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2024 , Vol. 44 >Issue 4: 709 - 723

DOI: https://doi.org/10.13284/j.cnki.rddl.003857

热带雨林研究

水生态系统韧性视角下热带雨林地区的蓝绿空间评价——以五指山市南圣河为例

  • 车乐 , 1 ,
  • 李媛钰 3 ,
  • 赵渺希 2 ,
  • 叶鸿任 1
展开
  • 1. 华南理工大学 建筑学院, 广州 510641
  • 2. 华南理工大学 亚热带建筑与城市科学全国重点实验室, 广州 510641
  • 3. 广东省城乡规划设计研究院科技集团股份有限公司, 广州 510290

车乐（1981―），女，陕西神木人，副教授，博士，研究方向为城乡可持续发展规划、智慧城市、康养社区，（E-mail）。

收稿日期: 2023-04-03

  修回日期: 2024-03-04

  网络出版日期: 2024-04-10

基金资助

国家自然科学基金面上项目(52178037)

收起

Blue-Green Spatial Evaluation of Tropical Rainforest Areas from the Perspective of Water Ecosystem Resilience: A Case Study of the Nansheng River in Wuzhishan City

  • Le Che , 1 ,
  • Yuanyu Li 3 ,
  • Miaoxi Zhao 2 ,
  • Hongren Ye 1
Expand
  • 1. School of Architecture, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China
  • 2. National Key Laboratory of Subtropical Architecture and Urban Science, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China
  • 3. Guangdong Urban-Rural Planning and Design Research Institute Technology Group Co. , Ltd. , Guangzhou 510290, China

Received date: 2023-04-03

  Revised date: 2024-03-04

  Online published: 2024-04-10

Fold

摘要

热带雨林地区因特殊的气候特点及空间特征，河流蓝绿空间面临的雨洪压力与人类社会活动压力较大，其韧性建设对于整个生境具有关键性影响。国内外研究聚焦于韧性承洪实践与韧性评估量化，鲜有基于不同生态压力冲击对河流蓝绿空间开展多维韧性评价。文章以南圣河为对象，基于雨洪等自然灾害的脉冲式压力与人类社会对生态系统施加的慢性压力两类情境，构建水生态系统的“压力-脉冲-韧性”模型，通过“构建理论模型―叠合双维承压评价―解析吻合/冲突点―探析韧性策略”的逻辑方法实现特定地域蓝绿空间的评价与优化。研究发现：1）生态系统服务价值越高，调节功能越高，蓝绿空间韧性越强。2）突发性脉冲方面，在极端日降雨量增加情景下，河流水系的缓冲半径与水源类型密切相关，水库受到水安全威胁的风险大于河流，地表的径流曲线数值（简称CN）一般与历史经验相关。3）慢发性压力方面，韧性压力与城市人口密切相关，人口越密集，韧性压力越大；且不同季候的游憩密度与丰枯期存在分异，丰水期雨洪威胁大，游憩密度低，枯水期雨洪威胁小，游憩密度高。

关键词： 水生态系统; 压力-脉冲-韧性; 热带雨林地区; 蓝绿空间评价; 供需平衡; 五指山市

本文引用格式

车乐 , 李媛钰 , 赵渺希 , 叶鸿任 . 水生态系统韧性视角下热带雨林地区的蓝绿空间评价——以五指山市南圣河为例[J]. 热带地理, 2024 , 44(4) : 709 -723 . DOI: 10.13284/j.cnki.rddl.003857

Abstract

In tropical rainforest regions, rivers face significant challenges from stormwater, flooding, and human activities, making the construction of resilience in their blue-green spaces critical for overall habitat sustainability. While domestic and international studies have focused on resilient flood management practices and quantitative resilience evaluations, there is a lack of assessments specifically addressing the resilience of river blue-green spaces under different ecological pressure impacts. To address this gap, this study incorporates the "pulse" and "pressure" methods into the Pressure-Pulse-Resilience model to measure the resilience of blue-green spaces. This study also develops a theoretical framework for the resilience of aquatic ecosystems by linking societal and ecological factors. The resilience evaluation route consists of four steps: theoretical model construction, pressure-bearing evaluation superposition, analysis of coincidence and conflict points, and resilience planning strategy layout. To achieve the two main objectives of ensuring a balance between water supply and demand for both water security patterns and ecosystem services, this thesis delves into the regulatory mechanisms of river resilience, adaptation, and recovery, providing valuable insights into the spatial resilience planning of rivers in such regions. By focusing on the Nansheng river in Wuzhishan city as a practical case, this study conducted a multidimensional resilience assessment to cope with the frequent occurrence of water security vulnerable zones or the imbalance between the supply and demand of ecosystem services under double ecological pressure. Using advanced simulation methods, such as the SCS-CN model, the Equivalent Factor Approach, and the Hot Spot Analysis Method, the study identified distinct zones that are prone to stormwater and flood inundation, zones at risk of water safety threats, and zones experiencing a mismatch between water supply and demand in the blue-green space. Based on the identification of resilience deficiencies, including multiple stormwater threat zones, an imbalance between supply and demand of ecosystem services, and the seasonal nature of slow pressures, the thesis proposes three planning strategies: first, an ecological security pattern and zoning control approach is suggested based on stormwater and flood pulses to improve the resilience to cope with sudden pulses, following the principle of bottom-line control. Second, a demand-oriented blue-green space planning and service supply strategy was proposed to coordinate the slow-onset pressure on the blue-green spaces of rivers caused by the demands of residents for daily life and recreation, integrating land space and other related planning to balance the supply and demand of the social-ecological system. Lastly, the study advocates for the construction of dynamic and adaptive resilience facilities that cater to the seasonal changes in ecological pressure faced by the blue-green space in tropical rainforest regions, in fulfillment of multidimensional and multilevel water resilience requirements, that is, water security, water ecology, water landscape, water function, and water vitality. In summary, this study presents an innovative theoretical framework for water ecosystem resilience, utilizing the measurable concepts of "pulse" and "pressure." Through an empirical case study of the Nansheng river in Wuzhishan city, this dissertation established a region-specific evaluation path for the spatial resilience of rivers in tropical rainforest areas.

Key words： water ecosystem; Press-Pulse-Resilience; tropical rainforest regions; blue-green space evaluation; supply-demand balance; Wuzhishan City

全球气候变化、自然灾害冲击等事件频发，威胁着水生态系统的安全和稳定。随着城市的快速扩张，人类社会生产和游憩活动对水生态系统施加的压力与日俱增，对城市蓝绿空间可持续发展提出了更高的挑战，水生态系统的韧性建设和供需关系研究（庄智程 等，2022）日益得到关注。党的十九大以来，“人与自然是生命共同体”“城水相依”等政策理念推动了城市蓝绿空间的规划进程。同时，“以人民为中心”理念提升了人们对生态系统服务与人类福祉的关注度，如何统筹“人-山水林田湖草生命共同体”的国土空间全域要素（彭建 等，2020），以提升蓝绿空间规划品质成为重要议题。蓝绿空间规划的目的是创造一个有弹性的区域，以对抗城市系统的内部和外部压力，而河流廊道是其重要对象。尤其在海南中南部山区等热带雨林地区，具有热带季风气候影响下降雨量大、植被类型及生物多样性丰富，生态旅游资源多元等特征（姜超 等，2017），其河流廊道所承受的雨洪压力和城乡居民活动压力均较大，对其开展社会-生态韧性的研究具有重要意义。
五指山市位于热带雨林国家公园的核心区域，生态在当地的高质量发展中扮演着日益重要的角色。历史上，五指山经常受强台风影响，农业、交通设施等易于遭受不同程度破坏，加强其雨洪韧性具有现实性和紧迫性（罗日洪 等，2017）。该市将旅游业作为重点发展产业，2023年“五一”假期接待游客9.18万人次，同比增长120.14% 1。除日常居民活动对生态环境产生慢发性“压力”，激增的旅游类游憩对河流蓝绿空间的影响需引起重视。本文选取五指山南圣河为典型对象，基于水生态系统韧性视角开展热带雨林地区的河流蓝绿空间评价，以期应对其在双重生态压力下产生的水安全威胁以及生态系统服务供需失衡问题，推动河流蓝绿空间的韧性规划。

1 研究进展

“生态系统韧性”概念最早由美国生态学教授Holling（1973）提出，即“自然系统应对自然或人为原因引起的生态系统变化时的持久性”。此后国外韧性理论发展经历了“工程韧性（单一平衡）、生态韧性（多重平衡）、社会-生态韧性（复杂适应性系统）”3个阶段的转变（李彤玥，2017）。Evelyn等（2008）进一步提出了生态系统韧性“球-杯模型”，该模型假设生态系统（或社会-生态系统）具有抗干扰能力的多个稳态，韧性反映生态系统遇到冲击后恢复到原有状态的能力。水生态系统韧性起始于河流韧性研究，不少欧美国家开展了相关实践，提出弹性动态适应思维，在保障水安全的基础上，提高城市与河流的互动与促进关系（李莎莎 等，2011）。荷兰在空间规划中（2003）提出“提供洪水滞留、绿色河道”等弹性策略（Vis et al., 2003），并制定《蓝绿网格设计导则》为项目的实施提供指导（曹哲静，2018）。英国地方政府和环保部门于2006年提出以“给水空间”代替堤坝防洪的思路，即通过提高水生态系统的供给、调节和支持能力，以适应暴雨洪水等自然灾害的侵袭（李莎莎 等，2011）。美国纽约BIG建筑事务所（2017）提出曼哈顿滨水区域的“Big U”构想，以应对潜在的风暴潮及海平面上升等问题。既有研究不仅对水安全与水生态供给能力给予关注，还对雨洪韧性评估模型展开实践（Boughton, 1989）。不少学者选择以流域为单元的SCS-CN、HEC-HMS、STORM等水文模型（张岩，2021），采用社会-生态的叠加分析方法（Paetzold et al., 2010），以实现河流流域的综合韧性构建。
国内对于河流韧性的研究开展相对较晚。在理论研究上，俞孔坚等（2003）早年提出“海绵城市”概念；廖桂贤等（2015）提出“韧性承洪”理论，提倡利用可泛洪土地建立城市承洪韧性；胡岳（2016）提出城市水系统规划的韧性理论，将“灾难抵抗”转向“调和共生”。在研究对象上，主要聚焦典型河流或地方特色水网地区的水生态系统韧性研究，如纪然等（2019）在对苏南乡村空间形态的研究中，提出水生态系统服务包含滨水绿化、提供淡水、保障生物多样性、支持农业生产、提供栖息地等功能，通过调控供需的适配，最终使其生态系统服务可持续；在研究视角上，部分研究以生态系统服务、供需匹配、雨洪模拟与调节服务测度为切入点，构建河流蓝绿空间的评价体系，以推动城市的生态修复与可持续发展。如周可婧（2021）创新性地用生态系统服务供需的方法提出构建城市流域雨洪安全格局。近年来，河流韧性理论下蓝绿空间的规划与策略营建得到关注，其以构建安全、生态、可供游憩的河流蓝绿空间网络为目标（贾绿媛，2021），强调河流水安全保护与日常游憩的耦合测度。
总体上，既有研究较少以生态-社会耦合视角展开对河流蓝绿空间的综合韧性评价（Oliveira-Junior et al., 2020；闫水玉 等，2022；黄铎 等，2022），一般仅以雨洪分析（突发性的脉冲）进行韧性测度，或单独从“社会-生态系统”供需视角开展评估；现有研究韧性评价的要素维度不足，存在针对蓝绿空间的韧性评价体系不完善、综合分析不够、缺乏地区性评估等问题（余俏 等，2022），本研究基于水生态系统韧性的多学科融合方法，有助于厘清当前河流蓝绿空间的韧性问题，为热带雨林地区蓝绿空间韧性评价与优化提供借鉴。

2 水生态系统韧性理论构建与评价方法

本研究界定的水生态系统韧性是指在突发性脉冲或缓慢性压力下，生态系统所具备的抵御、适应、恢复和发展能力（Amy et al., 2013; Spaans and Waterhout, 2017）。以柯林斯的社会-生态系统的压力-脉冲动态模型（Press-Pulse Dynamics Model，简称PPD）为基础（Colins et al., 2011；王敏 等，2018），增加对蓝绿空间的“脉冲”（Pulse）与慢发性“压力”（Press）2类生态压力可测度的评价方法，落实保障水安全格局与生态系统服务的供需平衡两大目标，构建适用于热带雨林地区的水生态系统韧性PPD评估模型（图1）。其中，“脉冲”（Pulse）是相对离散的，可迅速改变物种丰度和生态系统功能，如暴雨洪水、火灾、干旱等典型的自然干扰系统；慢发性“压力”（Press）是指以人类的日常游憩需求或休闲景观使用等持续且长期产生的生态压力；动态过程（Dynamic）是以生态系统服务为桥梁，承接社会-生态系统的相互作用。
图1 基于水生态系统韧性的PPD评估模型

注：模型假设：H1—以河流蓝绿空间为对象，构建SCS-CN模型的雨洪模拟和生态系统供需匹配的压力评价，分别测度水生态空间系统中受到突发性自然脉冲和慢发性压力的影响；H2—通过生态系统服务功能与河流蓝绿空间的相互影响；H3—水生态空间系统对水生态系统服务的相互作用；H4—以水生态系统服务作为桥梁，为人类社会提供“供给、调节、支持、文化”四项服务，实现生态-社会系统的动态平衡；H5—在居民生活与游憩需求的推动下，产生了生产消费、迁徙运输等行为，相应行为与人类福祉相互影响；H6—人类行为影响生态系统中的压力和脉冲干扰机制，人类过量的生产、生活、游憩活动不仅对生态系统施加慢性压力，还增加雨洪淹没风险和水安全的易受威胁程度。

Fig.1 PPD assessment model based on water ecosystem resilience

以南圣河五指山主城区段为研究对象，通过“构建理论模型—叠合2类承压评价—分析出吻合点和冲突点—提出韧性规划策略”四大步骤，明确水生态系统韧性下热带雨林地区的城市蓝绿空间评价思路（图2），建立对“突发性自然脉冲”与“慢发性压力”的一套可测度的方法。在保障水安全格局的基础上，对南圣河的生态系统服务供需均衡进行分析，识别供需不适配的区域，进行生态系统和经济社会需求的双向调节，以提高河流蓝绿空间的抵御、适应、服务和恢复的能力。
图2 水生态系统韧性下蓝绿空间评价研究框架

Fig.2 Research framework for blue-green spatial valuation under water ecosystem resilience

3 南圣河五指山段水生态系统韧性评价

3.1　案例地区概况

南圣河发源于五指山市南圣镇毛祥村，向西流经南圣镇至市区穿城而过，出口经番阳镇汇入昌化江，全长64.61 km，流域面积658 km²。研究区域地处热带北缘，为热带海洋性季风气候，年均温为22.5~26.0 ℃；受印度洋季风、西北太平洋季风以及东亚季风的联合影响，多年平均降水量达1 759 mm（吴挺勋 等，2022）。
《五指山市湿地保护规划（2020—2030年）》 2明确强化南圣河的水源保护机制，要求按照“确有需要、生态安全、可以持续”的原则，完善水源保护的重要战略定位。热带雨林地区的城市河流廊道作为重要的蓝绿空间，为保证其韧性评估的准确性，生态系统的韧性评价应统筹考虑河流景观及周边的土地利用要素。因此，本研究对象界定为五指山市主城区内南圣河及其两侧的蓝绿空间（图3），依据城市主要道路和河岸带的长度、功能，将南圣河廊道分成6段（图4）。
图3 五指山南圣河及其两侧的蓝绿空间

Fig.3 Blue-green space of the Wuzhishan Nansheng River and its sides

图4 南圣河河岸带划分

Fig.4 Riparian zone delineation of the Nansheng River

按河岸功能类型，流动之河应能满足河道水体流动与生态基流的需求；蓝色之河以水体为主体，常年保持一定水面并具有水生态价值；绿色之河是以滩涂湿地为主体，且难以保证一年均有连续水面的河流。南圣河游憩活动多分布于三月三大道沿岸的广场、景观廊桥或小岛公园，活动类型包括日常锻炼、散步、观赏景观以及节庆日的黎族歌舞表演等。受旅游旺季影响，除市中心沿岸外，翡翠大道―红河路―南水路沿岸的旅游观光的活动增强。此外，游憩活动在增加河岸的活力的同时，也对河岸生态环境产生不良影响。通畅路―三月三大道段处的小岛公园有不少居民活动，但周边以滩涂湿地为主，自身水环境承载力弱，有一定的河岸淤积，当游憩轨迹达到中高密度时，过量游憩活动产生的生活垃圾会加剧河道淤积并产生生境压力。

3.2　应对“突发性自然脉冲”的南圣河蓝绿空间评价

选取雨洪模拟和水源安全分析评价作为应对“突发性自然脉冲”的重要测度因素，运用SCS-CN模型，采用10和50 a的极端日降雨量数据③，识别不同流域的淹没范围和水文易受威胁区，通过“流域划分→雨洪模拟→水源保护分析”三步生成南圣河蓝绿空间的综合水安全格局。人口激增与频繁活动会增大河流雨洪风险，通过构建雨洪评价与人口、游憩密度需求叠加矩阵，进一步识别潜在的水文安全易受威胁区域。

3.2.1　基于SCS-CN模型的雨洪模拟

SCS-CN模型以流域为单元，综合考虑地形、流域降雨、土壤类型、土地利用方式及管理水平、前期土壤湿润状况与径流间的关系（Boughton, 1989），在降雨数据可获得的基础上，操作简单和稳定，且被广泛应用。将研究区域分成7个流域，计算各流域的CN值和淹没区，得出五指山市的10、50 a一遇的极端日降雨量分别为244和312 mm。运用ArcGIS3D表面体积分析工具，生成雨洪淹没区空间分布，得出该片区10、50 a一遇的流域雨洪淹没深度分别为253.8~318.5、253.9~318.6 m（表1）。
表1 各流域雨洪淹没高度统计

Table 1 Stormwater inundation height statistics for each watershed

测度因子 流域代码
29号 32号 33号 34号 38号 40号 41号
CN值 33.5 21.6 51.2 78.2 36.3 33.2 43.8
10 a一遇淹没高度/m 253.8 307.6 303.3 264.5 305.7 318.5 318.3
50 a一遇淹没高度/m 253.9 307.7 303.4 264.7 306.0 318.6 318.4
通过叠加7个流域的淹没区域的DEM，生成综合的雨洪淹没分析。由模拟结果可知，南圣河流域的淹没区以点状分布为主，在各流域的交界处（地表高程较低）形成淹没区，识别出雨洪易受威胁区域5处，分别是山海高速―通畅路段A1、通畅路―三月三大道段雨洪淹没区A2、三月三大道―翡翠大道雨洪淹没区A3和A4、南水路—红河路段雨洪淹没区A5（图5-a）。
图5 南圣河流域雨洪淹没区空间分布（a）和综合水安全格局（b）

Fig.5 Spatial distribution of stormwater inundation areas (a) and integrated water security patterns (b) in the Nansheng River Basin

3.2.2　南圣河流域的综合水安全格局构建

综合水安全格局是保障水生态系统服务能力的基础，一般由雨洪安全格局和水源保护安全格局构成。依据河流廊道宽度对生物保护、氮移除的影响因素，以南圣河廊道、太平水库为缓冲区的源，将缓冲区宽度分别设置为50-100-200 m、100-200-300 m，得到南圣河廊道的水源保护格局分析。叠加雨洪淹没情况，得到南圣河流域的综合水安全格局（图5-b）。

3.2.3　基于居民活动热点分析的易受威胁区识别

过量的人口和游憩活动对水生态系统施加压力后，容易加剧雨洪淹没风险、产生水安全潜在威胁区。
如在河流廊道缓冲区范围内过度的游憩活动对河流廊道的生物多样性和水安全带来威胁。而Worldpop数据能较好地适用于流域的人口空间化分析（韩用顺 等，2022），因此，结合居民日常活动轨迹，选取2020年Worldpop人口数据和两步路网站爬取2 600条与五指山市主城区相关的游憩路径 3，通过ArcGIS的创建100 m×100 m的渔网，运用空间连接各要素，采用热点分析法（Getis-Ord G i *），对人口分布热度与游憩热度进行分析，并叠加至综合水文安全格局（图6）。
图6 基于人口热点（a）和游憩密度（b）的潜在威胁区识别

Fig.6 Potential threat area identification based on population hotspots(a) and recreational density(b)

通过关联人口密度、游憩密度、雨洪淹没指数、水源保护等级等要素，进行矩阵叠加，可较好地评估各区域的“突发性自然脉冲”的风险等级，对重叠区域进行分类，识别出雨洪淹没风险区（A1~A5）和水安全的潜在威胁区（B1~B3），分为雨洪淹没风险区和水安全潜在威胁区2类，由表2可知，A2区的承压评分较高，而A1、A5、B3区的承压评分较低。其中A2为雨洪淹没指数、人口密度和游憩热点都高的地区，A1、A5属于人口和游憩需求较低但呈现较强的雨洪淹没风险区，B3为什别河与南圣河交汇的缓冲区，中度水安全水平但存在较高的游憩密度。
表2 基于热点与水安全的易受威胁区评级

Table 2 Vulnerable zone ratings based on hotspots and water security

区域分类 地块名称 雨洪淹没指数/水安全 人口热点 游憩热点 总分
雨洪淹没风险区 A1（山海高速—通畅路） 5 1 1 7
A2（通畅路—三月三大道） 5 5 4 14
A3（三月三大道—翡翠大道） 4 4 3 11
A4（三月三大道—翡翠大道） 4 4 4 12
A5（南水路—红河路） 5 2 2 9
水安全易受威胁区 B1（太平水库） 5 2 4 11
B2（什别河） 4 2 4 10
B3（红庄路—南水路） 3 1 4 8

注：1~5评分：1表示极低、2=低、3=中等、4=高、5=极高。

3.2.4　基于不同季候游憩压力的雨洪威胁识别

为探究不同季候的游憩需求对雨洪韧性的影响，将轨迹划分为旅游淡季（5—10月：丰水期）1 390条轨迹与旅游旺季（11月至次年4月：枯水期）1 410条轨迹。通过游憩与水安全（雨洪淹没与河流缓冲）的叠合，识别不同季候的游憩压力。一方面，淡季和旺季的游憩存在明显空间分异（图7）。淡季南圣河所承受的居民和游客的游憩压力偏低，即人为造成的雨洪潜在威胁值较低。游憩轨迹多向南部和西部流动，高密度游憩区为南圣河沿岸的山海高速—通畅路段和通畅路—三月三大道段、番茅田园综合体等片区，而南圣河沿岸其他段为低中游憩密度。然而，旺季随着大量旅游人口涌入五指山，游憩密度增加，主要集中在位南圣河沿岸、2条南向北的游憩路线（市中心至太平水库与什翁岭至什别河）。另一方面，淡季游憩与雨洪淹没、河流缓冲区的重合度低，而旺季的空间重叠度高（图8）。淡季的游憩轨迹与大面积的雨洪淹没风险区A2（通畅路―三月三大道）、A5（南水路―红河路）不重合，且多分布在河流、水库缓冲区的一侧；然而，雨洪淹没风险区A2和A5区域在旺季出现中高强度的游憩人口，同时，居民和游客对太平水库的游憩轨迹密度增强。综上，蓝绿空间在旺季的雨洪韧性需求增强，游憩压力增加。
图7 游憩与雨洪淹没区叠合［a. 淡季（丰水期）；b. 旺季（枯水期）］

注：11月至次年4月为五指山市旅游的旺季（南圣河的枯水期），而7—10月是五指山漂流的时节，居民和游客的游憩轨迹呈现不同的空间分布；图8同。

Fig.7 Recreation and stormwater floodplain overlay[a. off-season (period of high water level); b. peak season (period of low water level)]

图8 游憩与河流缓冲区叠合［a. 淡季（丰水期）；b. 旺季（枯水期）］

Fig.8 Recreation and river buffer overlay[a. off-season (period of high water level); b. peak season (period of low water level)]

3.3　面对“慢发性压力”的南圣河蓝绿空间评价

生态系统面对的“慢发性压力”通常来源于人类社会需求对其的日常游憩需求、营养物质输入与沉淀等因素，而生态系统供需的均衡关系能最大化实现其效用，保障其可持续供给的能力，供需双方动态的平衡可实现蓝绿空间的韧性。在充分考虑土地利用类型与价值服务关联性的基础上，选择当量因子法与地方实物法对自然生态用地、建设用地中的公园绿地等蓝绿空间的服务功能权重进行打分，得到南圣河蓝绿空间的生态系统服务综合评价。人类社会对生态系统的需求的影响因子涉及土地利用类型、人口分布密度、产业类型、游憩活动与景观休闲等方面，考虑数据可得性和可操作性，并统筹“突发性脉冲”的需求测度来源，选择人口密度、游憩密度以及土地利用类型3项指标进行“慢发性压力”主要的供需测度分析。

3.3.1　综合“当量因子法”的生态系统服务价值

考虑到热带雨林地区河流生态系统的覆被特征，将南圣河与两侧的蓝绿空间划分为由7大类16小类组成的生态系统（陈宗铸 等，2021；马勇 等，2021）。借鉴谢高地等（2015）对生态系统服务价值当量因子的研究，并融合地方实物价值法，确定路径：首先，以谢高地的价值当量为基础，结合城市经济发展水平，参考李霖明（2022）的测算方法，以海南省2022年地方实物价值法进行系数调整；其次，依托海南热带雨林国家生态系统价值（GEP）核算成果，对研究区邻近热带雨林一般控制区的保护林地、橡胶园地等生态系统进行相应的系数调整；最后，针对农田、林地、草地、园地、湿地、荒漠、水域、城市绿地等生态用地，构建生态系统服务价值当量（表3）。
表3 南圣河蓝绿空间的生态系统服务价值当量 (元/hm2)

Table 3 Equivalent value of ecosystem services of blue-green space of Nansheng River

生态系统分类 供给服务 调节服务 支持服务 文化服务

一级

分类

 二级分类

食物

生产

原料

生产

水资源

供给

气体

调节

气候

调节

净化

环境

水文

调节

土壤

保持

维持养分

循环

生物

多样性

 美学景观
农田 旱地 0.79 0.37 0.02 0.62 0.33 0.09 0.25 0.96 0.11 0.12 0.06
水田 1.26 0.08 0.00 1.03 0.53 0.16 2.53 0.01 0.18 0.20 0.08
森林 二级保护林地 0.50 1.42 0.59 6.11 18.28 5.17 7.02 7.44 0.44 6.76 1.82
三级保护林地 0.43 1.21 0.52 5.17 15.47 4.38 5.97 6.29 0.37 5.72 1.60
四级保护林地 0.37 0.99 0.44 3.76 11.25 3.18 4.91 4.58 0.31 4.16 1.37
乔木林地 0.31 0.71 0.37 2.35 7.03 1.99 3.51 2.86 0.22 2.60 1.14
竹林地 0.22 0.52 0.27 1.70 5.07 1.49 3.34 2.06 0.16 1.88 0.82
灌木林地 0.19 0.43 0.22 1.41 4.23 1.28 3.35 1.72 0.13 1.57 0.69
其他林地 0.29 0.66 0.34 2.17 6.50 1.93 4.74 2.65 0.20 2.41 1.06
草地 灌草丛 0.38 0.56 0.31 1.97 5.21 1.72 3.82 2.40 0.18 2.18 0.96
园地 园地 0.28 0.58 0.30 1.92 5.61 1.68 3.75 2.34 0.18 2.13 0.93
湿地 内陆滩涂 0.47 0.54 2.41 1.77 3.35 3.35 22.53 2.15 0.17 7.32 4.40
滩涂 0.47 0.54 2.41 1.77 3.35 3.35 22.53 2.15 0.17 7.32 4.40
荒漠 裸土地 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.09 0.03 0.02 0.00 0.02 0.01
裸岩石砾地 0.01 0.03 0.02 0.01 0.09 0.29 0.20 0.12 0.01 0.11 0.05
水域 水系 0.74 0.21 7.71 0.72 2.13 5.16 95.08 0.86 0.07 2.37 1.76
城乡的生态系统为居民的健康生活与安全提供调节、支持、供给、文化等服务，如城市绿地提供净化空气、改善小气候、调节雨水径流的能力。考虑到生态系统服务的自然与社会要素的完整性，采用生态系统服务矩阵法，在城乡建设用地中筛选可提供生态系统服务的用地类型，在Burkhard等（2012）相关研究的基础上进行打分，构建对住宅用地（R）、公共管理与公共服务用地（A）、绿地（G1/G2）、乡村建设用地（H14）等8类用地的服务权重（表4）。
表4 城乡建设用地的生态系统服务矩阵

Table 4 Ecosystem services matrix for urban and rural construction sites

土地利用类型

支持

服务

非生物

异质性

生物

多样性

提供

淡水

生境

价值

调节

服务

气候

调节

 空气质量调节

净化

水体

供给

服务

观赏

资源

遗传

资源

能源/

生物量

文化

服务

美学

价值

游憩

旅游

文化

传承
城镇住宅用地（R） 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
乡村建设用地（H14） 5 2 2 0 1 0 0 0 0 3 1 1 1 4 1 1 2
公共管理与公共服务用地（A） 3 1 1 0 1 2 1 1 0 1 0 1 0 6 1 2 3
商业服务设施用地（B） 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 1 1
绿地（G1/G2） 11 3 3 2 3 8 3 3 2 5 2 1 2 8 3 3 2
广场用地（G3） 3 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 5 2 2 1
工业用地（M） 2 1 1 0 0 0 0 0 0 2 0 0 2 1 0 0 1
道路与交通设施用地（S） 5 2 2 0 1 0 0 0 0 2 1 0 1 4 1 2 1

注：赋值为0~5分，0表示无相关能力，1表示低相关，2表示一般相关，3表示中相关，4表示高相关，5表示极高相关。

3.3.2　生态系统服务供给总评价

通过ArcGIS空间叠加法，生成生态系统的供给、调节、支持、文化4项服务的评估结果，并对其综合供给能力进行评价。在供给服务方面，南圣河沿岸、西侧农田和北侧林地提供较高的服务供给，在城乡开发边界周边的农田、林地区域，其服务价值由开发边界向四周逐渐提高。在调节服务方面，城乡建设用地的调节能力较低，高价值调节区主要为南圣河廊道和北侧林地生态系统。在支持和文化服务方面，城乡建设用地中的城镇开发边界内的公园绿地、公共服务设施用地、道路用地对生态系统起一定的支持作用，并提供一定的文化服务。
依据自然断点法将蓝绿空间的生态系统服务价值（ESV）分成8级，总体服务价值较高的区域为南圣河与北侧的保护林地，南圣河呈现服务价值不均衡的特征，通畅路—山海高速段、翡翠大道—红庄路段河流的总体服务值较高（ESV＞3 700 000），而市中心的通畅路—三月三大道—翡翠大道的河流生态服务值中等（130 000＜ESV≤3 700 000），红庄路—南水路段服务值偏低（ESV≤130 000）。整体上，蓝绿空间的供给以南圣河为核心，点状渗透于城乡建设区内，河流线状的生态系统服务空间不连续，开发边界北侧的生态用地的服务价值高于南侧（图9）。
图9 生态系统服务价值空间分布

Fig.9 Spatial distribution of the value of ecosystem services

人居环境系统对于水生态系统的服务需求众多，以人口热点、游憩热点以及相邻用地的土地利用类型等作为需求因子，进行生态系统的供需匹配。并选择热点分析（Getis-Ord G i *）方法，依据自然断点法分级，测度结果显示：研究区内人口热点整体沿市中心和河岸两侧分布，热点最高区域（Getis-Ord G i *＞4.4）在通畅路―三月三大道―翡翠大道区段，通畅路―三月三大道段与南水路―红河路段的人口密度偏低（0.8≤Getis-Ord G i *≤4.4）。游憩热点集中分布在山海高速―通畅路―三月三大道段、各类农庄景点区域（Getis-Ord G i *＞2.0），部分河道段的游憩热度不高（Getis-Ord G i *≤0.25），热度点状散落在河流两侧，侧面反映当前南圣河及两岸的游憩服务能力不足。生态系统热点主要集中在南圣河廊道和北侧的太平水库（Getis-Ord G i *≥5.5），其中，三月三大道―翡翠大道―红庄路段河流的服务热点较高（2.9≤Getis-Ord G i *≤5.4），其次是通畅路―山海高速段（1.3≤Getis-Ord G i *≤2.8），市中心的通畅路―三月三大道段与红庄路―南水路段的服务热点较低（Getis-Ord G i *≤1.2）（图10、11）。
图10 人口（a）与游憩（b）热点分析

Fig.10 Hotspot analysis of population (a) and recreation(b)

图11 基于热点分析的生态系统服务供给

Fig.11 Ecosystem service provisioning based on hotspot analysis

综上，南圣河蓝绿空间的生态系统服务冷点区与人口分布热点区出现部分重合，存在供需不适配的情况。即南圣河蓝绿空间的生态系统总服务与人类社会需求存在空间匹配失衡现象，其蓝绿空间应对“慢发性压力”的韧性不足。

3.4　综合韧性评估结果

依据上述结果，通过水安全易受威胁区评估打分识别突发性雨洪脉冲的风险等级，叠加人口、游憩等需求测度评估慢发性“压力”大小，明晰南圣河蓝绿空间面对“突发性自然脉冲”与“慢发性压力”影响下的承压水平，识别出南圣河蓝绿空间的雨洪安全易受威胁区与供需不适配区。
在雨洪模拟和水安全评估中发现（见表2），南圣河及两侧的蓝绿空间中存在5个雨洪淹没风险区（A1~A5），经过人口游憩热度与综合水安全的叠加矩阵，进一步识别出3个水安全易受威胁区（B1~B3）。综合结果可知，A2（通畅路―三月三大道段）承载极高的人口密度和游憩热度，且位于雨洪淹没的发生区，承压风险较高；A1（山海高速―通畅路）和A5（南水路―红河路）属于典型的雨洪淹风险区，受游憩和人口密度的影响小，承压总评分偏低；B3位于南圣河支流的缓冲区，人口和游憩密度较高，可作为一个潜在易受威胁区。此外，不同季候的游憩活动对蓝绿空间的施加的压力存在差异，淡季游憩密度低，潜在雨洪威胁区较少，而旅游旺季游憩轨迹密度较高，蓝绿空间面临的慢发性的游憩压力增大，居民和游客对雨洪韧性的需求增强。
综上，南圣河的水安全评价显示其应对雨洪突发性灾害时的韧性不足，不同季候的游憩压力存在空间分异，潜在的易受威胁区域需引起重视。在生态系统供给评估中发现（见图10、11），高价值生态系统服务区呈带状或块状分布，集中在河流与北侧的生态保育区；城乡建设区内的多以绿地、公共服务和道路的支持功能为主，生态服务价值总体偏低；生态系统总供给服务与人类社会需求（人口密度和游憩热度）出现空间不适配，具体表现在通畅路―三月三大道段和翡翠大道―红庄路段的供给与人类活动的冷点和人口热点重合，即人口集中的地区，生态系统服务低，南圣河及两侧的蓝绿空间受威胁扰动的可能性增大。未来应针对雨洪淹没、水安全易受威胁区、供需不适配段的区域进行规划和契合性调整，提高河流蓝绿空间的韧性。

4 南圣河韧性评估的影响因素

4.1　热带雨林地区蓝绿空间韧性评估的影响因素

1）生态系统服务价值与土地利用类型

热带雨林的生态本底赋予五指山较强的韧性恢复力与赋活指数，然而热带雨林城市的生态系统结构和服务功能的变化对当地社会经济发展高度敏感（侯鹏 等，2018），其蓝绿空间面临高生态韧性与发展压力的交互影响。对南圣河而言，不同滩涂、水体的服务价值差异较大，从而影响河岸段的生态韧性条件。依据热带雨林地区的生态系统服务价值当量（见表3），河流水系的水文调节能力远高于滩涂地，因此，在生态系统服务用地类型中以水系为主的通畅路―山海高速段、翡翠大道―红庄路段河流的调节服务值较高，抵御外部生态压力的韧性越强；而以滩涂用地为主红庄路―南水路段服务值较低，韧性能力不足。
2）突发性自然脉冲与雨洪韧性
选择雨洪韧性评估作为突发性自然脉冲的测度，而SCS-CN模型的雨洪模拟与热带雨林地区的极端日降雨量、CN、地形等因素相关（表5）。五指山市受热带海洋性季风气候影响，强降雨频发于7―11月的台风多发季节，因此，极端日降雨量容易发生在丰水期（5―10月）。CN值代表流域下垫面的综合系数，反映不同下垫面的洪水下渗能力，一般以历史经验值获得，本研究对各流域的不同用地进行径流系数加权，得到7大流域的径流系数。研究发现，雨洪淹没区位于地势低的地表径流集中区，且淹没的范围与极端日降雨量有关。
表5 城市蓝绿空间水生态系统韧性指标

Table 5 Indicators of water ecosystem resilience in urban blue-green spaces

目标 准则层 指标

生态系统

服务能力

供给、支持、调节文化

的综合服务水平

 土地利用类型
突发性脉冲 雨洪韧性 极端日降雨量
用地径流系数CN
河流/水库植被缓冲带宽度

慢发性压力

（人类日常居住、

游憩需求）

 人口压力 人口密度
游憩压力 不同季候的游憩密度
3）慢发性压力
慢发性压力的测度起源于“压力-状态-响应模型”（PSR模型）（Rapport and Singh, 2006），压力指标主要为人类社会对生态环境产生不良影响的指标，包含土地利用强度、人口密度、社会经济发展水平、工业等污染物排放量等（陈昱霖 等，2020）。同时，日常的游憩活动对蓝绿空间产生一定的慢发性压力。本研究选择人口和游憩作为测度，评估得出人口密度是较为稳定的蓝绿空间韧性的扰动因素，而游憩压力存在一定的季候性，丰水期（5―10月）是旅游淡季，游憩压力低，枯水期是旅游旺季，游憩压力大。

4.2　综合韧性评估结果与指标的关联性

依据评估结果发现，雨洪淹没指数和水安全指数越高，抵御突发性脉冲的韧性越低。对于雨洪淹没区A1~A5而言，雨洪淹没风险区A2（通畅路―三月三大道）、雨洪淹没风险区A5（南水路―红河路）地势较低且处于3个流域的交汇点，产生较大的雨洪淹没范围（见图5-a）。水安全格局方面，水安全易受威胁区B1（太平水库）的水安全缓冲距离高于南圣河B2（什别河）、B3（红庄路―南水路）（见图5-b），因而B1（太平水库）受到的雨洪冲击较敏感。
慢发性压力与人口、游憩等因素密切相关（陈昱霖 等，2020），人口和游憩密度越大，蓝绿空间的生态压力越大，与韧性抵御力呈负相关。人口密度对雨洪的影响较大，雨洪淹没风险区A2（通畅路―三月三大道）和A3（三月三大道―翡翠大道）为通什人民政府、学校和住宅的集中区，缺乏连续的滨河绿地，存在一定的防洪隐患，主城区的人口密度集中区对南圣河两岸的生态压力影响较大，韧性抵御力不足。此外，不同季候的游憩密度与南圣河的丰水期、枯水期存在时空分异，丰水期降雨量增强，面临的雨洪威胁增大，然而受旅游的淡季的影响，游憩密度低，因此，游憩压力对雨洪的威胁的影响呈现季候性特征，且相较于人口密度因子，其对综合韧性评估权重较低。

5 结论与讨论

本文对南圣河蓝绿空间的“突发性自然脉冲”与“慢发性压力”双重影响下的承压进行评价，得到的主要结论有：
1）运用SCS径流模型法，计算出五指山市10、50 a一遇的流域雨洪淹没深度；创新性地增加对人口与日常游憩压力的测度，构建人口、游憩、雨洪淹没与水安全的风险矩阵，识别5处雨洪淹没区与3处水安全易受威胁区。此外，叠加不同季候的游憩人口后发现，蓝绿空间在旺季的雨洪韧性需求增强，游憩压力增多。
2）总体生态系统服务价值较高的区域是南圣河通畅路―山海高速段、翡翠大道―红庄路段、太平水库与北侧的保护林地；人口、游憩与生态系统服务的冷热点分析识别发现，南圣河通畅路―三月三大道―翡翠大道段存在生态服务的供需失衡问题。
3）以五指山市南圣河为实证的研究发现，生态系统服务价值越高，调节功能越高，蓝绿空间韧性越强。突发性脉冲方面，极端日降雨量越大，韧性越脆弱，河流水系的缓冲半径与水源类型密切相关，地表的CN值一般与历史经验相关。慢发性压力方面，人口越密集，韧性压力越大；不同季候的游憩密度与丰枯期存在分异，丰水期雨洪威胁大，游憩密度低，枯水期雨洪威胁小，游憩密度高。
本研究的边际贡献在于：1）以典型的热带雨林地区为例，依托水生态系统韧性视角，构建热带雨林地区的河流蓝绿空间承压评价的多维度的韧性测度方法，揭示城市蓝绿空间韧性的地域化规律与实施路径；2）以PPD模型为基础，增加对“脉冲”与“压力”的蓝绿空间承压测度，构建适应热带雨林地区的水生态系统韧性的理论框架。
由于基础数据和资料获取受限，韧性评价的要素维度不够齐全。本研究选择有典型代表的人口、游憩作为慢发性社会压力测度，然而，河流蓝绿空间受到的慢发社会压力与政策、经济发展、城市建设行为等多重因素相关，评估结果有待叠加多元化因子后进一步精准化。此外，河流蓝绿空间韧性的发展有着不同时间维度，且随着时间的发展而不断变化，当前韧性评价的时间跨度不够长，未给出全生命周期的完整结论。未来应增加开发强度、土地利用功能等城市建设行为的压力因子，完善横向维度的蓝绿空间韧性评价，融入不同时段的蓝绿空间韧性供需适配评估；依托水生态系统韧性理论，对雨洪淹没风险区和水安全易受威胁区进行重点管控，实行生态修复联通蓝绿斑块，以提高蓝绿空间的生境价值，并在河流沿岸适度配置弹性设施，以适应热带雨林季候性的“脉冲”与“压力”影响。

脚注

1 http://wzs.hainan.gov.cn/wzsszfb/0500/202002/088a4c91f4454c2f9028bf516ac9e2e2.shtml

2 据五指山市气象局和Weather spark提供的1980-01-01―2016-12-31的历史小时天气报告统计。

3 需求分析来源于2020年的人口和游憩数据，人口数据来源于2020年worldpop（由南安普顿大学发起的全球人口数据评估）对五指山市人口空间分布的评估，精度为100 m分辨率的人口密度数据；游憩数据来源于2020年，通过PYTHON软件在两步路网站公开爬取2 600条与五指山市相关的游憩路径。

车 乐：确定论文选题、研究方法，提供数据支持，撰写摘要与主要结论、指导全文内容撰写；

李媛钰：撰写论文详细内容、进行数据处理与分析；

赵渺希：提出论文创新点、指导论文的写作规范性；

叶鸿任：搜集与整理文献、完善数据与图表内容。

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