基于GIS技術的廣東省清遠市城市生態安全格局構建研究

侯松巖

（廣東省城鄉規劃設計研究院有限責任公司，廣東廣州 510315）

在構建“五級三類”國土空間規劃體系背景下，城市生態安全格局研究成為學術界熱點議題，許多學者針對這一領域進行了有益探索。蒙吉軍等[1]通過對土地覆被、林地適應性等多因子疊加分析，提出了鄂爾多斯生態安全格局的優化方案。周銳等[2]通過最小阻力模型模擬生態過程實現對平頂山新區的空間布局優化。俞孔堅等[3]采用GIS空間疊加分析，從水安全、地質災害、生物保護、文化遺產、游憩5個方面的生態安全格局。趙宇豪等[4]通過生態供需比、電路理論等方法，構建了耦合生態系統服務供需的生態安全格局。現有研究主要采用單一技術方法研究生態安全格局問題，缺乏從多元GIS技術方法、多元數據視角探討城市生態安全格局構建問題。鑒于此，本文利用多元分析技術，采用土地調查、氣象監測等多元數據，搭建了清遠城市生態安全格局，并提出了相關管控措施，以期為構建全面客觀的城市生態安全格局提供方法借鑒，為提升國土空間規劃編制工作的科學性提供支撐。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文采用的土地調查數據、遙感影像數據、地形DEM數據均由清遠市自然資源部門提供，交通、氣象等數據分別由清遠市交通、氣象等部門提供。

1.2 研究方法

不同于單一技術方法，本文采用AcrGis軟件中的疊加分析模塊、MCR模型及WRF氣象模型等多元GIS技術方法搭建城市生態安全格局，可統籌識別生物棲息地、生物遷徙廊道、通風廊道等城市生態安全格局各類構成要素，有效避免單一技術方法造成的生態要素研究缺項問題。

1.2.1 重要生態空間識別技術方法

（1）生物棲息地識別技術方法。

依據清遠市指示性物種相關數據，確定清遠城市生態安全格局指示性物種，通過對棲息地的土壤、坡度、現狀用地等因子的適宜性綜合評價，篩選識別生物棲息地空間。

（2）生態保護極重要區分析方法。

依據《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價指南（試行）》，借助ArcGis10.2軟件中的空間疊加分析等功能模塊，評價清遠市的資源環境承載能力和國土空間開發適宜性（以下簡稱“雙評價”），分析得到生態適宜性評價中的生態保護極重要區。

1.2.2 生態廊道識別技術方法

（1）生物遷徙廊道識別技術方法。

利用MCR模型計算空間表面中的每一點運動到生物棲息地的最小阻力值[5-7]，計算公式：

式中：MCR——最小阻力值；D——物種從生物棲息地運動至空間某一點所穿越景觀面的空間距離；R——景觀對某物種運動的阻力值。

（2）通風廊道識別技術方法。

基于獲取得到的清遠市歷年氣溫、風速、PM2.5等數據，通過編寫程序代碼，構建WRF氣象模型，模擬得到清遠市風場、城市溫度場及灰霾分布模擬圖，用于分析重點風口區域及通風廊道。

2 廣東省清遠市生態安全格局構建

2.1 清遠市概況

清遠市位于廣東省的中北部、北江中下游，地處南嶺山脈南側與珠江三角洲的結合帶上，清遠全境屬于亞熱帶季風氣候，境內以山地丘陵地形為主，境內有維管植物270科、877屬、2 439種，其中野生珍稀瀕危植物41種，是我國南方珍稀動植物的物種基因庫，在國家國土空間總體規劃綱要中被確立為國家級重點生態功能區，具有研究的典型性。

2.2 識別重要生態保護空間

（1）基于生物多樣性普查數據，識別重要生物棲息地。

生物是生態服務系統和非生態服務系統的互動載體，生物多樣性可作為生態系統良好的指示性符號。在城市生態安全格局研究中，一般將頂級生物群落的生存環境作為生物棲息地。依據《中國科學院動物研究所數據庫》等生物棲息地普查數據，清遠市指示性生物包括動物、植物兩大類別，動物包括鳥類、爬行類、哺乳類三個類型，本文將上述物種集中分布的生態斑塊作為初始生物棲息地，對不同生物類別生物的生態安全控制距離進行緩沖區分析，識別得到清遠市重要生物棲息地，總面積約2 153 km2，主要分布在南嶺山脈、筆架山兩大生態屏障區域。

（2）基于“雙評價”，識別生態保護極重要區。

“雙評價”中的生態保護極重要區是生態極度敏感的生態功能空間，是城市生態安全格局的重要組成。本文針對清遠市自然地理格局特征，重點從水源涵養功能、水土保持功能、生物所養性維護功能、水土流失脆弱性、石漠化脆弱性等方面進行單項評價，最終集成得到清遠市生態保護極重要區。清遠全域生態保護極重要區面積約8 259 km2，主要包括自然保護區、水源保護區、國家級水產種質資源保護區等生物多樣性重要區域和水源涵養重要區域。

（3）基于生態空間管控邊界，識別重要自然保護地。

根據聯合國環境規劃署《千年生態系統評估》《關于特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約》和《生物多樣性公約》等文件中的技術標準要求，選取物種多樣性水平未達到飽和的棲息地作為重要自然保護功能區，主要包括森林公園、濕地公園、關鍵性遷徙停歇地等自然保護地。

（4）疊加集成重要生態保護空間。

借助GIS的疊加分析功能模塊，得到清遠市重要生態保護空間，空間范圍內涵蓋了重要生物棲息地、生態保護極重要區及重要自然保護地，主要分布在大東山至石門臺、起微山至九嶷山、陽山地質公園等南嶺山脈及筆架山系。

清遠市重要生態空間疊加集成分析如圖1所示。

2.3 識別生態廊道體系

2.3.1 基于地面阻力模型識別生物遷徙廊道

生物遷徙廊道是連接相鄰生物棲息地的最低阻力通道。相關研究表明，各類生態保護空間與現狀地類越接近，動物在遷徙過程中的阻力值越小[8-11]。本文將前述識別得到的生態保護空間作為“源地”，以地類作為阻力因子，計算得到不同地類的阻力系數，利用最小累積阻力模型（MCR）[12]構建生物遷徙阻力面。基于ArcGis10.2的疊加分析與重分類功能模塊，共識別出3條陸域生態廊道和8條水域生態廊道。

2.3.2 基于“WRF模型”識別區域通風廊道

（1）基于風場模擬分析，識別清遠重點風口區域。

基于清遠市主要氣象點監測數據，利用WRF模型對夏季、冬季平均風速進行分析，模擬清遠市近10年1月和7月風場分析圖，分別將平均風速最高的地區作為重點風口區域，確定通風廊道的“起訖點”。結果顯示：清遠市冬季（1月）盛行風向為東北風，重點風口區域分布在連山市星子鎮、英德市沙口鎮和望阜鎮，平均風速在5～6 m/s。清遠市夏季（7月）盛行風向為東南風，重點風口區域主要分布在連南縣寨崗鎮、清城區龍塘鎮和英德市高崗鎮。

（2）基于城市“熱島”效應和灰霾分布模擬分析，明確通風廊道走向。

基于WRF模型，對清遠市各氣象觀測點近10年7月平均氣溫進行分析，得到城市“熱島”模擬圖。結果顯示：清城區大部、連州市中部以及佛岡縣“熱島”效應顯著，在確定通風廊道具體走向時應重點緩解上述地區的城市“熱島”效應。

利用光學氣溶膠模擬得到的PM2.5分布來表征清遠灰霾分布狀況，結果表明：清遠市灰霾區域分布在連山市、陽山縣、清新區及清城區，在確定通風廊道具體走向時需同時考慮清除上述區域的灰霾問題。

（3）通風廊道識別集成。

綜合清遠市重點風口區域、城市“熱島”與灰霾分析結果，結合地形地貌、水系、交通廊道分布等情況，利用風環境模擬（WRF）模型分析得到通風廊道模擬結果，包括2條夏季通風廊道及2條冬季通風廊道。在夏季通風廊道方面，其一，由清城區經英德市、陽山縣至連州市星子鎮；其二，由清城區至英德市望阜鎮，可有效緩解城市“熱島”效應。在冬季通風廊道方面，其一，自清城區龍塘鎮經陽山縣至連州市星子鎮；其二，由英德市沙口鎮至清城區，可有效地驅散清遠市冬季的灰霾。

2.3.3 自然游憩廊道識別

自然游憩廊道是城市生態系統生態過程交換與功能聯系的重要紐帶，基于GIS分析識別，將清遠市北江碧道、省級綠道、古驛道等線性藍綠空間增補進生態廊道體系，貫通城市建成區內、外部生態系統間的物質交換與生物遷徙路徑。清遠市生態廊道體系識別分析如圖2所示。

圖2 清遠市生態廊道體系識別分析

2.4 識別生態戰略節點

生態廊道的交點則是不同物種擴散的支點，對于維護斑塊內生態系統的穩定性具有重要作用。基于疊加分析與適宜性評價分析，將識別出的生態廊道交點、生態戰略點、生物遷徙重要生態節點作為生態戰略節點，保護維育物種的遷移或擴散過程的節點空間。

生態戰略節點識別分析如圖3所示。

圖3 清遠市生態戰略節點分析

2.5 搭建清遠城市生態安全格局，明確空間管控措施

通過生態保護要素的疊加集成，搭建由重要生態保護空間、生態廊道體系及生態戰略節點構成的清遠城市生態安全格局。

2.5.1 分區管控重要生態空間

重要生態保護空間總面積約9 371 km2，主要分布在南嶺山脈、筆架山系，即在大東山至石門臺、起微山至九嶷山、陽山地質公園等南嶺山脈及筆架山系地區，與生態保護紅線范圍高度吻合，將重要生態空間劃分為自然保護地核心區及一般控制區，采用分區分級的管控方式，自然保護地核心區原則上禁止人為活動，一般控制區采用“正面清單”管理方式，僅允許對生態功能不造成破壞的管護巡護、考古發掘、生態修復等10類有限人為活動。

2.5.2 分類管控生態廊道體系

建立由11條生物遷徙廊道、4條城市通風廊道及15條自然游憩廊道構成的生態廊道體系，結合不同類別生態廊道的空間管控特殊性需求，建立生態廊道分類管控措施。其中，生物遷徙廊道兩側按照600～1 000 m控制，嚴禁開發建設活動占用，保證動物遷徙不受人為活動侵擾；通風廊道兩側按800～1 000 m管控，管控范圍內禁止建設高層建筑，確保通風廊道的貫通性；自然游憩廊道按照30～60 m管控，原則上禁止開發建設活動。

2.5.3 嚴禁建設占用生態戰略節點

為保證動植物棲息及遷徙活動的正常進行，將生物群落的定量最小面積作為生態戰略節點的管控空間。經GIS疊加分析，清遠市生態戰略節點的現狀地類主要為林地，相關研究中林地群落的定量最小面積為1 000 m2，將其作為生態戰略節點的管控空間，嚴禁一切人為開發建設活動，保障生態系統的連通性。

清遠城市生態安全格局分析如圖4所示。

圖4 清遠城市生態安全格局

3 結語

本文基于MCR模型、WRF模型等GIS技術方法與多元數據，探索了構建城市生態安全格局的技術方法，并以廣東省清遠市為例，搭建了由重要生態空間、生態廊道體系及生態戰略節點組成的城市生態安全格局，進一步驗證了技術方法的科學性與適用性；同時針對不同生態空間要素，提出了分區分類的空間管控措施，可為城市生態安全格局的構建與管理工作提供一定的借鑒與參考。