以环境质量改善为目标的贵安新区生态安全格局构建虚拟

耿润哲,殷培红,马 茜

以环境质量改善为目标的贵安新区生态安全格局构建虚拟

耿润哲,殷培红*,马 茜

(生态环境部环境与经济政策研究中心,北京 100029)

以贵安新区为例,将水环境安全格局与大气环境安全格局纳入城市综合生态安全格局的评价框架;将GIS空间分析技术、ArcSWAT模型、WRF-Chem空气质量模型等进行耦合,对水环境、大气环境、石漠化、生物多样性、自然人文环境以及基本农田等在内的6项生态安全格局因子进行分析;将贵安新区生态安全格局划分为底线、满意和理想3个不同等级,并在此基础上对贵安新区城市扩展方案进行模拟.结果表明,贵安新区底线级生态安全格局面积为215.6km2,满意级生态安全格局面积为473.9km2,理想级生态安全格局面积为828.4km2,分别占贵安新区总面积的11.3%, 24.9%和43.6%.生态宜居的城市建设用地面积为179.8km2,生态经济均衡发展模式下城市建设用地面积为708.9km2,经济优先发展模式下城市建设用地面积为1288.9km2,分别占贵安新区总面积的9.5%,37.3%和67.8%.综合生态安全格局的划定可作为一种有力的空间管控手段,以实现城市生态环境保护与宜居城镇的和谐发展.

生态安全格局；ArcSWAT模型；WRF-Chem模型；贵安新区

近30年来,随着我国城镇化的快速发展,城市规模和建设用地的比例不断增加,扰动并破坏了城市原有的土地利用格局,引起了系列生态环境问题[1-2],如森林破坏、水土流失、农田损毁、空气污染以及水环境恶化等,严重威胁着区域内人口、社会、经济以及动植物系统的可持续协调发展[3-5].

Ifeanyi等[6]2000年左右提出了城市生态安全理论,该方法能够对城市扩张和经济发展对城市生态系统空间格局和功能变化所产生的影响进行有效的评估.生态安全格局(ecological security pattern,ESP)评价作为实现区域生态系统安全的有效手段,受到众多学者的关注.生态安全格局是一种区域生态空间的组合模式,能够对区域生态空间的组合模式、斑块特征以及廊道系统等关键生态过程进行控制,进而有效保护区域生态系统的功能,减少环境污染的影响[10].国外的生态安全格局构建主要集中于“生态基础设施”、“绿色基础设施”领域,生态安全格局的划分方法主要包括基于GIS技术的适宜性评价法[11-12]、最小阻力模型[13-14]、成本—距离空间分析模型[15-16]以及基于景观生态学“源—汇”理论的空间格局划分方法[17-18].这些方法通过对区域景观格局的廊道组成、斑块特征、下垫面条件进行等级划分,进而反应区域生态系统的“压力—响应”过程,获取生态安全格局的组成模式,对保护区域自然、生态以及资源环境起到了重要的推动作用.

水和大气环境污染问题作为当前大多数城市所面临的主要环境问题,对其进行有效的预防和控制对维护区域生态系统安全和健康具有重要意义.现有评价方法对环境污染物在空间的传输过程以及转化机理方面表征不足,使得评价结果在实际应用中对环境污染问题的控制不够精准[19],主要表现在以下三个方面:(1)未充分考虑水环境质量的改善需求,仅考虑了水资源总量的保护要求;(2)未能以空气质量对人体健康的影响为目标,将空气污染物浓度分布特征纳入城市生态安全格局评价体系,如PM2.5浓度对人体健康的影响;(3)所划定的生态安全格局对水环境和大气环境的重点防控区域识别精度较低,仅考虑了资源的承载力需求而并未对污染物承载力的空间分布进行识别,导致对可能的环境污染高风险区约束性不足.如美国威斯康星州曾投入巨资进行河岸缓冲带建设以控制水环境污染,发现虽然能够有效的削减污染物的入河量,但是由于空间格局约束上的破碎性较高,一旦缓冲带间出现缺口,对水环境污染物的削减效率会大幅度降低,同时河岸缓冲带由于其对污染物的滞留作用,也会转变为污染物的“源”[20-21].因此,在城市生态安全格局的划分中如何识别水和大气环境污染的关键区域,构建城市水环境和大气环境污染控制的生态景观空间模式,纳入到城市生态安全格局划分的整体评价方案中,对于实现城市生态安全和控制环境污染具有重要的理论和现实意义[22].

贵州省贵安新区是国务院批复的第八个国家级新区,生态系统整体较为脆弱,同时受到外源传输和内源释放的影响,区域内水环境和大气环境状况存在较高的超标风险.区域生态环境与社会经济发展之间的潜在矛盾日益凸显,城市生态安全格局和建设用地扩展的约束预案亟需建立.本文基于景观安全格局原理和方法,引入机理模型识别城市水环境污染安全格局和大气环境污染安全格局,利用最小累积阻力模型和“成本—距离”评估模型,以建设用地适宜性评价为基础进行城市发展用地的扩展预案评价;从有利城市建设的角度出发,分析适宜建设的用地范围;从生态保护角度出发,对城市用地进行建设适宜性约束评价,将城市生态环境承载力转化为建设用地的生态适宜量,以构建不同生态环境建设目标下的发展情景,划定城市生态安全格局和开发建设扩展预案.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

贵安新区位于贵州省贵阳、安顺两市之间,是一个正在建设中的新区,分布范围26°11′7″~ 26°36′56″N,105°56′20″~106°39′10″E.地处高原型亚热带季风湿润气候区,年均降雨量1113~ 1367mm,且自西向东递减.平均相对湿度79%,年平均气温12.8~16.2℃.贵安新区属于喀斯特低丘缓坡地貌,地势西高东低,总体较为平缓,海拔在960~1682m之间.境内丘陵、山地大部分属于石漠化敏感地区.地表河流有马场河、麻线河、羊昌河、乐平河、青岩河等,流域总面积占新区总面积的80%.森林覆盖率达42%,具备发展健康产业的天然优势.现有人口84万人,主要产业以第二(50.98%)、第三(40.79%)产业为主.水环境的主要污染源为农业种植(40%~54%)和畜禽养殖(22%~35%),大气环境的主要污染源为工业污染排放(53%~67%).

1.2 数据来源及处理

以贵安新区1900km2区域为研究对象,以2013年为研究基准年.数字高程模型(DEM)采用中国科学院地理空间数据云平台提供的分辨率30´30m数据(http://www.gscloud.cn/);土地利用数据为贵州省国土资源厅提供的4´4m分辨率影像数据,采用目视解译获取;2010~2014年逐日气象数据由中国科学院地理科学与资源研究所提供;2010~2014年逐日径流量数据由贵州省水文水资源局提供;总氮、总磷、泥沙等水质数据由贵州省贵阳市两湖一库管理局提供;2013年贵安新区社会经济统计年鉴由贵州省统计局提供.相关空间数据的处理在ArcGIS10.1和ENVI5.0平台中完成,所有数据转换成Albers双标准纬线等积圆锥投影,Krasovsky椭球体.气象数据的处理采用Matlab2012a平台完成.

1.3 研究方法

本研究采用ArcGIS10.1、ArcSWAT2012、WRF-Chem等模型软件,通过空间缓冲分析、最小累积阻力模型、水污染物传输过程模拟以及大气污染物转化过程模拟等,分别对城市生态安全格局和城市建设用地扩展安全格局进行分析.共包括10项二级安全格局指标,分别为水环境质量安全格局、大气环境质量安全格局、生物多样性保护安全格局、地形安全格局、土地利用安全格局、道路安全格局、生态红线安全格局、农田安全格局、地表水供给安全格局、喀斯特敏感区安全格局.

1.3.1 建设用地扩展适宜性评价 根据城市用地建设适宜性评价基本原理, 结合地区特征和数据的可获取性, 选择对城市发展用地选择具有共性且影响相对较大的地形、地质、生态、土地利用、城市建设等独立因子[23].地形因子主要评价坡度、坡向、高程等因素,地质因子主要对地质灾害敏感性进行评价,生态因子主要评价河流、湖库、自然保护区等因素,土地利用因子主要对现状土地利用类型及管控类型进行评价,城市建设因子主要评价告诉公路、国道、干道等道路因素,以及城市基础设施的吸引力.按照各评价因子对区域建设贡献水平的影响,将评价因子划分为多个适应性等级,本研究在对比相关研究因子权重的基础上, 通过专家打分方法最终综合确定了各因素的因子权重值.

1.3.2 生态安全格局约束性评价 采用累计阻力模型和“成本—距离”评估模型分别对生物多样性保护格局和基本农田保护格局进行评价;采用ArcSWAT模型在对流域水环境污染关键源区识别的基础上,综合考虑水环境污染物的“源—传输—转化—汇”等过程,识别地表水环境质量改善所需的生态安全格局[24];采用WRF-Chem模型对空气污染物的空间分布进行识别,在次基础上结合SO2和PM2.5的人体致病耐受度浓度,识别空气污染物的生态安全格局[25].限于篇幅原因,水环境和大气污染物的空间分布识别相关内容详见参考文献[21]和[22],在此不再赘述.

1.3.3 贵安新区生态安全格局划定 以人类生存安全和理想人居环境为目标,识别水资源安全、地质灾害安全、大气质量安全、水环境质量安全、生物保护安全、农田安全等敏感区域和重要生态过程(景观阻力面),构建包含底线安全格局(生态环境敏感区)、满意安全格局(生态环境一级缓冲区)、理想安全格局(生态环境二级缓冲区)3个级别的水资源安全格局、地质灾害安全格局、大气质量安全格局、水环境质量安全格局、生物保护安全格局、农田安全格局,叠加构建贵安新区综合生态安全格局(图1).其中,基本底线安全格局内的生态环境较为脆弱,受人类活动影响可能会超过生态系统自身修复的阈值.这个区域内重要的生态要素或人类生命安全可以得到最基本的保障,若人类活动干扰逼近该区域,则整个城乡系统处于低安全水平;满意生态安全格局是缓冲人类活动对自然生态系统空间胁迫的格局;理想生态安全格局内所有生态要素得到很好的保护,生态系统的各种生态功能最为完善,人类可以安全、健康、可持续的发展.

图1 贵安新区生态安全格局构建技术路线

2 结果与分析

2.1 水环境安全格局

贵安新区淡水供给主要依靠境内羊昌河、麻线河、马场河、乐平河、松柏山水库上游河流以及红枫湖水库、松柏山水库等地表河流及中部地区的地下淡水补给.因此,贵安新区淡水供给安全格局分为地表淡水供给安全格局和地下淡水补给安全格局.为防止区域内现有污染源对地表水环境的污染,维护区域水环境安全,保护区域内的各级河流、湖泊、水库、坑塘、低洼地以及城市水源地,本文采用基于流域水环境污染关键源区识别的水环境安全格局划定技术,采用ArcSWAT模型作为水环境污染关键源区识别模型,通过对污染物的“源—汇”过程进行模拟识别,将河道、湖泊、水库50m缓冲区作为底线范围,严格控制开发.运用ArcSWAT模型对2020年规划发展情境下贵安新区水环境污染风险等级进行评价,结果表明,仅占流域总面积约17.12%的高风险区,其污染物入河量却达到了流域总入河量的约50%[22].其土地利用方式多为农田,且具有坡度大、距离河道较近、单位面积施肥量较高等特点,体现了较为明显的面源污染特征.因此,当强/持续降雨事件发生时,这些区域具有产流快、污染物输出量大、入河迅速等特点,会对湖库水质产生较大的负面影响.基于此,在考虑下垫面传输机制的情况下确定水环境污染控制的高风险区作为理想安全格局.参考Dorioz等的研究成果,将50~100m缓冲区作为满意范围,尽量避免建设,宜采用生态化工程措施,恢复自然河道;100~150m缓冲区为理想范围,可进行适当建设,建设项目应达到相应的防洪标准[24].同时为了保障城乡饮用水安全,防止水源污染,将地表水一级保护区作为严格保护的底线范围,二级保护区为满意范围,二级保护区50m缓冲区或准保护区为理想范围,减少水源保护区的建设项目与活动.水环境安全格局的详细划分结果及技术方法可参考本课题组已发表的贵安新区水环境治理系列文章[21](图2).其中底线安全格局的面积为36.6km2,满意安全格局的面积为122.2km2,理想安全格局的面积为199.2km2.经模型模拟可知,水环境安全格局的划定能够削减总氮和总磷负荷的60%~70%.

图2 贵安新区水环境安全格局

2.2 大气环境安全格局

绿地能够释氧固碳、降温增湿、降噪抗污,是改善城市生态环境的重要景观类型.但当大气污染物浓度超过绿地斑块内优势树种的忍耐限度时,绿地生态功能将会受到严重影响.本研究基于大气SO2和PM2.5浓度对绿地生态系统的影响和人体健康的影响划分贵安新区大气环境安全格局.

贵安新区大型绿地斑块的先锋树种为乔木、松木等.本研究参照刘厚田等对马尾松对SO2的响应关系研究结果[28-32],以先锋树种对SO2浓度的敏感程度将其划分为慢性伤害和急性伤害,对应的SO2浓度分别为0.66mg/m3、1.31mg/m3,当SO2浓度持续4小时达到3.39mg/m3时,便达到伤害阈值.由于风速、风向、风频等气象因素对污染物浓度扩散具有显著影响.本文结合贵安新区常年气象数据,以大型绿地斑块为源,利用WRF- Chem模型计算斑块边缘SO2浓度为0.66, 1.31,3.39mg/m3时对应的各风向污染源距离[25].工业污染源对城镇建成区的影响也十分重要:当SO2浓度为10~15mg/m3时,人类呼吸道纤毛运动和粘膜分泌功能均受到抑制;浓度达20mg/m3时,引起咳嗽并刺激眼睛;浓度为100mg/m3时,支气管和肺部组织将明显受损.本文参考苏泳娴等[9]的研究选取10mg/m3、20mg/m3、100mg/m3作为阈值,来控制污染源远离城镇建成区的距离,用以制约城镇建成区和工业污染源的扩展,以城镇规划建成区和各类自然保护区为源,以贵安新区2020年130万人情景下的大气SO2污染物浓度为阻力面,划分大气“底线安全格局”、“满意安全格局”、“理想安全格局”(图3a).

图3 贵安新区大气环境安全格局

PM2.5对健康影响的阈值研究表明,在很低的污染水平仍可观察到大气颗粒物对人群健康的影响.迄今为止的研究未能明确地观察到大气颗粒物对人群健康不产生影响的浓度.对美国哈佛等六城市 PM2.5污染水平与人群总死亡率之间进行剂量反应关系分析发现,在低于30μg/m3的条件下,PM2.5与人群总死亡率之间呈现线性的剂量反应关系曲线,且该曲线可低至2μg/m3;进一步分析交通来源的 PM2.5与人群总死亡率之间的剂量反应关系,在PM2.5浓度低于20μg/m3条件下也未呈现出阈值,且曲线的斜率更大[28].目前认为,颗粒物对人体健康的影响是没有阈值的,但由于颗粒物来源和化学组分复杂且与健康效应相关,因此颗粒物暴露导致人体健康影响的暴露-效应关系更为复杂,可能呈现出非线性增加的趋势[28].基于此,本研究尝试基于贵安新区PM2.5浓度空间分布,采用基于地统计分析的自然断裂法将PM2.5浓度的空间分布划分为4个等级.同样以城镇规划建成区和各类自然保护区为源,以PM2.5浓度为阻力面,划分大气“底线安全格局”、“满意安全格局”、“理想安全格局”(图3b).最终通过与基于SO2浓度的大气安全格局进行叠加,获得贵安新区综合大气安全格局(图3c).贵安新区大气环境底线安全格局占新区面积47.9%,满意安全格局占新区面积10.3%,理想安全格局占新区面积14.6%(表1).

表1 贵安新区大气环境安全格局控制面积

2.3 基本农田保护安全格局

图4 基于耕地适宜性的农田保护安全格局

复合生态系统的理论研究表明,农田在一定时期是具有生态效益的生态空间组成部分,对于改善城市的生态环境质量具有重要作用[33-36].基于《贵安新区土地利用总体规划(2013~2030)》[33],以现有农田面积及空间分布特征为“源”,采用最小累积阻力模型,参考付海英等对耕地适宜性评价的研究成果,通过对地形坡度、土壤类型、坡向、灌溉保证率、交通通达性等农田用地适宜性影响因子进行分级和叠加分析[37],获取贵安新区土地耕作适宜性分布图.把适宜性最高的土地作为一级农田用地,叠加基本农田保护现状图,提取目前基本农田中的一级农田用地,以其作为源,以农田用地适宜性分析结果为阻力面,模拟贵安新区农田保护安全格局,结果表明基本农田保护安全格局的总面积为712.8km2(图4).

2.4 生物多样性保护安全格局

由于人类活动的干扰,贵安新区原生森林面积不断缩减,野生动物数量逐渐降低.目前较高质量的原生森林主要分布在贵安新区中部、西北部海拔较高的区域,是野生动物栖息地的优先选择.景观生态学[38-39]认为,保证最小适宜生物面积和生境之间的连通性是物种生存的必要条件,景观类型与保护源地的特征越接近,其对生态流的阻力也越小.本研究基于《贵安新区土地利用总体规划(2013~2030)》[33]中规定的生物多样性保护区和部分植被覆盖度较高的原生性森林作为生物种群源地,以土地覆盖类型作为阻力因子,根据不同土地覆盖类型与源地的差异,赋予0~500的阻力系数(表2),基于ArcGIS平台,运用地理信息系统的最小阻力模型,构建野生动物的三级安全格局:底线安全格局(即保护野生动物得以生存的最基本栖息地)、满意安全格局(即保护野生动物最基本栖息地之间的连通性)、理想安全格局(即同时保护野生动物现有和潜在栖息地),其中底线安全格局的面积为388.6km2,满意安全格局面积为330.4km2,理想安全格局面积为362.9km2(图5).

表2 生物多样性保护空间阻力因子与阻力系数

图5 贵安新区生物多样性保护安全格局

2.5 城市自然人文安全格局

为了维护区域人文安全,保护区域内的自然名胜区、风景名胜区、历史文化保护区、森林公园等人文资源.同时考虑本研究在实际应用中与现有法规以及其他现有规划在空间上的融合问题,将贵安新区各类保护区的核心范围作为底线保护区,参考俞孔坚等[37]、叶玉瑶等[38]在北京和广州市生态安全格局划定中关于自然人文景观安全格局的研究方法,以严格控制区或核心区周边500m缓冲区为满意范围,以一般保护区或核心区1000m缓冲区为理想范围,划定贵安新区自然人文安全格局.其中底线安全格局面积378.8km2,满意安全格局面积147.1km2,理想安全格局面积151.2km2.

图6 贵安新区自然人文安全格局

2.6 石漠化风险安全格局

贵安新区内碳酸盐岩广布,碳酸盐岩抗风化能力强,酸不溶物含量低,成土速率慢,平均每形成1cm的土层需要8000年左右的时间[39].因此,在喀斯特地形分布地区土层极薄,在暴雨冲刷下极易流失而造成石漠化.为了有效规避石漠化所造成的生态环境风险,本研究借鉴修正的通用土壤流失方程(RUSLE)模型中降雨侵蚀力的评价方法[40],对贵安新区的降雨侵蚀力因子及空间分布进行评价,并纳入贵安新区石漠化评价的综合指标体系中,根据喀斯特石漠化的内容和特点,从现状评价、危险性评价以及在两者评价结果的基础上对石漠化风险防范安全格局进行划分.根据现有贵州省石漠化研究资料,初步将石漠化划分为轻度、中度和强度3级.现状评价指标包括植被覆盖率、岩石裸露率、土层厚度、植被类型;危险度指标包括坡度、岩性、地形切割度、人口密度、陡坡耕地率以及降雨侵蚀力.通过对以上10项指标进行分类评价,并对其进行空间叠置分析,得到贵安新区石漠化风险安全格局分布图.其中,理想安全格局(轻度石漠化,1455.5km2)内景观上岩石裸露较明显,已不宜发展农业,可适当发展林牧业;满意安全格局(中度石漠化,174.9km2)岩石出露面积大,水土流失严重,土地利用类型上属于难利用地;底线安全格局(强度石漠化,157.6km2)内基岩大面积出露,许多地方甚至已无土可流,基本失去利用价值,景观与裸地石山几乎没有区别.

图7 贵安新区石漠化风险安全格局

3 综合生态安全格局的划定

将水环境安全格局、大气环境安全格局、生物多样性保护安全格局、基本农田安全格局、自然人文安全格局以及石漠化风险安全格局等6个单因子生态安全格局进行等权重叠加,基于“木桶原理”去除重复区域和板块,构建了贵安新区底线、满意、理想3种发展水平下的综合生态安全格局.生态安全底线水平是维护区域生态安全的最低标准和核心区域,是保障生态系统最重要的源和关键区域的空间组成,是城镇规模扩展不可逾越的底线,在城市总体规划中应当纳入禁止开发区,面积215.6km2,占贵安新区总面积的11.3%;生态安全满意水平,是包围在底线生态安全格局外的重要战略缓冲地带,应纳入禁止或限制建设区,其面积为258.3km2的土地保护面积,占贵安新区总面积的13.6%;生态安全理想水平,是最优的自然生态系统与城镇系统物质与能量的汇聚、交流以及转换的区域,是生态安全格局构成的理想状态,可以进行有条件的开发建设活动,其面积为354.5km2的土地保护面积,占贵安新区总面积的18.7%,3种级别的生态安全格局总面积为828.4km2,占贵安新区总面积的43.6%(图8).

图8 贵安新区综合生态安全格局

4 基于生态安全格局的建设用地扩展模式

本研究基于贵安新区生态安全格局的空间分布特征,分别构建了生态宜居、生态与经济均衡和经济优先共3种城市建设扩展方案,探索在贵州省生态文明示范区建设背景下贵安新区未来城镇建设用地的空间增长模式.“经济优先”是根据贵安新区城市总体规划对新区未来发展趋势和人口规模的情景预测来确定城市建设用地的扩展需求.本研究采用类比法,在对包括我国深圳、日本东京以及韩国首尔等城市的人口规模增长趋势进行预测的基础上,确定贵安新区未来人口规模最高可达到130万人[22].同时,结合地区特征和数据的可获取性,选择对城市发展用地选择具有共性且影响相对较大的地形、地质、生态、土地利用、城市建设等11项影响因子.按照各评价因子对区域建设贡献水平的影响,将评价因子划分为多个适应性等级,划定城市开发建设适宜性空间格局.由于工业空间和农业空间会对城镇产生大气和水环境污染,3者之间的扩展会相互约束,呈现复合型分布模式.因此,在3种安全格局模式下,为了更好地模拟城镇空间、工业空间和农业空间的扩展方案,本研究以现有工业用地为源,构建工业用地对城镇区域扩展约束的大气环境安全格局,同时以农业空间为源,构建农业空间对城镇区域扩展约束的水环境安全格局,然后叠加得到综合生态安全格局(见第3节部分),并采用3种不同等级的生态安全格局对城镇建设用地的适宜性评价结果进行约束性分析,获取3种不同发展情境下的城市开发建设扩展模式(图9).结果表明随着生态空间面积的增大,与之对应的建设用地空间面积不断减少,反之亦然.

在经济优先扩展模式下,贵安新区建设用地沿主要交通干线和水系呈现“摊大饼”式的扩展,各乡镇建设用地连片发展,林地、农田等生态空间的连通性极低,无法与城市空间形成有效融合,生态服务功能受损严重.在该模式下,城市建设用地面积达到1288.9km2;在生态经济均衡发扩展模式下,东南部平原地区的建设用地仍然连片扩展,但是密度有所降低;西部山区的建设用地开发强度明显降低,生态保护区与建设用地之间能够实现良好的均衡.在该模式下,可提供的建设用地面积为708.9km2;在生态宜居模式下,贵安新区的林地、草地、农田等具有生态服务价值的用地类型得以有效联通,破碎度明显降低,能够有效约束城市建设用地的无序扩展,建设用地呈现零星的均匀分布特征,各乡镇之间建设用地的连通性较低,可提供的建设用地规模为179.8km2.对比三种不同的城市扩展模式可以发现,基于生态安全格局约束情景下的生态宜居和生态与经济均衡发展模式下的建设用地扩展模式,更能适应贵安新区未来城市发展中“环境—经济—社会”协调发展的目标,是未来城镇发展的最优模式.

5 结论

5.1 本研究选取水环境、大气环境、石漠化风险、基本农田保护、生物多样性保护以及自然人文等6个因子构建了贵安新区3种不同等级的综合生态安全格局.其中底线安全格局面积为215.6km2,满意安全格局面积为473.9km2,理想安全格局的面积为828.4km2.

5.2 将水环境安全格局和大气环境安全格局引入生态安全格局综合评价指标体系中,能够有效提升生态安全格局对于城市环境质量改善的约束作用,其中水环境安全格局可有效削减总氮和总磷负荷的60%~70%,大气环境安全格局的划定则能够使的安全格局内的大气污染物浓度低于对人体的致伤浓度.

5.3 基于已构建的生态安全格局,对贵安新区建设用地的适宜性评价结果进行约束性模拟,构建贵安新区3种不同等级的建设用地扩展模式,生态宜居模式建设用地面积为179.8km2,生态经济均衡建设用地扩展模式面积为708.9km2,经济优先的建设用地扩展模式面积为1288.9km2,通过生态约束评价,可有效协调城市空间扩展与生态环境约束之间的矛盾,弥补了传统建设用地选择仅考虑经济发展、而忽略生态环境保护的不足.同时,评价单元以乡镇行政界线进行划分,可有效提升建设用地管控的精准性和可操作性.

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Simulation research for ecological security pattern construction based on improvement of water and air quality in Gui'an New Area.

GENG Run-zhe, YIN Pei-hong*, MA Qian

(Policy Research Center for Environment and Economy, Ministry of Ecology and Environment Protection, Beijing 100029, China)., 2018,38(5)：1990~2000

The consequent loss and degradation of urban and peri-urban green space could adversely affect ecosystems as well as human health and well-being.Construction of a optimized ecological security pattern is an efficient way to improve the green space and maintain the human health. In this paper, the comprehensive ecological security patterns have been evaluated which can be served as a optimal spatial framework for the protection of the water and air quality in the Gui'an New Area. The comprehensive ecological secuity patterns were constructed by the water environmental security pattern, atmospheric environment security pattern, stony desertification protection security pattern, biodiversity protection security pattern, basic farmland protection security pattern and the natural human environment protection security pattern. The GIS spatial analysis technology, ArcSWAT model and WRF-Chem model were integrated and served as a new methodlogy system to simulate the each of six sub-patterns that mentioned above. The results indicated that the areas for base line ecological security pattern, satisfied ecological security pattern and optimum ecological security pattern were 215.6km2, 473.9km2and 828.4km2, there are account for 11.3%, 24.9% and 43.6% of the total areas of Gui’an New Area, respectively, The areas of construction lands under the ecological residential, eco-development and economic priority patterns were 179.8km2, 708.9km2and 1288.9km2, there are account for 9.5%, 37.3%, 67.8% of the total areas of Gui’an New Area, respectively. It can be clearly seen that the comprehensive ecological security pattern of Gui'an New Area clarified the most sensitive area of the ecology and environment and the most important regions of the ecological functions. The comprehensive ecological security pattern can be used as a stronger spatial tools for improve of the urban environmental quality.

ecological security pattern；ArcSWAT model；WRF-Chem model；Gui'an New Area

X171

A

1000-6923(2018)05-1990-11

2017-10-23

环保部第三批城环总规试点项目(YGCQ-GGQY-201418);国家自然科学基金资助项目(41601551);水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07602-002)

* 责任作者, 研究员, yinpeihong@sina.com

耿润哲(1987-),男,山西临汾人,助理研究员,博士,主要从事流域水环境污染控制与管理研究.发表论文20余篇.