基于生態-景觀視角的城鎮河岸帶風貌特征評價
——以晉江市河溪為例

張 昶,王 成,*,孫睿霖,金佳莉,唐賽男

1 中國林業科學研究院林業研究所, 北京 100091 2 國家林業局林木培育培育重點實驗室, 北京 100091 3 國家林業和草原局城市森林研究中心, 北京 100091

河岸帶是陸地生態系統和河流生態系統的交界區[1-3],呈現水-灘-陸的結構特征,并在一定空間寬度范圍表現出生態與視覺景觀相互作用的綜合狀態,這種綜合狀態表現為融合了水體、植物、灘涂、岸線等的復合特征,可將其界定為河岸帶風貌,其受到多種生態與社會因素綜合影響與調控。隨著我國城鎮化的不斷推進,城鎮化地區河流成為建設用地擴張、城市生產生活污染的首要威脅對象之一,河岸帶的形態結構與原有自然河流產生了較大差異,更普遍面臨著較為嚴重的生態與景觀功能衰減問題,河岸帶風貌退化嚴重,急需對其狀態展開評價研究與調控建設[4- 8]。目前許多關于河岸帶的研究,河流生態學將河流作為區域生態廊道,其生態功能及調控寬度的研究已形成較為成熟的理論體系[9-14]；河流景觀學將河流作為城市景觀廊道[15-17],其視覺形態及建設寬度問題也得到了較多的研究,但這些研究：(1)并未能體現出河岸帶生態功能寬度與視覺景觀建設寬度的一致協調性,造成了生態學理論難以落實到建設實踐中,(2)探討的對象大部分為處于集約型大城市的大型河流,對于處于全域型城鎮化影響下小尺度河溪的關注極度缺少,但該地區河溪自我修復能力與景觀影響能力相對較弱,干擾更易造成水系生態與景觀的全面破壞,并且全域型城鎮化條件下河溪在較小河岸空間范疇內更集中反映出各種生態與社會因素的突出矛盾,其河岸帶風貌有著更多的非自然差異與復雜表現形態,需要系統而綜合的解析與研究。針對上述問題,本文嘗試解決：(1)從生態與景觀雙重角度,應如何構建全面反映狀態的綜合評價體系,并以此為基礎探討河岸帶風貌優化對策,解決河岸帶生態功能同視覺景觀研究與建設寬度的一致性問題；(2)針對小尺度河溪研究缺口,以晉江市河溪為例展開研究,探討應提出具體的河岸帶風貌恢復與建設措施,以更好地指導實踐,為其他研究提供指導與參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域與研究對象

晉江市位于福建省東南沿海,泉州市東南部,晉江下游南岸,是在沒有大城市影響、鄉鎮企業全面開花、就地實現城鎮化的經濟發達地區,城鎮建設用地比重高達64%,是我多東南沿海全域型城鎮化的典型代表。其市域河網密度大、河道淺窄、源近而流短,城區、鄉鎮、鄉村、農田、工廠等各類景觀交錯分布于河流沿線(圖1),河流景觀已經發生了全流域的整體性變化[18]。本研究選定12條主要河溪作為研究對象,其分布于晉江市域內各方向,沿線涉及各種不同類型的土地利用。

圖1 研究區域河溪沿線現狀Fig.1 Current situation of stream riparian in study area

1.2 研究范圍與研究河段

范圍界定：河岸帶風貌是生態與視覺景觀綜合狀態的表征,基于這一綜合特性,立足晉江河溪的特點,參考現有從生態、景觀、地文等角度劃定河岸帶寬度的研究成果,耦合并取能夠包含各特征的最大范圍,將研究范圍定于10倍河寬[19](圖2),即max{生態控制寬度(30 m[20]、65 m[20]、150 m[21]),地形水文基礎寬度(25 m[22]、10倍河寬、歷史最大洪水線[23]、水土保持線[24]),視覺影響寬度(第一層視線輪廓的水平距離[25])}=10倍河寬,經過實地校正確認該范圍完全能夠包含從河灘開始向兩岸延展的連續性植物群落的最遠邊界。

河段調查：河段的確定首先利用GIS技術手段,依據最新高清衛星遙感資料進行差異分辨,并根據河流形態(河槽寬度變化10 m以上)、土地利用(主要用地類型由農用地變為建設用地,或反之)和植被的代表性原則[26],每條河流劃均分為連續性的差異河段,再依據實際情況與現場可達性,選擇一個樣點作為該河段的代表,現場用GPS對其進行準確的定位記錄并開展詳細調查,12條河流共設置120個河段調查點(圖2)。

圖2 研究范圍用地現狀及調查樣點示意圖Fig.2 Land use of study area and the distribution of samples

1.3 綜合評價指標體系構建

1.3.1 評價指標的選擇

河岸帶風貌融合了水體、空間形態、植物、用地、岸線等復合特征,對其狀態的研究應立足科學的綜合評價體系,依據評價指標選取的代表性、可操作性、可比性等原則,結合實地調查與專家意見[27],以水-灘-陸所包含的水體特征(A1)、植被特征(A2)、灘涂特征(A3)、岸線特征(A4)4個層次作為評價體系一級指標,再進一步篩選各個特征的典型影響因子作為二級指標,其中水體特征層的二級指標包括水體充盈度(B11)、水流速度(B12)、水面通透度(B13)3個因子；植被帶特征層的二級指標包括植被帶寬度(B21)、植被帶高度(B22)、多樣性(B23)、鄉土性(B24)、植被帶結構(B25)、植物區系(B26)、植被帶連續性(B27)、人為栽植植物比例(B28)8個因子；灘涂特征層的二級指標包括淺灘保有率(B31)、灘涂寬度(B32)、自然灘涂保有度(B33)3個因子；岸線特征層的二級指標包括視線阻視(B41)、河堤類型(B42)、河堤高度(B43)、河堤綠化比例(B44)、濱河土地硬度[28](B45)、濱河河道硬度[28](B46)6個因子,以此構建河岸帶風貌綜合評價體系(圖3)。

圖3 河岸帶風貌綜合評價體系Fig.3 Comprehensive assessment index system of riparian view

1.3.2 評價標準的確定

本文在資料收集、現狀調研、國內外標準對比、專家咨詢等基礎上,結合晉江城鎮化地區河溪的特點及實際情況確定評價標準,具體見下表1,評分標準采用5級分值評分,分值越高表示河岸帶風貌越接近地帶性原生自然河流的特征,狀態越好,分值越低,表示河岸帶風貌受人為破壞程度更大,狀態越差。

表1 二級指標評分值標準及其權重

1.3.3 評價模型的建立

(1)首先運用AHP(Analytic Hierarchy Process)方法[37]進行指標的權重計算,對二級指標重要性做兩兩比較,構建判斷矩陣,經一致性檢驗后得到各指標的層次內權重W1(表1),再分別與所處一級層次的權重(水體特征、灘涂特征、植被特征、岸線特征層次權重分別為0.11、0.42、0.24、0.23)求積,得到二級評價指標的綜合權重W2(表1)；(2)其次將各二級指標調查值或計算值,依據表1的評價標準,獲得各二級指標評分值(分值在0—4之間),Ni表示第i個二級指標評分值；(3)對河溪河岸帶風貌得分值進行計算,用Ni與其綜合權重求積并加和所有二級指標的該項求積值得到河岸帶風貌得分值,用Ni與其層次內權重求積并加和各特征所屬全部二級指標的該項求積值得到該特征得分值；(4)對河岸帶風貌進行狀態等級劃分,依據得分值劃分為非常好、好、一般、較差、非常差5個狀態等級(表2)。

表2 狀態等級及狀態描述

2 結果與分析

2.1 晉江河溪河岸帶風貌整體狀態評價

統計上述評價模型,對120個河段的取樣數據計算所有樣點的RV值,并按照上述5個等級進行分類統計(圖4),結果表明,河岸帶風貌值無3.2

圖4 晉江河溪河岸帶風貌及其各特征綜合評價的得分值Fig.4 Stream riparian view and its characteristics value in Jinjiang by Comprehensive assessment

2.2 晉江河溪河岸帶風貌各特征狀態評價

進一步統計各二級指標評分值0、1、2、3、4分別所占比例(圖5),并基于各項二級指標,分析水體、植物、灘涂、岸線特征。

圖5 二級指標各評分值所占比例Fig.5 The percentage of different second-grade indexes score

淺灘保有率、灘涂寬度、自然灘涂保有度因子評分值為0的比例(分別為89.17%、50.83%、64.17%)顯著高于其他評分值比例,因此灘涂特征處于非常差狀態的河段比例達到了57.5%(69個河段),說明目前晉江河溪在城鎮化背景下,對自然灘涂的破壞較重,灘涂基本被蠶食或擠占,自然特征基本消失。

岸線特征鮮有非常好狀態的河段,處于非常差狀態的比例為29.17%(35個河段),略高于較差22.5%(27個河段)、一般24.17%(29個河段)、較好23.33%(28個河段)狀態,濱河土地硬度、河道硬度、視線阻隔因子評分值為0的比例(分別為40.83%、52.50%、63.33%)顯著高于其他評分值的比例,這與目前晉江總體約66%河岸修筑堤渠的實際情況相一致。

植被特征基本集中在較差、一般、較好的狀態,其中較差為36.67%(44個河段)、一般為50%(60個河段)、較好為13.33%(16個河段),說明晉江目前的河岸植被帶尚且存在一定的保留或建設基礎,但同時植被帶高度因子評分明顯較低(評分值為0的比例51.67%高于其他評分值比例),說明也存在極強的人為干擾,致使整體河流植物類型由草本植物主導并伴隨大量入侵種類。

水體特征(除水質)總體相對較好的河段數量比例為56.67%(68個河段),水量較為豐沛但水流速度因子評分值為4的比例低于其他評分值比例,河溪水體流動性尚不能達到非常好的狀態。

3 討論

3.1 基于整體最優的指標優化控制值

由前述分析可知,RV得分值不低于2.4,即處于一般狀態以上(較好與非常好)的河段數量比例共計3.33%,表征該3.33%的河段在不可避免的城鎮化背景下,所有風貌特征因子集合而成的最佳狀態(某些單項因子可能并非最高值,但所有因子集合表現為共同的最佳狀態),這些河段雖同樣存在水體干涸或污染、植被帶破壞、灘涂消失、岸線渠化與建設用地侵蝕的現象,河溪沿岸原生風貌受到了程度不等的影響以及破壞,但河溪沿岸原生風貌或某些表征該河溪原生風貌的元素或格局仍然有所保留,其各項特征因子的數值對于同區域其他河溪構建整體性高風貌值具有重要參考價值,能夠指導其優化實踐工作,故對此3.33%的河段展開進一步研究,直接統計該狀態下各項風貌影響因子定性調查值或定量計算值的平均值,作為該指標在整體最優狀態下的指標優化控制值(表3)。

表3 整體最優與各項因子最優狀態下的指標優化控制值

由表3知,要實現晉江地區河溪河岸帶風貌整體最優的狀態,各項影響因子的調控標準為：

(1)從水體特征方面,常水面至少占河道65%,水流速度0.3m/s左右,水面被覆蓋的面積比例低于3%；(2)從植被特征方面,植被帶寬度至少3.86m,高度至少10.22m,多樣性不低于1.03,鄉土植物比例不少于66%且植物區系廣義熱帶成分不低于88%,至少保證喬木層存在,且植被群落最多破碎分割為兩個斑塊,人為用途而引入外來植物比例不超過71%；(3)從灘涂特征方面,整條河流23%的岸線存在天然淺灘,灘涂寬度至少在2.33m,灘涂植被覆蓋率至少為29%；(4)從岸線特征方面,建筑高度不超過其到水體距離的5.68倍,沿線渠化河段不超過56%,且堤渠化河段中至少18%的堤渠化岸線保證有效綠化,同時,河堤地面部分不高于1.25m并至少保證為混泥土柵格植被的立面處理方式,最后沿線工礦及居民建設用地比例不高于54%。

若實現整體最優的指標優化控制值,按照前述RV評價模型進行計算,晉江河溪河岸帶風貌得分值(120個研究河段的平均值)將由原有的1.59提升至1.96,能夠使河岸帶風貌從較差的現狀提高到一般水平。

3.2 基于各項影響因子最優的指標優化控制值

進一步對本次研究樣地河岸帶風貌值的各項影響因子進行分析與討論,影響因子的最優值能夠表征出在城鎮化影響存在的條件下,該地區河溪河岸帶風貌的最佳狀態,最大程度地體現水體充盈清澈且具有流動性、岸線蜿蜒自然、植被多樣茂密且分布合理、灘涂深淺交錯的理想自然特征,因此若以各項影響因子的最佳值作為建設與調控的標準,理論上能夠使河溪達到河岸帶風貌的最高等級,統計各項影響因子的調查或計算值的最優值作為該指標的優化控制值,(表4),其調控標準如下。

(1)從水體特征方面,常水面充實河道,水流速度0.6m/s左右,無水面覆蓋物；(2)從植被特征方面,植被帶寬度至少32m,高度至少34.84m,多樣性不低于3.47,鄉土植物比例不少于98%且植物區系廣義熱帶成分不低于100%,保證喬灌草的結構完整存在,且植被群落為連續斑塊,人為用途而引入外來植物比例不超過10%；(3)從灘涂特征方面,整條河流80%的岸線存在天然淺灘,灘涂寬度至少在32m,灘涂植被覆蓋率100%；(4)從岸線特征方面,建筑高度不超過其到水體距離的5倍,河流不渠化且工礦及居民建設用地不擠占河岸帶。

若實現各項影響因子最優的指標優化控制值,按照前述RV評價模型進行計算,晉江河溪河岸帶風貌綜合得分RV值(120個研究河段的平均值)將由原有的1.59提升至3.85,能夠使河岸帶風貌從較差的現狀提高到非常好的水平。

4 結論

(1)目前晉江河溪河岸帶風貌整體情況并不樂觀,目前已不存在狀態非常好的河段。河岸帶風貌RV綜合評價值模型計算可得,2.4

(2)灘涂特征處于非常差狀態的河段比例達到了57.5%,岸線特征鮮有非常好狀態的河段,處于非常差狀態的比例為29.17%,植被特征基本集中在較差、一般、較好的狀態,其中較差為36.67%、一般為50%、較好為13.33%,水體特征(除水質)總體相對較好的河段數量比例為56.67%。

(3)淺灘保有率、灘涂寬度、自然灘涂保有度、濱河土地硬度、河道硬度、視線阻隔、植被帶高度因子的評分值相對最為不理想,評分值為0的比例分別達到了89.17%、50.83%、64.17%、40.83%、52.50%、63.33%、51.67%。說明晉江河溪在城鎮化背景下,存在極強的人為干擾,自然灘涂與岸線基本被蠶食,河岸帶由草本植物主導豎向綠量相關較低。

(4)從整體最優化與各項因子最優化兩個角度,針對水體特征、植被特征、岸線特征、灘涂特征,分別提出河岸帶風貌的20項指標優化控制值,若實現這些標準,RV值(120個研究河段的平均值)將由原有的1.59分別提升至1.96和3.85,即是說能夠使河岸帶風貌從較差的現狀提高到一般或非常好的水平。

本文主要以評價模型為手段,集中地對晉江河溪目前的河岸帶風貌狀態進行了研究,并在此基礎上提出了優化河岸帶風貌的關鍵性建設指標控制值,通過調整河溪植被、灘涂、水體、岸線特征的相關因子,能夠使河岸帶風貌得到優化,而進一步結合考慮目前客觀建設條件,晉江河溪兩岸的用地類型已經固化,沿線建設用地的調整所需周期較長,且晉江河溪水體特征相關于大尺度流域的整體綜合治理,因此目前通過調控植被特征(B21—B28)與灘涂特征(C31—C33)可能是實現河岸帶風貌優化的最優途徑,而具體可行與可操作的控制標準與建設策略,還需結合實際情況對不同河流進行綜合探討與分析。同時,本文著重現狀與未來優化,還尚缺少對城鎮化與本地區河岸帶風貌變化關聯性,即過去變化由來的研究,今后應立足于此,進一步分解至每條河流,充分分析每條不同的河溪城鎮化特點與其河岸帶風貌特征之間的關聯性,并結合沿線土地利用、經濟社會發展等,綜合水體、岸線、植物、灘涂特征四個層面,探討更深層次的城鎮化地區河岸帶風貌的影響機制。