敏感地段的景觀安全格局設(shè)計及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

敏感地段的景觀安全格局設(shè)計及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

——以北京香山滑雪場為例(完全版)

摘要：景觀中存在著某些關(guān)鍵性的局部、位置和空間聯(lián)系，它們構(gòu)成某種戰(zhàn)略性的格局--景觀安全格局，對維護(hù)景觀中某種過程的健康和安全有著至關(guān)重要的作用。以北京香山滑雪場的規(guī)劃過程為例，本文系統(tǒng)地探討了景觀生態(tài)安全格局、景觀視覺安全格局和景觀文化安全格局的判別及其敏感地段的場地規(guī)劃方法。文章同時顯示，地理信息系統(tǒng)在場地規(guī)劃中的有著廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：景觀安全格局，場地規(guī)劃，GIS，香山公園

引言

對于一個象北京香山這樣一個生態(tài)、文化和視知覺都很敏感的地段來說，盡可能地避免景觀改變帶來的沖擊，維護(hù)生態(tài)、文化及感知過程的安全是非常重要的。有關(guān)部門已決定在香山植物園內(nèi)興建一個以仿真滑雪為主的、餐飲、休閑相配套的全天侯多功能綜合性大型運(yùn)動場，占地面積6萬平米，這一決策是本工作的一個前提。從風(fēng)景和環(huán)境保護(hù)的角度來講，這樣大型項(xiàng)目本身是不適于在上述地段內(nèi)建設(shè)的，對此本文不作討論。但至少有一點(diǎn)是十分明確的，即在這樣一個非常敏感的地段建設(shè)大型的體育運(yùn)動項(xiàng)目必會對香山特有的生態(tài)、文化和感知氛圍造成沖擊，所以，系統(tǒng)的景觀分析和評價，以便盡可能減少其對環(huán)境的不良沖擊，不但對本項(xiàng)目設(shè)計中具有重要意義，對類似項(xiàng)目的規(guī)劃也必有可借鑒之處。

自I.

McHarg的"依自然而設(shè)計"(Design

With

Nature，

1969)一書問世以來，尊重自然過程進(jìn)行景觀改變的設(shè)計思想已為廣大景觀規(guī)劃師所接受，并在現(xiàn)代環(huán)境運(yùn)動中起到了非常重要的作用。McHarg

把這種通過土地的剝層分析，層層疊加，最后確定土地利用的規(guī)劃視為人類生態(tài)規(guī)劃(1981)。這一規(guī)劃思想最早可追溯到英國規(guī)劃師Patric

Geddes(Steiner

等

1987)，以后又由哈佛大學(xué)景觀設(shè)計教育先驅(qū)之一Elliot發(fā)揚(yáng)而成為景觀規(guī)劃專業(yè)之一大特色(Faludi

1987)。因子疊加的規(guī)劃模式也因之而產(chǎn)生并在技術(shù)上不斷發(fā)展。在計算機(jī)出現(xiàn)之前，這種疊加過程成功地用透明薄膜來完成(Steinitz,等

1976.)。60年代中期，哈佛大學(xué)教授Steinitz等開始嘗試將疊加過程通過計算機(jī)來完成(Steinitz，1993)，并最終使疊加(overlay)成為地理信息系統(tǒng)的一種基本功能，在一般商業(yè)GIS軟件中都可以完成。

盡管在技術(shù)上疊加過程可以通過計算機(jī)來完成，但將不同的生態(tài)、文化和感知過程的信息綜合起來用于景觀的綜合評價和土地的綜合利用，是非常具有挑戰(zhàn)性的，它需要多學(xué)科的緊密配合，對各種景觀過程有充分的認(rèn)識并能通過相應(yīng)的模型將其表達(dá)出來。這種挑戰(zhàn)性集中反映在：土地是有限的，我們不能指望用大量的土地來維護(hù)或控制某種過程。因此，一個關(guān)鍵性的問題是如何用盡可能少的土地來最有效地維護(hù)某種景觀過程的健康和安全。景觀安全格局理論和方法在解決這一問題上已作了一些嘗試(Yu

1996,

俞孔堅

1998)。該方法強(qiáng)調(diào)，景觀中存在著一些戰(zhàn)略性的組分和空間關(guān)系，它們構(gòu)成某種關(guān)鍵性的格局――安全格局，對景觀過程有著至關(guān)重要的影響。景觀安全格局的判別有賴于對景觀過程的模擬和分析、過程的安全指標(biāo)的確定等。對于景觀生態(tài)安全格局、景觀視知覺的安全格局、和農(nóng)耕過程的安全格局的判別已有過初步的探討，可作借鑒(Yu

1995，俞孔堅

1998).

以香山滑雪場規(guī)劃過程為例，本研究探討了如何在一個極敏感地段進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃的研究程序,

特別討論了地理信息系統(tǒng)支持的景觀安全格局設(shè)計途徑。全部GIS分析都用ARC/INFO(WindowsNT版)來完成。

1．研究目的與方法

1.2

研究目的

北京香山滑雪場位于北京植物園西區(qū)待開發(fā)預(yù)留地，毗鄰臥佛寺，其建設(shè)涉及局部景觀改變，如果不對場地進(jìn)行認(rèn)真的規(guī)劃與設(shè)計，必然會對周圍景觀的生態(tài)過程、視知覺過程和文化氛圍帶來不良的沖擊。同時，不良景觀改變還有可能對投資者造成不必要的浪費(fèi)。所以，如何合理利用場地，維護(hù)景觀的生態(tài)、感知及文化過程的安全，關(guān)系到該敏感地段的景觀保護(hù)，也與投資者的經(jīng)濟(jì)效益有直接關(guān)系。

因此，本研究有兩主要個目的：

(1)

通過場地分析，為在場地設(shè)計和景觀規(guī)劃中減少項(xiàng)目對環(huán)境的負(fù)面影響提供科學(xué)依據(jù)。

(2)

為充分利用自然地形進(jìn)行場地規(guī)劃設(shè)計，減少工程量，節(jié)省投資，提供科學(xué)依據(jù)。

1.3.

研究內(nèi)容

圍繞以上兩個目標(biāo)，研究內(nèi)容包括三部分：

第一部分，景觀過程的分析，包括自然的地質(zhì)、地貌、水文和生態(tài)過程；景觀感知過程，主要是視知覺過程；文化過程，包括歷史遺址和文物及"風(fēng)水"景觀所形成的文化氛圍。

第二部分，基于景觀過程分析的景觀安全格局的判別，包括：工程安全格局――工程上不可行的地段(本文不作具體討論)；生態(tài)安全格局――維護(hù)生態(tài)過程所需的戰(zhàn)略性景觀格局；視覺安全格局――維護(hù)使用者或游客的視知覺過程所需的戰(zhàn)略性景觀格局；文化安全格局――維護(hù)場地及周圍文化過程所需的戰(zhàn)略性景觀格局。

第三部分，

基于景觀安全格局的工程建設(shè)規(guī)劃方案。

1.4.

研究方法

本研究組織城市規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)(GIS)、環(huán)境、生態(tài)、風(fēng)景園林、建筑、地貌、土地規(guī)劃等多學(xué)科的專業(yè)人員參加，尤其充分發(fā)揮GIS這一重要工具在評價與規(guī)劃過程中的作用。具體研究步驟和工作流程見框圖(圖1)：

圖1香山滑雪場景觀安全格局判別和場地規(guī)劃過程框圖

2

香山滑雪場景觀過程分析

2.1.

GIS數(shù)據(jù)庫與景觀表述

用來建立GIS數(shù)據(jù)庫的主要信息源包括1：500和1：2000場地所在的香山植物園實(shí)測地形圖，1：8000航攝圖，現(xiàn)場踏探資料、現(xiàn)場照片，以及相關(guān)文字資料等。

對場地及周圍景觀分為六個層次來表述：地形高程，水系，建筑，道路，文物和植被。

2.2.

景觀過程分析

利用GIS對場地和周圍景觀的過程進(jìn)行了四方面的建模和分析：

2．2．1

自然過程，包括地質(zhì)、地貌、水文、植被和生態(tài)過程

應(yīng)用GIS分別進(jìn)行了場地的地形分析，包括三維地形模擬、坡度分析、坡向分析(圖2，圖3和圖4，場地坡向圖略)。就地質(zhì)地貌而言，場地位于山前臺地之上，背依西山，俯櫻桃溝，植被茂密。場地東北側(cè)為一大型沖溝，由此向南整個場地臺面被四條沖溝分割為四塊。場地呈扇形由西北向東南傾斜。場地的臺面坡度平緩，坡度主要在5度左右，沖溝下切明顯，溝壁陡峭。

在地形分析基礎(chǔ)上進(jìn)行地表徑流分析，計算出流域場地的主要徑流和匯水面。流經(jīng)場地的徑流主要通過4條大小不等的沖溝排出場地。這些沖溝兩側(cè)的植被良好，對場地的生態(tài)和感知過程具有重要意義。場地及周圍地表徑流的分析，為場地的合理利用和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)(圖5)。

圖2香山滑雪場地形陰影

圖3香山滑雪場場地坡度

圖4香山滑雪場三維地形模擬

圖5香山滑雪場水文分析

植被和生態(tài)過程與上述地質(zhì)地貌和水文過程互為因果關(guān)系。由水流走廊和植被構(gòu)成場地上具有重要意義的景觀生態(tài)走廊。場地及周圍的植被分布還將影響景觀的視覺感知和噪音擴(kuò)散過程，也將影響景觀的文化過程(如風(fēng)水林的保護(hù))。植被通過對1:8

000航測照片的解讀和現(xiàn)場調(diào)查獲得(圖6)。表1為滑雪場及其周圍植被分類系統(tǒng)。基本類型為草地、灌叢草地、疏林/灌叢、闊葉林、針葉林、獨(dú)立大樹和苗圃等。其中闊葉林和針葉林根據(jù)樹高分為3類。最后一欄賦值為輸入計算機(jī)的平均"樹高"，用來進(jìn)行可視性分析，估值辦法為平均最大樹冠高度或平均樹冠重疊高度。場地內(nèi)及場地周圍的各類人工或天然植被對場地及滑雪游人具有多重意義，它們能消除一部分場地噪聲，既能將場地設(shè)施隱蔽在叢林中，同時還能讓滑雪的游客透過林窗看到香山植物園及西山林場的優(yōu)美風(fēng)光，給游人一種賞心悅目的感覺。

表1.

滑雪場及其周圍植被分類系統(tǒng)

編號

植被類型

平均植被高度(米)

)

賦值(米

1

草地

<1.0

0.0

2

灌叢草地

<3.0

0.0

3

疏林/灌叢

<3.0

1.0

4

落葉闊葉雜木林1

<3.0

2.0

5

落葉闊葉雜木林2

3.0~6.0

4.0

6

落葉闊葉雜木林3

>5.0

6.0

7

針葉林1

<3.0

2.0

8

針葉林2

3.0~6.0

4.0

9

針葉林3

>6.0

6.0

10

果園

<3.0

1.0

11

獨(dú)立大樹

>3.0

4.0

12

非植被覆蓋地

──

──

13

苗圃

──

──

圖6香山滑雪場及周圍植被分布

2．2．2

文化過程，包括歷史遺址和文物及"風(fēng)水"景觀

場地所在的臥佛寺一帶分布著眾多的歷史文化遺跡(圖7)，它們都有各自的景觀解釋和認(rèn)知圖式，一石一木，一溝一壑都有其獨(dú)特的含義。"風(fēng)水"作為一種文化現(xiàn)象，是一種景觀認(rèn)知圖式（俞孔堅

1998）。其中最為主要的是臥佛寺及其"風(fēng)水"景觀。臥佛寺與滑雪場場地隔溝相望，臥佛寺周圍有濃密的植被遮蔽，滑雪場對其造成直接視覺沖擊的可能性不大，但有可能對以臥佛寺為中心形成的特殊文化氛圍和"風(fēng)水"景觀造成沖擊，因此在規(guī)劃中應(yīng)特別注意。其它文化遺址則與滑雪場的距離較大，并受到植物園中央丘壟和良好植被的隔離，項(xiàng)目對它們的沖擊不十分明顯。規(guī)劃設(shè)計中尤其應(yīng)充分保護(hù)這些文物或文化遺跡的視域景觀。

圖7香山滑雪場及周圍文化景觀分布

2．2．3

景觀視知覺過程分析

項(xiàng)目對環(huán)境的一個最大可能的沖擊是景觀視覺沖擊，項(xiàng)目一旦建成，將對什么部位造成視覺沖擊是首先要關(guān)注的問題。為此，在整個香山植物園范圍內(nèi)，對項(xiàng)目可能造成的視覺沖擊進(jìn)行了預(yù)測和評價。這一評價過程主要通過對景觀進(jìn)行可見度分析和視覺敏感度分析(俞孔堅

1991)來實(shí)現(xiàn)。

影響項(xiàng)目可見度的因素有兩個，即地形和植被。地形采用高程數(shù)字模型，每像元為0.5米。植被通過1：8000航片結(jié)合實(shí)地考察判讀，林木高度以平均最寬樹冠的高度或樹冠重疊高度表示（表1）。林木高度疊加在三維高程模型上。

以在場地上均勻分布的300多個網(wǎng)點(diǎn)作為可見度分析的觀察點(diǎn)，計算場地對植物園內(nèi)及周圍的可見度。根據(jù)可見度分布的直方圖(可見度分布曲線)將整個研究范圍的敏感區(qū)分為四個等級，即高敏感區(qū)、敏感區(qū)、較安全區(qū)和安全區(qū)，它將為項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計以及場地內(nèi)外綠化規(guī)劃提供依據(jù)。

視覺分析結(jié)果用場地可見度灰度分布(圖8)和場地視覺敏感度分布(圖9)表示。從圖中可以看出，場地對離其較近的臥佛寺視覺沖擊不大，主要是由于臥佛寺周圍濃密的植被屏蔽作用。視覺敏感地段主要是場地四周的山坡、以及與植物園主干道平行的東側(cè)長丘與山崗。后者所處位置與游客關(guān)系較密切，但由于長丘及其周圍植被良好，實(shí)際上在長丘上基本上看不到場地。長丘北段山崗位置與場地相對，崗上樹木蓋度較低，是園內(nèi)視覺相對敏感區(qū)域。

圖8香山滑雪場可見度灰度分布、敏感地段及視域范圍

圖9

香山滑雪場視覺敏感度分布

3

.2

香山滑雪場景觀安全格局

景觀安全格局理論強(qiáng)調(diào)通過控制景觀或區(qū)域中關(guān)鍵點(diǎn)和局部或空間位置關(guān)系，在不同層次上維護(hù)或控制景觀中的某種過程(Yu

1995,

1996;

俞孔堅

1998)?；谝陨细骶坝^過程的分析，可以進(jìn)行景觀安全格局的判別和設(shè)計。

判別景觀安全格局有賴于安全指標(biāo)的確定，定量化的安全指標(biāo)可以根據(jù)景觀過程與景觀格局之間的關(guān)系曲線來確定，如生物保護(hù)過程中的最小面積，最低安全標(biāo)準(zhǔn)(safe

minimum

standard)(Ciriacy-Wantrup,

1968),最小阻力曲線上的門檻值（Yu

1996;

俞孔堅

1998），城市擴(kuò)張過程中的門檻值(Kozlowski

1986,

1993),景觀視覺敏感度分布中的門檻值(Yu

1995)，景觀生態(tài)的有關(guān)定量化指標(biāo)(FORMan

1995).

但安全指標(biāo)并不都可以定量化，如景觀的文化意義及文化安全格局,景觀感知的關(guān)鍵性局部，如Lynch的點(diǎn)、線、面模式(Lynch

1960)。關(guān)于這方面的研究還有待深入。

安全格局是分層次的，作為方法論的探討，本研究只在一個層次上進(jìn)行了研究。

3.2.1.

生態(tài)安全格局

北京地處半濕潤區(qū)，地表匯水對植被的影響巨大，一般沿溝谷的植被良好，形成天然綠色廊道。但是，溝谷同時亦是受水流沖刷和人為破壞嚴(yán)重的地段，在生態(tài)上較為脆弱。對溝谷進(jìn)行保護(hù)和合理利用，使其發(fā)揮溝谷的生態(tài)優(yōu)勢，對整個香山植物園及其周圍環(huán)境有關(guān)鍵作用。因此，生態(tài)安全的基本指標(biāo)和判據(jù)就是天然形成的水系和地表徑流通道，由此得到滑雪場和周圍景觀的樹枝狀景觀生態(tài)安全格局。它是維護(hù)滑雪場和整體環(huán)境生態(tài)過程安全的綠色廊道體系(圖10)。

圖10香山滑雪場及周圍景觀的生態(tài)安全格局

3.2.2

視覺安全格局

視覺安全格局的基本判別指標(biāo)是景觀的敏感度分布曲線上的一些門檻值。視覺安全格局意謂著對景觀中最敏感地段進(jìn)行重點(diǎn)的改善和維護(hù)。就滑雪場而言，一方面要消除滑雪場的滑雪道和配套設(shè)施對環(huán)境的視知覺沖擊，另一方面要讓滑雪的人能觀賞到植物園及周圍山地的美景風(fēng)光。根據(jù)這一要求，在滑雪場東側(cè)建立視覺隔離綠化帶，將滑雪場設(shè)施屏蔽在綠林中，但穿過林窗可以觀賞到植物園風(fēng)景。對場地周圍視覺敏感地段，實(shí)施重點(diǎn)綠化美化

(圖11)。

圖11香山滑雪場及周圍景觀的視覺安格局

3．2．3文化安全格局

香山滑雪場已經(jīng)形成了人們熟悉并被廣泛認(rèn)同的文化氛圍，它與滑雪場的氛圍沖突較大。為了使這種已有的文化氛圍不被破壞，同時保護(hù)場地的"風(fēng)水"格局，有必要建立文化保護(hù)安全格局。文化安全格局主要通過建立綠化帶來實(shí)現(xiàn)，這些綠化帶包括植物園西側(cè)崗壟、場地東側(cè)溝谷、場地西側(cè)主要山脊等。景觀文化安全格局的判別依據(jù)包括兩個方面，一是文物及文化景觀的空間分布(圖7)，二是"風(fēng)水"的四神獸模式(圖略)，這些分析雖然都是定性的，但仍然可以為建立文化保護(hù)格局提供依據(jù)(圖12)。

圖12香山滑雪場及周圍的文化安全格局

4基于景觀安全格局的項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃方案

4.1.

香山滑雪場規(guī)劃及景觀改造基本原則

圍繞本研究的兩個目的，即盡可能減少項(xiàng)目對環(huán)境的負(fù)面沖擊和減少工程量，節(jié)約投資。規(guī)劃方案遵從以下幾條基本原則：

(1)

依照自然而設(shè)計：包括依據(jù)自然的坡度、坡向，地表徑流及原有植被分布進(jìn)行設(shè)計。以上述生態(tài)安全格局為保護(hù)性空間戰(zhàn)略，盡可能減少項(xiàng)目對景觀中自然過程的沖擊。

(2)

為人的感知與體驗(yàn)而設(shè)計：以上述景觀視覺安全格局作為場地及周圍環(huán)境的綠化和美化的空間戰(zhàn)略，維護(hù)和改善景觀感知與體驗(yàn)過程。

(3)

設(shè)計體現(xiàn)和尊重景觀的文化含義：以上述景觀文化安全格局為空間戰(zhàn)略，通過景觀保護(hù)和綠化，維護(hù)景觀的文化含義、強(qiáng)化場地的文化氛圍。

(4)

設(shè)計滿足功能與經(jīng)濟(jì)要求：基于項(xiàng)目本身的特殊功能要求，特別是坡度要求，進(jìn)行滑雪道和相關(guān)設(shè)施的規(guī)劃。又基于經(jīng)濟(jì)效益的考慮，必須考慮基于上述保護(hù)性原則的規(guī)劃之可行性。

場地?zé)o論從景觀的生態(tài)過程，還是視知覺及文化過程來說都屬特殊敏感的地段，因此，上述前三條保護(hù)性原則應(yīng)具有相對的優(yōu)先權(quán)，在總體規(guī)劃時給予充分的考慮。

4.2.

滑雪場建設(shè)總體規(guī)劃方案

根據(jù)以上分析和規(guī)劃的基本原則，提出滑雪場規(guī)劃的建議方案。在該方案中強(qiáng)調(diào)了以下幾方面：

(1)

綠化：滑雪場對溝谷和臺緣的闊葉林盡可能予以保護(hù)和利用，它們是滑雪場的天然視覺和噪聲屏障，對目前植被稀疏的地段應(yīng)加密植被，并使之與原有天然林融為一體；專業(yè)滑道兩側(cè)以人工植被為主，選擇具有北國風(fēng)光的針葉樹種，如云杉、白皮松等；練習(xí)滑道兩側(cè)為較稀疏的人工針闊混交林和草坪，可選擇白皮松、油松和銀杏，以營造輕松的氣氛。場地南部屬視覺敏感地段，植以成片疏林草地，使其與植物園氣氛相一致；場地周圍視覺敏感地帶加強(qiáng)綠化，給滑雪者以優(yōu)美的環(huán)境體驗(yàn)。

(2)

滑雪道及服務(wù)設(shè)施：依照地形和現(xiàn)狀植被，從北向南依次排列專業(yè)滑道、滑雪場配套建筑、練習(xí)滑道；滑道的寬度從20到30米不等，長度從250米到80米不等，依地形變化而靈活布置；配套建筑安排在中間深溝一側(cè)的臺地上，隱蔽在密林中同時又免受洪水