張曉瑞，賀巖丹，方創(chuàng)琳，王振波（.合肥工業(yè)大學(xué)城市規(guī)劃系，安徽 合肥 2060；2.合肥工業(yè)大學(xué)數(shù)字人居環(huán)境研究實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 2060；.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 000）

城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的測(cè)度分區(qū)與調(diào)控

張曉瑞1，2，賀巖丹1，方創(chuàng)琳3*，王振波3（1.合肥工業(yè)大學(xué)城市規(guī)劃系，安徽 合肥 230601；2.合肥工業(yè)大學(xué)數(shù)字人居環(huán)境研究實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601；3.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101）

從生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力兩個(gè)方面構(gòu)建測(cè)度指標(biāo)體系，應(yīng)用GIS的空間分析技術(shù)定量測(cè)度城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的大小并劃分等級(jí)分區(qū)，進(jìn)而得到不同的脆弱性調(diào)控類型區(qū).以合肥市為例，在GIS平臺(tái)上具體測(cè)度了其生態(tài)環(huán)境脆弱性的大小，并劃分為低、較低、中、較高和高5種脆弱性分區(qū)，進(jìn)而歸納為生態(tài)綠線、生態(tài)灰線和生態(tài)紅線3種脆弱性調(diào)控類型區(qū).其中，生態(tài)綠線調(diào)控區(qū)的規(guī)模最大，占研究區(qū)總面積的53.61%，這可以為合肥市提供充足的發(fā)展空間.最后給出了不同脆弱性調(diào)控類型區(qū)的發(fā)展建議，由此為城市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和建設(shè)提供科學(xué)的決策依據(jù).

城市生態(tài)環(huán)境；脆弱性；測(cè)度；調(diào)控；GIS

脆弱性研究來(lái)源于20世紀(jì)70年代的自然災(zāi)害研究領(lǐng)域［1］，目前，其已經(jīng)成為全球可持續(xù)性科學(xué)的 7大核心問(wèn)題之一［2］，是當(dāng)前全球變化及可持續(xù)性科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究焦點(diǎn)［3-4］.近年來(lái)，針對(duì)不同領(lǐng)域的脆弱性涌現(xiàn)出了大量成果，如脆弱性概念內(nèi)涵的基礎(chǔ)理論研究［5］，環(huán)境變化和自然災(zāi)害中的脆弱性研究［6-7］，經(jīng)濟(jì)社會(huì)中的脆弱性研究［8］，交通系統(tǒng)［9］、礦區(qū)系統(tǒng)［10］等特殊區(qū)域的脆弱性研究等.同時(shí)，在傳統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性研究基礎(chǔ)上［11］，城市生態(tài)環(huán)境脆弱性研究也得到了積極開(kāi)展，代表性的有：城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)力分析［12-13］，城市生態(tài)脆弱性的類型、表現(xiàn)和成因分析［14］，從某一視角出發(fā)如基于土地利用變化［15］、景觀格局和水土流失［16］、植被覆蓋度［17］、遙感影像［18］的城市生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)，城市資源如土地資源的生態(tài)脆弱性研究［19］，城市特殊地區(qū)如礦區(qū)的生態(tài)脆弱性研究［20］，城市生態(tài)脆弱性與其他因素如貧困［21］、森林資源［22］的關(guān)系研究等. 此外，與城市生態(tài)環(huán)境緊密相關(guān)的人地系統(tǒng)脆弱性研究［23］、城市群的資源環(huán)境系統(tǒng)脆弱性研究［24］也得到了分析探討.

現(xiàn)代城市是各種自然資源最主要的消耗地，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾與沖突最為激烈的地方［25］，如何協(xié)調(diào)這一矛盾和沖突、如何有機(jī)統(tǒng)一城市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與開(kāi)發(fā)成為一個(gè)重大研究與實(shí)踐課題.盡管城市生態(tài)環(huán)境脆弱性研究越來(lái)越受到重視，但仍處于發(fā)展完善階段.已有研究主要從某一方面來(lái)探討城市生態(tài)環(huán)境的脆弱性問(wèn)題，缺乏對(duì)城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的綜合測(cè)度與評(píng)價(jià). 同時(shí)，如何調(diào)控生態(tài)環(huán)境脆弱性的研究也較為缺乏［26］，特別針對(duì)城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的調(diào)控研究亟需探討.基于此，本文以城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的測(cè)度與調(diào)控為研究中心，以合肥市為實(shí)證研究區(qū)，通過(guò)綜合應(yīng)用GIS的空間分析技術(shù)來(lái)定量測(cè)度城市生態(tài)環(huán)境的脆弱性，并在空間上劃定不同的脆弱性調(diào)控類型區(qū)，進(jìn)而給出不同類型區(qū)的調(diào)控對(duì)策，由此為城市生態(tài)環(huán)境脆弱性研究提供理論和技術(shù)方法參考，為城市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)和依據(jù).

1　技術(shù)方法

1.1概念內(nèi)涵

傳統(tǒng)的脆弱性是指系統(tǒng)承受不利影響的能力以及遭受災(zāi)害的可能性和災(zāi)害所造成損失的大?。?7］，可被理解為諸如“暴露、敏感性、適應(yīng)性、恢復(fù)力”等多種概念的集合［5］.基于此，城市生態(tài)環(huán)境脆弱性是指城市生態(tài)環(huán)境在受到外界干擾時(shí)所具有的敏感性和恢復(fù)力，其是生態(tài)環(huán)境的一種固有屬性，具有不可替代性和相對(duì)穩(wěn)定性.首先，山脈、河流、植被等生態(tài)要素都是城市的自然稟賦和固有生態(tài)本底，是不可移動(dòng)、復(fù)制和交易的.其次，城市生態(tài)環(huán)境具有相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造和格局，當(dāng)人類活動(dòng)符合生態(tài)規(guī)律時(shí)，生態(tài)環(huán)境會(huì)保持穩(wěn)定性，脆弱性處于較低水平；反之則會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，脆弱性會(huì)被放大，這將不利于城市的可持續(xù)發(fā)展.

城市是一個(gè)由生態(tài)環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)子系統(tǒng)耦合而成的“人—地”復(fù)雜統(tǒng)一體，其中，生態(tài)環(huán)境是城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展建設(shè)的物質(zhì)載體，因此，城市生態(tài)環(huán)境脆弱性研究在城市脆弱性研究體系中具有基礎(chǔ)性的地位.通過(guò)城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的定量測(cè)度，把那些脆弱性高的區(qū)域作為關(guān)鍵自然資本保護(hù)起來(lái)，形成城市發(fā)展建設(shè)不可逾越的生態(tài)紅線地區(qū)，從而為實(shí)現(xiàn)城市的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展奠定生態(tài)基礎(chǔ).這也就是說(shuō)，通過(guò)城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的測(cè)度分區(qū)和調(diào)控，目的就是要分析城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的格局特點(diǎn)，由此劃定生態(tài)環(huán)境脆弱性的等級(jí)分區(qū)以及城市生態(tài)環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)等非空間要素發(fā)展的適宜程度.需指出的是，同國(guó)家層面上大尺度的生態(tài)環(huán)境區(qū)劃如中國(guó)生態(tài)脆弱區(qū)保護(hù)規(guī)劃［28］、中國(guó)環(huán)境管理分區(qū)研究［29］一樣，城市生態(tài)環(huán)境脆弱性測(cè)度及分區(qū)的目的也是為了制定有針對(duì)性的環(huán)境保護(hù)和管理政策，有效促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體優(yōu)化.當(dāng)然，兩種研究也會(huì)存在一定差異，例如小尺度的城市脆弱性分區(qū)研究所用的數(shù)據(jù)精度會(huì)更高，指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)不同，國(guó)家層面上的指標(biāo)更為綜合，包括自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的指標(biāo)，而城市生態(tài)環(huán)境脆弱性則更傾向于自然環(huán)境指標(biāo).但是，兩者本質(zhì)上是一致的，即都是不同空間尺度上的環(huán)境管理分區(qū)研究與實(shí)踐探索，都是為研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的決策依據(jù).

1.2測(cè)度方法

城市生態(tài)環(huán)境脆弱性是生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力的有機(jī)統(tǒng)一，只有對(duì)兩者進(jìn)行綜合集成分析，才能全面、客觀地實(shí)現(xiàn)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的定量測(cè)度.生態(tài)敏感性是指城市生態(tài)實(shí)體和生態(tài)要素（或稱生態(tài)因子）對(duì)干擾和壓力的敏感程度，即生態(tài)系統(tǒng)在遇到干擾時(shí)，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題出現(xiàn)的概率大?。?0］.當(dāng)生態(tài)敏感性越高，遇到干擾時(shí)出現(xiàn)生態(tài)問(wèn)題的概率越大，則脆弱性也就越高，反之脆弱性越低.生態(tài)恢復(fù)力是指城市生態(tài)環(huán)境在被干擾或發(fā)生變化后的自我調(diào)節(jié)與恢復(fù)的能力.外部干擾給城市生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了壓力，當(dāng)壓力在其自我調(diào)節(jié)能力范圍內(nèi)時(shí)，則生態(tài)環(huán)境是安全的，即使發(fā)生變化也能通過(guò)自我調(diào)節(jié)而恢復(fù).但當(dāng)壓力超出了其自我調(diào)節(jié)能力閾值范圍時(shí)，就可能發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，生態(tài)環(huán)境相應(yīng)的生態(tài)功能將部分或全部喪失，此即是生態(tài)失調(diào)或生態(tài)平衡破壞，這就如彈簧被拉伸超過(guò)了彈性形變的范圍而損壞一樣.顯然，生態(tài)恢復(fù)力越大，城市生態(tài)環(huán)境的脆弱性越低，反之脆弱性則越高.

從定量化的角度看，城市生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)（EEVI）是生態(tài)敏感性指數(shù)（ESI）和生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)（ERI）的函數(shù)，公式為：

圖1　研究技術(shù)路線Fig.1　The technical route of research

而生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力又分別是一組生態(tài)因子按照一定規(guī)則組合后形成的新的評(píng)價(jià)等級(jí)，其基本表達(dá)形式可用下式表示：

式中：xi（i=1，2，3，…，n）是用于評(píng)價(jià)生態(tài)敏感性的一組生態(tài)因子；yj（j=1，2，3，…，m）是用于評(píng)價(jià)生態(tài)恢復(fù)力的一組生態(tài)因子.目前常用的基本模型是權(quán)重修正法：

式中：S為生態(tài)敏感性指數(shù)或生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)；Xi為生態(tài)因子值；Wi為生態(tài)因子權(quán)重.最終的城市生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)EEVI的計(jì)算公式為：

式中：WES和WER分別為生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力的權(quán)重.對(duì)于生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)而言，生態(tài)敏感性指數(shù)是正向指標(biāo)，即ESI越大，EEVI也越大；而生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)是負(fù)向指標(biāo)，即 ERI越大，EEVI則越小，因此，要對(duì)ESI、ERI進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以保證測(cè)度結(jié)果的邏輯一致.根據(jù)上述方法原理，城市生態(tài)環(huán)境脆弱性測(cè)度分區(qū)與調(diào)控的研究技術(shù)路線如圖1所示.

2　研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)處理

2.1研究區(qū)概況

本文以合肥市為實(shí)證研究區(qū).合肥是安徽省省會(huì)和安徽省第一大城市，也是中國(guó)“中部崛起”國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的核心城市.合肥市總面積1.14萬(wàn)km2，下轄 4個(gè)縣（長(zhǎng)豐縣、肥東縣、肥西縣和廬江縣）、1個(gè)縣級(jí)市（巢湖市）和4個(gè)市轄區(qū)（瑤海區(qū)、廬陽(yáng)區(qū)、蜀山區(qū)和包河區(qū)）.合肥市擁有中國(guó)第五大淡水湖（巢湖），這是合肥市最大的生態(tài)資源和生態(tài)實(shí)體.總體上，合肥是中國(guó)快速城鎮(zhèn)化區(qū)域的一個(gè)典型城市，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展同資源環(huán)境之間的矛盾正處于劇烈變化之中，城市生態(tài)環(huán)境正面臨越來(lái)越大的壓力.目前，中國(guó)有很多區(qū)域性中心城市與合肥市生態(tài)環(huán)境所面臨的情況相類似.因此，本文以合肥作為實(shí)證研究區(qū).

2.2數(shù)據(jù)處理

2.2.1指標(biāo)體系構(gòu)建根據(jù)生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力的內(nèi)涵要求，遵循主導(dǎo)因素原則、科學(xué)性實(shí)踐性相結(jié)合的原則以及數(shù)據(jù)可獲得性原則，結(jié)合合肥市生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，構(gòu)建合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性測(cè)度的指標(biāo)體系（表1），具體包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3級(jí)結(jié)構(gòu).其中，目標(biāo)層即為合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù) EEVI，準(zhǔn)則層即生態(tài)敏感性指數(shù)ESI和生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)ERI兩個(gè)約束指標(biāo)，指標(biāo)層則是在準(zhǔn)則層的基礎(chǔ)上，用來(lái)測(cè)度的具體指標(biāo).

在生態(tài)恢復(fù)力的各個(gè)測(cè)度指標(biāo)中，植被覆蓋度是一個(gè)重要指標(biāo).作為生態(tài)環(huán)境重要組成部分的植被，其總是與氣候、地貌、土壤條件相適應(yīng)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的依賴性最大，對(duì)各種環(huán)境因素的變化也最為敏感，因此是衡量生態(tài)環(huán)境自我恢復(fù)能力的一個(gè)重要指標(biāo).本文用基于遙感影像計(jì)算得到的歸一化植被指數(shù)NDVI來(lái)代表植被覆蓋度.目前，NDVI在植被遙感研究中應(yīng)用最為廣泛，是植被生長(zhǎng)狀態(tài)及植被覆蓋度的最佳指示因子［31］. NDVI值越大，植被覆蓋度越大，生態(tài)恢復(fù)的能力越大，脆弱性也就越小.水是人類賴以生存的重要物質(zhì)，是生態(tài)環(huán)境保育和改善過(guò)程中不可替代的寶貴自然資源，同時(shí)，水資源還是支撐城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的最基本的生態(tài)要素.其值越大，表明城市擁有更豐富的水資源可用于生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，也將擁有更強(qiáng)的抵抗災(zāi)害如干旱的能力，相應(yīng)的生態(tài)恢復(fù)力越大，脆弱性則越小.土地（包括耕地）是城市發(fā)展的基本生態(tài)空間，值越大，表明城市發(fā)展的空間范圍和戰(zhàn)略縱深越大，發(fā)生問(wèn)題后進(jìn)行調(diào)整和恢復(fù)的空間余地也就越大，相應(yīng)的脆弱性也就越小.

表1　合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性測(cè)度指標(biāo)體系Table 1　The index system of eco-environmental vulnerability measurement in Hefei

根據(jù)表1的指標(biāo)體系，首先收集相關(guān)生態(tài)因子數(shù)據(jù)，主要包括：合肥市行政區(qū)劃圖；合肥市2011年3月10日的Landsat-7ETM影像；數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)；相關(guān)地形圖；地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，包括滑坡、崩塌、泥石流和地震斷裂帶等；相關(guān)規(guī)劃如城市總體規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃中的有關(guān)數(shù)據(jù)等.其次，運(yùn)用ENVI4.8和ArcGIS9.3對(duì)上述空間數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，得到生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力的各個(gè)指標(biāo)因子的空間數(shù)據(jù).其中，生態(tài)敏感性的各個(gè)指標(biāo)在具體處理時(shí)，要在分析合肥市生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)部分一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化而得到相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo).同時(shí)，在ArcGIS9.3中對(duì)一級(jí)指標(biāo)或者二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行不同距離的生態(tài)敏感性緩沖區(qū)分析，再基于不同的緩沖距離而賦予不同的敏感性等級(jí)值.通常，按照指標(biāo)因子的敏感性大小而賦予1、3、5、7、9的等級(jí)值，分別代表極低敏感區(qū)、低敏感區(qū)、中敏感區(qū)、高敏感區(qū)和極高敏感區(qū).值越大，表示生態(tài)敏感性越高，脆弱性也就越大.處理后的生態(tài)敏感性指標(biāo)體系如表2所示.

表2　合肥市生態(tài)敏感性測(cè)度指標(biāo)體系Table 2　The index system of ecological sensitivitymeasurement in Hefei

續(xù)表2

對(duì)于生態(tài)恢復(fù)力的各個(gè)指標(biāo)，首先，在ENVI4.8中對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、裁切、融合等預(yù)處理，然后利用 ENVI4.8的相關(guān)計(jì)算模塊得到合肥市的歸一化植被指數(shù)NDVI，從而得到代表合肥市植被覆蓋度的空間數(shù)據(jù)；而水資源、耕地、土地面積等指標(biāo)則基于合肥市鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并進(jìn)行 GIS空間化處理而得到.經(jīng)過(guò)上述處理后，每個(gè)指標(biāo)或其二級(jí)指標(biāo)都對(duì)應(yīng)于ArcGIS9.3中的一個(gè)柵格數(shù)據(jù)圖層，由此為后續(xù)的空間疊加分析奠定基礎(chǔ).

2.2.2指標(biāo)權(quán)重計(jì)算與指標(biāo)綜合各個(gè)測(cè)度指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算采用了排序法和層次分析法（AHP）.地形包括了2個(gè)二級(jí)指標(biāo)，其權(quán)重采用排序法計(jì)算；水體的6個(gè)二級(jí)指標(biāo)采用GIS的邏輯疊加方法進(jìn)行分析，不需計(jì)算權(quán)重；生態(tài)敏感性的4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和生態(tài)恢復(fù)力的4個(gè)一級(jí)指標(biāo)均采用 AHP方法計(jì)算權(quán)重；采用排序法計(jì)算生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力的權(quán)重，由于生態(tài)敏感性是城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的主要根源，是城市系統(tǒng)內(nèi)部固有的生態(tài)要素和實(shí)體的結(jié)構(gòu)型脆弱性（內(nèi)在的、先天的不穩(wěn)定性），因此應(yīng)具有更高的重要性等級(jí).測(cè)度指標(biāo)的綜合在GIS平臺(tái)上進(jìn)行空間疊加分析，具體包括線性加權(quán)和與邏輯疊加兩種方法.其中，水體的6個(gè)二級(jí)指標(biāo)采用邏輯疊加中的取大值法進(jìn)行空間疊加分析而得到水體一級(jí)指標(biāo)，然后再和地形、土地利用和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行加權(quán)和疊加而得到生態(tài)敏感性指數(shù)；生態(tài)恢復(fù)力的 4個(gè)一級(jí)指標(biāo)采用加權(quán)和法疊加而得到生態(tài)恢復(fù)力指數(shù).取大值疊加法是在對(duì)多個(gè)生態(tài)因子進(jìn)行疊加分析時(shí)，取各因子敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果中的最大值作為最終結(jié)果.這樣做的目的是為了突出生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的敏感性，從而盡可能保護(hù)生態(tài)環(huán)境，由此體現(xiàn)了生態(tài)學(xué)中的“最小限制定律”.最后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的生態(tài)敏感性指數(shù)和生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，從而得到合肥城市生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)的測(cè)度結(jié)果.

3　結(jié)果分析

3.1測(cè)度結(jié)果與分區(qū)

圖2　合肥市生態(tài)敏感性測(cè)度結(jié)果Fig.2　The result of ecological sensitivity in Hefei

根據(jù)上述GIS空間分析技術(shù)路線，得到合肥市生態(tài)敏感性指數(shù)（圖2）和生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)（圖3）的測(cè)度結(jié)果.合肥市生態(tài)敏感性較高的地區(qū)主要包括巢湖及其周邊濕地保護(hù)區(qū)、各大型水庫(kù)湖泊及其核心緩沖區(qū)、基本農(nóng)田區(qū)以及橫貫合肥市域東西向的兩大地震斷層及其緩沖區(qū)；低敏感地區(qū)主要包括城鎮(zhèn)建成區(qū)和一般農(nóng)田地區(qū)，合肥市中心城區(qū)是最大的低敏感區(qū).合肥市生態(tài)恢復(fù)力較高的地區(qū)主要包括一些植被覆蓋度高的山區(qū)；生態(tài)恢復(fù)力較低的地區(qū)主要包括各個(gè)城鎮(zhèn)建成區(qū)，特別是合肥中心城區(qū)向北與合淮鐵路沿線的近郊鎮(zhèn)連成一體，構(gòu)成了市域范圍內(nèi)最大的低恢復(fù)力地區(qū).

圖3　合肥市生態(tài)恢復(fù)力測(cè)度結(jié)果Fig.3　The result of ecological resilience in Hefei

圖4　合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性等級(jí)分區(qū)Fig.4　The grade zone of eco-environmental vulnerability in Hefei

對(duì)生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力再進(jìn)行疊加而得到生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)的測(cè)度結(jié)果，并利用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分級(jí)［32］，將合肥生態(tài)環(huán)境脆弱性劃分為5個(gè)等級(jí)（圖4），包括低脆弱性分區(qū)、較低脆弱性分區(qū)、中脆弱性分區(qū)、較高脆弱性分區(qū)和高脆弱性分區(qū)，各個(gè)分區(qū)的面積和占比如表3所示.測(cè)度結(jié)果表明，合肥市低脆弱性分區(qū)主要為市域西部和南部的一般農(nóng)田.較低脆弱性分區(qū)面積最大，共計(jì)3731.79km2，占市域面積比重為32.64%，主要為一般農(nóng)田和城鎮(zhèn)建成區(qū)，其中，合肥中心城區(qū)和肥西縣城、肥東縣城相連而成為一個(gè)最大的較低脆弱性集中區(qū).中脆弱性分區(qū)主要為林地、園地、基本農(nóng)田、河湖水庫(kù)的緩沖區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，較高脆弱性分區(qū)主要為巢湖及其周邊濕地的外圍區(qū)、部分大中型水域的核心緩沖區(qū)、小型水庫(kù)及其緩沖區(qū)以及地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)等，而高脆弱性分區(qū)主要為巢湖及其核心緩沖區(qū)、部分大中型水域及其核心緩沖區(qū).

表3　合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性分區(qū)面積與比重Table 3　The area and proportion of each ecoenvironmental vulnerability zone in Hefei

3.2調(diào)控類型區(qū)劃分

進(jìn)一步，把合肥市的5種脆弱性分區(qū)歸納為3種調(diào)控類型區(qū)，即生態(tài)綠線地區(qū)、生態(tài)灰線地區(qū)和生態(tài)紅線地區(qū)，具體如圖5和表4所示.

生態(tài)綠線調(diào)控區(qū)包括低脆弱性分區(qū)和較低脆弱性分區(qū).從可持續(xù)發(fā)展的角度看，生態(tài)綠線調(diào)控區(qū)是一般自然資本集聚區(qū)，是市域范圍內(nèi)較適合城鎮(zhèn)化發(fā)展和人類活動(dòng)的地區(qū).這也意味著生態(tài)綠線地區(qū)能夠適宜進(jìn)行較高強(qiáng)度的空間開(kāi)發(fā)和建設(shè)，可作為合肥城鎮(zhèn)化和工業(yè)化發(fā)展的主要承載地.生態(tài)綠線調(diào)控區(qū)主要分布在市域的中部和南部地區(qū)，共計(jì)面積6129.43km2，占比 53.61%，是規(guī)模最大的一類調(diào)控區(qū)，這也說(shuō)明了合肥未來(lái)發(fā)展的腹地較為廣闊，可利用空間資源豐富，未來(lái)發(fā)展具有良好的空間支撐條件.

圖5　合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性調(diào)控類型區(qū)Fig.5　The control zone of eco-environmental vulnerability in Hefei

表4　合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性調(diào)控類型區(qū)面積與比重Table 4　The area and proportion of each control zone of eco-environmental vulnerability in Hefei

生態(tài)灰線調(diào)控區(qū)主要由中脆弱性分區(qū)構(gòu)成，是介于生態(tài)紅線調(diào)控區(qū)和生態(tài)綠線調(diào)控區(qū)之間的一類過(guò)渡地區(qū).本質(zhì)上，生態(tài)灰線地區(qū)是一種生態(tài)彈性區(qū)域，其可以根據(jù)不同的城市發(fā)展戰(zhàn)略指引而作為不同用途的空間功能區(qū).例如，當(dāng)城市發(fā)展以擴(kuò)張開(kāi)發(fā)為主時(shí)，生態(tài)灰線調(diào)控區(qū)可以為未來(lái)城市發(fā)展提供充足的后備空間資源；當(dāng)城市發(fā)展以收縮保護(hù)為主時(shí)，生態(tài)灰線調(diào)控區(qū)則可以作為未來(lái)城市發(fā)展的生態(tài)緩沖地區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)最大限度保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的.合肥市生態(tài)灰線調(diào)控區(qū)主要分布在市域北部地區(qū)，共計(jì)面積2240.17km2，占比 19.59%，是規(guī)模最小的一類調(diào)控區(qū).

生態(tài)紅線調(diào)控區(qū)包括較高脆弱性分區(qū)和高脆弱性分區(qū)，該類地區(qū)是合肥實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)基礎(chǔ)，是一些關(guān)鍵自然資本集聚區(qū).生態(tài)紅線地區(qū)主要應(yīng)作為生態(tài)保育、修復(fù)和涵養(yǎng)地區(qū)，是維護(hù)合肥生態(tài)環(huán)境基底的“源”和“匯”.生態(tài)紅線地區(qū)共計(jì)面積 3063.41km2，占比 26.80%，是規(guī)模僅次于生態(tài)綠線地區(qū)的一類調(diào)控區(qū).生態(tài)紅線調(diào)控區(qū)主要是以巢湖為中心的大中型湖泊水庫(kù)、濕地及其核心緩沖區(qū)，在空間上呈點(diǎn)狀分布.對(duì)于合肥市來(lái)說(shuō)，巢湖是合肥所擁有的最大的生態(tài)資源，也是合肥當(dāng)之無(wú)愧的關(guān)鍵自然資本.除了巢湖之外，合肥市域范圍內(nèi)還有眾多的大中型湖泊水庫(kù)如黃陂湖、瓦埠湖、岱山湖、大房郢水庫(kù)、董鋪水庫(kù)等，在當(dāng)前城市水資源日益告急而城市用水量卻仍在增加的大環(huán)境下，這些寶貴的水資源也理所當(dāng)然的成為合肥市的生態(tài)紅線地區(qū).

上述調(diào)控分區(qū)的特點(diǎn)是生態(tài)綠線地區(qū)面積最大，這顯然有利于城市空間的開(kāi)發(fā)建設(shè).如果從更嚴(yán)格地保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，也即為未來(lái)發(fā)展預(yù)留更多的生態(tài)空間，這就要求生態(tài)綠線地區(qū)的面積要減小.綜合表3和表4，得到此種情景下的分區(qū)結(jié)果如表5所示.

表5　合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性調(diào)控類型區(qū)面積與比重Table 5　The area and proportion of each control zone of eco-environmental vulnerability in Hefei

根據(jù)表 5，生態(tài)綠線僅由低脆弱性分區(qū)構(gòu)成，占比20.97%；生態(tài)灰線僅由較低脆弱性分區(qū)構(gòu)成，而生態(tài)紅線則由中、較高和高脆弱性分區(qū)構(gòu)成，面積最大，占比 46.39%.這樣，生態(tài)綠線地區(qū)面積減小，生態(tài)灰線和生態(tài)紅線地區(qū)面積相應(yīng)增加，此就能實(shí)現(xiàn)盡可能多地保護(hù)生態(tài)環(huán)境的調(diào)控目的，同時(shí)，這也給政府管理決策提供了一個(gè)備選方案，從而為實(shí)現(xiàn)基于多方案比較的科學(xué)決策奠定了基礎(chǔ).

3.3對(duì)策建議

首先，要明確不同調(diào)控類型區(qū)的空間開(kāi)發(fā)主調(diào).對(duì)于生態(tài)紅線地區(qū)，其是合肥的關(guān)鍵自然資本，是不可替代的生態(tài)要素和實(shí)體，因此其空間開(kāi)發(fā)主調(diào)是限活動(dòng)，即禁止任何形式的工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)活動(dòng)，在確保不污染環(huán)境的前提下，可以進(jìn)行一些公益性的旅游、休閑等生態(tài)服務(wù)活動(dòng).作為一個(gè)生態(tài)彈性控制地區(qū)，生態(tài)灰線地區(qū)的空間開(kāi)發(fā)主調(diào)是限性質(zhì).對(duì)于合肥市來(lái)說(shuō)，目前適宜于大規(guī)?？臻g開(kāi)發(fā)的地區(qū)較多，因此，生態(tài)灰線地區(qū)更應(yīng)作為一個(gè)生態(tài)緩沖區(qū)，從而更多地保護(hù)合肥的自然生態(tài)本底.即使必須有項(xiàng)目建設(shè)，則要嚴(yán)格限制建設(shè)項(xiàng)目的性質(zhì)，可以適當(dāng)安排無(wú)污染、高效率、低能耗的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目.對(duì)于生態(tài)綠線地區(qū)，其是合肥空間開(kāi)發(fā)的主陣地，也是不斷獲得人造資本的物質(zhì)空間基礎(chǔ)，因此，其空間開(kāi)發(fā)主調(diào)是要保建設(shè)，由此不斷擴(kuò)大合肥經(jīng)濟(jì)規(guī)模，為降低城市脆弱性、平衡內(nèi)部地區(qū)發(fā)展差異奠定基礎(chǔ).

其次，要落實(shí)不同調(diào)控類型區(qū)的空間規(guī)劃控制.要把劃定生態(tài)綠線、生態(tài)紅線和生態(tài)灰線作為一個(gè)強(qiáng)制性規(guī)劃內(nèi)容，要給出不同脆弱性調(diào)控類型區(qū)的空間坐標(biāo)位置以及建設(shè)開(kāi)發(fā)控制指標(biāo)等強(qiáng)制性要素，由此發(fā)揮好規(guī)劃的剛性控制和彈性引導(dǎo)作用，從而為具體的建設(shè)開(kāi)發(fā)提供約束和指導(dǎo).

最后，建議合肥制定《城市生態(tài)環(huán)境脆弱性調(diào)控管理辦法》，辦法要能夠站在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，并與現(xiàn)有的城市規(guī)劃、國(guó)土資源、生態(tài)環(huán)保等管理政策相協(xié)調(diào).辦法要能夠涵蓋生態(tài)綠線、生態(tài)灰線和生態(tài)紅線3種脆弱性調(diào)控類型區(qū)的劃定原則、開(kāi)發(fā)建設(shè)、產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)、實(shí)施措施、獎(jiǎng)懲機(jī)制等內(nèi)容，從而形成系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境脆弱性調(diào)控實(shí)施政策.

應(yīng)指出的是，本文是城市脆弱性研究的理論方法和應(yīng)用層面上的一次探索和嘗試.為了使研究結(jié)果能對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展起到更加科學(xué)的指導(dǎo)作用，研究在一些方面仍需探討，如測(cè)度指標(biāo)可能存在疏漏，指標(biāo)權(quán)重計(jì)算和指標(biāo)合并可能存在更科學(xué)的方法，特別是在GIS疊加分析中讓各指標(biāo)都能體現(xiàn)自己的權(quán)重方面仍要深入研究，由此進(jìn)一步提高結(jié)果的精確性.

4　結(jié)論

4.1在傳統(tǒng)脆弱性概念的基礎(chǔ)上，提出了城市生態(tài)環(huán)境脆弱性的概念內(nèi)涵；利用GIS的空間分析技術(shù)，從生態(tài)敏感性和生態(tài)恢復(fù)力兩個(gè)方面構(gòu)建了城市生態(tài)環(huán)境脆弱性定量測(cè)度的技術(shù)方法體系，包括測(cè)度指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重計(jì)算以及指標(biāo)的綜合集成，并具體應(yīng)用了層次分析法、排序法、線性加權(quán)求和法以及 GIS空間疊加分析法，由此得到城市生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù).

4.2以合肥市為典型研究區(qū)，在GIS平臺(tái)上完成了合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性的定量測(cè)度.根據(jù)測(cè)度結(jié)果，把合肥市生態(tài)環(huán)境劃分為低脆弱性分區(qū)、較低脆弱性分區(qū)、中脆弱性分區(qū)、較高脆弱性分區(qū)和高脆弱性分區(qū)等5種分區(qū)，進(jìn)一步歸納為3種脆弱性調(diào)控類型區(qū)，即生態(tài)綠線調(diào)控區(qū)、生態(tài)灰線調(diào)控區(qū)和生態(tài)紅線調(diào)控區(qū).其中，生態(tài)綠線調(diào)控區(qū)規(guī)模最大，面積6129.43km2，占比53.61%；生態(tài)灰線調(diào)控區(qū)規(guī)模最小，面積 2240.17km2，占比19.59%；而生態(tài)紅線調(diào)控區(qū)面積為 3063.41km2，占比 26.80%，規(guī)模僅次于生態(tài)綠線調(diào)控區(qū).同時(shí)給出了合肥市生態(tài)環(huán)境脆弱性調(diào)控的對(duì)策建議，由此為合肥市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和建設(shè)提供科學(xué)的決策依據(jù).

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Measurement zoning and control of urban eco-environmental vulnerability.

ZHANG Xiao-rui1，2，HE Yan-dan1，F(xiàn)ANG Chuang-lin3*，WANG Zhen-bo3（1.Department of Urban Planning，Hefei University of Technology，Hefei 230601，China；2.Laboratory of Digital Human Habitat Studies，Hefei University of Technology，Hefei 230601，China；3.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China）.

China Environmental Science，2015，35（7）：2200～2208

The measurement indicator system was established from two perspectives of ecological sensitivity and ecological resiliency. Meanwhile，the GIS spatial analysis technology was adopted for the quantitative measurement and classification of the urban eco-environmental vulnerability，thus obtaining the type zone of vulnerability control. In Hefei，for example，the eco-environmental vulnerability was specifically measured on GIS platform. Then it was divided into 5 vulnerability zoning，including low，relatively low，middle，relatively high and high and concluded as three type zones of vulnerability control，namely，ecological green line，ecological grey line and ecological red line. Among which，the control zone of ecological green line had the largest scale，taking up 53.61% of the total area and providing sufficient development space for Hefei. At last，suggestions for the development of different type zones of vulnerability control were offered so as to provide scientific decision-making basis for the protection and development of urban eco-environment.

urban eco-environment；vulnerability；measurement；control；GIS

X144

A

1000-6923（2015）07-2200-09

2014-12-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41371177）

* 責(zé)任作者，研究員，fangcl@igsnrr.ac.cn

張曉瑞（1976-），男，安徽太和人，副教授，博士后，主要從事城市與區(qū)域規(guī)劃研究.發(fā)表論文60余篇.