徐巧藝，王維平，鄧海燕

（1.濟(jì)南市清源水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250014；2.濟(jì)南大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000；3.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014）

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，人們除了享受更高的物質(zhì)生活外，對(duì)于周圍生活環(huán)境的優(yōu)化問題也在日益關(guān)注，于是逐漸開始重視城市景觀的改善。城市景觀水作為城市景觀的重要元素，游憩和文化價(jià)值也許是城市水體最具價(jià)值的生態(tài)功能，同時(shí)城市中的水域在冬夏都有助于減小溫度偏差，改善由于城市中大量的吸熱表面和使用能源而造成的城市熱島效應(yīng)。

目前，雖然對(duì)綠地景觀效果的研究有很多，但缺乏對(duì)于北方城市景觀水面空間布局情況的探討。該研究的目的是建立一個(gè)在相對(duì)理想狀態(tài)下的足以描述景觀水空間布局而又不冗余的空間分布指標(biāo)體系，形象地刻畫城市水面的空間分布特征，探究景觀水面空間分布的最為合理的形式，使之在城市景觀整體布局過程中更加合理地規(guī)劃城市景觀水，發(fā)揮最大的生態(tài)效益。現(xiàn)以濟(jì)南市區(qū)黃臺(tái)橋以上流域面積為研究區(qū)，定量分析景觀水面對(duì)于其區(qū)域生態(tài)效應(yīng)（尤其在調(diào)節(jié)區(qū)域氣溫方面）的影響，從而有助于在城市景觀整體布局過程中更加合理地規(guī)劃城市景觀水，提高城市整體的生態(tài)效益。

1 研究區(qū)城市景觀水概況

伴隨著城市化步伐的加快，城市水系儼然成為城市生態(tài)環(huán)境中不可或缺的因素，對(duì)于城市的用地布局及未來發(fā)展方向產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。城市景觀水的空間分布，即所處區(qū)域的地理位置、地形地貌等情況，都會(huì)影響城市景觀水周圍的生態(tài)效應(yīng)問題。本文選取山東省濟(jì)南市、聊城市、臨沂市和濰坊市這4個(gè)城市，介紹其城市景觀水在各個(gè)城市空間分布的基本情況。

濟(jì)南自古就有“泉城”的美譽(yù)，尤其以四大泉群、環(huán)繞老城的護(hù)城河、大明湖及小清河水系著名。濟(jì)南市區(qū)將山川、湖泊、河流和眾多的泉水泉群相融合，形成獨(dú)特的水文環(huán)境格局。此外，為了解決濟(jì)南市供水保泉及南水北調(diào)東線工程調(diào)蓄問題，相繼修建了黃河南的玉清湖水庫和東湖水庫。

聊城是個(gè)因水而生、因水而盛的城市，城區(qū)內(nèi)古運(yùn)河、徒駭河等河流水系縱橫分布，并與城區(qū)的東昌湖連成一體，更加彰顯出聊城獨(dú)特的“運(yùn)河古都”、“江北水城”的城市風(fēng)貌。

臨沂境內(nèi)水系豐富，呈脈狀分布，四大水系：沂河、沭河、中運(yùn)河、濱海貫穿城區(qū)，形成了“以沂河為軸、兩岸開發(fā)”的布局，故臨沂亦有“水城”之稱。

濟(jì)寧市區(qū)運(yùn)河發(fā)達(dá)，河流眾多，密布城區(qū)，并與山東省兩大湖泊之一的南四湖相連，極具南方水系的特征。此外，為了保障南水北調(diào)工程輸水期間的水質(zhì)，建設(shè)了截污導(dǎo)蓄工程，從而形成了大面積人工濕地。

2 景觀水空間分布指標(biāo)選擇與評(píng)價(jià)

2.1 城市適宜水面面積率

景觀水面是指城建區(qū)范圍內(nèi)具有一定水深，能夠常年涌水的開放型水域。而城市水面面積率S△則為城市總體規(guī)劃控制區(qū)內(nèi)常水位下水面面積Sw占城市總體規(guī)劃控制區(qū)面積St的比率，即：

城市適宜水面面積率S＇△應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件、歷史水面比率、經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀況和生態(tài)景觀要求等實(shí)際情況確定。對(duì)于S△≥S＇△的城市，應(yīng)保持現(xiàn)有水面，不應(yīng)進(jìn)行侵占和縮小；對(duì)于S△≤ S＇△的城市，應(yīng)根據(jù)城市具體情況，采取適當(dāng)措施補(bǔ)償和修復(fù)，以滿足城市適宜水面面積率的要求[1]。經(jīng)查閱《城市分區(qū)及其適宜水面面積率》可知4個(gè)城市的城市分區(qū)為III級(jí)，且適宜水面面積率 S＇△為 1%～5%。

根據(jù)山東省濟(jì)南市、聊城市、臨沂市和濟(jì)寧市4個(gè)城市建成區(qū)的景觀水面概況，可將景觀水分為河流水面和湖泊水庫水面兩種類型。統(tǒng)計(jì)這4個(gè)城市各景觀水類型的面積，結(jié)合濟(jì)南、聊城、臨沂和濟(jì)寧4個(gè)城市城建區(qū)的面積：325.7 km2、234.6 km2、195 km2和 117.5 km2[2]，利用城市水面面積率的計(jì)算公式，計(jì)算4個(gè)城市的水面面積率，并與適宜水面面積率進(jìn)行對(duì)比分析，具體結(jié)果見表1。

表1 各城市景觀水面面積率評(píng)價(jià)表

根據(jù)表1結(jié)果可知，上述4個(gè)城市的景觀水適宜水面率以臨沂市最高，在城市規(guī)劃用地中，景觀水面面積率達(dá)到6.5%，其景觀水成為臨沂的優(yōu)勢(shì)景觀；聊城次之，景觀水面面積占據(jù)城市用地的5.6%；濟(jì)寧位居第三，城市水面面積率達(dá)到5.2%；濟(jì)南為3.3%，故4個(gè)城市的水面面積率均達(dá)到城市適宜水面面積率的要求。但從表1也可看出，在4個(gè)城市景觀水面面積中，河流、湖泊面積所占的比重體現(xiàn)出分布的不均衡性，所以僅靠城市適宜水面面積率來衡量景觀水空間布局過于片面，應(yīng)該選取其他指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.2 均勻度指標(biāo)

均勻度指標(biāo)能比較客觀準(zhǔn)確的反映不同城市水景觀類型在城市總體規(guī)劃用地中的均勻分布程度。評(píng)價(jià)均勻度的指標(biāo)很多，通常選取香農(nóng)均勻度指數(shù)進(jìn)行衡量，計(jì)算公式為：

式中：SHEI表示均勻度指數(shù)；pi指某種城市水景觀類型占景觀水面總面積的比例，i=1，2……n；n為景觀類型總數(shù)。

SHEI值的范圍為[0,1]，值趨于1說明景觀水中沒有明顯的優(yōu)勢(shì)類型，且各景觀水類型在區(qū)域內(nèi)均勻分布[3]。故可根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)的4個(gè)城市各景觀水類型的面積來核算其所占比例及相應(yīng)的香農(nóng)均勻度指數(shù)，具體結(jié)果見表2。

表2 各城市景觀水面的香農(nóng)均勻度值

由表2結(jié)果可以看出，濟(jì)南市和聊城市景觀水的SHEI值較高，表明各景觀水面在城市規(guī)劃用地中分布最為均勻；其次為濟(jì)寧市，均勻度指數(shù)為0.95，景觀水中以河流類型為主導(dǎo)，分布均勻度較差；再者便是臨沂市，各景觀水類型在4個(gè)城市中的分布均勻度最差。

2.3 形態(tài)指標(biāo)

選定形態(tài)指標(biāo)的原因是可以定量刻畫城市水景觀的平面展布形態(tài)。整個(gè)景觀水面形狀指數(shù)與單個(gè)景觀水面的形狀指數(shù)相似，只是計(jì)算尺度從單一化轉(zhuǎn)變成整體化[3]，表達(dá)公式為：

式中：LSI為形態(tài)指數(shù)，E為城市中所有景觀水邊界的總長(zhǎng)度，A為景觀水的總面積。

現(xiàn)將濟(jì)南、聊城、臨沂和濟(jì)寧4個(gè)城市景觀水邊界進(jìn)行匯總[2]，并計(jì)算出各城市景觀水面的形態(tài)指數(shù)值，具體結(jié)果見表3。

表3 各城市景觀水面形態(tài)指數(shù)

從表3可看出在4個(gè)城市中以臨沂市景觀水的形狀較為規(guī)則，其值最趨近0；聊城市的LSI值為0.54，表示各景觀水面的形狀逐漸趨于復(fù)雜，不能忽視小面積水域的分布；濟(jì)寧市和濟(jì)南市景觀水面的形狀指數(shù)普遍偏高，表明區(qū)域內(nèi)小面積景觀水類型散亂分布，導(dǎo)致其整體景觀水面形狀最為復(fù)雜。

2.4 分離度指數(shù)

當(dāng)城市建成區(qū)的形狀為規(guī)則圖形，如正方形、偏正方形等或圓形、近圓形時(shí)，為了描述各城市景觀水面在城建區(qū)內(nèi)的相對(duì)位置情況，可在城建區(qū)內(nèi)選取一個(gè)中心點(diǎn)，通過計(jì)算城市各景觀水相對(duì)中心點(diǎn)距離的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]?，F(xiàn)以建成區(qū)形心為中心點(diǎn)，衡量各景觀水空間位置的偏離程度，從而反映出4個(gè)城市景觀水的相對(duì)聚散情況，計(jì)算公式為：

式中：DI為分離度指數(shù)；li為各城市景觀水距中心點(diǎn)的距離，i=1，2……n；為景觀水距離中心的平均距離；n為各城市景觀水體的數(shù)目。各城市景觀水的分離度指數(shù)結(jié)果見表4。

表4 各城市景觀水的分離度指數(shù)

從表4可以看出，聊城市景觀水空間位置相對(duì)于中心點(diǎn)來說，聚集程度最好；臨沂市整體聚集程度較好，景觀水分布較集中；濟(jì)南市位居第三，城區(qū)內(nèi)泉水與河流、湖泊的相對(duì)位置距離較遠(yuǎn)，分離度較高；濟(jì)寧市雖有南四湖等大面積水域分布在城區(qū)內(nèi)，但位置偏于城區(qū)邊緣地帶，故分離度最高。

2.5 景觀水綜合分析

結(jié)合表1～表4對(duì)各指數(shù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行評(píng)分。每個(gè)參數(shù)分成3個(gè)等級(jí)，分別取分值為0.9、0.6、0.3，并且每個(gè)參數(shù)是等權(quán)重的。其中，在滿足城市適宜水面面積率的要求下，城市景觀水面面積率越大，表明其生態(tài)效益越好，分值越高；城市景觀水面類型分布越均勻，分值越高；但對(duì)于形態(tài)指數(shù)來說，指數(shù)值越低，表明各城市景觀水面形狀較規(guī)則，區(qū)域內(nèi)小面積景觀水面幾乎可以忽略不計(jì)，分值越高；分離度指數(shù)越低，表示景觀水的聚集程度越好，分值越高。綜上所述，景觀水綜合分析的具體結(jié)果見表5。

表5 城市景觀水面空間分布情況的評(píng)分

由表5結(jié)果顯示，聊城市景觀水面整體空間分布最為合理，景觀水面面積在城市規(guī)劃用地中比重較大，可以給景觀水所在區(qū)域居民帶來可觀的社會(huì)和生態(tài)效應(yīng)；其次就是臨沂市，雖有沂河、涑河和祊河三河匯聚貫穿城區(qū)，但各類型景觀水的分布均勻度較差；再次是濟(jì)南市，其整體水面分布均勻，但由于眾多小面積泉水泉群的零落分布，導(dǎo)致整體水面形狀的復(fù)雜程度高；較差的是濟(jì)寧市，整體景觀水面離散程度較大，可能導(dǎo)致區(qū)域發(fā)展的不平衡，因此應(yīng)該把平衡景觀水的分布工作作為當(dāng)務(wù)之急。

3 景觀水生態(tài)效應(yīng)定量分析

3.1 景觀水生態(tài)效益的作用機(jī)理

濟(jì)南市區(qū)黃臺(tái)橋以上流域面積是由山丘區(qū)、平原區(qū)和城區(qū)構(gòu)成，分別占流域總面積的31%、39%、30%。根據(jù)區(qū)域綜合陸面蒸散發(fā)計(jì)算結(jié)果可知，山丘區(qū)、平原區(qū)和城區(qū)的蒸散發(fā)量分別占整體陸面蒸散發(fā)量的23.3%、17.6%和59.1%?？梢姡菂^(qū)陸面蒸發(fā)量相對(duì)較大。其中，城區(qū)又分為透水和不透水面積[5]，不透水面指的是天然的或者人造的能阻止水滲透到地表以下的物質(zhì)，例如瀝青、混凝土等人工下墊面，而透水面則指的是如水面、植被、土壤等自然下墊面。

城區(qū)透水面主要通過景觀水和陸面蒸發(fā)這兩種方式達(dá)到調(diào)節(jié)區(qū)域溫度的作用。其中，景觀水主要通過水面蒸發(fā)的方式來吸收熱量，從而起到降低區(qū)域溫度的作用；而城區(qū)陸面蒸發(fā)主要通過土壤水分的上升和汽化及植物葉面和枝干的水分蒸騰的方式來起到調(diào)節(jié)溫度的作用。

3.2 相同面積的景觀水與城市陸面生態(tài)效應(yīng)對(duì)比

在假定濟(jì)南陸面面積和城區(qū)景觀水面面積相同，皆為10.61 km2的前提下，以全年和夏季（6～9月份）蒸發(fā)量為主，探討景觀水面和陸地對(duì)于調(diào)節(jié)區(qū)域氣溫方面的效果。

1）全年景觀水面蒸發(fā)量及對(duì)氣溫影響的定量計(jì)算。濟(jì)南市全年的水面蒸發(fā)深為1 288.9 mm，全年的陸面蒸發(fā)深以黃臺(tái)橋站測(cè)定為準(zhǔn)，其值為525.6 mm，可計(jì)算出全年的水面和陸面蒸發(fā)量。根據(jù)每蒸發(fā)1 g水帶走585卡的熱量為準(zhǔn)（由水的密度為1 g/cm3，且1 cm3=1 ml，故蒸發(fā)1 g水即為蒸發(fā)1 ml水）[6]，可算的濟(jì)南市全年水面和陸面蒸發(fā)的耗熱量。由于在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，空氣的密度為1.293 kg/m3，城建區(qū)面積為325.7 km2，比熱容c為1000J/（kg·℃），故現(xiàn)以濟(jì)南市近地面200 m高空的大氣為研究范圍，利用已算出的全年水面和陸面蒸發(fā)的耗熱量，根據(jù)熱力學(xué)公式可以得到水面和陸面蒸發(fā)對(duì)于溫度變化的差異，具體結(jié)果見表6。

表6 濟(jì)南市全年水面和陸面蒸發(fā)耗熱量和溫度變化值

從表6可看出，水面和陸面蒸發(fā)消耗的熱量可使?jié)鲜谐墙▍^(qū)全年溫度降低值分別為398℃和162℃，按一年365 d計(jì)，由此得出每平方千米的水面和陸地面積可使溫度每天降低1.09℃和0.44℃。因此從全年蒸發(fā)量來看，當(dāng)假定城市水面面積和陸面面積相等時(shí)，水面蒸發(fā)相比于陸面蒸發(fā)，其調(diào)節(jié)溫度的效果更明顯。

2）夏季景觀水面蒸發(fā)量及對(duì)溫度影響的定量計(jì)算。同樣假定濟(jì)南市城市景觀水面和陸面面積是相等的，根據(jù)資料查證出的濟(jì)南市夏季（主要集中在6～8月份）的水面和陸地蒸發(fā)深[5]，結(jié)合濟(jì)南市的水域和陸地面積，算出其相應(yīng)水面和陸地的月蒸發(fā)量，具體結(jié)果見表7。

表7 濟(jì)南市夏季（6～8月）水面和陸面的月蒸發(fā)量

同樣仍以濟(jì)南市近地面200 m高空的大氣為研究范圍，對(duì)于6～8月的水面和陸面蒸發(fā)的耗熱量和溫度變化值可按照全年水面和陸面蒸發(fā)的計(jì)算方法同理可得，具體結(jié)果見表8。

表8 濟(jì)南市夏季水面和陸面蒸發(fā)耗熱量和溫度降低值

由表8得出的夏季（6～8月）水面和陸面蒸發(fā)的溫度降低值，按每月30 d計(jì)，可推斷出每平方千米的水面和陸地面積的日均氣溫降低值，具體結(jié)果見表9。

表9 濟(jì)南市夏季每平方千米水面和陸面日均氣溫降低值 ℃

從表9中得出的夏季（6～8月）水面和陸面日均氣溫降低值可看出水面蒸發(fā)相對(duì)于陸面蒸發(fā)而言，在調(diào)節(jié)溫度方面更加具有優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，在假定城市水面面積和陸面面積相等的前提下，無論是全年蒸發(fā)量或是夏季蒸發(fā)量，其城市景觀水調(diào)節(jié)溫度的效果更優(yōu)于陸地對(duì)于溫度的影響。故針對(duì)濟(jì)南市而言，其氣候的極端性較強(qiáng)，夏季（6～8月）的月平均氣溫最高可達(dá)28.3℃，最低到21.9℃，因此必須采取較為高效的方式來調(diào)節(jié)氣溫，改善區(qū)域氣候。從表6和表9可看出，當(dāng)城市僅由陸面構(gòu)成，而缺乏景觀水的輔助時(shí)，夏季日平均氣溫僅降低0.054℃，對(duì)于調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候的效果不明顯；當(dāng)城市是由大面積的景觀水構(gòu)成，而陸地面積與之相比可忽略時(shí)，夏季日平均氣溫變化值明顯高于陸面蒸發(fā)引起的氣溫變化值。因此，在城市用地規(guī)劃過程中，不能過分加大城市陸面面積，而忽視城市景觀水的建造，應(yīng)該做到統(tǒng)籌兼顧，將景觀水與其他的景觀類型（例如綠地、道路和建筑物等）的空間布局趨于合理化。

4 結(jié)論

初步選取了城市適宜水面面積率、景觀水面均勻度、景觀水形態(tài)指數(shù)和景觀分離度這4個(gè)空間分布指標(biāo)對(duì)于山東省濟(jì)南市、聊城市、臨沂市和濟(jì)寧市城建區(qū)的景觀水空間布局進(jìn)行評(píng)價(jià)。綜合各指標(biāo)的評(píng)分，分析出4個(gè)城市的景觀水空間布局的合理度由優(yōu)到劣的順序?yàn)榱某鞘?、臨沂市、濟(jì)南市和濟(jì)寧市。

為了探究景觀水與生態(tài)效應(yīng)的聯(lián)系，以濟(jì)南市黃臺(tái)橋以上流域面積為研究區(qū)，在假定城市景觀水面面積和陸面面積是相等的基礎(chǔ)上，主要從水面和陸面的全年蒸發(fā)量和夏季（6-8月）蒸發(fā)量?jī)蓚€(gè)方面入手，對(duì)于區(qū)域溫度的調(diào)節(jié)效果進(jìn)行分析，其分析結(jié)果表明景觀水面比起陸面來說，調(diào)溫效果更佳。