何 尹 杰，張 占 錄*，朱 高 儒，吳 大 放，李 龍，劉 艷 艷

(1.中國(guó)人民大學(xué)公共管理學(xué)院，北京 100872;2.交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院，北京 100028;3.廣州大學(xué)地理科學(xué)與遙感學(xué)院,廣東 廣州 510006)

0 引言

推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、優(yōu)化國(guó)土空間格局是國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略和基本準(zhǔn)則。過去交通建設(shè)過程中由于過于重視經(jīng)濟(jì)效益，造成污染超標(biāo)排放、能源過度消耗、土地浪費(fèi)和物種割據(jù)等現(xiàn)象，導(dǎo)致大部分交通項(xiàng)目與環(huán)境、社會(huì)、生態(tài)關(guān)系不協(xié)調(diào)?；谏鷳B(tài)導(dǎo)向的交通國(guó)土空間承載力評(píng)價(jià)不僅是國(guó)家政策層面的響應(yīng)，也可為后續(xù)交通廊道的選線和優(yōu)化提供重要參考?！俺休d力”(carrying capacity)一詞源于希臘[1]，為物理學(xué)概念，后逐漸應(yīng)用于種群生態(tài)學(xué)研究，指在不會(huì)對(duì)區(qū)域造成損害的前提下，一個(gè)區(qū)域所能承受的種群數(shù)量極限[2]。關(guān)于交通國(guó)土空間承載力的研究，從宏觀城市群[3，4]到中觀單個(gè)城市[5，6]再到微觀片區(qū)[7]，涉及城市路網(wǎng)[8，9]、交通基礎(chǔ)設(shè)施[10]和城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展規(guī)模[6]等內(nèi)容；近年來研究對(duì)象逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F、輕軌和地鐵等軌道交通[11-14]，研究方法從定性靜態(tài)分析發(fā)展為動(dòng)態(tài)模擬與預(yù)測(cè)[15，16]，研究?jī)?nèi)容和研究重點(diǎn)趨向于多層次的復(fù)合[17-20]，這些進(jìn)步均有利于實(shí)現(xiàn)區(qū)域與交通設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)生態(tài)功能提升、保障環(huán)境質(zhì)量安全及各類資源的合理利用。生態(tài)導(dǎo)向下的承載力研究是交通國(guó)土空間開發(fā)判斷的首要依據(jù)[21]，交通和環(huán)境承載力之間高度協(xié)調(diào)有利于推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)[3]。目前，盡管不少有關(guān)承載力的研究將生態(tài)因素作為某項(xiàng)指標(biāo)納入評(píng)價(jià)體系(如生態(tài)重要性和生態(tài)脆弱性)，但少有全面考慮生態(tài)紅線、生態(tài)空間和保護(hù)物種棲息地等重要信息。鑒于此，在國(guó)土空間規(guī)劃背景下，本文以生態(tài)為導(dǎo)向確定四川省交通國(guó)土空間承載力等級(jí)，以期為緩解不同用途空間沖突、統(tǒng)籌安排空間格局和促進(jìn)空間管制優(yōu)化提供借鑒。

1 評(píng)價(jià)技術(shù)路線與指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 評(píng)價(jià)技術(shù)路線

咨詢交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院、四川省交通運(yùn)輸廳、四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院等專家意見并參考文獻(xiàn)[22-25]，確定評(píng)價(jià)技術(shù)路線(圖1)為：在自然資源現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，按照國(guó)家生態(tài)紅線方案及相關(guān)法律法規(guī)劃分生態(tài)禁止建設(shè)區(qū)和限制建設(shè)區(qū)；按功能型對(duì)國(guó)/省干線公路進(jìn)行等級(jí)劃分；根據(jù)交通建設(shè)特點(diǎn)，以生態(tài)優(yōu)先為導(dǎo)向進(jìn)行單要素和集成評(píng)價(jià)；綜合生態(tài)禁/限建區(qū)、國(guó)/省干線公路和交通建設(shè)集成評(píng)價(jià)，對(duì)交通國(guó)土空間承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1 交通國(guó)土空間承載力評(píng)價(jià)技術(shù)路線Fig.1 Technical route of evaluation on carrying capacity of national land space of transportation

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

以交通國(guó)土空間開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成最低影響為目標(biāo)，對(duì)四川省自然資源、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)等因素進(jìn)行深入分析后，根據(jù)交通建設(shè)的特點(diǎn)，參考“雙評(píng)價(jià)”指南的核心指標(biāo)[26]，結(jié)合“三區(qū)三線”和主體功能區(qū)規(guī)劃等相關(guān)成果[27]，構(gòu)建以生態(tài)為導(dǎo)向的四川省交通國(guó)土空間承載力評(píng)價(jià)體系(表1)。

表1 交通國(guó)土空間承載力評(píng)價(jià)體系Table 1 Evaluation system of carrying capacity of national land space of transportation

在交通建設(shè)中原則上應(yīng)避開生態(tài)禁止建設(shè)區(qū)，但現(xiàn)實(shí)中往往因該區(qū)域面積較大且集中連片，繞開需要巨大的經(jīng)濟(jì)成本，建設(shè)單位通常采取無害化穿(跨)越方式，盡量減少對(duì)生態(tài)的破壞，故生態(tài)禁建區(qū)承載力權(quán)重并非為0。通過專家打分和重點(diǎn)考慮交通國(guó)土空間開發(fā)可能對(duì)生態(tài)造成的不良影響，得出生態(tài)禁/限建區(qū)和國(guó)/省干線公路各指標(biāo)層權(quán)重(表1)。對(duì)于交通建設(shè)集成評(píng)價(jià)指標(biāo)層，根據(jù)指標(biāo)的重要程度，應(yīng)用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重。首先構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，將決策目標(biāo)分解成多個(gè)準(zhǔn)則層要素，再分解為多個(gè)備選方案(3個(gè)層次)；然后構(gòu)建判斷矩陣并通過一致性檢驗(yàn)，在準(zhǔn)則層要素基礎(chǔ)上判斷各備選方案之間的重要性；最后得出各備選方案對(duì)決策目標(biāo)的影響權(quán)重。將影響評(píng)價(jià)結(jié)果的土地利用類型、高程、坡度、地震風(fēng)險(xiǎn)、地質(zhì)災(zāi)害、保護(hù)物種棲息地、生態(tài)脆弱性、生態(tài)重要性、氣溫和降水10個(gè)指標(biāo)作為備選方案要素，對(duì)比兩要素間在交通建設(shè)適宜度和生態(tài)環(huán)境保護(hù)準(zhǔn)則下的重要程度，得到相關(guān)數(shù)據(jù)矩陣，確定各指標(biāo)權(quán)重(表1)。

1.3 三維魔方評(píng)價(jià)模型

三維魔方評(píng)價(jià)模型從3個(gè)不同維度構(gòu)建坐標(biāo)系，每個(gè)維度設(shè)定不同結(jié)點(diǎn)構(gòu)成三維空間的N階魔方，形成N3種模式組合，該模型能直觀呈現(xiàn)評(píng)價(jià)因子層的主導(dǎo)功能位序。本文以生態(tài)禁/限建區(qū)、交通建設(shè)集成評(píng)價(jià)和國(guó)/省干線公路為軸構(gòu)建三維魔方模型，模型中生態(tài)禁/限建區(qū)和交通建設(shè)集成評(píng)價(jià)均考慮到交通國(guó)土空間開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，體現(xiàn)以生態(tài)為導(dǎo)向。最終利用式(1)計(jì)算得到交通國(guó)土空間承載力，并將其分為高(5級(jí))、較高(4級(jí))、中度(3級(jí))、低(2級(jí))和極低(1級(jí))5個(gè)等級(jí)。其中，5級(jí)(高交通國(guó)土空間承載力土地)適合規(guī)模開發(fā)，1級(jí)(極低交通國(guó)土空間承載力土地)應(yīng)進(jìn)行開發(fā)管制和保護(hù)，其余等級(jí)則結(jié)合研究區(qū)國(guó)土空間實(shí)際利用情況，按照從高到低的等級(jí)順序進(jìn)行交通開發(fā)[28，29]。

(1)

式中：S為交通國(guó)土空間承載力；Wi為第i(i=1,2,…，m)個(gè)因子的權(quán)重；Xk、Wk分別為第k(k=1,2,…，n)個(gè)單要素評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

四川省地處我國(guó)西南內(nèi)陸(97°21′～108°33′E，26°03′～34°19′N)，屬于第一階梯向第二階梯的過渡地帶，山地、高原、盆地、平原、丘陵共存(山地和高原占全省面積的75%)，地勢(shì)西高東低，海拔范圍為186～7 148 m，多數(shù)山頂海拔高于4 000 m，地勢(shì)切割強(qiáng)烈。四川是全球34個(gè)生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)之一，是我國(guó)重要的物種庫和基因庫，也是全國(guó)第二大林區(qū)(西南林區(qū))的主要組成部分；全省天然草原集中連片分布在甘孜、阿壩和涼山州，面積約163 300 km2，屬全國(guó)五大牧區(qū)之一，生態(tài)功能十分重要。但隨著人口增加和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，四川省交通道路里程數(shù)和范圍急劇擴(kuò)大，其面臨著生態(tài)功能退化、水源涵養(yǎng)功能紊亂、生物多樣性破壞、生態(tài)景觀破碎化嚴(yán)重等問題。

四川省土地利用類型、高程(DEM)、地震風(fēng)險(xiǎn)、地質(zhì)災(zāi)害、氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.resdc.cn/Default.aspx)；交通道路數(shù)據(jù)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心(http://www.ngcc.cn/ngcc/)，以上數(shù)據(jù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為2015年，其中土地利用類型、地質(zhì)災(zāi)害、交通道路數(shù)據(jù)在原有基礎(chǔ)上通過遙感等技術(shù)更新至2019年；四川省生態(tài)保護(hù)紅線、重要水源保護(hù)地和保護(hù)物種棲息地等數(shù)據(jù)由交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院提供。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)禁/限建區(qū)

四川省生態(tài)禁/限建區(qū)包括國(guó)家公園、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園、濕地公園、自然遺產(chǎn)地、水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、飲用水水源保護(hù)區(qū)和生態(tài)保護(hù)紅線。其中，一級(jí)禁建區(qū)為“自然保護(hù)區(qū)和飲用水水源保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)”，面積為39 348.10 km2，占全省面積的8.09%，其余為二級(jí)禁建區(qū)，面積為13 938.73 km2，占全省面積的2.87%；生態(tài)限建區(qū)面積為148 464.80 km2，占全省面積的30.54%(圖2)。

圖2 四川省生態(tài)禁/限建區(qū)分布Fig.2 Layout of ecological construction-forbidden/restriction zones in Sichuan Province

3.2 國(guó)/省干線公路

2019年四川省綜合交通路網(wǎng)突破34.7萬km，其中公路總里程達(dá)33.2萬km(圖3)。規(guī)劃公路總里程4.1萬km，建成和在建里程超過1萬km，等級(jí)以外的公路總里程達(dá)28.6萬km，以上均位列全國(guó)第一；高速公路建成里程達(dá)7 238 km，位居西部第一、全國(guó)第三。

圖3 四川省國(guó)/省干線公路Fig.3 Distribution of national and provincial highway in Sichuan Province

3.3 交通建設(shè)集成評(píng)價(jià)

(1)土地利用類型評(píng)價(jià)。土地利用數(shù)據(jù)采用中國(guó)土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)，一級(jí)分類為耕地(旱地)、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6種。土地利用類型決定交通建設(shè)的方式和可行度，不同用地類型的交通建設(shè)承載力不同，基于生態(tài)導(dǎo)向?qū)⑼恋乩妙愋偷慕煌ńㄔO(shè)承載力劃分為5個(gè)等級(jí)(表2)：建設(shè)用地和未利用地適宜交通建設(shè)，二者的交通建設(shè)承載力等級(jí)最高(5級(jí))；耕地(旱地)資源較適宜于交通建設(shè)，等級(jí)為4；草地處于坡度較陡或地勢(shì)較高地區(qū)，且多位于生態(tài)限建區(qū)，等級(jí)為3；林地多位于坡度較陡或地勢(shì)較高地區(qū)，且其交通建設(shè)難度大于草地，等級(jí)為2；在水域開展交通建設(shè)較難，同時(shí)應(yīng)避免污染水環(huán)境，故其等級(jí)最低，為1。評(píng)價(jià)等級(jí)可視化如圖4a所示。

表2 交通建設(shè)集成評(píng)價(jià)分級(jí)Table 2 Classification in integrated evaluation of transportation construction

圖4 交通建設(shè)集成評(píng)價(jià)中各指標(biāo)分級(jí)Fig.4 Indicator classification of integrated evaluation of transportation construction

(2)高程和坡度評(píng)價(jià)。復(fù)雜的地形地貌是影響四川省交通建設(shè)的重要因子之一[22]。利用高程數(shù)據(jù)(DEM)生成坡度數(shù)據(jù)，高程越高或坡度越陡，越不適宜交通建設(shè)，交通建設(shè)承載力等級(jí)越低；反之等級(jí)越高。利用自然斷點(diǎn)法將四川省高程和坡度劃分為5個(gè)等級(jí)(表2)，評(píng)價(jià)等級(jí)可視化如圖4b、圖4c所示。

(3)地震風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)。四川省是地震和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)，地震和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越高的區(qū)域，越不適宜交通建設(shè)(表2)。四川地震活動(dòng)斷層分布廣、危險(xiǎn)性高，通過對(duì)斷裂帶做緩沖區(qū)分析，劃分為距離斷裂帶<10 km、10～20 km、20～30 km、30～40 km、≥40 km 5個(gè)等級(jí)；四川地質(zhì)災(zāi)害類型主要有泥石流、滑坡、崩塌、地面塌陷等，地質(zhì)災(zāi)害可劃分為高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)、略高危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、相對(duì)安全區(qū)5個(gè)等級(jí)。地震風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)等級(jí)可視化如圖4d、圖4e所示。

(4)保護(hù)物種棲息地評(píng)價(jià)。交通建設(shè)會(huì)破壞動(dòng)物自然棲息、生長(zhǎng)和繁殖的活動(dòng)場(chǎng)所，造成動(dòng)物活動(dòng)領(lǐng)域隔斷，故交通用地選址應(yīng)充分考慮物種棲息地的保護(hù)，盡量避免傷害到野生動(dòng)物。四川物種資源豐富，是世界珍貴物種的基因庫之一，有大熊貓、云豹、雪豹、金絲猴、山鷓鴣等重要物種棲息地，面積達(dá)311 882.51 km2，占全省總面積的64.15%。棲息地中珍貴物種種類越多，交通建設(shè)承載力等級(jí)越低，珍貴物種種類為0、1、2、3～4和≥5種的區(qū)域分別對(duì)應(yīng)等級(jí)5至等級(jí)1，評(píng)價(jià)等級(jí)可視化如圖4f所示。

(5)生態(tài)重要性和生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)。生態(tài)重要性是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)其區(qū)域可持續(xù)發(fā)展作用的重要性，一般從水源涵養(yǎng)和生態(tài)產(chǎn)品提供等角度評(píng)價(jià)。本文在《四川省主體功能區(qū)規(guī)劃》生態(tài)重要性評(píng)價(jià)成果基礎(chǔ)上，對(duì)交通建設(shè)承載力等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，生態(tài)越重要的區(qū)域，越不適宜交通建設(shè)，等級(jí)越低，從低到高劃分為1～5級(jí)(表2、圖4g)。生態(tài)脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)在特定時(shí)空尺度對(duì)外界干擾所具有的反應(yīng)和自我恢復(fù)能力，一般從水土流失、沙漠化、石漠化和鹽漬化等角度評(píng)價(jià)。本文在《四川省主體功能區(qū)規(guī)劃》生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)成果基礎(chǔ)上，對(duì)交通建設(shè)承載力等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，生態(tài)越脆弱的區(qū)域，越不適宜交通建設(shè)，等級(jí)越低，從低到高劃分為1～5級(jí)(表2、圖4h)。

(6)氣溫和降水評(píng)價(jià)。氣候變化會(huì)誘發(fā)交通事故(尤其對(duì)于山區(qū)道路)，降水量較少會(huì)導(dǎo)致空氣干燥、空氣污染和灰塵增大，生態(tài)導(dǎo)向下交通建設(shè)承載力低，直接影響交通建設(shè)承載力的高低。四川位于亞熱帶區(qū)域，年均氣溫適宜，年降水量為800～1 200 mm，較適宜道路修建。將年均氣溫15.66～22.51 ℃、年降水量1 044.72～1 252.47 mm的區(qū)域評(píng)價(jià)等級(jí)設(shè)為最高(5級(jí))，其余等級(jí)劃分結(jié)果見表2，氣溫評(píng)價(jià)等級(jí)可視化如圖4i所示，降水評(píng)價(jià)等級(jí)圖略。

3.4 交通國(guó)土空間承載力評(píng)價(jià)

利用三維魔方評(píng)價(jià)模型將上述評(píng)價(jià)結(jié)果在ArcGIS軟件上進(jìn)行圖層疊加，得到基于生態(tài)導(dǎo)向的交通國(guó)土空間承載力評(píng)價(jià)結(jié)果(圖5)。

圖5 交通國(guó)土空間承載力等級(jí)Fig.5 Grades of carrying capacity of national land space of transportation

由圖5可知，四川省各級(jí)交通國(guó)土空間承載力的土地?cái)?shù)量較均勻。1級(jí)極低交通國(guó)土空間承載力面積為98 088.33 km2，占比20.18%，主要分布在一、二級(jí)生態(tài)禁建區(qū)，交通選址盡量繞開這些區(qū)域，或基于生態(tài)破壞最小原則，采用無害化穿(跨)越方案建設(shè)；2級(jí)低交通國(guó)土空間承載力面積為97 024.92 km2，占比19.96%，該類土地具有一定的生態(tài)脆弱性和自然災(zāi)害危險(xiǎn)性，暴雨、洪澇、泥石流和地震頻發(fā)，交通建設(shè)時(shí)應(yīng)注意整體抗災(zāi)設(shè)計(jì)，做好潛在的災(zāi)害識(shí)別、檢測(cè)、預(yù)防工作；3級(jí)中度交通國(guó)土空間承載力面積為97 260.50 km2，占比20.01%，土地利用類型多為草地且地勢(shì)較高，人口密度較低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展一般，交通路線密度應(yīng)適中；4級(jí)較高交通國(guó)土空間承載力面積為98 077.80 km2，占比20.17%，5級(jí)高交通國(guó)土空間承載力面積為95 687.75 km2，占比19.68%，二者多分布在四川東部盆地，高程普遍在1 000 m以下，坡度在10°以下，可優(yōu)先進(jìn)行交通國(guó)土空間開發(fā)。

四川省18個(gè)地級(jí)市、3個(gè)自治州中，東部平原地區(qū)的成都、遂寧、資陽、南充等的交通國(guó)土空間承載力為5級(jí)的土地占比較高，這些城市交通國(guó)土空間開發(fā)強(qiáng)度高、潛力大，其中成都5級(jí)高交通國(guó)土空間承載力的土地面積占該市土地總面積的47.62%，1、2級(jí)極低和低交通國(guó)土空間承載力的土地面積僅占11.11%和3.97%；廣元、巴中、眉山、宜賓、達(dá)州、攀枝花等城市的交通國(guó)土空間承載力以4級(jí)為主，可在合理規(guī)劃下進(jìn)行適度的交通國(guó)土空間開發(fā)；而阿壩藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州、涼山彝族自治州分布在四川省西部山地，多是1、2、3級(jí)中度以下的交通國(guó)土空間承載力土地，交通國(guó)土空間開發(fā)時(shí)需著重考慮對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。

4 結(jié)論與討論

本文構(gòu)建的交通國(guó)土空間承載力評(píng)價(jià)體系基于生態(tài)優(yōu)先理念，充分考慮資源環(huán)境約束，系統(tǒng)分析各因素之間相互聯(lián)系和制約關(guān)系，同時(shí)具有數(shù)據(jù)易獲取、方法可復(fù)制等特點(diǎn)，能科學(xué)表征交通國(guó)土空間承載力，也可為其他地區(qū)交通國(guó)土空間承載力評(píng)價(jià)提供參考。通過科學(xué)評(píng)價(jià)交通國(guó)土空間承載力逐步實(shí)現(xiàn)事后治理向事前預(yù)防轉(zhuǎn)變，是推動(dòng)自然環(huán)境與交通建設(shè)一體化的科學(xué)有效的方法。

四川省交通國(guó)土空間高承載力地區(qū)主要分布于東部盆地，中低承載力地區(qū)主要分布于西部山地和中部自然災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)，可見交通國(guó)土空間承載力是科學(xué)判斷區(qū)域交通承載規(guī)模的一項(xiàng)重要依據(jù)。因此，四川省應(yīng)在綜合交通建設(shè)過程中引入承載力評(píng)價(jià)，從源頭上防范交通建設(shè)所造成的生態(tài)破壞和對(duì)環(huán)境的影響，緩解區(qū)域交通空間建設(shè)與生態(tài)空間保護(hù)沖突，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。

生態(tài)導(dǎo)向下的承載力評(píng)價(jià)是交通國(guó)土空間控制規(guī)劃的基礎(chǔ)，下一步工作將聚焦開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)，通過分析交通建設(shè)對(duì)國(guó)土空間格局、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、文化和公眾等的影響，調(diào)整和優(yōu)化交通廊道。針對(duì)必須新建的交通道路，應(yīng)基于承載力評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)籌布局，盡量少占土地，優(yōu)先對(duì)現(xiàn)有交通道路提升改造；同時(shí)應(yīng)提升交通道路建設(shè)技術(shù)和轉(zhuǎn)變發(fā)展理念，促進(jìn)建設(shè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境相和諧。