生态视角下的河流廊道景观风貌综合评价∗——以永定河(官厅水库至屈家店段) 为例

张任菲 苏俊伊 刘志成 刘 璐 李 豪 杨瑞莹

北京林业大学园林学院 北京 100083

河流廊道是陆地景观中重要的廊道, 其在空间格局上包含水体、 滩涂及两侧堤岸上一定宽度范围的陆地, 表现出融合水体、 植物、 滩涂、 岸线等复合特征的综合状态[1-2], 对生物圈物质能量的循环具有重要意义[3]。 永定河是《京津冀协同发展规划纲要》 中推进“六河五湖” 生态治理与修复中的重要河流之一, 是京津冀地区重要的水源涵养地、 生态屏障和生态廊道[4], 是京津冀地区主要功能区的主轴, 同时还是京津冀地区重要的防洪安全屏障。 然而当前永定河存在水资源过度开发、 环境承载力差、 河流断流、 生态系统退化严重等突出问题,严重制约着京津冀地区的健康发展。 实施永定河综合治理与生态修复, 打造绿色生态河流廊道, 是京津冀协同发展在生态领域率先实现突破的着力点, 对改善区域生态环境具有重要的引领示范作用[4]。 近年来对于河流廊道评价的研究和实践逐渐增多, 研究体系也逐步深入,以往针对植被、 水质等单要素的研究已无法全面反映河流廊道风貌状况, 需结合岸线、 滩涂等多类要素, 囊括水文、 生态等多学科视角的方式进行。 在此背景下, 本研究尝试从生态的视角下思考如何建立河流廊道景观风貌综合评价体系, 并进一步探讨影响永定河河流廊道景观风貌的关键性因子, 以期为未来河流廊道的生态修复及规划设计提供参考。

1 研究范围及样点设置

研究范围涵盖永定河北京段及部分天津段, 包含山峡段(官厅水库至三家店)、 平原城市段(三家店至梁各庄) 及平原郊野段(梁各庄至屈家店)。 调查点依据河流形态变化、廊道内土地利用和植被状况确定[5], 同时根据卫星遥感图像进行差异分辨, 最终将永定河官厅水库至屈家店段划分为25 个连续性河段,每段长度约10 km, 从每段选取典型性样地,现场利用GPS 进行准确的定位记录并开展详细调查。

参考当前划定河流廊道宽度的相关研究和标准, 各级政府组织规定的河岸缓冲带宽度为20 ～200 m 不等[6-7]。 基于永定河研究区段河流廊道在地形、 土地利用、 植被类型等方面的综合特性, 从生态与景观功能优化的角度考虑尽可能维持廊道内的生物多样性,在确保范围能够至少包括河漫滩及两侧高地林带的前提下进行廊道宽度覆盖至堤外200 m的研究。

2 研究方法

针对河流廊道风貌方法的研究, 就原理而言主要有预测模型法和多指标评价法。 多指标评价近年来使用比较广泛, 国内张昶、 夏继红等[8-9]从生态河岸带、 城市河岸生境、 自然度等方面进行了评价研究; 此外, 国内外关于河岸带的综合评价研究体系逐步深入, 评价指标也更具综合性。 本研究参考国内外已有的河岸带风貌评价体系, 结合永定河河流特征, 从水体、植被、 滩涂、 岸线4 个层面选取典型性指标因子, 确立各指标的评价标准, 并借助AHP 层次分析法确定各因子的权重, 建立评价模型, 得出河流廊道综合得分值, 再依据得分等级衡量永定河河流廊道景观风貌特征。

2.1 选取评价指标

河流廊道景观风貌特征是河岸、 水体、 陆域等多个景观要素的综合体现结果[1]。 基于永定河景观风貌评价要素的多维性, 在构建评价体系的过程中, 结合河流实际空间形态及其所包含的复合特征建立拥有递进层次的指标体系。将水体特征(B1)、 植被特征(B2)、 滩涂特征(B3)、 岸线特征(B4) 4 个层次作为评价体系的一级指标, 进一步选取22 个影响因子作为二级指标加以具体量化(图1)。

图1 河流廊道景观风貌评价指标

2.2 确立评价标准

自20 世纪50 年代开始, 国外一些国家开始尝试河流“近自然设计” 等基于生态学理念的新方法, 如荷兰莱茵河、 德国艾尔河的修复[10];近年来国内也逐渐重视生态修复的理念, 如董哲仁[11]提出的人与自然和谐共处的工程学等,近自然理念已逐渐受到越来越多的关注并应用于实践。 本研究在资料收集、 国内外标准对比及专家咨询的基础上, 参照近自然河岸带状态,结合永定河实际情况及变化特点确定评价标准。采用5 级分值评分, 分值越高表示河流廊道景观风貌越接近原生自然状态河流的特征, 分值越低表示受破坏程度越大、 状态越差[12-19](表1)。

表1 二级指标评分标准及其权重

指标调查中, 定性指标如植被带格局、 堤化方式等依据河流实际情况进行记录打分, 定量指标多利用激光测距仪或皮尺测量后计算得出。 指标中的水流速度以浮标在1 分钟内漂浮的距离衡量。 植物丰富度采用典型样方取样法,在每段河流两侧垂直于河流方向选取典型样方,乔木样方为10 m × 10 m, 沿乔木样方的西南角处划定5 m × 5 m 的灌木样方, 沿乔木样方的4个角及中心位置划定1 m × 1 m 的草本样方, 共计调查96 个样方; 统计样方内的植物种类, 用Margalef 丰富度指数[12]表示该流域内的植物丰富度[20-21], 计算公式为D＝ (S-1)/lnN(N为总个体数量;S为总物种数量)。

2.3 建立评价模型

运用AHP 层次分析法进行指标权重的计算[19]。 为保证权重值的科学准确, 通过专家及具有相关专业背景的研究人员依照层次关系对二级指标的重要性做两两比较, 构建判断矩阵,经一致性检验得到各指标的层次内权重W1(表1), 再分别与所处一级层次的权重(水体特征、滩涂特征、 植被特征、 岸线特征层次权重分别为0.40、 0.14、 0.32、 0.14) 求积, 得到二级评价指标的综合权重W2(表1)。 由此构建永定河河流廊道景观风貌综合评价值的模型为:

其中R表示河流廊道景观风貌综合评价值,Wi表示第i个指标的权重,Bi表示第i个指标的值。

对永定河河流廊道景观风貌进行等级划分,依据得分值划分为非常好、 较好、 一般、 较差、非常差5 个状态等级[16](表2)。

表2 状态等级及状态描述

表2 (续)

3 结果与分析

3.1 永定河河流廊道景观风貌整体状态评价

基于上述评价模型, 对研究区域内的25 个代表性样地进行数据取样与风貌综合评价值(R值) 的计算, 结果如图2 所示。 按状态等级进行分类统计, 风貌评价值为3.2＜R≤4 的河段数占比12%, 皆位于山峡段; 风貌评价值为2.4＜R≤3.2 的河段数占比28%; 风貌评价值为1.6＜R≤2.4 的河段数占比12%; 风貌评价值R≤1.6的河段数占比48%, 皆位于平原城市段, 此类河段原生生态景观风貌已被严重破坏, 受人为干扰强烈, 河道大面积断流, 是永定河景观风貌最差状态的现实表征, 尤以第10 段与第11 段状态最差, 河流完全被破坏, 原生风貌基本消失。

图2 永定河河流廊道景观风貌整体特征评价得分图

3.2 永定河河流廊道景观风貌各特征状态评价

进一步分析永定河水体、 植被、 滩涂、 岸线特征, 结果如图3 所示。 水体特征处于非常好状态的河段数占24%, 处于非常差状态的河段数占48%, 其中R 值为零的比例达36%, 集中于平原城市段; 植被带特征整体差异不明显,多处于中间等级; 滩涂特征处于非常好状态的河段数占40%, 处于非常差状态的河段数占48%, 皆位于河流断流区域; 岸线特征都处于一般及以上状态的等级, 其中处于非常好状态的河段数占28%。

图3 永定河河流廊道景观风貌各特征评价得分图

3.3 永定河河流廊道景观风貌评价指标分析

统计各项二级指标评分值在5 个梯段内所占比例(图4), 分析影响永定河河流廊道景观风貌的主要因子。 结果表明, 水体充盈度、 水流速度、 植物丰富度、 河岸弯曲度4 个因子评分值最低, 半数以上的河段状态等级都处于较差及以下, 比例分别达56%、 76%、 60%、64%, 导致五成以上河段的综合评价结果较差,是目前永定河河流廊道景观风貌的短板。 同时受城市段断流的影响, 滩涂保有率和滩涂宽度2 个因子非常差的比例均达到了48%, 也是目前制约永定河景观风貌的主要因素。

图4 二级指标各评分值所占比例示意图

水体充盈度的权重值在所有指标中最高,能够在较大程度上反映河流廊道景观风貌的整体状况。 河流在城市段几乎全线干涸, 郊野段水体充盈度仅有约50%, 水体的干涸主要是上游拦截、 灌溉以及人为活动对河道的侵占造成的。 水流速度在山峡段较高, 在城市段五湖一线地区呈不明显的中速流动, 沙质断流区仅有少量水泡, 郊野段几乎静止, 水流速度的滞缓多来自于岸线形态的改变, 以及淤泥、 垃圾的堆积。 永定河的植被以草本为主, 灌木居次,乔木最少, 乔灌草结构不完整, 城市段人类活动对植物群落的改变与破坏较为严重, 导致群落数量锐减, 植物种类单一。 河岸弯曲度在城市段受到严重破坏, 弯曲度严重低于山峡段与郊野段; 此外, 岸线渠化率过高造成的滩涂缺失对景观风貌同样产生负面影响。

4 结论与讨论

研究表明, 当前永定河河流廊道整体风貌差异明显, 由河流廊道景观风貌综合评价模型可得状态非常好、 状态较好、 状态一般、 状态较差、 状态非常差的河段数量比例分别为12%、28%、 12%、 40%、 8%, 状态非常好和较好的河段主要集中于山峡段, 状态较差和非常差的河段全部集中在平原城市段。 水体充盈度、 水流速度、 植物丰富度、 河岸弯曲度4 个因子的评分最为不理想, 半数以上的河段状态等级都处于较差及以下, 比例分别达到了56%、 76%、60%、 64%, 这些应是永定河河流廊道修复中景观风貌构建的关键性控制因子。

进一步解读各类因子, 可以看出水体是最直接反映河流景观风貌的要素, 在景观修复中占有首要地位。 当前政府已开始对永定河进行生态补水, 由上游向下游实现贯通, 这将促使景观风貌最直接的提升, 为未来形成多样的河道景观提供契机。 滩涂依附于水体, 在一定程度上也将得到改善。 岸线是反映廊道边界景观的重要层面, 永定河的薄弱部分主要是城市段,考虑到该段的功能需求以及河堤硬化等问题,此段岸线景观短期内将不会有显著的提升。 植被则是反映廊道景观风貌最重要的因素, 对于永定河而言, 水体修复是基础, 植被修复是本体, 同时植被修复受时间的周期性影响, 是未来廊道构建甚至整个城市边缘区生态效益的核心, 因此未来永定河廊道修复中植被修复将成为重中之重。 未来应进一步探讨植物景观风貌的优化策略, 为后续开展生态恢复与治理提供支撑。