基于生态风险评价的城市生态格局修复*——以太原市城六区为例

邢春晖

1 研究背景与目的

随着人口急剧增长和经济快速发展，城市化已经成为人类社会发展的必然趋势，然而快速城市化必将导致生态用地流失、生态系统服务下降和环境健康风险加剧，由此影响到城市生态安全[1]。城市化在带给人类现代文明丰硕成果的同时，也伴随着前所未有的挑战，如城市交通拥堵、热岛效应、雨洪效应、雾霾效应、面源污染等，但城市又被认为是满足人类生存环境需求、经济和社会发展需求，降低生态资产消耗最为经济、高效的手段。如何实现城市生态安全和城市生态系统的健康发展成为当前人类社会发展所面临的重大问题[2]。生态安全理念旨在确保资源、环境和生态系统服务的安全、健康和可持续发展，通过强化有利的生态过程、控制有害的生态过程，寻求生态安全保障途径[3]，而城市生态安全不仅受到区域水土流失、土地退化和区域环境地质灾害的影响，也与城市内涝、雾霾、热岛效应和交通拥堵密切相关。随着我国经济快速发展和城市居民生活水平提高，城市生态安全格局构建也成为目前关注的热点问题[4]。而通过何种途径实现这一目标，成为生态安全研究亟需解决的现实问题。景观生态学将格局与过程的相互作用作为其核心研究内容，为生态安全的保护与生态系统的有效管理提供了重要的空间途径。生态安全格局这一概念的提出，正适应了生态安全研究对生态过程进行合理调控的理论述求，也成为景观生态学空间格局—生态过程耦合理论指引实践的有效方式[5]。

2 基于生态风险评价的城市生态格局修复逻辑

2.1 城市生态修复的逻辑

城市生态修复应以建设和谐宜居、富有活力、各具特色的现代化城市为指导，基于自然本底、城市格局等现状评估，识别出自然资源禀赋与环境本底特征，来发现生态环境亟待解决的问题。面对城市转型面临的新趋势与新挑战，提出城市生态修复的愿景与目标，制定“宏—中—微”的工作计划。而在宏观层面，城市生态修复的工作内容即是城市生态空间格局修复。它统领着中观与微观层面的城市生态修复工作内容，在生态修复中起着至关重要的作用。

生态风险评价是伴随着环境管理目标和环境观念的转变而逐渐兴起并得到发展的一个新的研究领域；着重关注化学、物理和生物的胁迫因子可能对生态系统或其组分的有害影响，对科学制定环境管理决策有着重要的意义[6]。作为生态风险评价在区域尺度的重要分支领域，景观生态风险评价依托景观生态学的生态过程与空间格局耦合关联视角，更加注重风险的时空异质性和尺度效应，致力于实现多源风险的综合表征及其空间可视化。因此，基于多目标、多尺度、多等级系统、多重作用关系的过程分析，景观生态风险评价可以为区域综合风险防范提供决策依据、有效指引区域景观格局优化与管理[7]。所以基于GIS技术的生态风险评价对于构建出科学系统、功能完善的城市生态格局，对城市健康稳定可持续发展有着极其重要的意义。

本研究利用多因子综合评价的基本原理，确定生态敏感性、生态干扰度的评价因子，选择分级加权的方式制定其分级评价表，通过对相应指标进行赋值和打分，再利用GIS技术得到分析结果，最后通过GIS技术将结果进行叠加分析，最终得出生态风险评价结果。

2.2 基于生态风险评价的城市生态格局修复技术框架

依据“提出问题—分析问题—解决问题”的基本逻辑[8-9]，制定出城市生态格局规划方法框架（图1）。主要步骤为：第一，城市生态问题分析。以数字高程模型（DEM）、遥感分析和现场调研为基础，关注被扰乱的生态格局、被阻断的生态过程、需要保护的重要生态空间以及对上位生态规划的遵循。第二，城市生态现状特性分析。全面总结城市生态格局结构性特点，识别重要生态空间、潜在廊道和战略斑块。第三，城市生态风险评价。具体方法参考前文城市生态风险评价理论研究，按照其技术路线，得到城市生态风险评价结论。第四，城市生态格局规划。在生态现状特性分析和风险评价的基础上提出规划理念，继而结合构成要素构建出城市生态格局。最终划定生态空间控制线，进一步细化和落实。

3 太原市城六区生态格局修复

3.1 项目背景与城市生态问题

太原市生态修复规划范围为尖草坪区、杏花岭区、万柏林区、晋源区、小店区所组成的城六区，总规划面积约为1 460 km2。城六区东、北、西三面环山，三山合抱于后，南部为太原盆地，平原展布于前。汾河一水中流，枝状水系融于城内。

研究范围目前面临的生态问题包括五方面。第一，山水关系清晰，但调节功能弱，服务城市发展的功能有限。具有清晰的“一水中分，三山夹城”的山水脉络，然而城市发展并未形成能服务城市发展的生态空间格局，发挥其对城市良性发展的统摄作用。第二，山体逐步修复，但生态系统稳定性低，地灾问题突出，功能单一。东西北三座山生态资源丰富，对于城市发展而言具有生态、游憩等方面的巨大潜力，但受采矿业影响，地表裸露、山体破碎等问题亟待解决。第三，水资源缺乏，虽水系骨架清晰，但量少质低感弱网碎，服务性差。太原以汾河为南北向主干，九条城市河渠为东西向支干，具有相对完整的结构，但在水资源保护、雨污管理、滨水空间高效利用等方面仍有不足。第四，绿地面积大但绿量小，可达性较差，分布不合理，服务较低效。得益于多年“园林城市”的建设，太原绿地总量较大，但存在分布较为破碎化、未成体系化，且设施配套落后，服务功能较为低效的问题。第五，工矿业遗留问题多，潜在危害大，棕地环境问题和再利用问题突出。太原以工业为龙头闻名于海内外，然而这亦给城市带来了空气污染及棕地问题，成为阻碍城市转型发展的桎梏。

图1 城市生态格局规划方法框架Fig.1 methodological framework of urban ecological pattern planning

表1 生态敏感性因子等级划分评价标准表Tab.1 standard table for classi fi cation and evaluation of ecological sensitivity factor

3.2 城六区生态现状特征分析

基于生态要素现状分析和现场调研，总结出以下生态现状特征：第一，生态资源丰富，景观类型多样，河流水系发达和山地资源优势突出。地势由中部向南北逐减抬高，中部为下凹河谷盆地，东西海拔较高。水系以汾河为界分为东西两侧，边山支沟从东西山山麓流向汾河，东西山发育众多的河流，南北向多为排洪沟渠。生态景观类型多样。第二，生态环境破坏严重，但正在逐步恢复；水资源缺乏，城市内部水面和绿地资源缺乏。东西山大部分布着主要采空塌陷区、采矿扰动区、采煤沉陷区和采矿点，生态环境破坏较为严重。绿地主要位于以汾河为轴线的两侧，以及西山前山区域。建成区内多为小型绿地，公园不仅小而且少，提供的公园服务有限。第三，地形单元呈现东西向排列，南北向延伸，不合理的城市建设导致东西向生态过程和联系弱化，融合度低。

图2 太原市城六区生态敏感性评价图Fig.2 ecological sensitivity assessment map of six districts of Taiyuan City

3.3 城六区生态风险评价

3.3.1 城六区生态敏感性评价

生态敏感性分析评价的是生态系统对经济建设时的敏感程度，用来反映生态环境或失衡问题的大小。通过研究讨论，选对山地地区开发建设影响较大的高程、坡度、坡向、水体缓冲分布、生境重要程度、水安全格局、植被覆盖程度、地质灾害、土地利用等9个生态因子作为生态敏感性评价因子，对每个因子进行赋值加以权重，再结合分级评价表（表1）进行多因子综合评价，得出最终分析结构。评价结果划分为“高度、较高、中度、较低、低度”5个等级（图2）。

研究通过分析得出了太原市城六区生态敏感性以下分布特点：第一，生态敏感性呈现出周边山地环境高而城区较低；周边地区采空塌陷地区、道路沿线敏感性较高；城市中的湿地、公园的敏感性也比较高。第二，城市水体和河流敏感性高，其中汾河为城市中敏感性最高的生态廊道，东西向河流也呈现出较高敏感性。第三，城市与东西山交接的山前地带存在两个南北向延伸的生态敏感地带（界面空间）。

表2 生态干扰度因子等级划分评价标准表Tab.2 standard table for classi fi cation and evaluation of ecological disturbance factor

表3 生态风险分区等级划分表Tab.3 classi fi cation table of ecological risk partition

3.3.2 城六区生态干扰度评价

干扰度是人类活动干扰生态环境的强度，研究人类活动对生态环境的干扰及干扰强度是解析生态环境退化原因的关键所在。研究选择生态环境干扰的6个大干扰项共21个干扰因子，对干扰因子进行缓冲距离相应设定，再进行指标因子的分级及赋值（表2），计算生态干扰度指数，进行干扰度的评价。评价结果划分为“高度、较高、中度、较低、低度”5个等级（图3）。

图3 太原市城六区生态敏感性评价图Fig.3 ecological disturbance assessment map of Six districts of Taiyuan City

研究分析得出太原市城六区生态干扰度以下分布特点：第一，生态干扰度呈现出东西山山地环境高而城区相对较低；周边地区采空塌陷地区、矿点、道路沿线干扰度较高；城市中局部地区和延部分道路干扰度也比较高。第二，城市河流干扰度高，其中汾河为干扰度较低的生态廊道，东西向河流也呈现出较高干扰度。原因在于河流两侧大多建设有城市道路。第三，城市与东西山交接的山前地带存在两个南北向延伸的生态高干扰地带（界面空间）。

3.3.3 城六区生态风险评价

生态风险评价是以生态敏感性分析以及对现状及规划干扰要素的干扰度分析为基础进行叠加确定的。利用GIS进行数据处理叠加后，根据自然间断点分级法分为5个等级（表3）。

研究分析得出太原市城六区生态风险以下分布特点：第一，极高风险和高风险区域集中于东西山、河流、湿地和湖泽等生态要素丰富、自然环境良好的区域，但受到各种人为因素的严重干扰。 第二，中度风险区域集中于部分河流、农村和部分城镇建设用地，在进行生态修复的同时可以进行限度的开发。第三，较低风险和低风险区域分布于现有城镇建设用地、交通用地和设施用地，适宜作为开发建设的备用空间（图4）。

3.3.4 城六区生态格局修复亟待解决的问题

图4 太原市城六区生态风险评价图Fig.4 ecological risk assessment map of six district of Taiyuan City

图5 太原市城六区生态安全格局规划图Fig.5 ecological pattern planning of the six districts of Taiyuan City

一是需要解决太原市的水源涵养和生态屏障问题。依托东山、西山和北山三面环山的地格优势和特征，建立多样化的生态保育区和水源涵养区，成为太原市市域范围内重要的战略性生态空间。二是需要解决太原市城景融合和决定城市生态特征的东西向生态过程融合贯通。依托东西向的河流和道路系统建立不同等级的生态廊道，利用楔形绿地和绿带（绿色基础设施）促进城景融合和强化东西向生态过程融合贯通。三是需要降低太原市城六区生态空间的碎片化、高敏感性、高干扰等影响生态系统质量和健康性的生态风险。太原市的生态空间和城市空间高度分隔，在生态空间内部存在着较高的碎片化、敏感性和干扰性，生态系统服务受到制约，生态系统处在不稳定阶段。城市内部生态空间有限。四是需要解决激活界面空间生态服务功能的机制。太原市围绕城区形成了不同尺度下发育的界面空间（交错带/缓冲带），在太原市生态格局构建中具有重要的和多样化的生态服务，通过提高连接度和融合度，进一步建立一体化的绿网、水网和路网。

3.4 太原市城六区生态格局修复规划

3.4.1 规划思路

首先，依托山水格局，识别重点生态空间，构建山水蓝绿生态网络，强化生态格局整体性。

其次，依托南北向主导生态过程，梳理东西向二级生态过程，构建城景融合和绿色基础设施网络，强化生态格局的连通性。

再次，依托发育成熟的多尺度生态界面空间，提升界面空间的多样性和城市生态的服务功能，构建山前环城绿带，强化城市生态空间的可达性。

表4 生态格局要素统计表Tab.4 statistical table of elements of ecological pattern

最后，依托城市公园绿地和河湖水系空间（含小微湿地），强化与城市功能组团的结合，提升城市生态空间服务品质，优化布局，强化城市生态空间服务的公平性。

3.4.2 生态格局构建

强调“西山”与“东山”区域间的生态联系，利用以汾河、晋阳湖为主体的水网骨架，通过梳理、修复、补充的方法构建蓝绿相间、结构清晰、层次明确、山城生态连通的生态安全格局（图5）。这一格局的要素组成包含三个级别的生态廊道、三级生态功能空间和两种建设区域（表4）。第一，生态廊道。依据主要河流与城市道路确定一级、二级生态廊道。依托支流水系、城市次路等构建3级生态廊道。第二，生态功能空间。基本生态空间，即生态质量最优区域，通过保护及生态恢复的手段保障其规模和质量。重要生态空间，是指现状具有较优的生态环境，通过生态规划的方式进行整体生态要素的整合后，能够在不影响自身生态质量的情况下容纳一定规模与强度的人居建设活动的区域。一般生态空间，位于人居建设区外围，是协调建设空间与生态空间相互关系的重要区域组成，主要为基本农田、城市公园绿地。第三，人居建设区域。是指在保障区域生态安全及环境质量的前提下，适宜于进行大规模集中化人居环境建设的区域，规划包括优化建设区和重点建设区。

3.4.3 生态格局空间结构体系

太原市城六区生态格局修复的空间结构总体特征为“一轴双核、三极两带、一环多廊、多点多组团”（图6）。一轴双核是以汾河为中心的一级生态轴（一轴）和西张水源地生态保护核和晋阳湖生态核（双核）。三极两带是以植被覆盖较好的东山、西山、北山三个生态涵养区为基础的大部分生态空间；同时，北山作为吕梁山脉和太行山脉之间重要的连接山地和太原盆地与忻州盆地之间的分隔山地（主体在太原阳曲县），要恢复其作为规划区生态体系的源的作用（三极）；重点构建西山山前缓冲带、 东山林地缓冲带（两带）。一环多廊是重点构建以东西山旅游公路环线为基础的生态廊道（一环），同时建设依托主要河流及沟渠的生态蓝廊和依托主要道路的生态绿廊等廊道体系（多廊）。多点多组团是指具备战略性生态功能的生态节点，具备发展成为绿地的潜力（多点 ）和都市产业组团片区、 历史风貌组团片区、中心商务组团片区、晋源文化组团片区、产业组团新区、城郊农业组团片区的城市组团内的生态空间体系（多组团）。

图6 太原市城六区生态安全格局结构图Fig.6 ecological pattern structure of the six districts of Taiyuan City

表5 太原市城六区生态空间控制线统计表Tab.5 statistical table of ecological spatial control line in six districts of Taiyuan City

3.4.4 生态空间控制线划分

规划结合太原市城六区生态格局规划的成果，通过3种类型生态空间控制线（表5）将规划区域内的生态空间加以划分，以此作为政府部门对太原市城六区生态环境进行管理的重要依据。

第一，生态控制线。包括生态格局规划里的基本生态空间、重要生态空间、一级生态廊道以及二级生态廊道。包括通过GIS分析得出的生态敏感性高、生态风险高、不适宜建设、急需进行生态保护的区域。

第二，基本农田控制线。参考《太原市土地利用总体规划（2006—2020年）》，按照确保数量，提升质量、稳定布局的原则进行基本农田区域划定。

第三，城乡建设控制线。参考《太原市土地利用总体规划（2006—2020年）》，指生态控制线和基本农田控制线以外的范围。

最终形成太原市城六区三生空间的融合格局。

4 结 语

城市作为人类主导的社会—自然—经济复合生态系统，是一个依靠外部物质和能量输入的开发型的系统。城市生态安全格局构建是一个多尺度、综合性的区域问题，需要重点关注以下问题：宏观与微观尺度之间的关系协调、城市内部与外部之间的关系协调、理想与现实目标之间的权衡、人类生存需求与生态服务需求之间的权衡[10]。

本研究侧重研究城市尺度的生态格局规划，关注基于生态要素现状特征和城市生态风险评价用于城市建设与生态保护亟待协调的太原市城六区的生态格局规划。研究基于结构和功能，关注生态敏感性与生态干扰度的生态风险评价体系构建，形成城市生态格局规划框架。评价过程以RS/GIS的工作平台为基础，识别重要节点空间、廊道及关键性生态功能空间，最终规划从城市景观复合生态系统的角度强调城市发展与绿色基础设施的共轭性，以期达到自然生态空间与人文生态空间活力互渗、交融联系的预设目标。研究中基础数据精度、评价指标体系的因子选择、指标的权重和赋值等方面仍有待改进和完善。希望在后续的研究中，这些问题可以随着基础资料的完备、技术的进步以及更为广泛和深入的学术探讨交流得到更好的解决。