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摘要:在快速城市化和城市生態安全面臨巨大挑戰的時代背景下,構建生態安全格局是實現區域和城市生態安全的基本保障和重要途徑。本文在梳理國內外生態安全格局研究進展的基礎上,提出基于景觀安全格局理論的北京市生態安全格局網絡和城市發展空間格局。通過對北京市水文、地質災害、生物多樣性保護、文化遺產和游憩過程的系統分析,運用GIS和空間分析技術,判別出維護上述各種過程安全的關鍵性空間格局(景觀安全格局),進而綜合、疊加各單一過程的安全格局,構建具有不同安全水平的綜合生態安全格局,形成保障北京城市和區域生態安全的生態基礎設施。在此基礎上,提出城鎮空間發展預景和土地利用空間布局的優化戰略。對不同預景進行綜合評價,結果顯示:基于生態安全格局的城鎮空間發展格局可以維持生態過程的連續性并克服常規城市發展模式下的蔓延,基于“滿意生態安全格局”(中安全水平)的城市空間格局可以同時滿足生態用地、農用地和建設用地的需求,是一個同時實現精明保護與精明增長的有效工具。
關鍵詞:生態安全格局;生態基礎設施;景觀安全格局;土地利用;北京
The Function of Ecological Security Patterns as an Urban Growth Framework in Beijing
YU Kongjian,WANG Si-Si,LI Di-Hua, LI Chun-Bo
1 The Graduate School of Landscape Architecture, Peking University, Beijing 100871, China
ABSTRACT: In consideration of the current trends in globalization and rapid urbanization in China, the ecological security of Chinese cites is quickly becoming a central issue. Using Beijing City as a case study, this paper proposes a systematic methodology in planning and designing Ecological Security Patterns based on the theory of Landscape Security Patterns and Ecological Infrastructure. At the regional scale, ecological security patterns are designed to account for flood and storm water management, geological disaster prevention, biodiversity conservation, and cultural heritage protection and recreation, and are produced with the aid of GIS models. These patterns are integrated into a comprehensive ecological security pattern, which is then used to determine future urban growth patterns and provide optimized land-use strategies. Comparative impact evaluations for these scenarios show that the Urban Growth resulting from Ecological Security Pattern can effectively retain the integrity of ecological processes and prevent urban sprawl. The urban growth pattern based on satisfying (medium level) Ecological Security Pattern can both provide for the requirements of competing land uses and establish a solid landscape infrastructure to safeguard the natural and cultural resources of Beijing and beyond.
KEYWORDS: Ecological Security Pattern; Ecological Infrastructure; Landscape Security Pattern; Land-use; Beijing
城市生態安全格局(Ecological Security Pattern)是城市自然生命支持系統的關鍵性格局。它維護城市生態系統結構和過程健康與完整,維護區域與城市生態安全,是實現精明保護與精明增長的剛性格局,也是城市及其居民持續地獲得綜合生態系統服務的基本保障。中國近30年的經濟高速增長與快速城市化,堪稱世界奇跡,然而高強度的人類活動和不恰當的土地利用方式,使脆弱的城市生態環境面臨巨大壓力[1]。城市生態安全格局的相關研究和實踐正是在這一宏觀背景下發展起來的。
國際上,早在19世紀末,奧姆斯特德、霍華德等人就從改善城市人居環境的角度出發,提出了“公園系統”(Park System)和“花園城市”(Garden City)等理論并開展了相關實踐,對后世的城市規劃和生態規劃產生了深遠影響。1950年代在西方逐漸興起的以綠道(Greenway)運動為代表的生態網絡構建逐漸成為自然資源保護的新熱點[2~5]。20世紀80年代誕生的生態基礎設施(Ecological Infrastructure)和綠色基礎設施(Green Infrastructure)概念,將重要生態資源作為國土生命支持系統的關鍵性格局進行規劃和建設,被認為是實現精明保護的重要途徑。目前區域和城市尺度的綠色基礎設施規劃研究已在美國馬里蘭州、芝加哥、明尼蘇達、波特蘭等市展開[6]。
在我國,生態安全格局被認為是實現區域或城市生態安全的基本保障和重要途徑[7~12]。近十年我國學者對生態安全格局的定義、理論基礎和構建方法等方面展開了研究 [13~14]。其中生態安全格局的構建方法是生態安全格局研究的重點和難點。基于生態適宜性和垂直生態過程進行的生態敏感性和生態系統服務的重要性分析,是關鍵生態地段辨識的常用方法,目前較為成熟和系統,被國內學者所廣泛采用。20世紀80年代以來蓬勃發展的景觀生態學為生態安全格局提供了新的理論基礎和方法,包括“最優景觀格局”[15],“景觀安全格局( Landscape security pattern)” 和“生態安全格局”(Ecological Security Pattern)[16~17]等。由我國學者提出的“景觀安全格局”和“生態安全格局”理論已在不同尺度、不同區域的關鍵生態地段的辨識和生態安全格局的構建中得到廣泛應用[16~23]。此外,由于生態安全格局研究所具有的綜合性和復雜性,包括預景(Scenario)、干擾分析、GAP分析在內的多種分析方法也被應用到研究中[24]。
生態安全格局研究的尺度和范圍較廣。研究區域早期集中在自然保護區和風景名勝區[18],近年來針對生態脆弱地區[25],經濟快速發展地區,以及重大工程的生態安全格局[26~27]的研究逐漸增多。其中快速城市化地區的生態安全格局構建已成為生態、地理、城市規劃等學科共同關注的熱點。不同學者對東營、威海、菏澤、臺州、蘭州、沈陽等城市[20~23,28~29]生態安全格局的構建及其對于城市擴張的響應等進行了卓有成效的探討。
經歷近三十年來的快速發展,北京面臨著一系列資源環境制約,國土生態安全面臨嚴重威脅,包括:水資源嚴重短缺,河湖調蓄能力明顯下降;土地后備資源不足,節約性和集約化利用程度有待提高;建成區“攤大餅”式擴張,城市空間結構不盡合理;景觀破碎化趨勢明顯,綠色空間尚沒有形成有機系統等[30~32]。如何從空間上協調社會經濟發展和生態環境保護的關系,實現精明增長與精明保護的雙贏,已經成為緊迫而現實的問題。本研究應用景觀安全格局理論和方法,探討區域和城市生態安全格局的構建方法,并提出保障北京市生態長遠安全的土地利用格局與實施戰略,具有重要的理論和現實意義。
1 方法論
景觀安全格局以景觀生態學理論和方法為基礎,通過景觀過程(包括城市的擴張、物種的空間運動、水和風的流動、災害過程的擴散等)的分析和模擬,來判別對這些過程的安全與健康具有關鍵意義的景觀元素、空間位置及空間聯系,這種關鍵性元素、戰略位置和聯系所形成的格局就是景觀安全格局[16~17]。景觀安全格局旨在解決如何在有限的國土面積上、以最高效的景觀格局、維護土地生態過程、歷史文化過程、游憩過程等的安全與健康的問題。景觀安全格局包括維護生態過程安全與健康的生態安全格局、維護鄉土遺產真實性與完整性的文化遺產安全格局、維護生態游憩過程安全與健康的游憩安全格局,等等。特別需要說明的是,本文以生態安全格局代替更廣意義的景觀安全格局概念,一方面是為了強調維護生態過程的絕對重要意義,同時也因為文化遺產和游憩過程的安全格局都是建立在生態基底之上的,因而,在這里生態安全格局在這里具有廣泛的含義。
本研究針對北京市生態問題,重點研究綜合水安全格局、地質災害安全格局、生物保護安全格局、文化遺產安全格局和游憩安全格局。
針對每個過程的景觀安全格局,其具體技術路線如下[16~17]:
(1)確定源:即過程的源,如生物的核心棲息地作為物種擴散和動物活動過程的源,文化遺產點作為鄉土文化景觀保護和體驗的源,公園和風景名勝區作為游憩活動的源。主要通過資源的空間分布數據和適宜性分析來確定。
(2)判別空間聯系:通過景觀過程(包括自然過程,如水的流動;生物過程,如物種的空間運動; 人文過程,如人的游憩體驗等)的分析和模擬,來判別對這些過程的健康與安全具有關鍵意義的景觀格局,包括緩沖區、源間連接、輻射道和戰略點等,并根據各格局的拐點和作用,劃分出低、中、高三種不同安全水平。
(3)提出優化策略:針對某一生態過程和安全格局的具體要求,提出空間格局和土地利用的調整策略與建議。
將Steinitz[33]的景觀規劃框架與生態基礎設施理論以及景觀安全格局途徑相結合,形成了具有可操作的北京市生態安全格局(景觀安全格局)的總體研究框架(圖1)。
2 北京市生態安全格局的構建
2.1 針對單一景觀過程的安全格局
2.1.1 綜合水安全格局
快速城市化導致城市水文過程的根本改變:人口的快速膨脹導致水資源嚴重短缺;不透水鋪裝面積的增加致使內澇頻發;雨水資源大量流失,亟待深度開發利用;地下水采補失衡,引起濕地萎縮;工程化措施對水文過程造成負面影響。城市水系統和水環境的完整與健康已成為制約北京可持續發展的關鍵環節。
本研究以恢復天然水文過程和維護城市雨洪安全為目標,運用ArcGIS空間分析技術,對洪水、地表徑流等過程進行分析和模擬,構建洪水安全格局和雨水安全格局,并考慮地表和地下水源保護以及地下水補給,疊加形成綜合水安全格局。
(1)洪水安全格局
綜合洪水過程模擬、歷史洪澇災害分析,構建洪水安全格局。
首先,根據地形圖和地形高程數據,判別現狀具有調蓄洪水功能的區域,包括市域內的各級河流、湖泊、水庫、坑塘和低洼地。
其次,根據水文過程模擬,確定徑流匯水點作為控制水流的戰略點,并根據分流部位和等級,形成多層次的等級體系。
第三,根據洪水風險頻率確定安全水平。洪水風險頻率根據城市的重要程度、所在地域的洪災類型,以及歷史性洪水災害等因素來確定。水利部《關于加強海河流域近期防洪建設的若干意見》,確定北京城市防洪標準將達200年一遇。本研究根據可獲得的準確降水數據及上述依據,確定了20、50、200年一遇作為不同安全水平的標準。結合數字高程模型,模擬洪水過程,得到不同洪水風險頻率下的淹沒范圍,并結合歷史洪澇災害數據[34],分析北京市歷史洪澇淹沒范圍。將上述兩種淹沒范圍進行疊加,確定洪水發生頻率的高、中、低區域,確定出防洪的關鍵區域和空間位置,從而建立多層次的滯洪濕地系統,形成不同安全水平的洪水安全格局。
(2)雨水利用安全格局
通過雨水下滲適宜性分析、地下水超采區分析和山區水土流失分析,綜合確定市域雨水利用的關鍵性空間格局,如山前沖、洪積扇等,構建北京市雨水利用安全格局,并根據不同土地利用類型制定雨洪管理措施,
在洪水安全格局和雨水安全格局的基礎上,考慮地表和地下水源保護以及地下水補給,疊加形成綜合水安全格局(圖2)。根據不同等級安全水平,提出了不同的限制建設要求和水生態恢復措施。
2.1.2 地質災害安全格局
基于對泥石流、滑坡、滑塌、崩塌、礦山地面塌陷、地面沉降、地裂縫和水土流失等多種地質災害要素的空間分布,確定地質災害的源;通過對各地質災害類型的誘因和災害易發區內土地利用格局的分析,確定對地質災害防護起關鍵作用的區域和空間聯系。緩沖區的范圍受地質災害的類型、發育強度、分布狀況、發生頻率、地形地質條件、降水條件及人類活動強度等因素影響。并據此劃定了地質災害安全格局的低、中、高安全水平,提出了相應的限制建設要求和災害防治措施。
[NextPage]
2.1.3 生物保護安全格局
北京市多樣化的自然環境,孕育了豐富的生境和動植物資源。目前北京市的生物多樣性保護面臨以下問題:城建用地的無序擴張造成棲息地面積減少和破碎化;大型工程設施的建設切斷了生物遷徙的廊道;自然保護區、風景區、森林公園等良好的生物棲息地之間缺乏有效連接[35]。針對上述問題,本研究從區域和景觀層次上識別生物多樣性保護的關鍵過程和空間格局,形成城鄉連續的鄉土生境和生物廊道系統,從而保護區域生物棲息地和生態系統的完整和健康。
通過指示物種和焦點物種(Focal species)來進行生物多樣性保護,是目前國際通用的行之有效的做法[36-40]。為此,確定了本次研究指示性物種的選擇標準:(1)能夠指示北京市生態環境現狀,并對其他物種及各類棲息地具有指示作用;(2)具有生物學上的代表性;(3)為廣大民眾所喜聞樂見。北京市的鳥類保護級別高且棲息地多樣,選取具有代表的留鳥和候鳥作為區域生物多樣性的指示物種較為合適。經過對待選指示性物種的進一步分析,最終確定以大白鷺(Egretta alba)、綠頭鴨(Anas platyrhynchos)和環頸雉(Phasianus colchicus)作為指示物種。
根據指示性物種的生活習性,分析不同土地覆蓋和土地利用類型對于生物活動的適宜性,判別現狀和潛在的核心棲息地。運用最小累計阻力模型(MCR)分別模擬指示性物種穿越不同景觀基面(土地覆蓋和土地利用)的過程,建立最小累積阻力面。生成的阻力面表示從源(棲息地)到空間某一點的易達程度,從而模擬物種水平擴散的行為模式。根據最小阻面,判別緩沖區、源間連接、輻射道以及戰略點,構建每一個指示物種的安全格局[16~17]。最后將三個物種的安全格局疊加整合,構建起北京市生物保護安全格局(圖4)。概括起來,該格局的總體建設戰略包括:
(1)建立絕對保護的棲息地核心區:嚴格保護區域大型森林、河湖濕地生態系統,禁止城市建設和圍墾侵占;
(2)建立生物棲息地緩沖區:低山丘陵地帶及農田景觀,是生物棲息地緩沖區的主體,應限制城市建設的過度侵占,發展生態農業和進行生態管理;
(3)構建生物廊道系統:生物廊道對于景觀連接性具有關鍵性作用,廊道的連接性、寬度和構成應符合生物保護的要求。
(4)培育生物保護戰略點:戰略點包括生物遷徙的踏腳石、生物廊道交匯處、生物廊道與城市道路的交叉點等,在這些關鍵性節點上進行生態恢復,設立動物通道。
2.1.4 文化遺產安全格局
北京是舉世聞名的歷史文化名城。截至2006年,全市共有各級文物保護單位近900處,其中有6項被列入聯合國世界自然和人類文化遺產名錄。本研究通過構建北京市文化遺產安全格局,形成文化遺產保護和體驗的空間網絡,從而進一步保護和彰顯北京的歷史文化風貌特色。這個文化遺產安全格局的構成要素包括[36]:
(1)遺產實物:本研究將北京市全部文物保護單位(包括古建筑、古遺址、古墓葬、近現代建筑等)和歷史文化街區、歷史文化名村作為文化遺產安全格局的“源”。
(2)連接這些遺產而形成廊道的景觀元素和潛在的點:通過專家咨詢和文獻研究,確定歷史河湖水系和歷史文化線路是北京市最為重要的線性文化遺產。北京河湖水系的變遷一直與城市發展和空間格局的演變息息相關。在快速城市化背景下,保護這些歷史河湖水系,對弘揚古都風貌、改善生態環境、提供游憩空間具有十分重要的作用。歷史上形成的眾多文化線路,如明清御路、士人游憩路線[ 吳承忠.明清北京休閑地理研究.2004,北京大學博士論文.297-300]等,連接著豐富的鄉土景觀和文化風俗,對遺產網絡構建具有重要價值。除此之外,一些具有休閑游憩價值的線性景觀元素如水系、山路、鄉村道路等,以及那些目前并不具備休閑價值,僅僅因為其空間關系而適宜成為遺產廊道組成部分的景觀元素,對廊道規劃和建設也具有一定價值。
本研究首先根據文物普查資料,建立文物保護單位和潛在文化遺產廊道的地理信息系統數據庫。然后,基于土地覆蓋和土地利用的不同阻力分布,運用最小累積阻力模型(MCR),模擬其空間可達性,在此基礎上進一步分析確定適宜建立廊道的區域。基于廊道適宜性分析,判別出宏觀尺度上北京市文化遺產安全格局(圖6)。該格局的總體建設戰略包括:
(1)構建文化遺產廊道系統:以重要歷史河湖水系及歷史游憩線路為依托,確定市域范圍的文化遺產廊道系統;
(2)保護自然山水格局:維護和發揚山水相融、自然風光與人文景觀相交融的古都風貌特色。注意文化遺產和周邊自然背景的相互關系,保護水系和山體的生態完整性;
(3)游道與解說系統:廊道內盡可能采取非機動交通,避免機動交通對步行道系統的干擾;解說系統規劃和設計應具有連續性,體現被解說對象的特色;管理服務設施適度建設,注意與歷史文化風貌的協調。
2.1.5 游憩安全格局
北京市游憩資源眾多,但游憩資源空間分布不均衡、可達性較低,各大游憩板塊和線路之間沒有形成有機整體,難以滿足市民日益增長的戶外游憩需求。為此,本研究將文化遺產網絡、綠地水系網絡等具有不同游憩價值的系統進行疊加, 通過空間整合協調,形成北京市游憩安全格局。
北京市域的各類公園、風景名勝區、鄉土文化遺產以及山體、林地、水系等自然景觀具有較高的游憩價值,本研究將它們作為游憩過程的“源”。根據土地覆蓋類型進行游憩活動的適宜性分析,運用最小累積阻力模型(MCR),得到游憩可達性阻力面,再根據游憩阻力面,判別和構建游憩安全格局。概括起來,總體建設戰略包括:
(1)構建區域綠色游憩廊道系統:通過游憩廊道加強傳統游憩地區的橫向聯系,并重點建設以水系濕地、生態休閑農業為特色的東部游憩網絡;
(2)建立城市非機動車綠色通道系統:建立城市內部沿河流、林蔭道的非機動車綠色通勤、游憩廊道,以及城郊沿河流、農田防護林等構建的連接城鄉的非機動車綠色通道。該格局通過游憩廊道將已有和潛在的游憩節點整合成一個完整的網絡,實現各級各類游憩資源的空間均衡配置。
2.2 北京市綜合生態安全格局構建
綜合以上水文、地質災害防護、生物多樣性保護、文化遺產和游憩方面的安全格局,建立綜合生態安全格局。以上五種廣義的生態過程被認為在生態安全格局的構建時具有同等的重要性,被賦予相同的權重,將5個安全格局進行疊加,通過析取運算(∨),取最大值,最終確立北京市域生態安全格局(圖7)。它們形成了連續而完整的區域生態基礎設施,為區域生態系統服務的安全和健康提供了保障。北京市生態安全格局所考慮的生態過程、要素和各安全水平的劃分標準如表1所示,劃分的標準和依據是建立在對各種自然、生物和人文過程的研究基礎之上的,如洪水風險頻率的通用等級劃分、河流廊道的寬度的景觀生態學依據[37]、生物保護中的最少面積和最小種群等等。其中“底線安全格局”是低水平生態安全格局,是保障生態安全的最基本保障,是城市發展建設中不可逾越的生態底線,需要重點保護和嚴格限制,并納入城市的禁止和限制建設區;“滿意安全格局”是中水平安全格局,需要限制開發,實行保護措施,保護與恢復生態系統。“理想安全格局”是高水平安全格局,是維護區域生態服務的理想的景觀格局,在這個范圍內可以根據當地具體情況進行有條件的開發建設活動。
表1 不同安全水平生態安全格局的劃分標準
Table.1 Classification standards of Ecological SP at different security levels
生態過程或要素 Ecological processes/Elements |
底線安全格局(最低生態安全格局)Minimum SP (ecological SP at a lower level) |
滿意安全格局(中安全水平生態安全格局Satisfying SP (Ecological SP at a middle level) |
理想安全格局(高安全水平生態安全格局)Ideal SP (ecological SP at a higher level) |
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水文 Hydrology |
河湖水系 Water network |
河道、湖泊、水庫本身及濱水緩沖區50m water network and buffer area (within 50m) |
河道、湖泊、水庫本身及濱水緩沖區(50- 100m) buffer area of lower SP (between 50- 100m) |
河道、湖泊、水庫本身及濱水緩沖區(100- 150m) buffer area of lower SP (between 100- 150m) |
洪水調蓄 Flood |
模擬洪水淹沒范圍和歷史洪水淹沒范圍的重疊區 Overlapped area of simulated of flood and historical flood |
模擬洪水淹沒范圍 area of simulation of flood |
模擬洪水淹沒和歷史洪水淹沒范圍 area of simulation of flood and historical flood |
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地表水源保護 Water source protection |
一級水源保護區 core area for water source protection |
二級水源保護區 area for water source protection |
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地下水補給 Groundwater recharge |
地下水補給高適宜區 suitable area for groundwater recharge at higher level |
地下水補給中適宜區 suitable area for groundwater recharge at middle level |
地下水補給低適宜區 suitable area for groundwater recharge at lower level |
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地下水源保護 Groundwater protection |
地下水源核心保護區 core area for groundwater protection |
地下水源防護區 buffer area for groundwater protection |
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地質災害 Geological Disaster |
泥石流、滑坡、礦山塌陷、崩塌 Debris flow, landslide, mining subsidence, and collapse |
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泥石流、滑坡、礦山塌陷、崩塌中心200米內 Debris flow, landslide, mining subsidence, collapse and its buffer area(within 200m) |
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地面沉降 Land subsidence |
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地面沉降中心地帶,累計沉降>1.0 m core area of land subsidence or subsidence>1.0m |
地面沉降中心周邊200米內或累計沉降0.3 -1.0 m core area of land subsidence or subsidence 0.3-1.0m |
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地裂縫 Ground fissure |
地裂縫所在地 ground fissure |
地裂縫中心地帶至兩側100米以內的兩翼地帶ground fissure and its buffer area(within 100m) |
地裂縫兩翼地帶至地裂縫兩側500m的邊緣地帶 ground fissure and its buffer area(within 500m) |
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水土流失 Soil erosion |
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坡度:>25º Slope > 25º |
坡度:20-25º Slope: 20º-25º |
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生物多樣性保護 Biodiversity |
環頸雉 Phasianus colchicus |
北部和西部山區林地 Forests in mountainous area |
低安全格局周邊60m范圍內 Buffer area of lower SP (within 60m) |
低安全格局周邊60-200m范圍內 Buffer area of lower SP (between 60-200m) |
綠頭鴨 Anas platyrhynchos |
人工庫塘、河流、湖泊濕地、城市大型綠地斑塊內水域,以及周邊800m范圍內的林地 water network and its buffer area of forest (within 800m) |
低安全格局周邊60m范圍內 buffer area of lower SP (within 60m) |
低安全格局周邊60-200m范圍內 buffer area of lower SP (between 60-200m) |
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大白鷺 Egretta alba |
人工庫塘、河流、湖泊濕地以及周邊2km范圍內的林地 water network and its forested buffer area (within 2000m) |
低安全格局周邊100m范圍內 buffer area of lower SP (within 100m) |
低安全格局周邊100-200m范圍內 100-200m buffer area of lower SP (between 100-200m) |
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人文 Culture and Recreation |
文化遺產 culture heritage |
遺產廊道和各遺產點的核心保護范圍 core area of protected culture heritage |
遺產廊道和各遺產點的嚴格控制范圍 strictly managed buffer area surrounding the protected core |
遺產廊道和各遺產點的一般控制范圍 managed area surrounding the protected core |
游憩 recreation |
核心游憩景觀及游憩高適宜區 recreational resources and area most suitable for recreation at higher level |
游憩中適宜區 area very suitable for recreation |
游憩低適宜區 area suitable for recreation |
圖7 北京市綜合生態安全格局
Fig.7 Comprehensive Ecological Security Pattern in Beijing
表2 不同安全水平下生態安全格局的面積與比例
Table.2 Area and Proportion of Ecological Security Patterns at different security levels
生態安全格局等級 Level of Ecological SP |
生態安全格局面積Area of Ecological SP (km2) |
建設用地面積Area of Construction Land (km2) |
生態安全格局用地比例 Proportion of Ecological SP |
建設用地比例 Proportion of Construction Land |
人均生態用地面積Area of Ecological Land Per Capita (m2) |
底線(低安全水平) Minimum SP |
7729 |
8605 |
47.32% |
52.68% |
386 |
滿意(中安全水平) Satisfying SP |
11508 |
4826 |
70.45% |
29.55% |
575 |
理想(高安全水平) Ideal SP |
13902 |
2431 |
85.11% |
14.89% |
695 |
北京市生態安全格局從整體空間格局和構成要素上,可以概括為:以西、北地區山地森林和大型濕地為重要的生態源,以小型林地和濕地為斑塊,通過沿水系、林帶、文化遺產線路等線性元素建立的生態廊道、文化遺產廊道和游憩廊道,構成北京地區的生態基礎設施網絡。
3 基于生態安全格局的城鎮空間格局預景
在生態安全格局研究成果的基礎上,選取“無生態安全格局”和“低、中、高水平的生態安全格局”四種不同土地利用方式作為城市空間發展的預景前提,模擬未來城鎮空間發展格局。“無生態安全格局”情況的預景體現了城市空間在單純的經濟活動驅動下可能的發展預景。該預景下城市空間發展不受“生態控制”等條件約束,城市空間無序蔓延(圖8)。基于不同安全水平生態安全格局的預景,主要體現了生態安全格局得以執行的情況下,城市空間可能的發展預景(圖9-11)。這三種預景下,城市各類用地對城市擴張產生的阻力取決于生態安全格局所賦予的用地屬性阻力值,代表城市發展需要跨越該用地的難度,其中低安全水平格局用地阻力值最大,而中、高水平安全格局的用地的阻力值依次降低。[NextPage]
在預景分析的基礎之上,從城鎮擴張趨勢、生態安全維護用和地規模三方面對各預景進行定性和定量的分析與評價:
“無生態安全格局”下,城市建成區“攤大餅”式蔓延,周邊組團與中心城區連片發展,生態資源占用較多。
“底線生態安全格局”下,由于生態安全格局嚴格的用地控制,保證了最低限度的生態基礎設施核心網絡和基本的生態服務。各城市組團雖沒有完全連片,但趨勢較為明顯。
“滿意生態安全格局”下,較好地維護了生態基礎設施和生態服務,組團間由生態用地相隔。
“理想生態安全格局”下,最大限度地保護生態基礎設施和生態服務,建設用地被生態用地分割呈組團式發展。
通過預景發現,除高安全水平的“理想生態安全格局”之外,其他三種預景都能滿足北京市土地利用總體規劃預測的2020年3800km2[ 《北京市土地利用總體規劃(2005-2020)》中確定到2020年北京市城鄉建設用地規模為3800 km2]建設用地的要求(見表3)
圖8 無安全格局:“無態安全格局”情況下城鎮空間格局
Fig.8 Urban Growth Pattern without Ecological SP
圖9 底線格局:基于“底線生態安全格局”的城鎮空間格局
Fig.9 Urban Growth Pattern Based on Minimum Ecological SP
圖10滿意格局:基于“滿意生態安全格局”的城鎮空間格局
Fig.10 Urban Growth Pattern Based on Satisfying Ecological SP
圖11理想格局:基于“理想生態安全格局”的城鎮空間格局
Fig.11 Urban Growth Pattern Based on Ideal Ecological SP
表3 各預景綜合比較
Fig.3 The comprehensive comparison of the four scenarios
預景 Scenario |
預景1:無安全格局 Scenario 1: Urban growth pattern without ecological SP |
預景2:底線格局: Scenario 2: Urban growth pattern based on minimum ecological SP |
預景3:滿意格局 Scenario 3: Urban growth pattern based on satisfying ecological SP |
預景4:理想格局 Scenario 4: Urban growth pattern based on ideal ecological SP n |
城鎮擴張趨勢 Urban growth pattern |
“攤大餅”式蔓延,通州、亦莊、順義、石景山、房山、大興等周邊組團與中心城區連片發展,建設用地沿道路擴張趨勢明顯,遠郊區縣發展緩慢。The downtown area and clusters are combining as a whole. Construction land will mainly develop along main roads. The suburb new towns will develop slowly. |
建設用地間有少量生態基礎設施用地,中心城區與周邊組團融為一體,遠郊區縣發展速度較快。Within a green framework, clusters and downtown area are combining as a whole. The suburb new towns will grow quickly. |
建設用地發散式擴張,組團式分布,組團間由生態基礎設施用地相隔,中心城區與周邊組團融為一體,邊界模糊,遠郊區縣發展速度較快。The green network forms an infrastructure that link central cities and surrounding clusters. The suburb new towns will grow quickly. |
建設用地被生態基礎設施用地分割呈星群型或節點型發展。建設用地點綴在開放空間基質中,單個組團規模較小。Urban area will be broken by the green network. Construction lands will be surrounded by open space and the scale of individual cluster is small. |
生態安全維護 Ecological security |
關鍵生態過程的完整性得不到最低限度的保障,生態服務得不到基本的保障。The integrity of the critical ecological processes is not protected at the minimum level, which can not provide essential, ecosystems services |
關鍵生態過程的完整性得到最低限度的維護,近期的生態服務得到基本的保障。。The integrity of the critical ecological processes will be protected at the minimum level, which can provide essential ecosystems services |
關鍵生態過程的完整性得到較好的維護,生態服務可望在長時間內持續。The integrity and continuity of the critical ecological processes will be protected at the satisfying level, which can provide essential and sustainable ecosystems services |
關鍵生態過程的完整性得到較好的維護,生態服務可望在長時間內持續并不斷改善。The integrity and continuity of the critical ecological processes will be protected at the ideal level, which can provide and enhance essential and sustainable ecosystems services |
用地規模 Land use allocation |
各類用地規模缺乏規劃調控,規模難以預測。The amount and allocation of land uses are difficult to predict and control. |
可提供建設用地和農用地約8605km2,可以同時滿足建設用地、生態用地、基本農田用的要求。The competing demands of different land uses can be fulfilled, providing a total area of 8605 km2 for construction and agriculture. |
可提供建設用地和農用地約4826km2,可以同時滿足生態用地、建設用地、基本農田用地的要求。The competing demands of different land uses can be fulfilled, Providing a total area of 4826 km2 for construction and agriculture. |
可提供建設用地約2431km2,在生態優先和嚴格保護基本農田的前提下,建設用地需做出讓步。The Ecological and agricultural land uses will be strictly protected and the demand for construction will not fully fulfilled, providing a total area of 2431 km2 for construction. |
4 結論與討論
(1)本研究強調生態安全格局在空間結構上的完整性和在生態系統服務上的綜合性。作為向城市提供自然服務的生態基礎設施,生態安全格局應將生態系統的各種服務,包括旱澇調節、生物多樣性保護、休憩與審美啟智,以及遺產保護等整合在一個完整的景觀格局中,落實在土地上。
(2)本研究在景觀安全格局和生態基礎設施理論指導下,提出了城市生態安全格局的研究框架。運用GIS空間分析等技術,對區域關鍵的生態過程(包括非生物自然過程、生物過程和人文過程)進行垂直和水平分析,判別維護生態過程安全的關鍵性空間格局,并整合為具有綜合功能的生態安全格局。本文的生態安全格局包含了其他相關景觀過程的安全格局,目的是強調生態安全格局的重要性和作為其他景觀過程和格局的基礎。而通常情況下,生態安全格局可以被看作是整體景觀安全格局的一部分。
(3)生態安全格局的研究成果可直接指導城鄉空間布局和生態建設。將生態安全格局與城市總體規劃、土地利用規劃、限建區規劃、城市“綠線”規劃相結合,作為它們的科學基礎和核心內容,是生態安全格局理論對城市規劃的重要貢獻。
(4)通過北京城市格局發展預景分析,可以證明生態安全格局途徑是實現“精明的保護”與“精明的增長”的有效途徑。城市擴張的預景揭示了如何在有限土地資源條件下,實現保護與發展和諧同步的可能性。研究證明進行生態環境保護并不在于必須犧牲很多或更多的建設用地,也不必以犧牲土地利用的經濟價值為代價,而是可以通過科學合理的空間格局的設計,用盡可能少的土地,來獲得盡量好的生態效益;這一預景還揭示了城市的空間格局是土地的生態過程和格局所界定的,而不應該用一個意象的城市空間形態來規劃。這正是城市“反規劃”的核心理念[43~44],即:城市的發展建設規劃必須以生命土地的過程和格局為依據和基礎,先做不建設規劃,再根據社會經濟發展需要進行建設用地規劃和布局。
(5)到目前為止,生態學理論研究如何轉化為應用仍處于探索階段,在今后的研究中單一安全格局的構建以及邊界的確定方法將是重點研究的問題,生態安全格局低、中、高三種安全水平的劃分依據也值得繼續探討和完善。
致謝:
參與本次研究的還包括:曹燕群、陳春娣、佘依爽、孫齊、喬青、宋吉濤、李青、李婷、胡望舒、熊亮、姬婷、李云圣、湯敏、廖慧儀、胡佳文、鐘晨等。
感謝北京市國土資源局張維,陶志紅和規劃勘測中心全體同仁在項目全程給予的大力支持!
感謝王放、馮永鋒、張峻峰、武弘麟、韓光輝、韓茂莉、呂植等人的指導和幫助!
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