯,將兩者進(jìn)行差值運(yùn)算,MCR源-MCR匯>0的景觀單元,則為“源”景觀；MCR源-MCR匯<0的景觀單元,則為“匯”景觀,由此可判別空間上的“源-匯”景觀變化。

表4 景觀因子阻力評(píng)分表

在上述過(guò)程中,相對(duì)高程、坡度、地表粗糙度、植被覆蓋度、土壤抗蝕性均為恒定值或平均值,只有降雨侵蝕力會(huì)隨著不同降雨時(shí)間降雨量估算值的變化而變化。因此,計(jì)算不同降雨時(shí)間下的降雨侵蝕力帶入模型中,即可得到“源-匯”景觀空間演變與降雨時(shí)間的關(guān)系。本文中選取降雨重現(xiàn)期P=2、5、10、20、50、100的6種不同降雨強(qiáng)度,用以探討“源-匯”景觀的動(dòng)態(tài)性及演變趨勢(shì)。

2.4 與現(xiàn)有土地利用圖及城市洪澇積水點(diǎn)分布圖疊加分析

為解決城市洪澇問(wèn)題,本文重點(diǎn)在于研究“源”景觀的變化趨勢(shì),即在某一降雨強(qiáng)度下易發(fā)生徑流與洪澇災(zāi)害的景觀單元。在得到不同降雨重現(xiàn)期的“源-匯”景觀分布圖后,從“源”景觀單元中提取現(xiàn)有土地利用的各用地類(lèi)型,從而對(duì)各景觀類(lèi)型的“源”景觀占比進(jìn)行分析。同時(shí),可將“源”景觀單元與網(wǎng)絡(luò)上的北京暴雨積水點(diǎn)分布圖加以疊加,用以驗(yàn)證數(shù)據(jù)及模擬結(jié)果的正確性。

3 結(jié)果與分析

3.1 初始徑流分布

圖1 初始徑流空間分布Fig.1 Spatial distribution of initial runoff

依據(jù)ArcGIS中地理因子疊加的垂直過(guò)程分析與柵格直方圖的分類(lèi),得到最大值分類(lèi)中作為初始徑流的景觀單元,數(shù)值約占總數(shù)的1%。得到初始徑流的空間分布如圖1,其中白色區(qū)域?yàn)槌跏紡搅?即北運(yùn)河流域中,最先形成徑流的區(qū)域集中于北側(cè)的蟒山山地以及北五環(huán)西北側(cè)的百望山及陽(yáng)臺(tái)山山地,均屬于降雨量大且山體海拔較高的地帶。根據(jù)地理形勢(shì)可以判斷,北運(yùn)河流域中雨水徑流幾乎是由北向南,由西向東的過(guò)程。其中,百望山與陽(yáng)臺(tái)山山地離北五環(huán)城區(qū)距離較近,向城區(qū)擴(kuò)散徑流的風(fēng)險(xiǎn)更大,且因植被與土壤性質(zhì)等自然因素,無(wú)法及時(shí)截留與下滲,易成為山體徑流的源頭,造成北京城區(qū)內(nèi)澇加重。

3.2 雨洪“源-匯”景觀時(shí)間演變探究

3.2.1不同降雨時(shí)間下各景觀用地類(lèi)型“源”景觀比例動(dòng)態(tài)變化

根據(jù)模擬及表5統(tǒng)計(jì)的“源”景觀動(dòng)態(tài)變化可知,所有景觀類(lèi)型“源”景觀的比例,均隨著降雨重現(xiàn)期的增加而增大：城市綠地用地由0.21%升至52.19%,在P=20的時(shí)候,有20%以上的綠地是會(huì)產(chǎn)生徑流的“源”景觀；荒地由0.58%升至52.72%；林用地則由2.8%升至88.37%,在5年一遇的重現(xiàn)期中即上升至10%,之后隨降雨強(qiáng)度變大而出現(xiàn)陡增趨勢(shì),P=10時(shí)達(dá)到50%；居住用地由1.28%增至60.56%；公建用地由2.55%增至75.30%,為所有建設(shè)用地中漲幅最大；農(nóng)用地漲幅較緩,由0.14%漲至24.49%,P≤10以前,“源”景觀占比不及3%；道路用地由1.13%升至67.49%；可以判斷,綠地用地、居住用地、建筑用地等景觀類(lèi)型在重現(xiàn)期小于5年的情況下,自身消納雨水的功能良好,基本不超過(guò)5%。

表5 各景觀類(lèi)型“源”景觀比例動(dòng)態(tài)變化

依據(jù)圖2所示,在重現(xiàn)期在5年一遇一下時(shí),“源”轉(zhuǎn)化率不高。超過(guò)5年以后,“源-匯”景觀轉(zhuǎn)化趨勢(shì)明顯升高,由3.79%上升到17.67%,重現(xiàn)期P=20時(shí),升至35.7%。在50年一遇的降雨強(qiáng)度時(shí),二者幾乎達(dá)到相同比例,當(dāng)100一年一遇的暴雨強(qiáng)度下,易形成洪澇的景觀單元數(shù)量超過(guò)消納雨水的景觀單元。

圖2 不同降雨重現(xiàn)期下(P)“源-匯”景觀單元?jiǎng)討B(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of ‘source-sink’ landscape type under different return periods

3.2.2不同降雨時(shí)間下各景觀用地類(lèi)型“源-匯”景觀演變?cè)蛱骄?/p>

圖3 不同降雨重現(xiàn)期下(P)各景觀類(lèi)型“源”景觀比例變化 Fig.3 ‘Source’ landscape proportional variation of landscape types under different return periods

由圖3可以更加直觀清晰判斷各景觀類(lèi)型之間“源”景觀比例的比較,以及強(qiáng)降雨強(qiáng)度下各景觀類(lèi)型之間的變化趨勢(shì)。當(dāng)降雨重現(xiàn)期P=2或P=5時(shí),除林地小幅增多外,各景觀類(lèi)型的“源”景觀增加不大,同時(shí)隨著降雨強(qiáng)度增強(qiáng),林用地逐漸大幅拉開(kāi)與其他用地的“源”景觀比例,林地在北運(yùn)河流域內(nèi)幾乎分布于丘陵地區(qū),基本可以判斷：降雨強(qiáng)度越強(qiáng)的情況下,山體徑流越強(qiáng)烈,尤其針對(duì)北方地區(qū)的喬灌木植被類(lèi)型,植被覆蓋的截留作用難以減緩徑流過(guò)程。重現(xiàn)期P>5時(shí),公建用地成為“源”景觀占比第二的景觀類(lèi)型,是由于商業(yè)、行政辦公等公建用地中常有體量大、密度高的建筑群,不利于徑流的消解；道路用地則為占比第三多的“源”景觀,道路的植被覆蓋度低,因此北京城市路面需要合理的排水系統(tǒng)消納與收集。居住用地及工業(yè)與設(shè)施用地則占比相當(dāng),比其他建設(shè)用地略低,這是由于居住用地中所要求的綠化率指標(biāo),使得小區(qū)綠地起到一定的阻礙徑流作用,而工業(yè)及設(shè)施用地建筑占地密度相對(duì)較小。建設(shè)用地的變化趨勢(shì)比較類(lèi)似,P≤10的降雨條件下,有小幅度的“匯”景觀轉(zhuǎn)化為“源”景觀,隨著降雨強(qiáng)度的增大,“源”景觀比例上升變快,至50年一遇或100年一遇的降雨強(qiáng)度下保持緩升狀態(tài)。城市綠地的“源”景觀占比較低,但其變化幅度與工業(yè)用地相比,也幾乎有同趨勢(shì)的上漲,因此綠地在強(qiáng)降雨條件下的消納雨水能力有待進(jìn)一步的觀察與實(shí)驗(yàn),荒地則因雜草截留作用較大與綠地變化相差無(wú)幾。相反總體而言,農(nóng)用地則成為暴雨強(qiáng)度下消解能力最強(qiáng)的景觀類(lèi)型,得益于西北側(cè)與靠近北運(yùn)河周邊南側(cè)農(nóng)田的合理布局。

3.3 雨洪“源-匯”景觀空間演變探究

對(duì)比圖4中北運(yùn)河流域不同降雨條件下的“源-匯”景觀空間分布,小降雨強(qiáng)度下,重現(xiàn)期P=2時(shí),“源”景觀幾乎仍集中于初始徑流的地域。P=5時(shí),北側(cè)的林地“源”景觀小幅度增多,且西五環(huán)西側(cè)的石景山區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)“源”景觀,此處在多次北京暴雨中有嚴(yán)重積水；當(dāng)降雨強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí),“源”景觀明顯增多：P=10時(shí),流域西側(cè)與北側(cè)的林用地均成為“源”景觀單元,同時(shí)中心城區(qū)由西向東蔓延至二環(huán)以?xún)?nèi),隨后當(dāng)P=20時(shí),北四環(huán)西北側(cè)的西二旗及回龍觀附近有明顯的“源”景觀出現(xiàn),而南邊也開(kāi)始有從二環(huán)蔓延至南三環(huán)與南四環(huán)的趨勢(shì)；P=50和P=100的暴雨強(qiáng)度下,“源”景觀擴(kuò)張幅度逐漸減弱,差別已不太明顯,但在50年一遇的降雨強(qiáng)度下,四環(huán)以?xún)?nèi)基本都成為“源”景觀,且在北京城東西軸線(xiàn)上,由西向東全部擴(kuò)散開(kāi)來(lái),而四五環(huán)之間的南側(cè)與西北角則有可以匯聚積水的“匯”景觀單元,得益于五環(huán)周邊曾為阻止城市擴(kuò)張所建設(shè)的楔形綠地,其能消納部分雨水。中心城區(qū)五環(huán)外以北的“源”景觀較南邊更多,且更為分散,這是由于海淀區(qū)人口密集,城市擴(kuò)張趨勢(shì)更明顯,五環(huán)外以南目前仍幾乎是少有人活動(dòng)的農(nóng)用地。但從北側(cè)大量的“源”景觀(幾乎為居住用地與設(shè)施用地)看來(lái),功能配置不合理的城市建設(shè)也是不可取的。觀察其隨降雨強(qiáng)度變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)徑流過(guò)程大體上以由西向東、由北向南的趨勢(shì)擴(kuò)散,且多為山體徑流。

圖4 不同降雨重現(xiàn)期下(P)“源-匯”景觀空間分布Fig.4 Spatial distribution of ‘source-sink’ landscapes under different rainfall return periods

3.4 模擬格局與現(xiàn)有暴雨積水點(diǎn)驗(yàn)證

在北京2012年“7·21”暴雨、2014年“7·16”暴雨中,比對(duì)多張中心城區(qū)暴雨積水點(diǎn)的分布圖,得到以下與模擬過(guò)程相一致的驗(yàn)證：①均體現(xiàn)出了城區(qū)內(nèi)澇積水點(diǎn)西多東少、北多南少的特征；②易在暴雨期產(chǎn)生嚴(yán)重積水的地方也基本為最初的“源”景觀分布,如五環(huán)西側(cè)的石景山區(qū)及五環(huán)北側(cè)的西二旗及回龍觀片區(qū)；②京城東西主軸線(xiàn)上常分布著有諸多的積水點(diǎn),與“源”景觀分布相符；④在周邊容易積水的情況下,南四環(huán)至南五環(huán)的南側(cè)鮮少有積水?？芍沫h(huán)以外的區(qū)域模擬結(jié)果基本準(zhǔn)確。

同時(shí),模擬結(jié)果也有與實(shí)際相差較多的部分,是由于此模型為自然降雨排水情況下的模擬過(guò)程,沒(méi)有考慮任何人為干預(yù)因素。相差最大的區(qū)域?yàn)槎h(huán)以?xún)?nèi)：模擬中,在中強(qiáng)度降雨條件下,二環(huán)以?xún)?nèi)幾乎全部為“源”景觀,但在暴雨積水分布圖中鮮少有積水點(diǎn),可看出老城區(qū)的排水與防洪系統(tǒng)布局規(guī)劃良好,可成為之后深入探尋洪澇解決辦法時(shí)的有利參考。

4 結(jié)論與討論

本文創(chuàng)造性地將“源-匯”景觀理論用于雨洪徑流過(guò)程中,利用最小累積阻力模型模擬北運(yùn)河流域中不同降雨時(shí)間下的“源-匯”景觀空間演變,為探尋城市洪澇過(guò)程的“源-匯”景觀動(dòng)態(tài)變化提供了一種定量化的分析方法與識(shí)別模式?，F(xiàn)有結(jié)論如下：

1)北運(yùn)河流域中,作為初始“源”且最先形成徑流的區(qū)域集中于蟒山山地以及百望山及陽(yáng)臺(tái)山山地,均屬于降雨量大且山體海拔較高的地帶,且因植被與土壤性質(zhì)等自然因素,無(wú)法及時(shí)截留與下滲,易成為山體徑流的源頭,造成北京城區(qū)內(nèi)澇加重。

2)北運(yùn)河流域中,大部分景觀類(lèi)型在小于5年一遇的降雨強(qiáng)度下,有良好的消納能力,當(dāng)降雨強(qiáng)度大于5年一遇時(shí),徑流明顯增多,重點(diǎn)地區(qū)需要重點(diǎn)防患。林用地是“源”景觀占比最高的景觀類(lèi)型,降雨強(qiáng)度強(qiáng)的情況下,植被覆蓋的截留作用難以減緩徑流過(guò)程,應(yīng)加強(qiáng)林地周邊防護(hù)；北京城市路面也需要合理的排水系統(tǒng)干預(yù)；綠地在強(qiáng)降雨條件下的消納雨水能力有待進(jìn)一步的觀察與實(shí)驗(yàn)；合理布局的農(nóng)用地則成為暴雨強(qiáng)度下消解能力最強(qiáng)的景觀類(lèi)型。自然排水條件下,產(chǎn)生徑流的景觀類(lèi)型難易程度排序?yàn)椋毫值?道路>公共建筑用地>工業(yè)及設(shè)施用地>居住用地>荒地>綠地>農(nóng)田；

3)北京城區(qū)內(nèi)澇積水點(diǎn)體現(xiàn)出西多東少、北多南少的特征,徑流過(guò)程隨降雨強(qiáng)度的增大,以由西向東、由北向南的趨勢(shì)擴(kuò)散。自然排水條件下的模擬結(jié)果經(jīng)驗(yàn)證,以目前實(shí)際中的暴雨積水點(diǎn)的吻合度較高。

依據(jù)現(xiàn)有的結(jié)果與結(jié)論,北京城內(nèi)洪澇災(zāi)害的成因不僅僅源于降雨強(qiáng)度大,有很大的成分可能來(lái)源于北運(yùn)河流域北側(cè)與西側(cè)的山體徑流,是否能夠通過(guò)更多合理的手段與對(duì)策解決高山林地的徑流問(wèn)題,以及加強(qiáng)內(nèi)澇嚴(yán)重地方的排水與蓄水問(wèn)題,將是后續(xù)亟需展開(kāi)研究的課題。

另外要強(qiáng)調(diào)的是,本文存在一定的局限性：一方面,本次雨洪過(guò)程模擬完全基于自然排水條件下,對(duì)于城區(qū)核心范圍內(nèi)的洪澇變化過(guò)程幾乎不可實(shí)現(xiàn),從而影響了量化數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。城市中雨水匯集排放會(huì)有明確的匯水分區(qū),在后續(xù)研究中,應(yīng)當(dāng)結(jié)合城市管網(wǎng)數(shù)據(jù)以及SWMM工具,將城市排水系統(tǒng)納入模擬的一部分,能使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更真實(shí)有效,并進(jìn)一步結(jié)合匯水分區(qū)來(lái)探討不同區(qū)域的雨洪特征；另一方面,對(duì)于構(gòu)建景觀阻力面時(shí),環(huán)境因子的選擇以及專(zhuān)家打分法賦值富有一定的主觀性,各因子間存在不同的權(quán)重影響,從而影響到阻力賦值,并對(duì)最終的格局狀態(tài)產(chǎn)生影響[37],因此在后續(xù)研究中因?qū)σ蜃拥倪x擇、賦值的權(quán)重等所產(chǎn)生的“源-匯”景觀格局影響進(jìn)行延伸拓展分析。