北京市濕地面積動態變化及其驅動因子分析

柳 敏 王如松 黃錦樓 王亞婷

(中國科學院生態環境研究中心城市與區域國家重點實驗室，北京100085)

分布于城市內的濕地被定義為城市濕地［1］，是城市基礎生態設施的一個重要組成部分，為城市的經濟、社會發展以及市民日常生活提供用水保障和良好的生態環境［2］。80年代以來，受氣候干旱、水資源匱乏，以及人口激增、城市化進程加快等影響，北京市原有的大量濕地退化、消失是北京濕地所要面臨的首要環境問題［3］。很多因素導致了北京市濕地面積的變化，本文從自然條件的改變、社會需求和經濟發展三個方面予以探討。

1 研究區概況

地理概況:北京位于北緯39°56'，東經116°20';西北毗臨山西，內蒙古高原，南與華北大平原相接，東近渤海，市中心海拔43．71m。

氣候概況:屬于北溫帶亞濕潤氣候。1月平均氣溫 －9℃ －4℃，7月約25℃;根據北京實測降水量記錄以來的資料統計，年平均降水量為630mm，但年際間的變化較大。經濟概況:國民經濟保持快速健康發展，至1978年以來，北京全市生產總值保持8% －10%的快速增長。

人口概況:2008年末北京市常住總人口1 695萬，僅次于上海市。全市人口密度1 033人/km2，屬特大城市。

2 北京市濕地面積賦存量現狀

北京市濕地主要分布在潮白河、永定河、北運河、大清河、薊運河五大流域。由于濕地有眾多的定義和分類依據，按照《濕地公約》濕地類型劃分，北京分布僅有天然濕地的“河流濕地”，人工濕地的“庫塘濕地”2個類型。根據濕地的開發利用狀況，有文獻認為北京的濕地組成有河流、沼澤、蓄水區、排水渠、景觀水面、采掘區、水產池塘、水塘、灌溉溝渠、水田等11個濕地類型［3］。

19 世紀60 年代，全市有濕地 1 200km2［4］，至 2009 年底，北京市天然濕地總面積僅存150km2［5］，總面積縮減了近87．5%(見圖1)，在各類型濕地面積中僅有人工水渠的面積有增加趨勢，呈現出明顯的人類活動影響。

圖1 1960s－2009年間，北京市濕地總面積趨勢

3 驅動力分析

在城市這個自然－社會－經濟復合生態系統中，濕地面積萎縮的驅動因子研究中，較多關注自然因素如降雨、溫度等［6－7］，對人類對土地利用方式的改變、經濟發展等因素關注較少。本文以濕地面積作為表征指標［8－9］，來指示北京城市濕地受城市化的影響，我們選取降雨、上游來水量和地下水資源量作為自然背景指標;選取城建區面積和GDP作為城市規模和經濟發展背景指標。

3．1 降雨

降雨是濕地水來源的很重要一部分，除了濕地上空的直接降水量外，雨水的增加或減少還可以直接影響濕地所在區域的地表水資源量、地下水資源量和上游來水量。

據北京實測降水量記錄以來的資料統計，年平均降水量為630mm，但年際間的變化較大。最多年降水量為1406mm(1959)，最少年降水量為242mm(1869)，建國后最少年為261．8mm(1965)，前者為后者的5．8倍，最少年降水量不足常年降水量的一半［10］。

降雨量與濕地面的具有一定的正相關關系，相關系數為0．65(見表1)，某一年降雨量的增加并不能顯著的影響當年濕地面積持續減少的趨勢，但是降雨量減少的年份，降雨量間接的加劇濕地面積的萎縮(見圖2)。

圖2 濕地面積與降雨量的關系

3．2 上游來水量

上游來水量是濕地面積維持的重要因素之一，1986－2008年間北京市上游入境水量分布不均衡，總體呈下降趨勢，其中最高來水量為1996年的25．12億m3，最少來水量為 2002 年的2．6 億 m3，豐枯差將近 9 倍［11－12］。隨著入境水量的減少，濕地面積隨之下降(見圖3)，我們取年1996－2006年十年間的上游來水量和濕地總面積數據進行分析，發現兩者呈正相關關系，相關系數為0．96(見表1)。

3．3 地下水資源量

地下水資源的豐富是濕地發育的重要條件之一，地下水對濕地具有補給旱季水量和頂托的作用。1996年北京市地下水資源量高達30．26億m3，1999最小水資源量為12．81億m3，3年間北京市地下水資源損失量為23．77億m3［11－12］，此后的 1999 年后至 2006 年間，北京市地下水資源量都沒有很大的回升，由此也可以看出地下水資源量一旦虧缺在相當長時間內將很難恢復。

1996－2006年期間，北京市濕地面積隨著地下水資源量的變動而變動(見圖4)，下降趨勢非常一致。濕地最大/最小面積與地下水資源量最高/最低點相重合，具有很強的正相關關系，兩者相關系數為0．90(見表1)。

圖3 濕地面積與上游入境水量的關系

3．4 建成區面積

城市化的過程中，土地利用類型的轉變是驅動濕地面積縮小、退化的重要因素之一。北京城市的快速發展侵占了北京市的濕地，將大量濕地填之、埋之、蓋之，使濕地資源遭到很大的破壞，如僅1960－1974年間，因城市建設和施工棄土先后將太平湖、金魚湖等8個湖泊填埋，共損失濕地面積 33．4hm2［2］。

圖4 濕地面積－與地下水資源量

1980s是城市快速擴張的年代，至2006年前，北京市建成區面積已擴張到 1209．97km2［13－14］。與城建面積的迅速擴張相反的是，北京市濕地總面積從1980的750km2近乎直線趨勢的下降到270km2(見圖5)，兩者的相關系數為－0．789(見表 1)。

3．5 GDP

GDP是對一國(地區)經濟在核算期內所有常住單位生產的最終產品總量的度量，常常被看成顯示一個國家(地區)經濟狀況的一個重要指標。1996－2006年期間北京市 GDP由 1 789．2 上升到 7 861 億元［15］，上升了 4．3倍。隨著GDP的直線上升，濕地面積迅速下降到2006年的270．38km2下降了將近1/2(見圖6)，濕地面積與GDP具有很強的負相關性，相關系數為－0．89(見表1)。

圖5 1980－2006年間，北京市濕地總面積與建成區面積的關系

3．6 濕地面積變化的相關因子分析

降雨、蒸發、徑流和地下水是濕地的自然水文要素，它們之間的相互轉換構成了濕地的水文過程。城市化改變了濕地周邊的小氣候、地表覆蓋類型和生產生活所必須的大量用水擾亂了濕地的自然水文循環過程，加速了濕地退化。我們分析了各水文要素之間的相關關系(見表1)。降雨量、地下水資源量和上游來水量與北京市濕地面積呈正相關關系，相關系數分別為 0．65、0．779、0．963;生產總值、建成區面積與北京市濕地面積呈負相關關系，相關系數分別為 －0．888、－0．762(見表1)。

圖6 北京市濕地面積與GDP關系

利用SPSS軟件對以上5個因素進行主成份分析，結果表明，第一、第二主成份的累積貢獻率92．728%，因此可以提取2個主因子可以解釋大部分的變異，由此進一步得出主成份荷載矩陣(見表2)，主成份荷載矩陣是主成分與變量之間的相關系數，可以看出，第一主成份與入境水量、地下水量和降雨量有較大的正相關，貢獻度高達93．2%以上;第二主成份與建成區面有較大的正相關，貢獻度高達96．6%。因此，參考各變量所代表的意義，可以明確判斷出，北京市濕地面積變化的驅動因素可以歸納為降雨、入境水量、地下水量和建成區面積。

表1 各因素的相關性分析

表2 主成份相關因子荷載矩陣

4 結果與討論

北京市濕地動態變化存在顯著的自然和人為方面的驅動力因素，自然因素為濕地的退化提供了內在動因，而人為因素則加速了濕地的退化和轉化。GDP、建成區面積與北京市濕地面積成負相關關系，相關系數分別為－0．89、－0．76;降雨量、上游來水量、地下水資源量與北京市濕地面積成正相關關系，相關系數分別為0．65、0．96、0．91。主成份分析結果表明，北京市濕地面積變化的驅動因素可以歸納為降雨、入境水量、地下水量和建成區面積。

濕地的存在涉及區域的降雨、蒸發、地下水涵養量和城市建設發展狀況。結合到城市規劃和建設中，以上結果可以給我們很大的啟示:

首先，在城市這個自然－社會－經濟復合生態系統中，城市濕地的保護不能單把濕地作為一個孤立的保護或者開發對象，應把濕地存在和維持的區域條件看作一個整體，遵從區域整體性原則;其次，應協調自然循環因素與人類活動的關系，協調自然循環因素與城市建設和經濟發展的關系，在城市建設時應考慮涵養區域地下水，提高城區雨水的利用效率，盡量少剝奪或不剝奪濕地的生態需水量，盡量少擠占濕地的生存前提;再次，保護城市濕地資源，應預防過度的開發濕地資源，在開發的同時應預留濕地緩沖區和核心區，保證區域的生態服務功能。最后，在建成區，土地利用/土地覆蓋的變化，特別是封閉的地表，阻斷了濕地生態系統的水文大循環，在規劃中應遵從生態服務功能效應互補原則，預留價值高的生態用地產生正效應，去抵消建成區帶來的水文循環負效應，維持區域生態服務功能的平衡。

(編輯:王愛萍)

References)

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［3］余國營．濕地研究的若干基本科學問題初論．地理科學進展［J］．2001，20(2):177 －183．．

［4］楊永興．國際濕地科學研究的主要特點、進展和展望［J］．地理科學進展，2002，21(2):111 －118．

［3］http://gongyi．sina．com．cn/gyzx/2010 －02 －03/091815403．html．

［4］http://bjyouth．ynet．com/article．jsp?oid=55089370．

［5］http://www．wetwonder．org/news_show．asp?id=758．

［6］李玲玲，宮輝力，趙文吉．1996－2006年北京濕地面積變化信息提取與驅動因子分析［J］．首都師范大學學報:自然科學版，2008，29(3):95 －101．

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［9］王興菊．寒區濕地演變驅動因子及其水文響應研究［D］．大連:大連理工大學，2008:37－47．

［10］http://www．bjclimate．com/Article/ViewArticle．aspx?id=65．

［11］吳佩林，張偉．北京市水危機與水資源可持續利用對策［J］．遼寧工程技術大學學報，2005，24(3):436－439．

［12］北京市水資源公報．

［13］劉柯．基于主成分分析的BP神經網絡在城市建成區面積預測中的應用——以北京市為例［J］．地理科學進展，2007，26(6):129－137．

［14］牟鳳云，張增祥，遲耀斌，等．基于多遠遙感數據的北京市1973－2005年鑒城市建成區的動態監測與驅動力分析［J］．遙感學報，2007，11(2):257 －268．

［15］http://www．china．com．cn/economic/zhuanti/06gongbao/node_7014958．html．