常德市城区生态安全格局及空间格局预测

彭　俐，林志明（湖南省建筑设计院，湖南 长沙 410000）



常德市城区生态安全格局及空间格局预测

彭俐，林志明（湖南省建筑设计院，湖南 长沙 410000）

在城镇化加速发展和建设“两型社会”的时代背景下，常德中心城区由于周边交通条件的快速改善，高速公路环线内区域下一步如何发展成为当前的重要问题。本文尝试构建区域生态安全格局，使之成为奠定常德中心城区今后持续高速发展的生态基石。并且，结合土地承载力与建设用地容量的分析，预测高速公路环线内城镇空间格局。

生态安全格局；生态基础设施；GIS；常德

1　引言

随着我国整体上已经进入快速城市化阶段，如何协调好城市与地域生态系统的关系已经成为城乡发展过程中的重要问题。运用生态规划理念与空间分析等技术手段参与规划实践已被证实是一种有效的工作途径。国际上已在美国马里兰州、芝加哥、明尼苏达、波特兰等市开展了相关研究［1］；国内也有多位学者对东营、威海、菏泽、台州、兰州、沈阳、广州、北京等城市［2～9］的生态安全格局及其对于城市扩张的响应进行了研究。

经过建国后60年的快速发展，常德城区已由约10km2的规模发展成为用地规模超过50km2、人口超过50万的大城市。并且，常德在多年的城市发展过程中，不论是内部水系网络，还是周边生态环境均得到了较好的保护；但也面临着一系列环境制约，城市生态安全面临威胁。

随着“两型社会”建设和城区周边交通条件的快速改善，特别是高速公路环线的建设，使常德中心城区迎来了扩容提质、加速发展的契机。本文结合常德市实例，依靠各类空间信息，在ARCGIS中依据特定的数据处理模型进行区域生态基础设施空间结构的识别，并在此基础上构建区域生态安全格局，预测城镇空间格局，以期为相关规划研究提供参考。

2　相关概念与方法简介

生态安全格局（Ecological Security Pattern）是景观安全格局（Landscape Security Pattern）的一种，是城市自然生命支持系统的关键性格局。它维护城市生态系统结构和过程健康与完整，维护区域与城市生态安全，是实现精明保护与精明增长的刚性格局，也是城市及其居民持续地获得综合生态系统服务的基本保障。而生态基础设施（Ecological infrastructure，简称EI）是维护土地生命的安全和健康、维护地域历史文化特征的关键性空间格局，是城市和居民获得持续的自然服务（生态服务）的基本保障，是城市扩张和土地开发利用不可触犯的刚性框限［10］。

本文从区域生态安全格局的视角出发，通过生态空间（包括自然环境、生物环境、人文环境）的表述，分析自然、生物与人文的过程，评估生态服务功能，形成区域的生态安全格局，并预测城镇空间发展格局。

3　区域生态安全格局的构建

3.1生态空间的表述

3.1.1自然环境特征

常德属于亚热带季风湿润气候区，以大陆性气候为主兼有湿润的滨湖气候。四季气候分明，热量充足。区域总面积约48769hm2，南西北三面由雪峰山北闾丘陵和武陵山东闾丘陵所环绕，东北和东南部为广袤的西洞庭湖平原所铺垫，整个地势为南西北三方高，向中部和东面倾斜。区域被沅江分割为南北两大片，南岸雪峰山余脉的德山是丘岗地形（如图1）。

根据分析，区域内生态用地为9245hm2，非生态用地为39524hm2，分别占总面积18.96%和81.04%。生态用地中以包含河流水面、湖泊水面等用地的其他土地为主，占62.20；其次为林地占31.55%；园地和未利用地仅占5.08%和1.17%。

区域内有沅江穿城而过；穿紫河、姻缘河、马家吉河、枉水河分布于沅江南北；新河渠道、三闾港纵穿城区东西；沾天湖、柳叶湖、白马湖、玉池湖、赤塘湖、刘家湖如同碧玉镶嵌在城区。区域内还有大小池塘2000多口，据测算水资源总量674.9 亿m3，除去容水径流量674.22亿m3，还有约3846.6万m3，耕地平均每亩拥有水量1653m3；根据实际测算，区域内共需水3846.6万m3，供大于求，开发利用潜力很大。

3.1.2生物环境特征

区域常见树种有32科91种、湿地植物45科101种，常见飞禽40余种，常见野兽20余种，常见鱼类有11目12科63属94种。列入国家和湖南省重点保护的动物有10余种，其中国家一级保护动物有白鹤。

从栖息地来看，区域境内湿地是多种水禽的越冬地和珍稀候鸟迁徙停歇地，在候鸟保护中具有重要地位。区域内较大面积的重要生物栖息地除三大湿地外，主要包括西部及北部的山地，为野猪、狗獾、刺猬等兽类和雉科等留鸟提供重要的栖息地。

3.1.3人文环境特征

（1）建设区

此次规划范围主要由常德城区和周边5个乡镇组成，土地总面积48769hm2，占全市的2.68%。2010年末，区域内户籍人口67万人，常住人口80万人。

图1　区域各类用地现状图

（2）道路

境内道路包括高速公路、国道、省道、县乡道。2010年底，区域内道路总长度为 369.04km，其中主干道71.96km，占19.5%；次干道60.59km，占16.4%。主、次干道路网密度1.78km/km2。

（3）土地覆盖

依据遥感图片影像解译的结果，并对所得结果通过地形图数字化测算，将区域土地覆盖进行聚类，划分为：旱地、水田、果园、林地、草地、建筑、水域。区域各类的变化剧烈程度不同。城区及近郊区耕地和果园向城镇用地转换较为剧烈，而众多乡村地区建筑扩展相对缓和。

（4）历史文化景观

区域历史文化景观可以划分为山水文化景观、工程设施景观、历史建筑和街区景观、文化景观等类型。

表1　区域历史文化景观类型表

3.2过程分析

3.2.1自然过程分析

（1）河流与滩涂演变过程

区域内由于沅江穿流而过，在水动力和泥沙综合作用下，河岸和滩涂位置随水面的进退而不断改变。

（2）湿地的形成

除西部和北部山体外，区域内地势较低平、湖泊众多、水网密度较大，湿地主要由河流与淡水湖中的泥沙淤积而成。

（3）径流过程

区域内的水循环过程包括降水、径流、地下水等过程。降水量与季风活动有关。在空间上，降水量一般山区大于平原，而地表径流主要来自降水，其时空分布规律与降水基本一致，但不均匀性更大，因此区域内径流量也具有山区大于丘陵、丘陵大于平原的特征。区域内河流中沅江自西向东蜿蜒流过，其余支流从南北两面汇于沅江，一同流经山地、丘陵、以及平原城市化地区，最终注入西洞庭湖。

图2　洪水影响分析示意图

（4）洪涝灾害

由于沅江的影响，区域受洪水过程影响较大，在江北、江南及德山三片城区已建有抵御百年一遇洪水的防洪堤，但其他区域目前主要作为蓄滞洪区，易受洪灾威胁，以暴雨洪水为主。同时受极端性天气影响，区域易受内涝威胁。

3.2.2生物过程分析

通过对区域生物资料、文献的研究，并与省内的生物学家进行交流，初步选白鹤、雁、翠鸟、竹鸡作为指示物种进行比较分析，研究其习性和生境。针通过分析，得出它们的习性和喜好的栖息地植被类型相似，只在对海拔、坡度的要求上稍有差异。通过运用最小累计阻力模型来模拟物种穿越不同基面的过程，生成的阻力趋势表面表示从栖息地到空间某一点的易达程度，从而模拟物种水平扩散的行为模式，得出生物生境适宜性如图3。

图3　生物生境适宜性分析示意图

3.2.3人文过程分析

（1）区域城镇历史发展沿革

常德从周朝的“张若城”历经两千多年发展至今，期间饱受七次兵灾毁城之劫，同时水灾不断，1989～1999年期间几乎年年都遭特大洪水袭击，以及其他政治、经济、军事不同原因，城镇化速度较慢，区域内城区发展较慢，周边形成了多个小城镇和集镇。

（2）近代城镇扩张过程

基于获得的多个时间段的相关图纸，进行城镇形态演变过程分析。纵观这几个时段，区域人文过程呈现如下特征：

城镇主要沿道路扩张，区域城镇扩展的一个明显规律即城镇沿着主要交通干线扩展。

道路和城镇发展破坏山体的完整性和连续性，随着城镇的扩展，人为活动逐渐扩展到山前地带，山体周围用地发生了较大变化。

城市建设对水系格局有一定影响，水系穿城的格局随着城镇化的过程，被影响的程度逐渐加深，城区部分的河流丧失完整性和连续性（如图4）。

（3）水利工程建设与滩涂、湿地变迁过程

城市防洪圈修建是为了抵御洪水，保护城镇及设施，同时也是历史见证。据记载，早在公元前227年，常德就有筑堤抵御洪水的活动，自后唐、元、明、清隔代，增建培修，不断巩固。滩涂与湿地在历次水利工程建设过程中，均受到不同程度影响。诸如渐河改道：渐水河以前东绕常德，流入沅江，曾是一条重要的古河道，20世纪50、60年代，为了解决常德的水患，便将该河道进行了改道，河面逐渐萎缩，滩涂与周边湿地也发生改变。

图4　城镇空间扩张示意图

3.3生态环境评价

3.3.1河流自然过程受到干扰

区域内河流经过不断人工改造，逐步演变成为人工管理下的工程化系统，河流逐渐丧失了其自然的泄洪、生物、美学等功能。这一过程综合起来主要包括如下几方面问题：

（1）土地利用改变包括围垦造田、填河填湖等造成的地面抬升，还有“农业治理”等，这带来诸多生态服务功能的改变；尤其是流域内的城镇化发展带来的硬质地面增加，径流增加，距粗略估算，区域内河网蓄水量减少约30%。

（2）大量工程化措施的影响，如修建电排站，以及外围的水库，通过工程蓄水使得径流被拦截；截弯取直极大地改变了水流过程。

（3）农业的发展带来的污水随意排放，地表径流增加，水缺少交换和稀释等。

（4）人与水体的关系也在改变，人们开始远离水，水除了具有泄洪通道、生产、航运的经济功能外，调蓄洪水、生物保护等功能均受到较大影响。

3.3.2区域生物过程的安全和健康面临威胁

目前对生物栖息生境产生较大干扰的人为活动包括：高等级公路建设；大型水利工程（堤防、水闸、外围水库）建设；各类园区和开发区、城镇化和集镇建设等。

表2　现状生态环境和人工干扰对河流过程和功能的影响评价

3.3.3乡土文化环境保护及游憩过程前景堪忧

随着近年来的快速城镇化和工业化建设，区域的乡土文化环境保护及游憩过程受到威胁，主要包括：

（1）完整连续的山水格局被粗暴地切断和破坏，独特的地方乡土游憩资源和过程受到损害。

（2）乡土游憩资源的破坏使得乡土审美体验过程受到损害，导致缺乏连续性的历史体验和文化认同感降低，现代和外来文化的入侵使人们已经淡忘了当地的乡土文化遗产和游憩方式。

（3）具有历史和地方特色的健康出行过程受到阻碍。

（4）围湖造田、环境污染和森林植被破坏都对区域生物栖息地格局造成巨大影响，降低了生物多样性。

3.4生态安全格局

本次分析是把生态基础设施视为阻力因子的情况下的城市扩展趋势，模拟现状城镇（源）受到生物、洪水、文化遗产、游憩等的因素综合影响下的生长过程。模拟结果反映了城市在EI提供的“答案空间”框架下的发展态势，如城市发展区的范围、规模、以及和自然要素的关系。

3.4.1现状城镇建成区以现状城镇建成区（2010年）为源。阻力因子包括：游憩、生物、历史文化综合安全格局和洪水安全格局以及道路等。

3.4.2不同生态基础设施标准下的生态安全格局和城镇发展空间

图5　三种标准EI下的区域生态安全格局示意图

通过防洪安全格局、生物保护安全格局、文化景观安全格局等的分析，最终得出不同EI标准下的区域生态安全格局，以及城镇发展空间的理想规模：

（1）在低标准EI下，可以提供310km2建设用地，满足约260万人的规模。

（2）在中标准EI下，可以提供230km2建设用地，满足约210万人的规模。

（3）在高标准EI下，可以提供180km2建设用地，满足约180万人的规模。

4　多因素影响下城镇空间格局预景

4.1土地承载力的计算

可供给建设用地的上限为区域总面积扣除生态市要求的受保护地区面积及森林面积、水域面积和基本农田保护面积。对应现状基本农田面积5360hm2的目标，区域内非建设用地面积约为17460hm2，可供给建设用地面积为31219hm2（如表3）。

表3　区域非建设用地构成表

4.2建设用地容量分析

根据《常德市土地利用总体规划》（2006-2020）的规划目标，推算本次概念规划范围内的允许建设区与有条件建设区面积总计约184km2。

参考相关标准与规划，本次人均建设用地指标拟取值100m2/人，则可容纳的总人口容量极限约为180万人。

4.3规模的合理化建议

根据对多种过程模拟，结合常德生态特色和经济效益，本次规划最终推荐中等EI安全水平下——230km2建设用地，210万人的规模。

5　结论

常德高速公路环线内区域的生态安全格局分析为空间发展提供了一个基底，EI导向的空间规划是一种生态优先理念指导下的区域空间重构过程。

本文旨在应用遥感与GIS空间分析方法提出一种生态安全格局构建方法，但由于实际可采纳资料的限制，实例研究中还存在很多不足，并且一些具体的指标和计算方法也还需要近一步深化。但总的说来，不管针对哪种实体空间，其设计必定需要与自然结合，而生态基础设施与生态安全格局自然是一种较好的方法，并且对城镇空间格局的预测也有一定的帮助。

［1］Benedict M A，McMahon E T.Green infrastructure：smart conservation for the 21st century.Washington，D.C.：Sprawl Watch Clearinghouse，Monograph Series.

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［4］俞孔坚，张 蕾.基于生态基础设施的禁建区及绿地系统——以山东菏泽为例.城市规划，2007，31（12）：89～92.

［5］俞孔坚，奚雪松，王思思，等.基于生态基础设施的城市风貌规划——以山东省威海市城市景观风貌研究为例.城市规划，2008，32（03）：87～92.

［6］俞孔坚，韩西丽，朱 强，等.解决城市生态环境问题的生态基础设施途径.自然资源学报，2007，22（05）：808～816.

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［9］汪 洋，赵万民，段 炼.生态基础设施导向的区域空间规划战略——广州市萝岗区实证研究.中国园林，2009，4：59～63.

［10］俞孔坚，李迪华，刘海龙.反规划途径.中国建筑工业出版社，2005.

2095-2066（2016）09-0135-04

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