基于PSR模型的城市水网空间近自然评价方法

研究对象与方法
 

2.1研究对象

 

江苏省太仓市东濒长江，南临上海，北接常熟。参考《太仓市城市总体规划（2010—2030）》（2017年修改版），太仓市包括城厢镇、璜泾镇、沙溪镇、浏河镇、双凤镇、浮桥镇、港区和新区，总面积822.9km2（含长江水域面积172.9km2），总人口135万。太仓市境内河流稠密，塘浦纵横，现有各级河道3300余条，

总长度超3100km，水面率13.61%（不含长江水域），是典型的江南水网城市。近年来，受城市发展建设的影响，太仓市水网空间经济、社会、环境等多方诉求冲突严重，河道渠化严重，岸线生境趋向单一，河道连通性下降，“人水争地”“蓝绿割裂”问题突出，亟待进行水网空间近自然生态修复，激发水网空间活力。

 

研究对象选取太仓市“九横九纵”骨干河网及其周边用地，包括4条区域河道、12条市级河道、30条（段）镇级河道（图2）。参考《太仓市河道蓝线专项规划》明确蓝线，划定滨岸带绿线，打破蓝绿空间既有隔阂[27]，确定研究范围。其中，区域级、市级、镇级河道的蓝线在规划口宽基础上两岸分别外延不低于20、10、5m。滨岸带绿线的宽度综合生态安全与城市更新的视角[29]，按照区域级河道100~800m、市级河道30~200m、镇级河道10~100m的原则划定，有效串联滨水绿地、滨水公共节点和垂河通廊。

 

 

2.2数据来源

 

本研究使用的数据分为4个方面。1）基础地理数据，包括行政边界、道路交通、土地利用，来源于《太仓市城市总体规划（2010—2030）》（2017年修改版）及相关部门公开数据，并基于实地调研进行校对；

2）Landsat8OLI_TIRS影像数据和高程数据，统一为50m×50m分辨率，来源于地理空间数据云（www.gscloud.cn/），并基于实地调研进行校对；

3）水资源数据，包括水体空间布局、河道蓝线、河流水质与污染源分布、内河航道分布等，来源于《太仓市水资源综合规划修编报告》《太仓市河道蓝线专项规划》《2018年太仓市环境质量报告书》《太仓市公路水路网规划修编（2010—2030）报告》；4）滨水空间使用情况及岸线生境状况，来源于实地调研结果。

 

 

城市水网空间的近自然生态修复需客观评判社会-生态多元需求[13]，完成对生态结构受损、功能退化问题的诊断，才能精准落实项目与工程布局。因此，河流近自然评价是水网空间近自然修复的重要基础。相关研究主要包括预测模型法和多指标评价法2种。预测模型法存在指标单一、客观性不足等缺陷，多指标评价法则可以较为全面反映河流的自然-社会状态[30]。

相关评价体系包括目标-准则-指标（target-criteria-indicator,TCI）模型、PSR模型、活力-清洁-完整（active-clean-integrity,ACI）模型等[31]，其中，PSR模型能分析研究自然环境所处的压力、状态与响应之间的联系，考虑了关键的社会-生态过程和耦合机理，能更好地反映水网空间社会发展与生态保护的相互作用关系。

PSR模型最初是由大卫·拉波特（DavidRapport）和托尼·弗兰德（TonyFriend）提出，后被经济合作和发展组织（OrganizationforEconomicCo-operationandDevelopment,OECD）分析优化[32]，常与层次分析法结合，广泛应用于生态安全评价[33]、生态风险评价[34]及水资源健康评价[35]等生态学领域中评价指标的构建。面向社会-生态的多元需求，本研究从自然环境、社会发展两方面构建PSR评价模型，在河段尺度下进行蓝绿空间近自然整体生态指标评价。

 

PSR模型包括目标层、准则层与指标层3个部分：目标层即为城市水网空间近自然评价；准则层包括压力、状态及响应3个部分；指标层则为指标体系中的各个具体指标。压力对状态产生负面影响，响应对状态产生正向反馈，三者相互制约、相互影响，共同组成城市水网近自然评价体系。

参考相关研究[33,35]，模型中的压力代表自然环境和社会发展给城市水网带来的压力；状态表示对目前城市水网的自然状态做出的准确判断；响应代表现有城市发展规划与政策对水网蓝绿耦合程度的保护采取的生态响应措施。结合相关文献研读与实地调研评估，本研究聚焦于太仓市水网空间的洪涝灾害、水质污染、河流断点、生境破坏、滨水空间发展滞后等核心问题，选定各项评价指标及赋值方法。

 

 

 

城市水网空间展现了自然水域向城市空间渗透的状态，也体现了人类活动向蓝绿空间延伸的态势，具有社会性和自然性双重特征。因此，对水网空间的现状研判也应从自然胁迫与社会发展2个角度出发。参考相关文献，本研究结合实地评估，提出水网空间近自然修复的六大压力来源，并分别设定相应评价标准，构建压力评价指标体系（表1）。

 

 

自然环境压力方面，太仓市水网空间洪涝灾害问题突出。城市地势整体偏低，存在较大面积圩区和半高地区域，上游承接太湖来水，下游受到长江江潮顶托。若打破渠化河道进行近自然修复，水网空间面临的洪涝胁迫问题不容忽视。因此，笔者从城市整体孕灾环境敏感性出发，分别对淹没风险和河道淤积状况进行评价[36]。1）参考《太仓市水资源综合规划修编报告》中的淹没风险评价标准，依据设计控制水位和历史实测水位对水网空间进行分级。


2）对河道淤积状况进行实地评价，将淤积严重的沿江高水片区（沪浮璜公路以东）划定为高风险区。

 

社会发展压力方面，太仓市主城区水污染状况较为严重，且水网体系完整性受城市建设影响严重。因此，笔者从水质污染、航运影响、交通胁迫和游憩干扰4个方面对水网空间社会发展压力进行评价。

 

1）考虑工业用地面积逐年增多，不利于水网空间的可持续发展[37]，根据污染源的分布及污染范围进行分级评价；

 

2）考虑通航等级较高的河道对岸线的工程性建设要求较高，易对河流自然状态造成压力，依据规划航线的等级进行航运影响评价；

 

3）考虑城市交通路网与水网体系进行空间交叠时会对河流自身连续性及河岸植被群落连续性造成破坏，不利于河流自然状态的保持，根据城市路网密度分析对交通胁迫进行评价；4）考虑城市水网空间承担了一定休闲游憩的功能，游憩活动设施、硬质铺装的建设会对河流生态产生干扰，本研究根据人群活动特征将居住用地周边区域按距离划定4级干扰区。

 

 

本研究对水网空间的自然性状态进行分析，依据空间结构将其分为河流自身自然性评价和河岸带自然性评价。评价指标主要由影响河流自然生态过程的关键指标组成，综合河流水文特征、地貌特征和生态特征等评价内容，包含6个评价指标（表2）。

 

河流自身自然性影响河流内部的物质循环、能量转换等生态过程，与水网空间自然状态直接相关。笔者从河流水质状况、纵向弯曲度和纵向连续性3个方面进行评价。

 

1）河流水质是影响河流生物生存状态的重要因素，这些生物参与复杂的生态过程而使河流生态

 

统保持自然稳定，因此水质是体现自然性的关键因素[38]。参考《2018年太仓市环境质量报告书》中各河流监测点的水质情况，进行分级评价；

 

2）高度弯曲的河流包含多种空间异质的地貌单元，对稳定水网空间物理结构和维持其自然生态系统都有重要的意义[39]。本研究参考相关研究的分类标准[40]对河流纵向弯曲度进行评价。

 

3）基于张水龙等[41]对河流序列不连续体概念（serialdiscontinuityconcept,SDC）的研究，考虑到拦河水坝等人工设施会严重干扰河流的自然流淌状态，影响河流的自然流量，因此依据闸口数量对河流的纵向连续性进行评价。

 

河岸带自然性有助于城市水网抵御外界干扰胁迫，对水网空间自然性有很大的影响。笔者从河岸横向连续性、植被带宽度和土地使用模式3个方面进行评价。

 

1）处于自然状态的水网空间通常会形成较大面积的洪泛区，如果被道路或建筑侵占，则会导致多种生态过程没有足够空间进行，河流岸线形态不自然，河流生态系统的支持、调节能力下降。参考意大利河流形态质量指数（morphologicalqualityindex,MQI）中对河流横向连续性的评价标准，运用洪泛区宽度与河道宽度比值进行评价[42]。2）河岸带植被能够控制水土流失和面源污染，是水网空间重要的生态要素，本研究根据河段植被带平均宽度[38]进行分级评价。3）不同的河岸土地利用方式会产生不同强度的人为干扰，影响城市水网自然性，根据紧邻河岸的土地使用模式进行分级评价[38]。

 

 

将蓝绿空间系统规划纳入国土空间规划专项规划，蓝绿空间耦合成为平原水网城市的重要发展趋势[7]。沿岸绿色空间可提供生态防护和多样生境，保证一定的雨洪调蓄空间，提升河流的生态系统服务，对水网空间生态修复起到积极作用。因此，本研究结合现有城市发展规划对现状水网空间蓝绿耦合程度进行评价，将城市绿地范围内的水岸空间评为5分，其他区域评为0分。

 

2.3.4评价权重确定与综合指数计算

 

本研究根据PSR模型进行了指标体系构建与具体评价。因各准则之间存在因果关系，逻辑关联性较强，运用层次分析法进行两两比较的矩阵判断，计算各层次权重及综合权重并通过一致性检验（表3）。基于3个层面13个指标的评价赋值，研究通过权重加权求得太仓市水网空间压力指数、状态指数、响应指数以及综合指数，采用式（1）：

 

式中：Z为准则层评价值或综合评价值；ωi为第i个评价指标的权重值；yi为第i个评价指标的赋值，n为评价指标数量。