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北京市生态安全格局战略研究

景观中国网 2017-01-10 来源:土人设计TURENSCAPE
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    北京市生态安全格局战略研究
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以北京市突出的水生态、水环境问题为切入点来探讨未来城市生态安全的保障、城市生态用地的管理,旨在引导城市未来的可持续发展。本文主要介绍北京市综合水安全格局构建的技术方法以及水生态基础设施规划成果在城市规划和管理中的应用方向。 

(1) 北京市自然环境概况

地貌:北京市位于华北平原西北隅,北纬39°26 - 41°03ˊ,东经115°25ˊ- 117°30ˊ,面积为16410km2。地势西北高,东南低,海拔高度最高处2303米,最低处仅为4米。西部山地属太行山脉;北部山地属燕山山脉,北部与内蒙古高原相连;东南面向华北平原,距渤海仅约150公里,形成“左环沧海,右拥太行,北枕居庸,南襟河济”的地理形势(霍亚贞,1989)。

气候:北京市的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,春、秋短促。年平均气温10~12℃,全年无霜期180~200天。年平均降雨量600mm左右,降水季节分配不均,全年降水的75%集中在夏季(北京市水务局,2008)。

水资源:北京属重度缺水地区,人均水资源占有量不足300m3,是世界人均水资源量的1/30、全国人均水资源量的1/8,远远低于国际人均1000 m3的缺水下限。北京市年均降水总量98.28亿m3,形成地表径流17.72亿m3,地下水资源25.59亿m3,当地自产一次水资源总量37.39亿m3。境内有五大水系永定河水系、拒马河水系、北运河水系、潮白河水系、蓟运河水系,多年平均入境水量16.06亿m3,出境水量14.52亿m3(北京市水务局,2008)。

(2)问题与挑战:如何综合解决大城市综合水问题?

我国大部分城市的形成和发展都与水有不解之缘,恰恰因为这个原因,由于不合理的土地利用和水资源开发利用方式,导致水生态系统功能全面退化,从而引发以水为骨架的区域生态系统的全面恶化,水安全格局成为生态安全格局中的核心。因此,水生态基础设施的构建可以成为综合解决城市生态问题的一个关键途径。

北京市即为一个典型案例。在过去30年中,北京市总人口翻了一番,根据第六次人口普查统计2010年末已达到1961万;伴随人口的增长北京城区面积已经拓展了700%。蔓延式、摊大饼式的城市扩展使得城市没有为生物和水预留科学合理的空间,弹性的生态网络缺失。城市水系的结构发生了巨大的改变,湿地面积大幅减少;河流断流、水库干涸;河流廊道内硬化地表面积不断增加。水系结构的变化直接导致其功能的衰退,水体自净能力、地下水回补能力、洪涝的调蓄能力都随之下降,从而引发河流污染、城区内涝频发、生物栖息地丧失、地下水位下降等生态问题;也因此导致一系列的资源(土地资源、水资源)利用矛盾,如雨涝频繁与河流湖泊干涸并存;公园绿地与区域水系统割裂,导致雨涝时,公园的雨水排往城市雨水管道,白白浪费也增加了市政排水系统的压力,而干旱时,绿地又需要浇灌,与城市用水竞争;非生态化的河道建设方式不但不但没有使其成为日常通勤和游憩通道,反而成为市民活动的障碍。

因此,如何留住雨水并回补地下水,如何将这些留在地表的水与生物保护相结合,如何与文化遗产相结合,如何与游憩系统、慢行系统相结合,均是急需通过水生态基础设施的构建系统地解决的城市生态问题。同时,水生态基础设施对于这个还在继续发展庞大的特大城市而言,其更大的意义在于它构成了城市增长的“底线”,不仅仅是空间意义上的边界,也是生态质量上的保障,维系了核心的生态过程和区域生态系统的骨架结构,北京市还可以承载更多容纳更多。

(3)对策:水生态基础设施综合解决城市水问题

a.雨洪安全格局

洪涝调蓄是区域水安全格局所承载的一项重要生态系统服务。北京市雨洪安全格局分析中,首先通过径流过程模拟、雨洪淹没分析和历史洪涝情况分析,确定区域的雨洪安全格局:

(i)通过径流过程分析,确定北京市具有调蓄洪水功能的潜在区域包括河流(永定、潮白、北运、大清、蓟运河五大河道水系)、湖泊(玉渊潭、莲花池、昆明湖等湖泊)、水库(官厅、密云、怀柔等大型水库,以及数量众多的中小型水库),它们位于河流和主要城市建成区的上游,对城市防洪具有非常重要的意义。

(ii)以北京城市防洪标准达到防御200年一遇洪水能力为目标,并通过SCS模型和GIS技术,估算不同降雨强度下的径流量和淹没范围,确定了不同降雨重现期(20年、50年、200年一遇)下的雨洪可能淹没范围(图1)。

(iii)通过对北京市历史上洪涝发生情况的分析,得知丰台区东部,朝阳区温榆河下游老河湾地区,通州区东南部,大兴区南部,房山区的东南部以及延庆盆地官厅水库周边等是易受洪涝影响的区域。将上述各种淹没范围进行叠加,可以看到,雨洪淹没风险较高的区域主要分布在东南部平原地势平坦或低洼的地区,包括丰台区、温榆河下游老河湾、通州东南部、大兴南部、房山区的东南部等地区(图2)。

在这些区域建立连续完整的水系网络和多层次的滞洪湿地系统,就形成了不同安全水平下的雨洪安全格局(图3)。这个安全格局可以有效维护降雨径流的自然过程,通过恢复水系的调洪蓄涝能力,使城市免受雨洪灾害的威胁。

1 北京市模拟雨洪淹没风险分析图 Simulation of flood risk.png

图 1北京市模拟雨洪淹没风险分析图

图 2 北京市历史洪涝淹没风险分析图 Historical flood risk.jpg

图 2北京市历史洪涝淹没风险分析图

图 3 北京市雨洪安全格局 SP for stormwater management.jpg

图 3北京市雨洪安全格局

b. 水源保护安全格局

对于北京市这样一个缺水城市而言,地表及地下水源保护是区域水安全格局的另一个重要功能。地表饮用水源保护的重要性主要根据评价地区在流域所处的地理位置,对整个流域水资源的贡献以及《北京市海河流域水污染防治规划》来进行综合评价。选择北京市区以及其它区县生活饮用水的主要水源地作为水源保护的“源”。然后根据自然属性、开发利用现状以及生态和社会功能确定地表水源地及缓冲区的保护级别。如密云水库、怀柔水库以及官厅水库是北京市区的最重要地表水源地,它们对于北京市的水安全具有重要影响。在本研究中,根据正式颁布的《北京市密云水库、怀柔水库和京密引水渠水源保护管理条例》来确定地表水源保护的重要地区(图4)。

根据地下水资源补给能力分析,确定各大水系的冲积扇以及冲积平原是北京市补给地下水的重点区域,它们包括:(i)永定河的冲积平原,由三家店向东南呈扇状展开,面积范围广大,包括中心城西部的大部分区域,如海淀、石景山、丰台区;(ii)潮白河冲积平原,潮白河出密云山前后呈条带状南北延伸,面积也较大,主要包括密云县南寨镇、十里堡镇和西田各庄境,怀柔区的东部和顺义区的北部;(iii)泃错河冲积平原,展布于平谷与二十里长山之间,主要包括平谷区的王辛庄镇、峪口地区、大兴庄镇、金海湖地区、南独乐镇、夏各庄镇、马坊地区和东高村镇;(iv)拒马河冲积平原,由大石河等支流作用形成,主要包括房山区的窦店镇、石楼镇和城关街道;(v)南口冲积扇,主要包括昌平区南口镇。上述区域主要由砂卵石、砂砾等物质构成,透水性好,水文地质条件十分有利。受山区侧向径流和垂直降水入渗补给,年补给能力在50万m3/km2以上,是回补地下水的理想天然场所。在这些区域的周边,冲积扇和冲积平原的中下部,也是地下水回补的理想场所,年补给能力在30-50万m3/km2之间(图5)。

图 4 北京市水系分布图 2.png

图4 北京市地表水系分布图

图 5 北京市地下水补给模数分布图 Groundwater rechargeable capability 2.png

图5 北京市地下水补给模数分布图

c. 区域水生态基础设施规划

雨洪安全格局与水源保护安全格局相叠加形成北京市综合水安全格局(图6)。在国土尺度,水生态安全格局即水生态基础设施,但是在区域尺度,水生态安全格局只是水生态基础设施构建的基础。区域尺度水生态基础设施强调空间结构的完整性和生态服务功能的综合性。它将生态系统的各种服务功能,包括旱涝调节、水源保护、生物多样性保护、休憩与审美启智,以及遗产保护等整合在一个完整的景观格局中,在安全格局的科学分析基础上通过与相应尺度的城市总体规划(或土地利用总体规划)相结合落实在土地上,构成禁止建设区和限制建设区的核心网络,成为引导城市空间有序扩展的刚性骨架。它是维系生态系统健康完整和维护基本生态过程的关键区域,应进行严格保护和管制,与之功能相冲突的土地利用类型须严格按照生态基础设施规划的原则和内容尽快进行调整。生态基础设施和城市总体规划相冲突的区域,是规划调整的重点区域,应对该冲突区地块的城市规划建设提出相应的土地利用管理导则,并结合下一级或微观尺度的土地利用规划、生态基础设施规划进一步落实。北京市朝阳区东三乡地区水生态基础设施的规划是一个很好的规划实例,以温榆河河流廊道为核心的水生态基础设施在土地利用总体规划中被划定为禁止建设区,同时它进一步引导了其他土地利用类型的规模和布局的规划(图7)。

图 6 北京市综合水安全格局 Comprehensive Water SP.jpg

图6 北京市综合水生态安全格局 

图 7 规划总图(含EI).jpg

图7 北京市朝阳区东三乡地区土地利用总体规划,以水为核心的生态基础设施落实为城市未来发展的禁止建设区,成为区域扩张的生态底线,同时也引导着其他土地利用类型的布局

(4)水生态基础设施引导城市发展格局

水生态基础设施在区域尺度上,对城市的发展、建设和管理有着重要的意义,规划成果可以持续性为城市规划和管理提供决策参考。在2007年完成了北京市生态安全格局的主体研究之后,随后在北京展开的多项研究都以此为基础。随着城市的发展需求不断变化,国家政策逐步调整,兼具刚性和弹性的水生态基础设施规划成果展现了蓬勃的生命力,持续影响着北京城市管理决策。

a.引导城市布局,保障城市生态安全

北京市水生态安全格局分为三个安全水平:底线安全格局、满意安全格局和理想安全格局。如果按照最理想化的安全格局来构建水生态基础设施,并基于此布局北京的城市建设,那么北京市洪涝灾害频率将大大降低,同时城市人口容量也将大大提高,人与水的用地之争可以轻松化解,因为水生态基础设施能完全消纳区域雨洪水,并有效回补地下水资源。而现在北京市的治水政策恰恰还是继续与洪水作斗争,以“排”为主导思想,修建更粗的管道,更大的地下储水池,更大的排水泵和更多的防洪闸,这种做法只能加剧水系统问题,是小决策导向的治水工程,无助于水问题的长远解决。2007年完成的北京水生态基础设施规划研究,不幸在2012年得到了验证。北京721特大暴雨造成了77人死亡,而死亡事故的发生地点,正好与七年前做的雨洪安全格局吻合(图8)。

图 8 北京市7.21暴雨人员遇难地点与北京水生态基础设施关系.jpg

图 8北京市7.21暴雨人员遇难地点与北京水生态基础设施关系

(据2012年8月4日北京市防汛办发布的北京“7-21”特大自然灾害罹难者名单,链接:http://news.sohu.com/s2012/6566/s349125246/


b.前瞻性的指引未来城市发展格局

2009年,北京市政府提出浅山区发展研究的需求。研究团队基于之前研究基础,提出北京市的扩张是沿高速路网和灰色基础设施进行的,二环,三环,四环,五环逐圈蔓延,如果以水生态基础设施为框架,进行北京市的城市建设可以是穿插式的,组团式的发展。水生态基础设施甚至可以为北京市更远的未来的空间扩展提供一个更刚性更理想的发展框架:未来的城市空间扩展方向不是平原而是浅山区。北京市浅山区约4000km2,在满足了生态基础设施建设之后依旧有足够的土地来建设城市,至少可以建300个小城镇,一方面避免城市面临的洪涝问题,同时节约了良田,预留了环境修复空间(图9)。

图 9 北京城市化发展的浅山战略.jpg

图 9 北京市浅山战略规划图


c. 城市绿化布局的科学依据

2011年北京市提出开展平原区百万亩造林工程。在土地资源有限,耕地、建设用地和生态用地“争地“矛盾尖锐的平原区,在什么地方造林和如何造林,才能有效的发挥大规模造林的综合功能,是核心问题。传统思路下,人们会沿环路、高速干道实施绿化,形成第一条绿化隔离带,第二条绿化隔离带等。这样的绿化结果是低效的:它解决不了洪涝的滞蓄问题,不能有效的供人使用,连动物也无法穿行于高速路,绿地应有的综合生态系统服务缺失。所以科学的造林应该沿着生态基础设施系统布局,特别是主要是沿河流廊道实施绿化,减缓洪水的威力,同时还能把水滞蓄并渗入地下,还能通过河流廊道把造林与公园系统、休闲系统联系起来,把自行车和步行系统建立起来,为城市提供多种生态系统的服务(图10)。

图10 北京市平原区百万亩造林规划图 .jpg

图 10 北京市平原区百万亩造林规划图

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