（城市规划与设计专业论文）山地城镇地区水环境保护视角下流域景观格局构建—以重庆市梁滩河流域保护规划为例.pdf

restructuring of watershed landscape pattern in mountainous town areas based on water quality conservation a case study on conservation planning of chongqing liangtanhe river basin a thesis submitted to chongqing university in partial fulfillment of the requirement for the degree of master of engineering by yang jun supervised by prof. xing zhong assistant by vice prof. yan wentao major：urban planning and design college of architecture and urban planning of chongqing university, chongqing, china may, 2011 中文摘要 i 摘 要 在流域的空间尺度上，由于水流在重力作用下的汇集作用，使得不同景观要 素之间的物质流和能量流的联系更为紧密，同样使得流域下垫面的因素如流域的 地形、土壤和植被等对流域的水文特征和水质状况产生显著影响。基于这样的关 联关系，使得从流域尺度景观格局变化及其地表水环境效应的视角来审视城乡土 地利用变化所产生的生态环境问题和现象，成为具有研究价值的科学问题。论文 依据景观格局与生态过程关系的基本规律，尝试从景观生态学、城市规划学等多 学科综合研究角度，以重庆市梁滩河流域保护规划为例，对山地城镇流域景观格 局变化的水环境效应研究的理论和方法进行了较为系统的探析，提出山地城镇地 区水环境保护视角下的流域景观格局总体布局，并从城乡土地利用角度对流域水 环境保护提供技术支撑，达到消减和控制污染物输出的目的，对有效解决非点源 污染和改善降雨径流水质是非常合适的切入角度。 首先，探索山地城镇地区流域尺度景观格局与水环境保护的关系。分析流域 景观格局与土地利用开发的关系、土地利用变化的水环境效应，判定山地城镇流 域景观格局与水环境保护的关联因子“汇” 、 “源”景观的斑块类型特征、组合 特征和空间分异特征对水环境造成“正” 、 “负”效应。以此为切入点，在趋向水 环境保护的景观格局构建中发挥“汇”景观对水环境的“正”效应，规避“源” 景观对水环境的“负”效应。 其次，趋向水环境保护的流域景观格局总体布局。在自然景观格局梳理和人 工景观系统组织的基础之上，认知自然景观格局对水环境保护的功效，人工景观 系统对水环境保护的影响，紧密结合景观格局“基质斑块廊道”网络型基本 模式，针对性地重新组合原有景观格局或引入新的景观要素，达到对流域景观格 局理想模式的总体塑造：维护重要的基质、确保大型植被斑块作为源斑块、保证 生态廊道体系的连通性、注意关键性节点的空间识别与保护。 最后，从城乡土地利用规划的角度为流域景观格局提供技术支撑。以流域尺 度土地利用变化的水环境效应为切入点，通过城镇建设用地的优化、城郊生态产 业的合理布局、滨水公园景观节点的打造，结合防洪、防污对上位规划相关土地 利用的调整，实现流域土地利用水环境保护性的总体布局；从土地利用布局层面 对流域景观格局用地进行保障与控制，使流域景观格局用地得以落到实处，发挥 其对流域水环境的保护价值；从法规层面对流域土地利用进行相关的控制与引导， 使流域土地利用规划得以顺利实施。另外，提供流域水环境保护的相关规划管理 及建议措施。 重庆大学硕士学位论文 ii 论文不仅全方位分析流域景观格局与水环境保护之间的关系，将景观数量结 构与空间格局结合起来实现以水环境保护为主要目标的流域景观格局构建，而且 还从城乡土地利用角度为流域景观格局提供技术支撑。这对于发挥景观格局在非 点源污染调控方面的作用，降低城乡土地利用开发中非点源污染对水体的影响程 度，继而对水环境实施有效保护，提供了一个全新的研究视角。 关键关键词词：山地城镇地区，流域景观格局，水环境保护，城乡土地利用，梁滩河流 域 英文摘要 iii abstract at watershed spatial scale, water afflux under gravity closely ties together the material flow and energy flow of all elements of different landscapes. it also enables landform, soil and vegetation to generate dramatic influence on hydrology and water quality of the watershed. based on this relationship, it is a meaningful scientific issue to be made from watershed scale landscape pattern changes and surface water environment effect from the perspective of the urban to enable the watershed land planning implementation, it needs to control and guide for the regulation on land use level of the relevant river basin. to sum up, this thesis makes an overall analysis of the interaction between basin landscape pattern and water environmental protection and proposes to set up a water eco-protection-oriented mtwlp by integrating landscape quantitative structure and spatial pattern. it also provides technical support for basin water environmental protection in the stage of urban 傅伯杰） 。景观的异质性决定了景观空间格局研究的 重庆大学硕士学位论文 8 重要性。景观格局分析的目的是为了在看似无序的景观中发现潜在的有意义的秩 序或规律 （李哈滨， franklin） 。 forman 2）重点保护:对那些具有关键生态作用或生态价值的景 观地段特别重视，如具有高等物种多样性的生境类型或者单元、生态网络中的关 键节点和裂点、对人为干扰很敏感而对景观稳定性影响较大的单元，以及那些对 于景观健康发展具有战略意义的地段等。这一模式的景观生态学意义体现在如下 几个方面。 a.保留了生态学上具有不可替代意义的大型植被斑块，用以涵养水源，保护稀 有生物； b.景观质地满足大兼小的原则； c.风险分担； d.维持遗传多样性； e.形成边界过渡带，减少边界阻力； f.自然植被廊道利于物种的空间运动，在小尺度上形成的道路交通网满足人类 活动的需要。 所有集聚间有离析的景观格局有许多生态优越性，同时能满足人类活动的需 要（mcharg, forman 土地利用则侧重土地的社会属性。 重庆大学硕士学位论文 34 土地利用是自然基础上人类活动的直接反映。流域土地利用是由流域内各种 类型斑块组成，具有显著的空间特征和时间特点。土地利用格局受自然环境的限 制与人类活动的干预而发生变化77,开展土地利用格局研究，了解其成因与机制， 是理解人类社会与自然环境相互关系的重要途径 78。 3.2.2 土地利用重分类与景观指数的选取 土地利用重分类 根据本文的研究内容和目的需要，以传统的区域土地利用分类体系(2007)土 地利用现状分类为基础，根据山地流域土地利用的特点，进行适当的重新归类 处理，如：耕地、园地、合并为农业用地；商业用地，居住用地、公共建筑用地 和市政设施用地合并为建设用地（见表 3.2） 。 表 3. 2 土地利用重分类 table3. 2 the land-use reclassified 资料来源：作者自绘 分类 一级 分类 包含的类型 土 地 利 用 类 型 分 类 分类 农业 用地 包括耕地和园地。水田指有水源保证和灌溉设施，包括实行水稻和旱 地作物轮种；旱田指无灌溉水源及设施，靠天然降水生长作物。园地 指种植以采集果、叶、根、茎、汁等为主的集约经营的多年木本和草 本作物，覆盖度大于 50%或每亩株数大于合理株数 70%的土地。 林地 包括有林地、灌木林地和疏林地。有林地指郁闭度大于 30%的天然林 地和人工林、包括用材林、经济林、防护林等成片林地；灌木林指郁 闭度大于 40%、高度在 2 米以下的林地和灌木林地；疏林地指郁闭度 为 10%-40%的稀疏林地。 草地 草地指以生长草本植物为主、覆盖度在 5%以上的各类草地，包括以 牧为主的灌丛草地和郁闭度在 10%以下的疏林草地。 水域 湖泊河流指天然陆地水域，包括天然的湖泊和河流以及人工的水库； 坑塘指平原地区用来养鱼的鱼塘。 建设 用地 人工设施，城乡居民点、交通用地等。 未利 用地 开山采矿导致的裸岩以及荒草地、盐碱地、沙地、石砾地等。 3 山地城镇景观格局特征及其与水环境保护的关系 35 景观格局指数的选取 景观指数一般是指描述不同景观要素组成的区域景观镶嵌体的空间结构指数， 如 shannon 多样性指数、shannon 均匀度指数、漫延度指数、优势度指数等，目前 有众多学者就此已提出了许多类指标798081。根据研究目的，选取反映景观格局 特征的代表性指数来定量描述（见表 3.3） 。 表 3. 3 景观格局指数的选取 table3. 3 the landscape pattern index selection 资料来源：fragstats 官方网站：/landeco/research/fragstats/html; 指数 计算公式 涵义 多样性指数 (shdi) shdi = piln(pi) m i=1 反映景观要素的多少及各景观要素所占比例的变化， 景观由单一要素组成时，其值为 0。 均匀度指数 (shei) shei = shdi lnm 描述区域景观中不同类型斑块的分配均匀程度。 优势度指数 (d) d = lnm + piln(pi) m i=1 表示景观多样性对最大多样性的偏离程度， 或斑块支 配景观格局的程度大小。 破碎化指数 （fn） fn=(np-1)/nc 单位面积上的斑块数目，反映景观空间结构的复杂 性。 （注：表中 pi 表示景观类型 i 所占面积的比例；m 表示景观类型的数目；nc 表示研究区 域总面积与最小斑块面积之比，np 表示景观中各类斑块的总数） 。 3.2.3 流域土地利用的景观格局特征分析 为探索山地城镇流域土地利用与景观格局的关系，本研究将利用 arcgis 软件 平台对 1：10000 的 2006 年梁滩河流域土地利用数据进行处理及数据统计，得到 2006 年梁滩河流域土地利用类型空间分布图（如图 3.3）和不同土地利用类型在各 区内的分布状况统计（如表 3.4） ，根据图表数据反映出流域土地利用与景观格局 的关系特征。 重庆大学硕士学位论文 36 图 3. 3 土地利用类型空间分布 fig3. 3 the land use type space distribution 资料来源：作者自绘 表 3. 4 土地利用类型统计 table3. 4 land use type of statistics 资料来源：作者自绘 项目 （km2） 耕地 林地 草地 水域 未利 用地 建设 用地 九龙坡 20.92 41.16 6.89 1.78 0.02 8.98 沙坪坝 157.69 91.99 18.03 3.02 19.11 北碚 98.12 34.15 3.46 0.78 7.45 合计 276.73 167.30 28.38 5.58 0.02 35.54 总体特征 从 2006 年梁滩河流域土地利用类型空间分布图看出：研究各区土地利用类型 分布具有明显的过渡性和空间差异性。其中，耕地是主体，主要分布在沙坪坝和 北碚地区，在地形地貌上耕地主要分布于丘陵平原地区；林地主要分布流域东西 两侧缙云山与中梁山高程较高、坡度较高的山区，还有部分园林集中分布在中部 平原地区；草地主要夹杂分布在山区林地和丘陵平原过渡地带。建设用地与耕地 分布趋势相一致。未建设用地包括沙地、盐碱地、沼泽地、裸土和裸岩、采石场 等，其中九龙坡区有部分裸露的采石场。下面针对各土地利用类型分别讨论： 1) 耕地 3 山地城镇景观格局特征及其与水环境保护的关系 37 耕地是梁滩河土地利用类型的主体，也是流域内面积最大的土地利用类型， 特别是沙坪坝区段，全流域占据比例高达 57%，超过全流域耕地一半多，北碚区 段次之为 35%，而九龙坡区段耕地则相对少很多，仅为 8%，主要因为九龙坡区段 平地少山地及丘陵较多。 2) 林地和草地 林地主要分布在地形起伏较大的山地及丘陵区段。全流域林地面积占 33%， 在流域东西两侧缙云山与中梁山地区，成片的林地占据极大的面积。草地主要分 布在丘陵和平原地带，沿河地区大体呈现趋势差不多。 3) 水域和未利用地 水域分布较为均匀，上游区段及东西两侧山地区域 1、2 级河流丰富；未利用 地面积较小，基本上可忽略不计。 4) 建设用地 建设用地与耕地分布密切相关，流域内差异较为明显。沙坪坝区段建设面积 比例高达 54%，超过全流域建设面积一半以上；九龙坡次之占据 25%；而北碚区 段仅为 21%。建设用地分布趋势与耕地用地所呈现一致。 空间差异特征 由于自然环境与社会经济条件不同，各区段景观多样性、景观均匀度、景观 优势度和景观破碎化程度存在较为明显的空间差异，见全流域土地利用各区段景 观格局指数统计（见表 3.5 和图 3.4） 。 表 3. 5 景观格局指数统计 table3. 5 the landscape pattern index statistics 资料来源：作者自绘 格局 指数 全流域 九龙 坡区 沙坪 坝区 北碚区 多样性 0.47 0.53 0.47 0.39 均匀度 0.67 0.76 0.67 0.56 优势度 0.23 0.17 0.23 0.31 破碎度 0.0117 0.0068 0.0094 0.0082 重庆大学硕士学位论文 38 1) 景观多样性分析 梁滩河流域土地利用景观多样性指数为 0.47，而在三个区段中，景观多样性 指数最大的是九龙坡区段高达 0.53， 最小的是 0.39 是北碚区段， 沙坪坝区段为 0.47 与平均值一样，各区段差距不大。景观多样性由南向北呈递减趋势，北碚地区景 观多样性明显低于沙坪坝地区和九龙坡地区，这主要是由于北部地区地势相对平 坦，海拔相对较低，光热资源丰富，土层深厚，有利于农业耕作种植，该地段耕 地用地面积高达 68%，导致该区段景观多样性指数降低；而中部沙坪坝区段，地 势也相对平坦，耕地和建设用地比重都比较大，耕地用地面积在该地段占 54%稍 低于北碚区段，建设用地 7%比北碚稍偏高，所以该地段景观多样性指数稍微增高 到 0.47；而南部山地及丘陵较多，地势起伏较大，地形破碎，土层较薄，土壤贫 瘠，农业生产条件较差，农业生产主要分布在沿河阶地和山间平地狭小地区，人 类的活动对其影响相对较小，从而导致该区段景观多样性指数值偏高。这也充分 证明人类的农业开发生产活动会较为明显地影响区域景观的多样性。 2) 景观均匀度分析 全流域景观均匀度是 0.67，在三个区段中，景观均匀度指数最大的是九龙坡 区段其值为 0.76，沙坪坝区段居中，数值最低的还是北碚区段值为 0.56，说明以 耕地为主导景观类型的主体地位明显，而且对流域的控制作用较强。从土地利用 现状还可以看出这样的规律：人类活动影响较大的北碚区段，其景观均匀度明显 低于全流域的景观均匀度，而山地丘陵较多的九龙坡地段和沙坪坝区段景观均匀 图 3. 4 景观格局指数示意图 fig3. 4 the landscape pattern index schemes 资料来源：作者自绘 3 山地城镇景观格局特征及其与水环境保护的关系 39 度则较高。这是由于北部地势平坦，高程较低，水土组合条件较好，土地开发利 用强度较大，农业比较发达，农业景观类型在该区段具有绝对的主导地位；而南 部九龙坡区段丘陵山区多水土条件相对较差，高程也相对较高，耕地土地开发利 用难度较大，投入产出率低，土地开发力度较小，各类景观类型保持了较均匀的 分布特点。 3) 景观优势度分析 景观优势度指数反映景观结构中一种或几种景观类型支配景观的程度，其值 越大，说明某一种或几种景观类型支配景观的程度越强。总体上来说梁滩河流域 景观优势度指数在空间分布上呈现由北向南从平原到山丘的递减变化趋势，其中 景观优势度指数最大的是北碚区段数值为 0.31，沙坪坝为 0.23 与平均值一样，最 低的是九龙坡区段为 0.17。其主要原因是北碚平原地区农业开发量大，耕作农业 发达，农业景观类型的优势地位突出，在该区段耕地用地面积比例高达 68%。而 九龙坡区段以丘陵和山地为主，适宜农业条件较差，与其他区段相比耕地较少， 耕地在该段主导性弱，林地，草地相对较多，没有明显的优势景观类型，景观优 势度指数相对偏低。 4) 景观破碎化程度分析 研究流域内沙坪坝区段景观的破碎化指数最高为 0.0094，说明这个区的景观 破碎化程度最高，景观结构也最为复杂，景观斑块异质性也高。其次是北碚区段， 最低的是九龙坡区段，指数为 0.0068，均低于全流域破碎化指数 0.0117。这是由 于沙坪坝区段作为九龙坡山地丘陵地带与北碚丘陵平原地带的过度区段，地貌类 型多样，高山陡坡区和山地平原过度区生态环境敏感脆弱，人类长期的农业活动 使土地利用景观呈现高度破碎化特点； 而北碚区段地势较为平坦， 高程相对较低， 社会经济发展较快，人类长期的农业活动使土地利用景观破碎化也相对较高。这 也充分说明人类活动程度的增强，导致景观破碎化程度增大。 由此可见，山地平原地区水土条件好，光热资源充足，大量开发土地利用降 低了景观类型的多样性，造成区域景观单一；山地丘陵地形复杂多样，景观破碎， 坡度大土地贫瘠，土地利用开发程度相对低，景观类型多样，景观破碎化程度最 低；山地平原过度区生态敏感，人类干扰强，生态环境破坏严重而且恢复难度大， 导致景观破碎化程度最高。 土地利用状况的变化，在空间上表现为区域景观格局的演变。景观格局动态 变化的研究，是景观生态学研究的核心问题之一。景观格局动态变化研究的目的 之一在于探索当前景观格局存在的问题和不足，并为区域土地规划提供一个合理 的景观生态规划和景观格局模式。 重庆大学硕士学位论文 40 3.3 流域土地利用开发对水环境的影响 许多研究表明，流域尺度上土地利用/覆被类型与水体的数量和质量之间存在 着紧密的相互作用关系，而且流域土地利用方式和土地覆被的变化可以显著的影 响水体的水质和水量82-83。美国环境保护局在 1994 年就根据不同指示因子在流域 研究中的具体应用,利用景观生态指数、景观覆盖指数以及水文指数来分析流域的 整体性、景观稳定性和恢复力以及生物整体性和多样性84。尤其是如果要获得可 持续性流域管理方案就必须集成河流的物理、化学以及生态特征85-86，所以更应 该在流域景观格局构建的研究中集成时空变化、自然环境以及生物化学等指示因 子来综合描述流域土地利用对水环境的影响，最终达到水环境保护与生态安全， 使流域生态可持续发展。 3.3.1 流域水环境现状分析 通过调研与监测，掌握并分析流域水环境现状数据，是探索流域土地利用对 水环境的影响的基础和前提。从宏观尺度上看，流域/区域地表水环境污染是重要 的生态过程之一。水环境污染来源主要包括点源污染和非点源污染两种。与点源 污染相比，非点源污染起源于分散、多样的地区，地理边界和发生位置难以识别 和确定，随机性强、成因复杂、潜伏周期长，因而防治十分困难。在山地城镇区 域，由于特殊的地形地貌，暴雨雨水是非点源污染的一个主要来源。在绝大多数 地方，农业生产活动是产生非点源污染的“主要贡献者” 。 目前梁滩河的水体正在遭受严重的污染：工业废水、生活污水、农业污染等 排入河道；建设、开采活动侵占河道；沿线居民生态环保意识差等，使梁滩河的 综合治理和保护迫在眉睫。 3.3.2 土地利用变化类型与水质状况的对应关系研究 在流域的空间尺度上,由于水流在重力作用下的汇集作用使不同景观要素之间 的物质流和能量流的联系更为紧密， 并使得流域下垫面因素（如流域的地形、 土 壤和植被等）对流域的水文特征产生显著影响 87-88。土地利用方式/覆被类型的变 化会显著影响水质和水量89-90，土地利用变化类型对水质影响的主要途径是非点 源污染91，那么土地利用变化类型与非点源污染是什么样的关系呢？目前在国内 已经开展了大量的关于土地利用变化类型对非点源污染的影响的研究先例，取得 很好的成功与进展。 土地利用重新分类 以传统的区域土地利用分类体系（2007） 土地利用现状分类为基础，根据 山地城镇流域土地利用的特点，进行适当的重新归类处理，如：耕地、园地、合 并为农业用地；商业用地，居住用地、公共建筑用地、市政设施用地和工业仓储 用地合并为建设用地。 （如表 3.6） 。 3 山地城镇景观格局特征及其与水环境保护的关系 41 表 3. 6 土地利用重分类 table3. 6 land use classification 资料来源：作者自绘 重新分类 代码 土地利用分类 1 建设用地 urb 居住用地、公共建筑用地、市政设施用地、工业仓储用地、道 路广场用地、铁路用地、空海港口用地 2 绿地 gre 公园、 街道绿地、 工厂/单位附属绿地、 居住区绿地、 生产绿地、 防护绿地 3 农业用地 agr 农田、园地、牲畜养殖地、水产养殖地，及村镇用地（自然村 落用地） 4 林地 for 林地 5 水域 wat 河流、湖泊、池塘、滩涂湿地 各类用地所产生的污染物类型和污染程度差异 一般地各类用地所产生的污染物类型和污染程度应存在差异。工业用地是点 源污染的可能产生源，在工业污水还没有得到严格控制的情况下，工业用地对区 域水环境影响比较大，而当工业污水排放得到完全控制的情况下，工业用地在其 生产和运输过程中所产生的非点源污染物和其他类型用地也不一定相同，工业用 地污染物一般可以用 codcr 为代表；建设用地主要以人类日常行为活动为主要方 式，其产生的非点源污染物以生活污染源中比较常见的 nh3-n 和 codcr 为代表； 道路交通用地在城镇地表中一般地势稍低，承接运移工业用地和建设用地污染， 但是由于与汽车运输有关，其污染物一般以重金属为主；农业用地是重要的非点 源污染，在山地城镇区域属于主导用地方式，其污染主要与农田用地化肥农药、 养殖家禽粪便，以及村镇生活污染等因素有关，一般认为 tn、tp、nh3-n 等为农 业用地的非点源污染物。 流域土地利用类型与水质的对应关系 重庆大学硕士学位论文 42 为研究流域土地利用类型与水质的对应关系，本研究是在流域内选择几个不 同的监测点， 统计出各监测点的断面水质指标， 并计算出各水质指标所占百分比， 与各监测点所在区域的各类相关土地利用结构进行对比研究，找出其中的变化规 律。 1) 监测点内土地利用结构与水质的对应关系 根据梁滩河水质现状的调查，本次水质监测采用九龙坡区、沙坪坝区和北碚 区的环境监测站监测的数据。九龙坡区采用九龙坡区环境监测站 2008 年 2 月对龙 凤河金凤敬老院监测断面进行的例行水质监测数据，沙坪坝区采用 2006 年沙坪坝 区环境监测站对梁滩河小石门进行例行监测数据，北碚区采用重庆市环境监测中 心 2007 年度对梁滩河龙凤河出口的监测数据（图 3.5） 。氨氮（nh3-n） 、高锰酸 盐（codcr） 、总氮（tn） 、总磷(tp) 等浓度百分比（表 3.7） ，从而判别梁滩河流 域土地利用结构（表 3.8）与水质污染的关联因子（表 3.9） 。 图 3. 5 监测断面位置及区段空间示意图 fig3. 5 monitoring section position and segment space schemes 资料来源：作者自绘 3 山地城镇景观格局特征及其与水环境保护的关系 43 表 3. 7 各监测点水质比例 table3. 7 the monitoring water ratio 资料来源：作者自绘 监测断面 劣 监测点 1 23% 8% 8% 8% 8% 45% 监测点 2 10% 10% 0% 10% 0% 70% 监测点 3 9% 0% 9% 36% 0% 46% 表 3. 8 各区段土地利用结构 table3. 8 each section of the landuse structure 资料来源：作者自绘 项目 农业 林地 草地 水域 建设 工业 未利 监测点 1 流域范围 55 30.5 9 1 4 0.5 0 监测点 2 流域范围 57 28 6 1.5 7 0.5 0 监测点 3 流域范围 53 33 6 1 6 1 0 对梁滩河流域三个监测点所占小流域范围内的土地利用类型进行重新分类， 并进行了计算统计和分析，其结果表明：不同的土地利用类型对水域的污染影响 程度是不同的。三个监测小流域范围内土地利用类型差异很大，三个小流域的水 质面积比例也不同， 监测点 2 所在流域范围内农业用地面积比重最大， 高达 57%， 建设用地也是各监测点中比重比较大的，该区段主要以耕地、建设用地为主，土 地开发利用程度最高，对应的该区段劣类污染水质面积最大，高达 70%，表明 该区段水质主要是由农业和建设用地所主导；监测点 1 所在流域范围内农业面积 为 55%，劣类水质为 45%，该段主要是在流域上游，河流沿岸主要从事农业、 居民点开发活动，所以该段水质比较好，污染较轻。 2) 主要水质污染浓度与土地利用类型的对应分析 重庆大学硕士学位论文 44 表 3. 9 水质与土地利用类型的关系 table3. 9 relationship of water and land use type 资料来源：作者自绘 监测 项目 金凤敬老 院断面 小石门断面 龙凤河 出口断面 土地 利用 浓度 水质 类别 浓度 水质 类别 浓度 水质 类别 codcr(mg/l) 64.16 劣 73.4 劣 97.1 劣 工业/建设用地 nh3-n(mg/l) 10.860 劣 7.51 劣 4.13 劣 建设/农业用地 tn(mg/l) 14.540 劣 11.20 劣 5.55 劣 农业用地 tp(mg/l) 2.580 劣 1.52 劣 0.33 劣 农业用地 a. codcr 在三个监测点小流域中，codcr 呈上升的趋势，主要是由于工业用地比重在 三个监测点所在流域逐渐增多，而且建设用地在监测点 1 流域内比重为 4，在监测 点 2 流域内上升至 7，几乎翻了两翻，到监测点 3 的流域内虽然降至 6，但趋势是 升多降少，总体还是呈上升的趋势。所以 codcr 水质污染浓度与流域内工业用地 和建设用地比重呈正相关。 b. nh3-n 总体呈现下降的趋势，原因主要是因为监测点 1 下游有新桥水库湿地，水库 周边的林地、草地等植被能够吸附、过滤和沉淀氨氮等化学因子、净化水质、缓 冲建设用地对环境的冲击影响之作用； 监测点 2 下游有大成湖、 龙凤等郊野公园， 大面积的土壤和植被同样能够起到截留拦污、净化水质之功效。所以，三个监测 点的 nh3-n 呈现下降趋势。 c. tn、tp 呈现下降趋势， 三个区段中农业用地比重差不多， 呈现下降趋势原因跟 nh3-n 的情况类似，被植被和土壤吸附、过滤及沉淀，导致含量降低。 由此可见，流域内农业用地（包括耕地、园地）以及建设用地（包括城镇居 民用地、工业用地和交通用地等） ，它们对污染物的形成过程中具有污染物输出的 特征。其中耕地和园地因施肥等原因，造成土壤中 tn、tp 等营养物质含量较高， 经暴雨径流的冲刷流向河流、湖泊导致水体的富营养化；建设用地内由于人类活 动产生大量污染物，其未建设用地也大多受到人类干扰，逐渐成为具有输出污染 物特征斑块类型。而林地和牧草地等植被覆盖较好，对污染物具有吸附、过滤和 3 山地城镇景观格局特征及其与水环境保护的关系 45 沉淀等作用，减少暴雨径流对土壤的侵蚀程度以及降低径流中固体污染物的输出， 达到净化水质的作用。 3.4 山地城镇景观格局与水环境保护的关联因子提取 在流域范围内因水体的联系使得不同类型景观斑块之间的相互作用变得更为 紧密,因而景观格局的变化会显著影响流域内水体质量。由土地利用方式和覆被类 型的变化对水环境效应可知，土地利用变化可明显影响流域水量和水质，土地利 用对水质的影响主要是途径是非点源污染92，而景观格局的改变对非点源污染的 影响十分显著93-94。所以通过景观规划的生态学途径95，提取流域景观格局与水 体质量之间的关联因子，用于指导趋向水环境保护的景观格局构建和城乡土地利 用开发引导与控制，是山地城镇地区解决暴雨径流污染和改善暴雨径流水质非常 合适的切入角度。 陈利顶96曾基于大气污染中的“源” “汇”理论，提出了“源” “汇”景观的 概念和理论。 该理论认为， 根据不同景观类型的功能,可以将他们划分为 “源”“汇” 两种景观,从而将过程的内涵融于景观格局分析中。在格局与过程研究中,异质景观 可以分为“源” “汇”景观两种类型，其中“源”景观是指那些能促进过程发展的 景观类型， “汇”景观是那些能阻止或延缓过程发展的景观类型。基于 3.3 节的研 究结论：农业用地（包括耕地、园地）以及建设用地（包括城镇居民用地、工业 用地和交通用地等） ，它们对污染物的形成过程中具有污染物输出的特征，即对污 染物的形成具有促进和贡献的作用，所以将其定义为“源”景观；而林地和牧草 地等覆被等具有消减污染物的作用，故为“汇”景观。以下基于“源” “汇”景观 的功能和作用，探讨景观格局与水质的关联因子。 3.4.1 流域景观斑块类型特征 根据 3.3 的研究分析， 我们知道景观斑块类型特征在物质输出和流失方面具有 明显的差异，不同的景观类型可以通过地表径流、入渗、蒸发和溶解物质流等方 式对雨水进行分配。如果地表径流经过可能会产生较大污染输出的斑块类型，比 如城镇建设用地或农业用地等区域，那么地表径流水体中必然会携带较多的污染 物质，从而降低水体的质量，相反如果地表径流经过可能会截留拦污的斑块，比 如草地、 林地， 那么地表径流水体中污染物将会得到消减和净化。 当然 “源” “汇” 景观的功能也不是绝对的，也可能会随着它们在流域中的相对位置的变化而变化。 比如园地景观这样的“源”景观如在在城镇建设用地下游，还可以起到截流污染 物的作用，此时园地就作为一种“汇”景观而存在。从污染物的削减角度出发， 在山地城镇流域景观格局的构建中，应尽量增加林地和草地这类“汇” 景观（林 地、草地）的数量，减少 “源” 景观（ 农业用地、园地、城镇用地、工业仓储 重庆大学硕士学位论文 46 用地）的数量，如果可能，尽量在这类“源”景观下游大量增加“汇”景观的数 量。 在山地城镇这样特殊的景观格局中，水源一般在上游，习惯性思维方式是在 水源水体周边建设一定数目的水源保护林地，以加强“汇”景观对水源水体的保 护作用。但实际上，从成本效益的角度来看，由于水源保护林地必须具有相当的 宽度，才能有效消减上游的污染物，这势必会增加水源保护林地的建设成本。如 果适当的将水源周边林地数量分散到接近水体的中下游区域内，再施加一定的管 理措施，实现对非点源污染的层层消减，即可降低水源保护林的建设成本，还可 以提高城镇林地覆盖率和景观多样性，最终实现景观、生态、水环境多赢目标。 3.4.2 流域景观斑块组合特征 流域景观斑块不同的组合特征对区域水环境响应具有明显的差异。理论上看， 在景观总面积和“源” “汇”景观面积也就是“源” “汇”景观的优势度不发生变 化，那么“汇”景观在流域尺度上分布的越分散，其消减污染物的几率明显增加， 水环境响应的效果就越好。所以，如果不考虑“源” “汇”景观在流域上下游的空 间位置差异，只从景观空间格局构建的角度来看，需要尽可能提高“汇”景观的 优势度和分散度，更加充分发挥“汇”景观消减非点源污染负荷的作用。 不过在“汇”景观集中或分散布置中，还应该综合考虑具有方向性水流过程 的空间位置及 “源” 景观的空间位置在水流方向上对 “汇” 景观的影响， 因为 “汇” 景观在上下游的差异所起的作用并不相同。在山地城镇流域中，如果“汇”景观 位于流域的上游，上游区域坡度相对较 大，此时“汇”景观主要发挥的是水源 涵养和水土保持的作用；如果“汇”景 观位于流域下游，则主要作用是消减污 染物负荷。在山地城镇流域内，受地形 影响，一般在相对高度较小、距离水体 较近的区域被开发作建设用地， 被 “源” 景观所占；而流域内相对高度、坡度较 大的区域多保留林地、 草地这样的 “汇” 景观，这样的组合特征使得“汇”景观 不能充分发挥消减非点源负荷的作用。 所以，为了更好的控制非点源污染，需 要在流域的中下游位置，多布置一些林 图 3. 6 景观空间配置特征示意图 fig3. 6 landscape space configuration characteristic schemes 资料来源：作者自绘 3 山地城镇景观格局特征及其与水环境保护的关系 47 地、草地等“汇”景观。关于中下游的“汇”景观组合特征是集中或分散，可以 根据“集中与分散相结合” 的最优景观格局原理为指导，对“源” “汇”景观予 以合理组合，不过还要必须结合关键地段的识别进行相应的协调。 3.4.3 流域景观斑块空间配置特征 在流域水环境中 ，景观斑块空间配置特征对流域水体质量影响的研究主要选 取不同高度、坡度和距离三类空间因子进行分析。陈利顶97的研究认为： “源”景 观 （a 点） 相对于监测点 （c 点） 的距离越近， 那么它可能对该监测点的贡献越大， 反之，它对监测点的贡献越小（b 点） ；相对于监测点的“高度”越小（a 点） ，它 对监测点的贡献越大，相反越小；然而对于“坡度”来说， “源”景观单元分布的 地区坡度越小（b 点） ，养分发生流失的危险性越小，那么它对监测点的贡献相对 较小，反之，其贡献越大。但对于“汇”景观类型来说，其对监测点所起的作用 恰恰与“源”景观相反。基于流域水环境保护的角度出发， “源” “汇”景观在高 度、坡度和距离三个空间要素方面具有一定的利用适宜性（如图 3.6） 。 高度因子反映了不同景观类型的高度配置对流域尺度水体质量的影响作用。 一般情况下， “源”景观相对高度越大，对水体污染程度就越小。可是由于相对高 度较大的区域，土地利用开发成本较高，所以， “汇”景观能否向相对高度较小的 区域发展受到“源” “汇”景观转换成本的制约因素。 坡度因子反映了可以减少径流过程中水土流失及携带的污染物输出的适宜条 件。一般城镇用地和工业用地等“源”景观配置在比较平坦的地区，而林地和草 地等“汇”景观则没有坡度的限制，由于林地的植被较好，能够将快速径流转化 为慢速径流，从而降低水土流失的威胁，所以适宜在较为陡峭的坡地上优先发展 林地；同时由于林地具有较强的截留和削减污染物的功能，所以“源”景观下游 坡度较为平缓的地区也适宜配置一定林地景观来削减污染物输出量。 距离因子反映了不同景观类型与地表水体的距离。如果“源”景观距离地表 水体越近，那么“源”景观所输出的污染物进入水体的路径越短，水体污染程度 增加。从流域水环境水源保护的角度出发，划定合理的水源保护范围就是在距离 因子上尽可能降低“源”景观对地表水的贡献（如表 3.10） 。 forman 提出的最优景观格局原理。傅伯杰等，景观生态学原理及应用.北京:科学出版社,2001. 重庆大学硕士学位论文 48 表 3. 10 景观配置空间因子 table3. 10 landscape configuration space factor 资料来源：陈利项,傅伯杰.2003. 空间因素 “源”景观 “汇”景观 高度 越高越有利于减小污染程度 越低越有利用截留和削减污染物 坡度 越平缓越有利用减少污染程度 越陡越有利于涵养水源、 降低水土流失 距离 越远越有利用减少污染程度 越近越有利于截留和削减污染物 3.5 小结 地城镇由于地形、地貌和地质条件的复杂性，与平原城镇相比较具有较高 的异质性，生态敏感高，生态环境脆弱，资源较容易遭人类建设活动的破坏，植 被稳定性差。同样，山地城镇景观的生态自我恢复能力也较差。一旦某一社会或 自然要素发生较大变动或者消失，就有可能导致整个城镇地区流域系统的失衡。 在以水体主导的山地城镇区域，生态系统显得更加的敏感和脆弱，水环境症结一 般体现在三点：径流效应、污染效应和水文地质效应。 应用景观格局指数，定量分析研究流域土地利用的景观空间格局特征，旨 在探索流域土地利用与景观格局的关系，为流域土地资源的可持续利用及趋向水 环境保护的景观格局构建提供科学依据，并为可持续开发利用流域土地及进行土 地管理与设计打下基础。流域土地利用方式决定城镇景观格局，良好的城镇景观 格局既能降低流域土地利用开发对环境的冲击影响，同时也能提高土地利用效益。 土地利用类型与水体中污染物负荷指标具有直接的一一对应关系。不合理 的土地利用方式和土地覆被的变化，都会改变污染物在地表各圈层中的运输方式 和强度。无论是人类活动、土地利用方式加强，还是灌溉系统的变化，都会造成 流域内水质的变化，造成原有生态系统的失衡，大量的营养元素的流失，非点源 污染加剧，最终导致水环境的恶化。所以，可以通过流域相关土地利用的调整与 保护来达到从根本上解决水体本身的问题，从而解决水环境的问题。 基于大气污染中的“源” “汇”理论，提取流域景观格局与水体质量之间的 关联因子：流域景观斑块类型特征、组合特征和空间配置特征，用于指导趋向水 环境保护的流域景观格局构建和城乡土地利用开发引导与控制，是山地城镇地区 解决暴雨径流污染和改善暴雨径流水质非常合适的切入角度。 4 趋向水环境保护的流域景观格局总体布局 49 4 趋向水环境保护的流域景观格局总体布局 景观格局与水环境保护的关系主要是景观格局与水质的关系，从生态学的角 度来阐述，就是格局与过程的典型关系。而景观格局的规划希望通过空间格局的 构建来实现区域生态系统的“结构过程功能”的有机结合，所以，结构（格 局）的合理构建是实现“过程”和“功能”健康发展的重要途径。 景观的结构、 功能和过程总是与一定空间范围相联系的，流域作为一个由分 水线所包围的相对封闭的系统，具有相对比较明确的边界条件的区域逐渐受到了 关注。在流域的空间尺度上，由于水流在重力作用下的汇集作用，使得不同景观 要素之间的物质流和能量流的联系更为紧密，并使得流域下垫面的因素如流域的 地形、土壤和植被等对流域的水文特征产生显著影响。基于这样的关联关系，使 得从流域的尺度构建趋向水环境保护的景观格局，对非点源污染的防治是非常有 效的合适尺度。 景观格局变化对非点源污染物的发生、迁移和转化的影响主要是通过土地利 用/土地覆被的变化引生态系统物质和能量流动过程的变化来实现。 在城市和农村， 暴雨径流是非点源污染的动力，水土流失是污染物迁移的主要载体，农业生产活 动是非点源污染的主要贡献者。在山地城镇区域，由于地形地貌的特殊性，洪峰 流量时间短，降雨不宜下渗，更容易产生水土流失；农业景观面积比重大，农田 耕作措施、灌溉方式都极易产生非点源污染。所以，构建趋向水环境保护的流域 景观格局显得更加迫切和重要。 本章将利用流域景观格局与水环境保护的关联因子：流域景观斑块类型特征、 组合特征和空间配置特征为切入点，进行水环境保护视角下的景观格局布局，布 局过程中将降低“源”景观对水环境非点源污染的贡献作用，最大限度发挥“汇” 景观对非点源污染的消减和控制作用。首先通过流域自然景观格局骨架的梳理、 人工景观系统的组织，认知自然景观骨架和人工景观系统对水环境保护过程的功 效和影响；密切结合景观格局 “基质-斑块-廊道”网络型基本模式，指导山地城 镇地区水环境保护视角下流域景观格局构建：维护重要基质、确保大型植被斑块 作为源斑块、保证生态廊道的连通性、促进关键性生态节点的识别与保护。 4.1 保障良好水环境的自然景观格局骨架梳理 自然山水景观格局是山地城镇生态系统的基础，也是山地城镇发展形态的控 制因子，对于支撑城市生态系统的运作有着至关重要的作用。作为山地城镇的边 界和控制的关键因子，流域尺度的自然山水构成了以水环境主导战略的山地城镇 重庆大学硕士学位论文 50 景观格局，决定着城镇景观生态的总体骨架。 山地城镇自然景观格局以山体林地景观构成一系列连续或不连续、规则或不 规则的、分散或集聚的镶嵌体，作为山地城镇地区流域自然景观格局的斑块，起 到保护水源、防止水土流失、维护生物多样性的生境作用；以公路和河流构成其 廊道，受地形的影响，廊道的形状总是迂回曲折的，作为生物流、信息流和能量 流的重要渠道，具有栖息地、通道、过滤、源、汇等功能；沿河流廊道形成的绿 道 ，沿道路交通发展的绿道，在农田防护林基础