北京市濕地面積動態(tài)變化及其驅(qū)動因子分析

柳 敏 王如松 黃錦樓 王亞婷

(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域國家重點實驗室，北京100085)

分布于城市內(nèi)的濕地被定義為城市濕地［1］，是城市基礎(chǔ)生態(tài)設(shè)施的一個重要組成部分，為城市的經(jīng)濟、社會發(fā)展以及市民日常生活提供用水保障和良好的生態(tài)環(huán)境［2］。80年代以來，受氣候干旱、水資源匱乏，以及人口激增、城市化進程加快等影響，北京市原有的大量濕地退化、消失是北京濕地所要面臨的首要環(huán)境問題［3］。很多因素導(dǎo)致了北京市濕地面積的變化，本文從自然條件的改變、社會需求和經(jīng)濟發(fā)展三個方面予以探討。

1 研究區(qū)概況

地理概況:北京位于北緯39°56'，東經(jīng)116°20';西北毗臨山西，內(nèi)蒙古高原，南與華北大平原相接，東近渤海，市中心海拔43．71m。

氣候概況:屬于北溫帶亞濕潤氣候。1月平均氣溫 －9℃ －4℃，7月約25℃;根據(jù)北京實測降水量記錄以來的資料統(tǒng)計，年平均降水量為630mm，但年際間的變化較大。經(jīng)濟概況:國民經(jīng)濟保持快速健康發(fā)展，至1978年以來，北京全市生產(chǎn)總值保持8% －10%的快速增長。

人口概況:2008年末北京市常住總?cè)丝? 695萬，僅次于上海市。全市人口密度1 033人/km2，屬特大城市。

2 北京市濕地面積賦存量現(xiàn)狀

北京市濕地主要分布在潮白河、永定河、北運河、大清河、薊運河五大流域。由于濕地有眾多的定義和分類依據(jù)，按照《濕地公約》濕地類型劃分，北京分布僅有天然濕地的“河流濕地”，人工濕地的“庫塘濕地”2個類型。根據(jù)濕地的開發(fā)利用狀況，有文獻認為北京的濕地組成有河流、沼澤、蓄水區(qū)、排水渠、景觀水面、采掘區(qū)、水產(chǎn)池塘、水塘、灌溉溝渠、水田等11個濕地類型［3］。

19 世紀60 年代，全市有濕地 1 200km2［4］，至 2009 年底，北京市天然濕地總面積僅存150km2［5］，總面積縮減了近87．5%(見圖1)，在各類型濕地面積中僅有人工水渠的面積有增加趨勢，呈現(xiàn)出明顯的人類活動影響。

圖1 1960s－2009年間，北京市濕地總面積趨勢

3 驅(qū)動力分析

在城市這個自然－社會－經(jīng)濟復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中，濕地面積萎縮的驅(qū)動因子研究中，較多關(guān)注自然因素如降雨、溫度等［6－7］，對人類對土地利用方式的改變、經(jīng)濟發(fā)展等因素關(guān)注較少。本文以濕地面積作為表征指標［8－9］，來指示北京城市濕地受城市化的影響，我們選取降雨、上游來水量和地下水資源量作為自然背景指標;選取城建區(qū)面積和GDP作為城市規(guī)模和經(jīng)濟發(fā)展背景指標。

3．1 降雨

降雨是濕地水來源的很重要一部分，除了濕地上空的直接降水量外，雨水的增加或減少還可以直接影響濕地所在區(qū)域的地表水資源量、地下水資源量和上游來水量。

據(jù)北京實測降水量記錄以來的資料統(tǒng)計，年平均降水量為630mm，但年際間的變化較大。最多年降水量為1406mm(1959)，最少年降水量為242mm(1869)，建國后最少年為261．8mm(1965)，前者為后者的5．8倍，最少年降水量不足常年降水量的一半［10］。

降雨量與濕地面的具有一定的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0．65(見表1)，某一年降雨量的增加并不能顯著的影響當年濕地面積持續(xù)減少的趨勢，但是降雨量減少的年份，降雨量間接的加劇濕地面積的萎縮(見圖2)。

圖2 濕地面積與降雨量的關(guān)系

3．2 上游來水量

上游來水量是濕地面積維持的重要因素之一，1986－2008年間北京市上游入境水量分布不均衡，總體呈下降趨勢，其中最高來水量為1996年的25．12億m3，最少來水量為 2002 年的2．6 億 m3，豐枯差將近 9 倍［11－12］。隨著入境水量的減少，濕地面積隨之下降(見圖3)，我們?nèi)∧?996－2006年十年間的上游來水量和濕地總面積數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)兩者呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0．96(見表1)。

3．3 地下水資源量

地下水資源的豐富是濕地發(fā)育的重要條件之一，地下水對濕地具有補給旱季水量和頂托的作用。1996年北京市地下水資源量高達30．26億m3，1999最小水資源量為12．81億m3，3年間北京市地下水資源損失量為23．77億m3［11－12］，此后的 1999 年后至 2006 年間，北京市地下水資源量都沒有很大的回升，由此也可以看出地下水資源量一旦虧缺在相當長時間內(nèi)將很難恢復(fù)。

1996－2006年期間，北京市濕地面積隨著地下水資源量的變動而變動(見圖4)，下降趨勢非常一致。濕地最大/最小面積與地下水資源量最高/最低點相重合，具有很強的正相關(guān)關(guān)系，兩者相關(guān)系數(shù)為0．90(見表1)。

圖3 濕地面積與上游入境水量的關(guān)系

3．4 建成區(qū)面積

城市化的過程中，土地利用類型的轉(zhuǎn)變是驅(qū)動濕地面積縮小、退化的重要因素之一。北京城市的快速發(fā)展侵占了北京市的濕地，將大量濕地填之、埋之、蓋之，使?jié)竦刭Y源遭到很大的破壞，如僅1960－1974年間，因城市建設(shè)和施工棄土先后將太平湖、金魚湖等8個湖泊填埋，共損失濕地面積 33．4hm2［2］。

圖4 濕地面積－與地下水資源量

1980s是城市快速擴張的年代，至2006年前，北京市建成區(qū)面積已擴張到 1209．97km2［13－14］。與城建面積的迅速擴張相反的是，北京市濕地總面積從1980的750km2近乎直線趨勢的下降到270km2(見圖5)，兩者的相關(guān)系數(shù)為－0．789(見表 1)。

3．5 GDP

GDP是對一國(地區(qū))經(jīng)濟在核算期內(nèi)所有常住單位生產(chǎn)的最終產(chǎn)品總量的度量，常常被看成顯示一個國家(地區(qū))經(jīng)濟狀況的一個重要指標。1996－2006年期間北京市 GDP由 1 789．2 上升到 7 861 億元［15］，上升了 4．3倍。隨著GDP的直線上升，濕地面積迅速下降到2006年的270．38km2下降了將近1/2(見圖6)，濕地面積與GDP具有很強的負相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為－0．89(見表1)。

圖5 1980－2006年間，北京市濕地總面積與建成區(qū)面積的關(guān)系

3．6 濕地面積變化的相關(guān)因子分析

降雨、蒸發(fā)、徑流和地下水是濕地的自然水文要素，它們之間的相互轉(zhuǎn)換構(gòu)成了濕地的水文過程。城市化改變了濕地周邊的小氣候、地表覆蓋類型和生產(chǎn)生活所必須的大量用水擾亂了濕地的自然水文循環(huán)過程，加速了濕地退化。我們分析了各水文要素之間的相關(guān)關(guān)系(見表1)。降雨量、地下水資源量和上游來水量與北京市濕地面積呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為 0．65、0．779、0．963;生產(chǎn)總值、建成區(qū)面積與北京市濕地面積呈負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為 －0．888、－0．762(見表1)。

圖6 北京市濕地面積與GDP關(guān)系

利用SPSS軟件對以上5個因素進行主成份分析，結(jié)果表明，第一、第二主成份的累積貢獻率92．728%，因此可以提取2個主因子可以解釋大部分的變異，由此進一步得出主成份荷載矩陣(見表2)，主成份荷載矩陣是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)，可以看出，第一主成份與入境水量、地下水量和降雨量有較大的正相關(guān)，貢獻度高達93．2%以上;第二主成份與建成區(qū)面有較大的正相關(guān)，貢獻度高達96．6%。因此，參考各變量所代表的意義，可以明確判斷出，北京市濕地面積變化的驅(qū)動因素可以歸納為降雨、入境水量、地下水量和建成區(qū)面積。

表1 各因素的相關(guān)性分析

表2 主成份相關(guān)因子荷載矩陣

4 結(jié)果與討論

北京市濕地動態(tài)變化存在顯著的自然和人為方面的驅(qū)動力因素，自然因素為濕地的退化提供了內(nèi)在動因，而人為因素則加速了濕地的退化和轉(zhuǎn)化。GDP、建成區(qū)面積與北京市濕地面積成負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為－0．89、－0．76;降雨量、上游來水量、地下水資源量與北京市濕地面積成正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0．65、0．96、0．91。主成份分析結(jié)果表明，北京市濕地面積變化的驅(qū)動因素可以歸納為降雨、入境水量、地下水量和建成區(qū)面積。

濕地的存在涉及區(qū)域的降雨、蒸發(fā)、地下水涵養(yǎng)量和城市建設(shè)發(fā)展狀況。結(jié)合到城市規(guī)劃和建設(shè)中，以上結(jié)果可以給我們很大的啟示:

首先，在城市這個自然－社會－經(jīng)濟復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中，城市濕地的保護不能單把濕地作為一個孤立的保護或者開發(fā)對象，應(yīng)把濕地存在和維持的區(qū)域條件看作一個整體，遵從區(qū)域整體性原則;其次，應(yīng)協(xié)調(diào)自然循環(huán)因素與人類活動的關(guān)系，協(xié)調(diào)自然循環(huán)因素與城市建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系，在城市建設(shè)時應(yīng)考慮涵養(yǎng)區(qū)域地下水，提高城區(qū)雨水的利用效率，盡量少剝奪或不剝奪濕地的生態(tài)需水量，盡量少擠占濕地的生存前提;再次，保護城市濕地資源，應(yīng)預(yù)防過度的開發(fā)濕地資源，在開發(fā)的同時應(yīng)預(yù)留濕地緩沖區(qū)和核心區(qū)，保證區(qū)域的生態(tài)服務(wù)功能。最后，在建成區(qū)，土地利用/土地覆蓋的變化，特別是封閉的地表，阻斷了濕地生態(tài)系統(tǒng)的水文大循環(huán)，在規(guī)劃中應(yīng)遵從生態(tài)服務(wù)功能效應(yīng)互補原則，預(yù)留價值高的生態(tài)用地產(chǎn)生正效應(yīng)，去抵消建成區(qū)帶來的水文循環(huán)負效應(yīng)，維持區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能的平衡。

(編輯:王愛萍)

References)

［1］孫廣友，王海霞，于少鵬．城市濕地研究進展［J］．地理科學(xué)進展，2004，23(5):94 －100．

［2］王建華，呂憲國．城市濕地概念和功能及中國城市濕地保護［J］．生態(tài)學(xué)雜志，2007，26(4):555 －560．

［3］余國營．濕地研究的若干基本科學(xué)問題初論．地理科學(xué)進展［J］．2001，20(2):177 －183．．

［4］楊永興．國際濕地科學(xué)研究的主要特點、進展和展望［J］．地理科學(xué)進展，2002，21(2):111 －118．

［3］http://gongyi．sina．com．cn/gyzx/2010 －02 －03/091815403．html．

［4］http://bjyouth．ynet．com/article．jsp?oid=55089370．

［5］http://www．wetwonder．org/news_show．a(chǎn)sp?id=758．

［6］李玲玲，宮輝力，趙文吉．1996－2006年北京濕地面積變化信息提取與驅(qū)動因子分析［J］．首都師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2008，29(3):95 －101．

［7］周昕薇，宮輝力，趙文吉，等．北京地區(qū)濕地資源動態(tài)監(jiān)測與分析［J］．地理學(xué)報，2006，61(6):654 －662．

［8］田世英，羅紈，賈忠華，海燕．漫灘洪水在西安涇渭濱河濕地水文條件恢復(fù)中的作用［J］．水利學(xué)報，2008，39(1):115 －120．

［9］王興菊．寒區(qū)濕地演變驅(qū)動因子及其水文響應(yīng)研究［D］．大連:大連理工大學(xué)，2008:37－47．

［10］http://www．bjclimate．com/Article/ViewArticle．a(chǎn)spx?id=65．

［11］吳佩林，張偉．北京市水危機與水資源可持續(xù)利用對策［J］．遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2005，24(3):436－439．

［12］北京市水資源公報．

［13］劉柯．基于主成分分析的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在城市建成區(qū)面積預(yù)測中的應(yīng)用——以北京市為例［J］．地理科學(xué)進展，2007，26(6):129－137．

［14］牟鳳云，張增祥，遲耀斌，等．基于多遠遙感數(shù)據(jù)的北京市1973－2005年鑒城市建成區(qū)的動態(tài)監(jiān)測與驅(qū)動力分析［J］．遙感學(xué)報，2007，11(2):257 －268．

［15］http://www．china．com．cn/economic/zhuanti/06gongbao/node_7014958．html．