基于生態安全的水網丘陵地區最優旅游道路選線
——以湖南水府廟流域為例

許硯梅 劉驚濤 戴湘君

中南大學建筑與藝術學院 長沙 410075

目前， 生態安全戰略是國家推進生態文明建設的著力點， 尤其在區域生態紅線劃定、 生態功能區劃中著有成效。 隨著生態安全理論的不斷深入， 生態安全格局分析方法也作為生態安全戰略的技術支撐逐步應用于旅游交通規劃之中。 生態安全格局是以景觀生態學為理論依據， 研究景觀中存在某種潛在的生態系統空間格局， 然而交通規劃對環境造成的生態損耗是無可避免的， 故可借鑒荷蘭生態學家Knappen 提出的最小累積阻力模型理論(Minimal Cumulative Resistance， MCR)計算空間生態安全水平對道路選線產生障礙的空間維度阻力， 探求空間累積阻力最小的通道， 這條通道反映了一種應對生態損耗的潛在可達性[1－2]。 本文嘗試從構建生態安全格局出發， 確定流域的生態阻力面， 并基于MCR 模型識別出耗損成本最小、 擴展可能性高的通道作為最優交通路徑， 以此構建水網丘陵地區最優旅游道路選線體系， 推動旅游業發展。

1 研究區概況及研究方法

水府廟流域位于湘江支流漣水中上游段， 該流域總面積為3 040.50 km2， 土地類型豐富， 以河流、 農田和林地為主。 水府廟流域是湖南典型的水網丘陵地區， 其海拔63 ～1 511 m， 地形起伏， 河谷平原、 丘陵交錯排列， 地勢南北高中間低。 該流域景觀資源極其豐富， 域內分布23 處典型風景區， 其中水府廟旅游區是國家級濕地公園，是湖南省水源戰略保護區[3]。

本文的基礎數據主要包括: 1) 2015 年水府廟流域土地利用情況(來源于《水府廟環境保護實施方案2012—2015》 )， 用于阻力因子評價等； 2) 數字高程模型(DEM)， 其空間分辨率為30 m (來源于地理空間數據云)， 用于基礎分析等； 3) 風景區、 鄉土文化景觀點(來源于百度POI)， 用作數據“源” 和鄉土文化評價； 4)降水數據(來源于婁底市、 漣源市、 雙峰縣水文站)， 用于綜合水安全評價等； 5) 基礎地理數據， 如道路等(來源于婁底市與湘鄉市環保局以及OpenStreetMap 地理數據)， 用于阻力因子評價等。

通過文獻查閱、 現場調研、 統計分析以及遙感應用等方法對水府廟流域進行旅游道路選線研究。 遙感應用方法主要包括: 1) 基于景觀安全格局分析方法， 以流域的生態安全水平為基礎，分別建立綜合水安全、 水源保護、 地質安全、 生物保護、 鄉土文化5 個景觀子格局； 2) 基于MCR 模型法， 以生態阻力面作為生態成本單元，建立各景觀“源” 之間的模擬路徑， 經過拓撲分析篩選后形成流域內風景區之間的最優道路選線的可視化模型[4－5]。

2 流域生態安全格局

2.1 綜合水安全格局

水府廟流域是湖南雨洪防護的重點戰略區之一。 基于SCS－CN 模型， 綜合考慮流域極端降雨量(10 年、 20 年、 50 年一遇降水量)、 DEM、 土地利用等相關數據， 通過GIS 水文分析得到洪水淹沒的總地表預測產流， 并通過volume 工具測算洪水淹沒范圍[6]； 再將流域DEM 數據利用GIS 的河流分析工具分別找到水府廟流域內洼地的分水嶺， 通過區域統計分析找到每個分水嶺出口高度值以及最低高度值， 作差后得到每個洼地的深度，并以自然斷點的方式確定水澇范圍； 最后將雨洪淹沒范圍以及水澇范圍通過GIS 同位疊加后得到綜合水安全格局[7](圖1)。

2.2 水源保護安全格局

水源保護安全格局構建是保障區域居民用水的有力舉措之一。 根據現狀水系在區域發揮的重要作用以及美國生態學者Hagar (2002) 提出的對水源生境保護的適宜寬度大于40m 規模等因素， 將重要水資源分布區進行緩沖分析， 并依照不同類型的水系邊界指定相同的間距設置三個層級的安全格局緩沖范圍(表1)， 以保護區域水域生境質量與水源涵養的最大需求[8](圖2)。

表1 水源保護緩沖分析

2.3 地質安全格局

地質安全格局是保障水網丘陵地區生態安全的剛性要求之一， 其構建方法首先要選定地質災害要素， 再確定不同風險源的空間分布情況， 最后疊加各風險要素所覆蓋的范圍形成地質安全格局。 通過文獻與實地調研分析， 水府廟流域主要包括泥石流、 滑坡兩類地質災害要素， 故本文選用肖華斌學者建立的地質災害防護安全構建標準(表2)， 基于GIS 對兩類災害因子的等比分級運算， 識別地質災害源的空間分布， 確立地質安全格局[9](圖3)。

表2 不同風險源地質安全格局構建指標

2.4 生物保護安全格局

湘中地區森林覆蓋度較高、 土壤肥沃、 水源充足， 是動物棲息優越的天然場所。 通過文獻查閱， 鑒于鳥類與哺乳類特征， 甄別出水府廟流域具有特征性以及指示性的兩種動物: 野豬和白鷺。根據兩類物種的生態習性， 判別出物種的核心棲息地， 并作為物種空間運動的“源”， 再根據土地利用對物種運動的影響建立不同的相對景觀阻力面(表3)， 得出兩個生物源性子格局， 最后以“高低取高” 的安全水平原則進行疊加， 得到流域的生物安全格局[10](圖4)。

圖1 綜合水安全格局

圖2 水源保護安全格局

圖3 地質安全格局

表3 野豬和白鷺阻力相對系數表

圖4 生物安全格局

2.5 鄉土文化安全格局

鄉土文化安全格局體現的是以重要鄉土文化景觀為核心的保護過程， 其目的是為了加強鄉土文化景觀的保護與傳承。 首先選取水府廟流域具有對本土文化具有傳承與保護意義的鄉土文化景觀并進行地理配準， 以作為鄉土文化景觀格局判別的“源” 數據； 然后確定鄉土安全的相對阻力因子(表4)， 利用GIS 的cost distance 工具通過自然斷點法劃定歷史景觀保護紅線的生態空間格局 (圖5)[11－12]。

表4 鄉土文化景觀的阻力因子與阻力系數

圖5 鄉土文化安全格局

3 最優旅游道路選線體系

3.1 綜合生態阻力面的確定

最優旅游道路選線依賴于生態阻力面的建立。本文以生態安全格局作為構建生態阻力面的指標，通過各類格局安全水平反饋的生態損耗敏感程度綜合疊加形成的研究區生態阻力面可較為精確地表征區域生態阻力差異。 依據景觀生態學理論，該研究區不同的景觀過程應具有同等的生態效力[13]， 所以需要賦予相同的權重， 因此， 根據實際情況以及專家打分法， 將流域各類子格局重新設置生態阻力值， 其中緩沖區賦值為5， 高安全格局賦值為25， 中安全格局賦值為50， 低安全格局賦值為100， 最后將所有賦值后的結果等比疊加形成流域綜合生態阻力面(圖6)。

圖6 綜合阻力面構建

3.2 最優旅游道路選線的構建

通過數據搜集以及地理配準， 將域內23 處風景區作為最優道路選線的“源”。 基于MCR 模型理論， 將綜合生態阻力面作為成本柵格數據， 利用GIS 迭代模型以及Cost Distance 和Cost Backlink工具分析各“源” 的成本距離方向與回溯成本，并利用Cost Path 工具分析流域內各風景區之間的可視化最低成本路徑； 通過拓撲檢查和考慮到實際情況， 需要剔除掉部分不符合生態安全戰略的路徑， 最終提取43 條優化路徑作為水府廟流域的最優旅游道路選線(圖7)。

圖7 水府廟流域最優旅游道路選線

3.3 旅游道路建設策略

最優旅游道路選線不僅要遵循一般選線與建設原則， 應用于實際還要考慮3 個層面的問題。一要考慮區域環境對道路選線的要求， 對于生態高阻力地區應進行強制性地交通開發保護， 禁止不符合功能定位的交通道路開發建設； 對于生態中低阻力地區， 需要進行多方面的生態評估， 并以生態優先原則建立道路交通網絡； 二要考慮道路開發使用過程中對區域環境的影響。 對于新建旅游道路， 需要進行適宜的綠化種植規劃， 并根據道路級別以及實際情況確定綠化帶寬度， 以此改善大氣環境質量， 并降低交通噪聲、 尾氣污染；三要考慮道路開發沖突問題。 當旅游道路與已有道路存在路線交叉時， 如G60 潭邵段、 G320、S50、 S209、 S312 等主要公路干線， 可能無法進行大規模地道路銜接或路網改造； 因此， 在符合道路建設規范的條件下， 新建道路可采用路面抬高架橋或下沉隧道的方式處理， 以保障整體交通的最大連通性[14]。

4 討論

本文以水府廟流域范圍為尺度， 以水網丘陵地區的生態本底特征為基礎， 構建了流域的綜合水安全、 水源保護、 地質安全、 生物安全與鄉土安全等5 個景觀子格局， 并建立了流域的生態阻力面， 利用MCR 模型根據實際情況篩選出43 條可自然連接水府廟流域23 處風景區的模擬路徑，形成流域風景區之間的旅游交通道路網； 最后基于交通網絡可視化模型， 提出相對應的道路建設策略以提升風景區新建道路與現有交通的整體連通性， 促進旅游業發展。

生態安全格局構建是一個靜態的過程， 即通過現狀地理要素、 自然生態要素以及人文歷史要素影響安全水平。 但是交通建設是一個動態且持續的過程， 區域相關要素的空間格局會隨著交通的不斷開發建設與使用而產生較大的波動， 所以利用生態規劃進行道路選線應具有前瞻性。 首先，考慮到水網丘陵地區的生態特殊性， 旅游道路選線不僅要滿足快捷、 可達性， 也要盡量避開生態高阻力地區， 降低未來生態風險與管控成本； 其次， 應加大對重點道路沿線的生態綠化建設， 穩定沿線生態用地的連接度， 保證生境質量， 形成綠色、 經濟、 便民的旅游交通網絡。

本研究嘗試將生態安全格局方法引入水網丘陵地區旅游道路選線之中， 提出一個具有生態效益的交通選線模式。 這種生態保護與道路選線的結合， 旨在有效規避對空間阻力較大的路徑， 節約生態經濟成本， 實現區域可持續發展的整體性與系統性， 有利于區域生物多樣性、 文化多樣性以及生態環境的保護[15－16]， 對水府廟流域生態旅游交通規劃具有借鑒意義， 也為全國水網丘陵地區旅游道路選線提供規劃思路。