葫蘆島城市森林生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析

趙桂平

(遼寧省葫蘆島市自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125000)

“城市森林”這一概念是隨著當(dāng)今社會(huì)城市化進(jìn)程的加快和城市整體環(huán)境質(zhì)量日趨下降的大形勢(shì)而產(chǎn)生的。葫蘆島市在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，同樣也面臨著整體環(huán)境質(zhì)量下滑的危險(xiǎn)，所以加快葫蘆島市城市森林建設(shè)，保障葫蘆島地區(qū)城市森林建設(shè)穩(wěn)步進(jìn)行，給葫蘆島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展補(bǔ)充新鮮的血液，在環(huán)境問(wèn)題全球突出的今天顯得非常重要。

葫蘆島市的城市森林建設(shè)在全國(guó)來(lái)講算是比較好的，但是依然存在問(wèn)題和缺陷，因此，理清葫蘆島市城市森林現(xiàn)狀，把握好葫蘆島地區(qū)未來(lái)城市森林建設(shè)的進(jìn)程，對(duì)葫蘆島市城市森林建設(shè)具有非常重大的意義。

1 城市森林的概念及特點(diǎn)

城市森林的概念是伴隨著日益惡劣的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題在城市的發(fā)展過(guò)程中而產(chǎn)生的新概念。城市森林是一種現(xiàn)象，同時(shí)也是一門學(xué)問(wèn)或者說(shuō)是一種概念，城市中的那一片綠可以激活整個(gè)城市的靈魂，有了靈魂的城市才可以有生命，從而遠(yuǎn)離建筑群的冷漠與突兀，拉近整個(gè)城市內(nèi)心的距離。

將森林營(yíng)造在城市中，同樣也拉近了人與自然的關(guān)系，人們也就不必周末遠(yuǎn)行去山間賞林。城市與森林相結(jié)合產(chǎn)生的森林生態(tài)環(huán)境，同時(shí)具有森林的生態(tài)作用和園林的藝術(shù)氣息，使人們生理心理以及視聽(tīng)需求得以滿足。城市森林是城市與森林的結(jié)合，又產(chǎn)生了園林的效果。

2 研究區(qū)概況

2.1 自然狀況

葫蘆島市屬沿海城市，位于遼寧省西部，山海關(guān)東緣，錦州西面，渤海灣以北，是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的主要組成部分，同時(shí)對(duì)渤海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)也具有重要的生態(tài)防護(hù)作用。

葫蘆島市屬于溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫9℃。地溫變化與氣溫變化都成單峰型，光能資源十分豐富，植物生長(zhǎng)期日照數(shù)為1540～1600h。葫蘆島地區(qū)夏季天氣溫暖，雨量較多，水熱同季為植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了有利的條件。

2.2 生態(tài)環(huán)境狀況

葫蘆島市以全面改善環(huán)境質(zhì)量為目標(biāo)，把環(huán)境保護(hù)與建設(shè)貫穿于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的全過(guò)程。2021年，葫蘆島市環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)353d，達(dá)標(biāo)率達(dá)到96.7%，環(huán)境空氣綜合指數(shù)達(dá)到96.7%，城市環(huán)境噪音指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，葫蘆島地區(qū)全市環(huán)境質(zhì)量的狀態(tài)對(duì)全市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到了極其重要的作用。

3 研究方法

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法的主要過(guò)程：確定系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，找出能夠反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的主要變量，將變量之間的因果關(guān)系理順，繪制出因果關(guān)系圖，再由關(guān)系圖繪制出系統(tǒng)流程圖，最后用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真語(yǔ)言進(jìn)行編程仿真。由于城市生態(tài)問(wèn)題比較多而且復(fù)雜，因此在確定系統(tǒng)邊界時(shí)主要考慮城市森林對(duì)以下生態(tài)環(huán)境因子的影響：噪音、SO2的排放量、CO2排放量、NOX的排放量、CO的排放量、大氣中的灰塵量。系統(tǒng)的最終研究目標(biāo)是確定城市森林對(duì)這些生態(tài)環(huán)境因子的減緩程度、城市森林面積的動(dòng)態(tài)變化情況，以及城市森林覆蓋率的比例等。

3.1 系統(tǒng)目標(biāo)確定

本文考慮到現(xiàn)有資料的局限性和城市森林生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性，通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，建立“葫蘆島城市森林生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模型”，然后在計(jì)算機(jī)上仿真來(lái)對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究。

在確定系統(tǒng)邊界時(shí)主要考慮城市森林對(duì)以下生態(tài)環(huán)境因子的影響：噪音、CO2排放量、CO的排放量、NOX的排放量、SO2的排放量、大氣中的灰塵量。系統(tǒng)的最終研究目標(biāo)是確定城市森林對(duì)這些生態(tài)環(huán)境因子的減緩程度、城市森林面積的動(dòng)態(tài)變化情況，以及城市森林覆蓋率的比例等。

3.2 模型的建立

3.2.1 系統(tǒng)因果關(guān)系圖

圖1為葫蘆島城市森林生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)因果關(guān)系圖，展示了葫蘆島地區(qū)的城市森林生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部主要變量間的因果關(guān)系。城市森林總面積的組成包含公共綠地面積、專用綠地面積、生產(chǎn)綠地面積、防護(hù)綠地面積、道路綠化面積。區(qū)域環(huán)境噪音和道路交通噪音歸結(jié)為城市噪音。森林可以吸收SO2、CO2、CO和NOx等氣體，同時(shí)起到降塵作用。在葫蘆島城市森林的模型中，由于資料的限制，有些氣體沒(méi)有考慮在模型中。

圖1 葫蘆島城市森林生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)因果關(guān)系圖

3.2.2 系統(tǒng)流程圖

根據(jù)圖1，依照系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)使用的符號(hào)繪制出葫蘆島市城市森林系統(tǒng)流程圖，直觀地反映系統(tǒng)中各變量之間的相互關(guān)系，以及其對(duì)葫蘆島地區(qū)未來(lái)城市森林動(dòng)態(tài)行為的影響。圖2為葫蘆島地區(qū)城市森林生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型流程圖。

圖2 葫蘆島城市森林生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)SD模型流程圖

3.2.3 計(jì)算機(jī)仿真程序的編制

在系統(tǒng)流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)各變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，利用PD-Plus仿真語(yǔ)言來(lái)編制計(jì)算機(jī)仿真程序。關(guān)于葫蘆島城市森林模型確定2021—2025年為仿真區(qū)間，仿真間隔為1a。

3.3 基本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備

關(guān)于葫蘆島城市森林模型仿真所用的基本常數(shù)參考國(guó)內(nèi)外資料整理得出，包括以下幾點(diǎn)。

森林吸收CO量：CK1=2.2t·a-1·hm-2；草坪吸收CO量：CK2=0.33t·a-1·hm-2；森林吸收SO2量：SK1=748t·a-1·hm-2；草坪吸收SO2量：SK2=112.2t·a-1·hm-2；行道樹(shù)減噪音量：JSFB1=5.5db；綠籬草坪等減噪音量：JSFB2=3.5db；森林吸收CO2量：COK1=5.0t·hm-2；草坪吸收CO2量：COK2=1.3t·hm-2；森林吸收NOX量：NK1=0.38t·hm-2；草坪吸收NOX量：NK2=0.057t·hm-2；森林降塵量：JK1=45t·hm-2；草坪降塵量：JK2=15t·hm-2。

3.4 葫蘆島地區(qū)城市森林仿真所用的數(shù)據(jù)

葫蘆島城市森林生態(tài)環(huán)境仿真數(shù)據(jù)來(lái)源于3大部分：葫蘆島市自然資源局綠化統(tǒng)計(jì)資料、環(huán)保局年度統(tǒng)計(jì)資料、葫蘆島市2016—2020年城市規(guī)劃方案。部分?jǐn)?shù)據(jù)根據(jù)原始資料統(tǒng)計(jì)后計(jì)算得出。

3.4.1 初值

葫蘆島地區(qū)城市森林仿真所用的數(shù)據(jù)初始值包括以下部分。公共綠地面積：GGA=810.258hm2；專用綠地面積：JYA=546.742hm2；生產(chǎn)綠地面積：SCA=25.128hm2；防護(hù)綠地面積：FHA=298.81hm2；道路綠化面積：DLA=21.328hm2。

3.4.2 常數(shù)值

公共綠地覆蓋系數(shù)G1=1.001；專用綠地覆蓋系數(shù)G2=1.090；生產(chǎn)綠地覆蓋系數(shù)G3=1.000；防護(hù)綠地覆蓋系數(shù)G4=0.959；道路綠化覆蓋系數(shù)G5=3.531。

4 仿真實(shí)施與結(jié)果

4.1 仿真實(shí)施

依據(jù)模型的基本參數(shù)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行系統(tǒng)仿真。在仿真以前，制定好不同的仿真方案，比較不同方案的仿真結(jié)果，從而為城市綠地規(guī)劃提供參考據(jù)。這里以現(xiàn)有城市綠地規(guī)劃數(shù)據(jù)為第1方案，第2和第3方案分別是在第1方案基礎(chǔ)上將綠地規(guī)劃數(shù)據(jù)增加一定的比例。

4.2 仿真結(jié)果

仿真結(jié)果中有些項(xiàng)目的符號(hào)含義在前文已作說(shuō)明，未說(shuō)明的符號(hào)含義如下。BL1：公共綠地占總綠地的面積比例；BL2：專用綠地占總綠地的面積比例；BL3：生產(chǎn)綠地占總綠地的面積比例；BL4：防護(hù)綠地占總綠地的面積比例；BL5：道路綠化占總綠地的面積比例；SOJ：減少后的空中SO2量；NOJ：減少后的空中NO量；COJ：減少后的空中CO量；JCJ：減少后的空中降塵量。

本文以葫蘆島地區(qū)現(xiàn)有城市綠地規(guī)劃數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真，結(jié)果見(jiàn)表1～3。

表1 城市各種綠地所占比例動(dòng)態(tài)變化表

表2 城市噪音、廢氣動(dòng)態(tài)變化

表3 城市綠地面積、覆蓋率和人均綠地面積動(dòng)態(tài)變化表

5 結(jié)論

根據(jù)前文仿真結(jié)果，按照所研究的葫蘆島地區(qū)城市森林的變化情況進(jìn)行分析，并得出一般的初步結(jié)論。綜合比較仿真方案的結(jié)果，認(rèn)為第3方案更為合適，即在現(xiàn)有城市綠地規(guī)劃面積的基礎(chǔ)上，公共綠地和專用綠地分別增加24%和5%；道路綠化和生產(chǎn)綠地分別增加13%和38%；防護(hù)綠地保持略有減少。

表4 城市綠地面積、覆蓋率和人均綠地面積動(dòng)態(tài)變化表

第3方案的仿真結(jié)果如表4～6所示，到2025年總綠地面積可達(dá)到1581.3hm2，其中，公共綠地1706.8hm2，專用綠地573.6hm2，生產(chǎn)綠地35.415hm2，防護(hù)綠地264hm2，道路綠化23.642hm2。總覆蓋率可達(dá)到48.3%，公共綠地達(dá)到人均26.4m2，綠地人均50.3m2。其它綠地所占的比例如表7所示。

表5 城市各種綠地所占比例動(dòng)態(tài)變化表

表6 城市噪音、廢氣動(dòng)態(tài)變化

表7 主要綠地指數(shù)一覽表

從葫蘆島城市森林動(dòng)態(tài)模型的仿真分析可以看出，城市的森林覆蓋率、人均公共綠地、人均綠地和各類地在葫蘆島地區(qū)城市森林中所占的比例存在明顯的差異，這符合葫蘆島地區(qū)的城市特點(diǎn)。通過(guò)比較葫蘆島城市森林的仿真結(jié)果得出，第3種方案比較適合葫蘆島地區(qū)城市森林發(fā)展的特點(diǎn)。