城市河流濱岸帶土地利用變化的環(huán)境效應

摘要 在闡述城市河流濱岸帶的界定、結(jié)構(gòu)、功能以及濱岸帶土地利用變化的環(huán)境效應的基礎上，選擇以上海市蘇州河為研究對象，運用土地利用解譯、有機污染綜合指數(shù)、野外調(diào)查評分等方法處理數(shù)據(jù)，將河流與河段兩個尺度上的濱岸帶土地利用類型分別與河流水質(zhì)和調(diào)查河段的景觀適宜性進行相關(guān)比較研究，進一步結(jié)合上海市不同歷史時期和現(xiàn)狀背景揭示了蘇州河濱岸帶土地利用變化所帶來的自然環(huán)境效應和社會環(huán)境效應。同時提出城市河流濱岸帶的適應性管理策略。研究結(jié)果表明：①工業(yè)用地及農(nóng)業(yè)用地的減少和居住用地、城市綠地與道路用地的增加、不透水面積的整體微減是蘇州河濱岸帶土地利用變化的主要特征；②工業(yè)用地、居住用地和城市綠地的變化趨勢最為顯著，并與有機污染綜合指數(shù)變化趨勢的相關(guān)關(guān)系較顯著；③不同河段的土地利用類型和不透水面積率與相應河段的景觀適宜性之間的關(guān)聯(lián)性很大。

關(guān)鍵詞 濱岸帶；土地利用；景觀適宜性；環(huán)境效應；蘇州河

中圖分類號x24 文獻標識碼 A 文章編號1002-2104(2009)03-0096-06

城市河流在城市中起著至關(guān)重要的作用。它具有供應水源、提供綠地、保護環(huán)境、旅游娛樂、交通運輸、文化教育等多項生態(tài)服務功能，并推動了城市的發(fā)展。在城市化進程中人口的快速增長以及人類活動的日益加劇嚴重破壞了河流的結(jié)構(gòu)功能。河流濱岸帶作為城市河流的重要組成部分，是城市中唯一的自然和社會結(jié)合過渡的地帶，在城市中起著舉足輕重的作用，它具有生態(tài)、社會、經(jīng)濟和旅游價值，但也是人類開發(fā)強度最大、變化最快的地帶，其中土地利用開發(fā)是使河流生態(tài)功能衰落的主要原因之一。研究城市河流濱岸帶的土地利用變化帶來的城市自然和社會環(huán)境效應具有重要意義，對河流濱岸帶的保護管理和城市景觀規(guī)劃具有實踐性作用和借鑒價值。

1 城市河流濱岸帶的內(nèi)涵

1.1城市河流濱岸帶的界定

關(guān)于濱岸帶的界定，不同學科的界定范圍不盡相同。濱岸帶的定義最早應用于行政管理領(lǐng)域，指靠近河邊幾十米內(nèi)的區(qū)域。在學術(shù)界，首次對濱岸帶的定義見于20世紀70年代末，系指陸地上同河水發(fā)生作用的植被區(qū)域。之后，該定義被拓展為廣義和狹義兩種，廣義是指靠近河邊但與高地有明顯差異的植被地帶，也即是受水體直接影響的植被帶。狹義指河水——陸地交界處的兩邊，直至河水影響消失為止的地帶。本文在狹義定義的基礎上，結(jié)合城市河流和自然河流的差異，將城市河流濱岸帶界定在自河水和護岸的交界處直至護岸帶以外100m左右的區(qū)域范圍內(nèi)。

1.2城市河流濱岸帶的結(jié)構(gòu)和功能

一般來說，河流濱岸帶具有四維結(jié)構(gòu)特征，即縱向、橫向、垂向和時間變化四個方向的結(jié)構(gòu)。但是，由于人們不斷地改造河流以滿足供水、防洪、航運等多種要求，極大地改變了河流的自然形態(tài)，導致河道直線化，河床及護岸固化，洪泛平原消失等等，所以城市河流與自然河流在濱岸帶結(jié)構(gòu)上不同。因此根據(jù)城市河流的特點以及野外實地考察，將城市河流濱岸帶在由河水到陸地的橫向維度上，在郊區(qū)段依次分為濱水帶、護岸帶、緩沖帶和近岸帶，而在城區(qū)段依次是護岸帶、緩沖帶和近岸帶，這是由于城區(qū)的護岸形式都是水泥垂直護岸，濱水帶基本消失(見圖1)。

城市河流濱岸帶是城市中典型的水陸交界帶，具有明顯的邊緣效應，所以它既包含了生態(tài)內(nèi)涵，又包括了水利和社會內(nèi)涵。由于其結(jié)構(gòu)上的差異，城市河流在功能上和自然河流也有所不同。按照其內(nèi)涵的分類，城市河流濱岸帶的功能主要分為自然功能和社會功能兩大類：自然功能包括提供棲息地、提供廊道、調(diào)節(jié)水溫、過濾和抑制污染物質(zhì)、穩(wěn)固河岸、削減洪峰等功能；社會功能包括提供景觀、娛樂和居住等功能。

1.3城市河流濱岸帶土地利用的環(huán)境效應

土地利用是一種社會經(jīng)濟現(xiàn)象，是人類在漫長的歷史過程中對土地資源進行持續(xù)開發(fā)和改造治理的結(jié)果。人類作為土地利用的實施者和主體，通過其土地利用活動把自然生態(tài)系統(tǒng)和社會生態(tài)系統(tǒng)連為一體，其實人類利用土地的過程實質(zhì)上是“自然——人類——社會”相互作用、相互聯(lián)動的系統(tǒng)運行過程。河流濱岸帶土地利用正是這個系統(tǒng)中的聚焦點，所以城市河流濱岸帶的土地利用具有兩向性，即對自然環(huán)境和社會環(huán)境的雙向效應(見圖2)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1研究區(qū)域

上海地處長江人?？?、太湖流域東緣，境內(nèi)河道交織縱橫，為典型的平原河網(wǎng)感潮地區(qū)。蘇州河是流經(jīng)上海地區(qū)的主要河流之一，又名吳淞江，是太湖的分支之一，是聯(lián)系太湖和黃浦江的主要河道。自太湖東北吳江縣瓜涇口起流經(jīng)蘇州、昆山、青浦、嘉定后橫貫上海市區(qū)，在外白渡橋附近與黃浦江交匯(見圖3)。蘇州河全長125km，上海境內(nèi)長度約為53.1km，其中有23.8km流經(jīng)上海市中心城區(qū)。作為上海的標志性河流，蘇州河在上海歷史發(fā)展過程中起著重要的作用。蘇州河在見證上海城市發(fā)展的同時也經(jīng)歷了“嚴重污染——工程治理——水質(zhì)改善——生態(tài)恢復”的演變過程，與此相應，蘇州河濱岸帶土地利用也經(jīng)歷了“工業(yè)繁榮——綜合利用——房產(chǎn)開發(fā)——綠地增加”的變化歷程。

2.2數(shù)據(jù)及處理

2.2.1土地利用數(shù)據(jù)與處理

土地利用類型的劃分是以《全國土地分類》(國土資發(fā)[2002]247號)標準為基礎，然后根據(jù)上海市城區(qū)高度城市化的特點，結(jié)合野外實地調(diào)查，將蘇州河濱岸帶土地利用類型劃分為六大類：城市工業(yè)用地、城市居住用地、城市綠地、道路用地、農(nóng)業(yè)用地和其它建設用地。本文將城市綠地和農(nóng)業(yè)用地作為透水地面，其余用地均為不透水地面；另外，將村鎮(zhèn)建設用地、市政設施用地以及城市公共建筑用地統(tǒng)一為其它建設用地，農(nóng)業(yè)用地也沒有做進一步的細分。由于資料的限制，僅對蘇州河城區(qū)段濱岸帶土地利用進行解譯分析，該段東起蘇州河和黃浦江的交界處，西止普陀區(qū)和長寧區(qū)外環(huán)線交界附近，包括了蘇州河的中游段和下游段。根據(jù)1947、1979、1989、2000及2006年蘇州河濱岸帶土地利用的航空圖片和衛(wèi)星圖像，對蘇州河沿岸100米buffer運用ArcGIS軟件進行解譯分析。

2.2.2水質(zhì)數(shù)據(jù)與處理

水質(zhì)是評價河流健康與否，河流生態(tài)系統(tǒng)整體功能好壞的重要指標，它是河流自然功能和社會功能的一個重要表征，例如河流的生態(tài)、自凈、供水和景觀娛樂功能等都與水質(zhì)有密不可分的關(guān)系。用于表征水質(zhì)的水質(zhì)理化參數(shù)是能夠簡單、直觀反映河流健康狀況的重要指標，有些學者甚至認為它是評價河流生態(tài)系統(tǒng)健康與否的唯一指標，因為水質(zhì)受其它指標的影響以及對其它指標的影響都是直接的并且往往具有決定性的作用，因此將水質(zhì)作為自然環(huán)境的表征具有較強的代表性。

綜合考慮到監(jiān)測斷面的水質(zhì)水文代表性、空間合理性、監(jiān)測時間連續(xù)性和數(shù)據(jù)的完備性，在蘇州河上選取白鶴、黃渡、華漕、北新涇、武寧路橋和浙江路橋六個斷面的數(shù)據(jù)平均值作為研究數(shù)據(jù)。這六大斷面的監(jiān)測區(qū)域基本覆蓋了整條蘇州河，能代表蘇州河水質(zhì)的總體水平。由于蘇州河水體是典型的有機污染水體，根據(jù)1986—2005年的《上海市環(huán)境質(zhì)量報告書》，選取BOD5、CODMn、氨氮(NH3-N)和溶解氧(DO)四大指標來反應其水質(zhì)的總體污染狀況。本文運用有機污染綜合指數(shù)來反應近20年的水質(zhì)變化。有機污染綜合指數(shù)計算公示如下：

式中，A為有機污染綜合指數(shù)；L為水質(zhì)指標的年平均監(jiān)測值，單位為rag／L；c為水質(zhì)指標的標準值，文中選用國家地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838—2002)中的Ⅳ類標準作為標準值。

2.2.3景觀適宜性分析方法

河流景觀是指能為人們提供人水和諧的高效、安全、健康、舒適、優(yōu)美的生態(tài)景觀。它分為大尺度河流景觀和小尺度河流景觀，城市河流景觀主要研究的是小尺度的河流景觀，這種河流景觀主要受濱河的植被、土地利用等方面的影響。由于城市河流景觀功能主要表現(xiàn)為親水功能和空間功能，所以景觀適宜性可以作為城市河流濱岸帶社會環(huán)境功能的表征。本文將城市河流濱岸帶景觀適宜性指標(A)分為濱岸帶景觀設施建設豐富度(B1)、河岸的植被覆蓋率(B2)、景觀的整潔程度(B3)和河岸可達性(B4)四個二級指標。河岸設施包括垂釣臺、觀景臺、娛樂設施、健身設施和休息設施等，反映景觀娛樂休閑功能的完善性；植被覆蓋率反映河岸景觀的自然特性；整潔程度和可達性反映了河岸的親水功能是否能正常發(fā)揮，每個指標都有不同的評分標準。對二級指標做等權(quán)重處理，然后運用加權(quán)平均法計算出分數(shù)，分值均在0～10以內(nèi)。計算公式為：A=(B1+B2+B3+B4)／4。評分標準見表1。

3 結(jié)果與討論

3.1濱岸帶土地利用格局歷史演變

通過對濱岸帶土地利用的航空圖片和衛(wèi)星圖像的解譯得出了50多年間各土地利用類型的變化趨勢(見表2)以及2006年蘇州河中游和下游的各種土地利用類型的比例(表3)。

根據(jù)表2，結(jié)合上海市的歷史發(fā)展背景，可以將蘇州河濱岸帶的土地利用格局的歷史演變分為三個時期。第一個時期是1979年改革開放以前的時期，新中國的經(jīng)濟發(fā)生了巨大改變，上海逐漸成為中國最大的工業(yè)性生產(chǎn)城市，因此蘇州河沿岸涌現(xiàn)了一批工業(yè)企業(yè)，這些增加的工業(yè)主要分布在今內(nèi)環(huán)至中環(huán)之間的河段兩岸，工業(yè)用地在32年間增長了21.6％左右；而工業(yè)的繁榮也使居住用地緩慢增加，僅增加0.16％；由于城市的擴張和蔓延，農(nóng)村建設逐步推進，上游的村鎮(zhèn)建設用地代替了大量的農(nóng)業(yè)用地，導致蘇州河上游河段農(nóng)業(yè)用地迅速減少，下降了26％左右；但是這一階段人們尚未認識到濱水空間開發(fā)的重要性，城市綠地和道路用地處于停滯階段，尤其是城市綠地呈現(xiàn)零比例的狀態(tài)。第二個時期是改革開放后至20世紀末的時期，上海進入高速城市化的新發(fā)展階段，蘇州河城區(qū)段成為相對中心的位置，使蘇州河沿岸土地的經(jīng)濟價值得到承認，加之水質(zhì)的日益惡化，市政府決心整治蘇州河，導致了沿線工廠、倉庫和碼頭搬遷，工業(yè)用地比例快速下降，20年間下降了16.7％左右；隨工業(yè)企業(yè)的搬遷，取而代之的是居住用地、城市綠地和市政建設用地，尤其是城市綠地的比重快速增加，這也是居住用地增加帶來的協(xié)同效應；同時這20年也是市政工程建設的時期，河岸的道路用地增加了一倍多。第三個時期是21世紀初以后的時期，由于房產(chǎn)的持續(xù)升溫和環(huán)境改造工程的實施，居住用地繼續(xù)增加，導致了道路用地的增加；由于蘇州河綜合治理中兩岸環(huán)境改造工程的實施，建設了夢清園等10處大型濱河綠化走廊，蘇州河兩岸城市綠地進入高速增長時期，上、中、下游的公共綠地均有所增加，上游僅存的農(nóng)業(yè)用地幾乎全部被公共綠地取代；工業(yè)用地的比例繼續(xù)下降，在中環(huán)附近形成了幾個都市工業(yè)園區(qū)。

3.2濱岸帶土地利用與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)

根據(jù)1986—2005年《上海市環(huán)境質(zhì)量報告書》的有關(guān)數(shù)據(jù)及有機污染綜合指數(shù)的計算公式得出蘇州河近20年的水質(zhì)污染的變化趨勢(見圖4)。

蘇州河近20年的水質(zhì)污染狀況呈起伏型良好上升的趨勢。這與先前的合流污水治理工程和綜合整治工程有較大的關(guān)系，但是由于河流與其周圍土地在地理位置上的毗鄰關(guān)系，使得河岸帶土地利用與水文系統(tǒng)之間存在著更為直接的相互作用關(guān)系，土地利用變化引起的土地覆蓋變化大大改變了天然的水循環(huán)過程和水量水質(zhì)狀況。本文選取1989、2000和2005年的蘇州河水質(zhì)污染綜合指數(shù)與相應年份的濱岸帶土地利用類型情況進行了比較。由圖5可以得出蘇州河水質(zhì)污染狀況和濱岸帶的土地利用有一定的關(guān)系。首先，城市濱岸帶工業(yè)用地和蘇州河水質(zhì)污染綜合指數(shù)成正相關(guān)的關(guān)系，因為工業(yè)用地的減少，也就意味著點源污染的相對減少，導致水質(zhì)有所轉(zhuǎn)好。其次，城市濱岸帶居住用地及城市綠地和蘇州河水質(zhì)污染綜合指數(shù)成負相關(guān)的關(guān)系，這是由于2000年以后濱水景觀住宅的大量開發(fā)建設，為河流綜合治理和濱岸帶環(huán)境的改善帶來了新的機遇，這在某種程度上減少了水體污染；此外城市綠地的成倍增加也在一定程度上減少污染物質(zhì)和泥沙懸浮物進入水體的量，在生態(tài)植被功能方面上改善了水質(zhì)。最后，其它土地利用類型和水質(zhì)污染綜合指數(shù)的關(guān)系不明顯，這是因為道路用地和農(nóng)業(yè)用地的變化幅度不明顯造成的。

綜合上述分析，雖然蘇州河濱岸帶的不透水面積變化幅度不大，但基本上是呈減少的趨勢。而農(nóng)業(yè)用地和城市綠地等透水面積的增加致使水質(zhì)污染綜合指數(shù)下降，說明不透水面積的變化與水質(zhì)污染綜合指數(shù)也是有一定關(guān)系的，總體上這兩者成正相關(guān)的關(guān)系。

3.3濱岸帶土地利用與景觀適宜性的關(guān)聯(lián)

本文選取蘇州河的九個樣段進行了野外實地調(diào)查和觀測評分，分別是上游的趙屯、白鶴；中游的黃渡、華漕、北新涇；下游的武寧路橋(設兩個點)、夢清園、浙江路橋。通過城市河流景觀適宜性的評分標準表和計算公式得出蘇州河濱岸帶景觀適宜性的分數(shù)(見表4)。

通過表3和表4的對比，結(jié)合野外實地考察得出不同河段的土地利用類型與相應的景觀適宜性有很大的關(guān)聯(lián)。首先，由于蘇州河上游河段土地利用數(shù)據(jù)的缺乏，通過野外實地考察證實上游的城市化程度低，大部分為農(nóng)業(yè)用地，也有部分為村鎮(zhèn)建設用地及公共綠地，因此濱岸帶不透水面積往往較??；但是，由于作為未開發(fā)的上游河段缺乏河岸景觀設施，且河岸可達性較低，其景觀功能基本未得到發(fā)揮。其次是蘇州河的中游河段，濱岸帶不透水面積很大，其中黃渡和華漕段的不透水面積率分別達78％和89％；通過表5可以得出這與濱岸帶土地利用方式有極大的關(guān)系，經(jīng)過野外實地考察證實黃渡、華漕和北新涇河段附近存在不少工廠甚至是工業(yè)園區(qū)，導致了中游河段缺乏有效的管理，景觀設施缺失，景觀整潔狀況較差。最后是蘇州河的下游河段，在武寧路橋1和夢清園河段，由于房產(chǎn)商的開發(fā)和濱河公園的建設，居住用地和城市綠地所占的比例較大，都建設有大型的綠化走廊以及階梯狀的親水河岸和親水平臺，景觀設施全面，濱岸帶不透水面積較小，分別是20％和12％，并且河岸的可達性較高；而在武寧路橋2和浙江路橋河段由于道路和廠房等工業(yè)用地和市政建設用地的比例較大，濱岸帶不透水面積過大，其中浙江路橋段的不透水面積率高達98％，致使濱岸帶廊道的連通性遭到嚴重破壞。下游的四個河段景觀適宜性分數(shù)有較大波動，這同時也表明了在高度城市化地區(qū)河流濱岸帶的土地利用方式對景觀適宜性的影響。

4 結(jié)論

通過分析蘇州河濱岸帶土地利用類型，并且對比了它和水質(zhì)以及景觀適宜性之間的關(guān)聯(lián)，充分證實了濱岸帶土地利用變化所帶來的環(huán)境效應。研究結(jié)果表明濱岸帶土地利用的變化主要表現(xiàn)在工業(yè)用地、農(nóng)業(yè)用地的減少和居住用地、城市綠地、道路用地的增加；工業(yè)用地、居住用地和城市綠地是變化速度最顯著的幾種土地類型，這三種土地類型比例的變化與水質(zhì)變化的關(guān)系十分密切；同時，不同河段的土地利用類型和不透水面積率與景觀適宜性也有很大的關(guān)聯(lián)。

為進一步改善濱岸帶土地利用變化帶來的環(huán)境效應，提出以下管理對策。規(guī)劃開發(fā)方向，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)；拓展濱河空間，加強景觀功能，限制河岸的水泥固化工程，繼續(xù)建設濱河綠化帶及濱水步行系統(tǒng)，加強景觀設施的管理和監(jiān)控；加強河岸植被的建設，尤其注重植被配置的多樣性和結(jié)構(gòu)的完整性；維護現(xiàn)有的濱水帶，保證水陸之間的橫向連通性，利用生態(tài)護岸等生態(tài)修復技術(shù)；利用遙感等現(xiàn)代化技術(shù)、長期的監(jiān)測手段以及野外實地考察，充分識別濱岸帶土地利用的環(huán)境效應。濱岸帶開發(fā)過程不僅要求改善河岸環(huán)境，提高河岸經(jīng)濟價值，更強調(diào)河岸的生態(tài)服務功能，強調(diào)人性化開發(fā)，更好的協(xié)調(diào)“社會——人類——自然”三者之間的關(guān)系。

(編輯：田 紅)