基于生态干扰分析城市生态论文

　基于生态干扰分析的城市生态论文

　1 当前城市空间规划中生态规划策略的局限

　保护好动态生态过程、考量城市开发建设对生态过程的干扰分析对维护自然生态系统以及社会经济环境的可持续发展有着重要意义；同时，通过景观生态指数计算对构建的生态安全格局进行生态效益评估，对校核城市空间规划方案在生态规划层面的合理性与可操作性亦有着重要的作用。而当前城市设计中关于这一领域的研究较少，因此，亟需建立一种方法来考量城市建设对这些过程的干扰分析，同时建立生态效益评价体系对空间方案进行评估，构建全面、稳定的生态安全格局。

　2 研究的思路与技术路线

　2.1 概念界定

　广义上的生态过程干扰是指人类的活动对自然生态系统产生的所有影响，进而引发一系列的生态问题，如生态物种减少、引发自然灾害、景观格局破碎等；狭义上的则是指城市建设、城市增长对动态的自然生态过程产生的干扰和影响。本文所指生态过程干扰是基于狭义上的概念。当前我国快速推进的城市建设对生态过程的干扰是多方面的，如水文过程、生物活动过程、物种栖息过程、物质能量流动、自然通风过程、海潮淹没过程等都已经受到大规模城市建设的影响，造成自然生境的不可逆转破坏。

　2.2 研究的思路

　从动态的生态过程视角出发，在城市空间规划中，结合基地的特

　征和实际情况，综合考量城市开发对生态过程的干扰，利用 GIS 对这些过程进行空间格局分析，识别潜在的生态要素以及空间组合构成，并通过 Fragstats（景观生态相关指数计算软件）对斑块分维度、香农多样性等景观生态指数进行量化分析，对方案进行生态效益评估，以校核城市空间规划方案在生态规划方面的合理性与可操作性，进一步优化城市生态安全格局。

　2.3 技术路线框架

　根据上述研究思路，本文构建了如下技术路线。

　3 项目实践研究

　3.1 苏圫垸现状概况

　3.1.1 区位交通

　苏圫垸位于长沙市开福区,基地范围包括苏圫垸湿地公园片区和湿地公园外东北片区两部分，总面积约 22.73km2。基地依托长沙北二环、长沙北三环、京珠高速公路便捷联系四方，随着未来长沙过江交通完善、区域交通网络成型，苏圫垸将成为长沙主城北部重要的交通节点，是长沙北拓发展的空间载体。

　3.1.2 基地特征

　苏圫垸地区的生态系统由湿地、森林、河流等多种类型共同组成。现状湿地主要为库塘湿地，包括水库、水稻田、山塘、鱼塘等多种类型，呈现典型的人工湿地特征，是潜在的承载城市活力集聚的地区。规划区现状以粗放的方式建设，大量村庄建设用地零散分布，建设质

　量普遍不高，卫生环境较差，缺乏公共配套服务设施。

　3.1.3 生态过程干扰分析

　针对当前苏圫垸地区的基地特征以及存在的生态问题，本次设计方案将重点考量城市开发建设对以下几个生态过程的干扰分析：

　（1）水文过程干扰。

　历史上苏圫垸地区存在着众多的库塘湿地，包括水库、山塘、径流等，水系类型多样，形态丰富，在 20 世纪 50 年代苏圫垸湿地还存在着小泗胡、基头湖、王家湖、楚家湖等大型湖泊，捞刀河等河流水量充足，然而从 1990 年代开始，苏圫垸河漫滩先后经历围堤建垸、捞刀河出口改道等工程，不断地冲击原生态系统，并大大降低了蓄洪能力，由河漫滩转向堤垸，导致水塘数量减少、面积减小，湿地功能退化，生态植被单一。当前，大型水体仅剩楚家湖、凤羽湖和捞刀河，现状水塘多为农用，人工性强。21 世纪以来，苏托垸灾害史问题突出，包括溃垸数次、外江渗水、旱灾。研究水文过程，通过 GIS 对水系统进行空间格局分析，对恢复苏圫垸水文生态系统有着重要的意义，本文将重点从洪水总量计算、水面率控制的规模与范围、水敏感、低洼地等方面进行空间分析，识别对水文动态过程有着重要的意义的生态元素以及所构成的空间格局。

　（2）生物栖息、活动过程干扰。

　苏圫垸地处长沙市区域生态廊道交汇的重要节点，境内物种十分丰富，有国家级保护植物如香榧、三尖杉等，是白鷺、苍鷺等各种鸟类以及眼镜蛇、牙獐等动物的重要活动廊道与栖息地，是整个生物活

　动安全通道上的重要缓冲区，但是这些生物过程都随着区域周边的开发建设不断消失，湿地正在逐步退化。据不完全统计，从 20 世纪 90年代至今，苏圫垸地区动物栖息地斑块数量减少了近一半，面积只有原来的 60%，分布较为零散；捞刀河生态效益低，廊道宽度不够，物种单一，河岸生态稳定性差，这些都导致生物多样性不断降低，众多喜水、喜林生物在这一区域已经消失；加上周边区域的开发建设，也进一步阻断了生物活动过程。生物栖息、活动这一动态过程对维护生物多样性、生态稳定性有着重要的作用。因此，苏托垸地区的城市设计将着眼于保护山体林地和水系湿地生境资源来解决这一诉求，利用GIS 对喜水、喜林生物的栖息地、活动廊道进行敏感度、缓冲区分析，重构生物安全格局。

　（3）自然通风过程干扰。

　长沙市夏季主导风为东南风，平均气温高达 37.10C，已经成为“四大火炉”之一，近些年在大规模的城市建设中不断侵蚀湿地，忽视对自然通风过程的考虑，导致城市热岛效应明显，与此同时，由于通风过程不流畅，加剧大气污染物的集聚。当前，SO2、NO2 为长沙市大气污染的主要污染物，且春季和冬季是长沙市大气污染较为严重的季节。苏圫垸处于长沙南北向通风廊道的中央及分叉口位置，对于冬季西北风顺利进入南部城区缓解大气污染，以及夏季东南风携带主城区热量通畅北上，减少热岛效应、降低城区温度、稀释大气污染起到非常重要的作用。本文将对苏圫垸进行热岛缓冲廊道、主导风向、地形风向的空间格局分析，保护苏托垸地区自然的通风格局。

　 3.2 基于生态过程干扰分析的 GIS 空间格局构建

　3.2.1 水文过程干扰的 GIS 空间格局

　（1）洪水量计算。

　苏圫垸片区集雨面积为 12.34km2，位于暴雨一致区第七区，产流分区为第Ⅰ区，雨量初损 30mm，地表径流系数取 0.6。考虑到本区域集雨面积较小，流域内无实测水文资料，本次计算采用《湖南省暴雨洪水查算手册》推理公式法来推求本流域 5%频率下的设计洪水（防洪标准：200 年一遇，排涝标准：20 年一遇暴雨 12 小时排出），采用公式 Wmp=R 总 F/10（万 m3），经计算得洪水总量为：Wm5%=193 万m3。

　（2）水面率规模控制。

　在得到洪水总量的基础之上，结合区域现状水面率以及《城市水系规划导则》的要求，同时参考其他国家城市湿地公园水面率控制比率，本次取本区域最小水面率为 12%（参考江浙地区水网地区 12%最小水面率要求），即 1.72km2。总规中明确苏圫垸湿地片区可建设用地不应超过用地 1/3，则湿地公园面积约为 10km2，其中水面率参考国内其它国家城市湿地公园水面率，约为 40%~70%，因此本次研究最大水面率取 60%，则片区内最大水面率控制为 6km2。综上，本次水面率选取用地面积的 12%、20%、40%作为低、中、高三个方案分别从滞洪排涝能力、水体循环经济性等方面进行比选。三个方案均能满足滞洪蓄涝要求，但是水面面积越大，蓄涝能力越强。本次研究建议水面率控制在 2.5~6km2 之间，为保证滞洪蓄涝要求，非汛期建议

　取中低值，汛期部分湿地区域可淹没，水面面积达到中高值。

　（3）水敏感性分析。

　综合水系历史演变、现有水资源分布、低洼易涝区分析确定水敏感性分区。水敏感性强的区域主要有：1）捞刀河及沿河两侧河漫滩区域，“三横两纵”干渠；2）捞刀河河堤北侧周边低洼易渗水区域；3）现有养殖塘、鱼塘、山塘等水体;4）楚家湖南侧低洼区域、养殖中心南侧低洼区域；山区自然径流、在建水库区域。水敏感性分析反映，可通过规划构建草型湖泊+表面流人工湿地，局部运用多类型人工湿地复合系统，通过重构本地化生物群落，与区域山丘、河流生态系统连接。

　3.2.2 生物栖息、活动过程干扰的 GIS 空间格局

　通过 GIS 的空间分析，识别苏圫垸地区喜水生物与喜林生物的潜在栖息地和迁徙活动廊道。在此基础上，进行因子叠加，识别生物潜在栖息地与活动廊道。

　3.2.3 自然通风过程干扰的 GIS 空间格局

　（1）风廊道构建。

　来自北部森林、湿地的清新空气源随湘江沿规划区西部开阔湿地水面进入规划区形成主风廊道，因此，本次规划沿区域生态绿廊布置大型南北向绿化廊道，将山林的凉风引入规划区，并为城市补充氧气；沿中部风羽湖和城市主干道形成次风廊道，利用凉爽的林源风与水系为城市降温。

　（2）热岛缓冲廊道构建。

　 根据现状不同地表下垫层类型进行地温反演，得到现状热岛及冷岛分布情况，从而建立联系冷岛的低温廊道以及分割热岛的热缓冲廊道，利用绿化与水体减缓太阳辐射的热效应。

　3.3 规划方案

　通过对生态过程的干扰分析，明确城市开发对这些过程的内在影响，叠加水文过程敏感性分析、生物活动过程敏感性分析、风廊道、热岛缓冲廊道敏感性分析、地质敏感性分析，将原有坑塘湿地、山体林地等自然资源，与规划公园湖泊、防护绿地等人工生态资源有机整合,构建“斑块-基质-廊道”综合生态安全格局，形成规划方案的的生态保育雏形。根据 GIS 空间格局分析结果，整体上形成大集中、小分散的用地布局形态。规划区北部最敏感区域分布较多且较为分散，用地布局宜采用有机自由的布局方式，低强度开发，整合现有村庄居民点，形成两型社会新农村建设样板示范区；南部为集中建设区，最敏感区域主要分布在中间区域，通过适当扩大水面，形成以风羽湖为生态绿核的公共服务区，结合次一级敏感区域以及地表径流、现状水塘的分布，疏通水系，形成网络化的水乡布局模式，在此基础上，综合考虑交通、功能分区等，将各类建设用地有机嵌入生态本地，形成苏圫垸地区的空间规划方案。

　3.4 效益评价

　3.4.1 评价指标体系

　在景观生态学理论基础上，以保护生物多样性和合理规划斑块、廊道等生态资源为基地生态保护为核心目标，选取斑块形状指数、斑

　块分维度指数、香农多样性指数、香农均度四个景观生态指数因子进行评价，共同建立生态效益评价指标体系。

　3.4.2 评价结果

　利用 Fragstats 景观生态格局软件，对比核算规划区水域景观、绿地景观规划前后的景观生态指数，评价结果显示：平均斑块形状指数（SHAPE_MN）提高了 49.6%，平均斑块分维度指数（FRAC_MN）提高了 1.4%，香农多样性指数（SHDI）提高了 27.1%，香农均度指数（SHEI）提高了 27.1%，规划方案通过尊重规划区现状自然生态基底条件，注重廊道的连接，湿地的规模化、整体化设计，使规划区水绿空间结构得到优化，景观多样性更丰富，分布更均匀，生态效益也得到显著提高。

　4 结语

　本文以长沙市苏圫垸城市设计实践项目为例，探讨了一种基于动态生态过程保护的生态安全格局构建方法，即在地质敏感、工程承载、高程、坡度等分析的基础上，综合考量城市建设开发对生态系统造成的各类生态过程的干扰，通过 GIS 空间格局分析，识别动态的潜在的生态安全格局，作为城市设计方案的雏形，实现生态效益与经济效益的平衡。当前，国内学者较少对“生态安全格局”构建后的生态效益进行科学的评估，本文利用景观生态格局软件 Fragstats 选择部分景观指数进行生态效益复核，以校核城市设计方案在生态规划方面的合理性与可操作性，在优化与完善城市生态安全格局的同时，其研究思路与技术方法亦可为其他地区城市建设提供借鉴与参考。

　 作者：曾振 周剑峰 肖时禹 单位：深圳市城市规划设计研究院