基于GIS的鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合評價研究

廖啟鵬,黃士真,宋立民

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)藝術(shù)與傳媒學(xué)院，湖北 武漢 430074;2.清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院，北京 100084;3.巴塞羅那大學(xué)美術(shù)學(xué)院，西班牙 巴塞羅那 08028)

景觀評價是指綜合運用生態(tài)學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)、地理學(xué)、社會學(xué)等交叉學(xué)科的研究成果，對景觀資源進行調(diào)查、分析與評價[1]。歐美等國家的景觀評價研究開展得較早，早在第二次世界大戰(zhàn)后，歐美各國便出臺了一系列與環(huán)境、景觀資源保護相關(guān)的法律規(guī)程[2]；20世紀(jì)70年代前后，美國景觀視覺質(zhì)量評價成果豐碩，產(chǎn)生了VMS、VRM、LRM和VIA 4個運用廣泛的評價系統(tǒng)；20世紀(jì)90年代，景觀評價的研究重點轉(zhuǎn)到了景觀特質(zhì)在景觀評價中角色的研究；2006年歐盟通過了《歐洲景觀公約》，該公約中強調(diào)景觀評價與國土規(guī)劃開發(fā)、產(chǎn)業(yè)政策等應(yīng)相互協(xié)調(diào)[3],并指出在景觀政策制定的過程中公眾參與的重要性；2014年，Tude[4]提出了英國景觀特征評價指標(biāo)環(huán)，其中包括自然、文化和社會、感知與美學(xué)3個體系；2018年，Garcia等[5]提出了一種公共參與地理信息系統(tǒng)的評價方法(PPGIS)，該方法可通過空間上的沖突識別和描述來支持景觀決策。另外，在實踐方面，國外的景觀評價已經(jīng)朝精細(xì)化、數(shù)字化和數(shù)據(jù)化的方向發(fā)展。如Pardo-García等[6]利用地理信息系統(tǒng)中的照片投影方法，為景觀評價過程中視覺參數(shù)的測量提供了新思路;Sinha等[7]利用GIS技術(shù)對采礦景觀進行三維開發(fā)，并利用經(jīng)驗E30模型完成了采礦景觀土壤侵蝕速率的評價;Pechanec等[8]開發(fā)了一套完整的景觀軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠從生態(tài)穩(wěn)定性、侵蝕敏感性、保留能力和經(jīng)濟價值等角度對景觀資源進行分析與評價。

國內(nèi)學(xué)者也對景觀評價進行了深入的理論研究和實踐探索。如宋立民[9-10]認(rèn)為景觀評價需要一種整體觀，即應(yīng)將中國特有的風(fēng)景美學(xué)元素與中國獨特的“環(huán)境觀”相結(jié)合進行整體考慮，建立具有中國特色的景觀評價體系，并對此提出了相應(yīng)的評價原則與方法；俞孔堅[11]提出自然風(fēng)景景觀評價方法主要包括風(fēng)景審美評判測量、風(fēng)景要素分析和建立風(fēng)景質(zhì)量評價模型三個步驟，并總結(jié)了美景度評價法(SBE)和比較評判法(LCJ)的優(yōu)缺點，提出了審美評判測量法;Liu等[12]采用定性與定量相結(jié)合的方法，基于AVC理論完成了農(nóng)村景觀綜合評價。隨著GIS和RS等新技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，利用GIS強大的空間分析和數(shù)據(jù)綜合處理功能進行景觀評價也成為新方向[13]。如齊增湘等[14]運用GIS方法對秦嶺山系視覺景觀進行了評價；張健等[15]基于GIS和RS技術(shù)探索了城市河流廊道自身因素對城市景觀格局的影響與機制；崔志華等[16]采用GIS技術(shù)對南京市中山陵景區(qū)核心區(qū)域聲景觀進行了評價，這種結(jié)合主客觀評價和空間分析的方法為我國風(fēng)景區(qū)未來的綜合景觀規(guī)劃提供了重要參考。但是，在單一使用某種評價方法的過程中不可避免地存在一些缺點，易影響評價結(jié)果的客觀性與準(zhǔn)確性，因此國內(nèi)學(xué)者開始綜合運用多種評價理論和方法進行景觀評價，如美景度評價法(SBE法)與層次分析法(AHP法)結(jié)合、灰色統(tǒng)計法(GST法)與AHP法結(jié)合、AHP法與GIS技術(shù)結(jié)合、AHP-Fuzzy(模糊德爾菲法)等。如關(guān)天冶[17]針對橋梁景觀評價的不確定性和復(fù)雜性，運用不確定AHP-Fuzzy綜合評價方法完成了橋梁景觀評價，其評價結(jié)果與實際相符,較好地反映了橋梁景觀的優(yōu)劣；金彪等[18]采用AHP法與GIS空間分析法對古壯寨景觀進行了景觀等級劃分,并制定了分級建設(shè)保護策略。

當(dāng)前我國仍處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的階段，在建的基礎(chǔ)設(shè)施較多，針對基礎(chǔ)設(shè)施的景觀評價大多集中在鐵路和公路上，而對于跨越多個區(qū)域的大型調(diào)水工程的景觀評價較少，且多集中在對南水北調(diào)工程的生態(tài)環(huán)境評價方面。為此，本文采用AHP法，建立了以景觀生態(tài)評價、景觀美學(xué)評價和景觀人文評價為核心的鄂北調(diào)水工程景觀綜合評價指標(biāo)體系，并利用ArcMap的空間疊加分析功能對各評價指標(biāo)進行疊加分析處理，實現(xiàn)對鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀質(zhì)量的綜合評價。

1 研究區(qū)域概況

鄂北地區(qū)是湖北省北部地區(qū)的簡稱，主要包括襄陽市、十堰市、隨州市等，總面積為201.112 4 km2。該地區(qū)地形地貌多樣而復(fù)雜，兼具丘陵、低山、中山、高山、河谷平地以及山間盆地等多種類型。鄂北地區(qū)干旱問題極其嚴(yán)重,“十年就有九年旱，大旱不至便小旱”，每年千余河流斷流，千座水庫水位降至死位，為湖北省歷史上有名的“旱包子”。據(jù)史書記載，1390年至1910年的520年間，該區(qū)域共發(fā)生嚴(yán)重干旱121次，平均4.3年1次。

為了統(tǒng)籌解決湖北省的水資源配置問題，我國開始興建鄂北調(diào)水工程，擬從鄂西北的丹江口水庫清泉溝取水，橫穿鄂北崗地將水輸送至東南方向的大悟縣等地，沿途經(jīng)過襄陽市的老河口市和襄州區(qū)、棗陽市、隨州市的隨縣和曾都區(qū)、廣水市，該工程完工后可使長期被城市或工業(yè)建設(shè)擠占的農(nóng)業(yè)區(qū)域得以退還，因此總的來說這是一項以改善工農(nóng)業(yè)以及生態(tài)環(huán)境供水為任務(wù)的大型水資源配置工程[19]。鄂北調(diào)水工程的輸水線路總長度為269.67 km[20]，全線自流引水，利用受水區(qū)36座水庫進行聯(lián)合調(diào)度，共設(shè)24處分水口，依地勢設(shè)計有隧洞、倒虹吸、渡槽、明渠、暗涵等建筑類型(見圖1)，其中明渠占比少，暗涵占比達八成半，暗涵中采用封閉式輸水的占比為91.09%。

圖1 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的建筑類型

本文的研究對象為鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域，為了對其進行更全面的景觀評價分析，將該調(diào)水工程途徑的丹江口水庫東南角、老河口市、襄陽市、棗陽市、隨州市、廣水市以及孝感市的大悟縣7個區(qū)域作為本研究的大環(huán)境背景，在此基礎(chǔ)上，以鄂北調(diào)水工程沿線為中心劃出5 km緩沖區(qū)作為核心區(qū)域(見圖2)，并對其進行重點分析和研究。其中，緩沖區(qū)的范圍主要參考環(huán)境保護部于2011年發(fā)布的《建設(shè)項目環(huán)境影響技術(shù)評估導(dǎo)則》來劃定(調(diào)查范圍不低于5 km半徑范圍)。另外，由于鄂北調(diào)水工程在開發(fā)建設(shè)過程中注重以水安全、場地集約利用、對生態(tài)環(huán)境低擾為首要目標(biāo)，形成了以隧道、暗涵、倒虹吸、渡槽、明渠等以“隱”、“藏”為主的多種建筑類型，故該調(diào)水工程形成的景觀效應(yīng)的影響輻射范圍有限，并隨線性工程空間向兩側(cè)遞減，因而本次景觀評價工作更多地聚焦于5 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)。但與此同時，在研究過程中仍不可忽視5 km緩沖區(qū)范圍外的區(qū)域?qū)坝^環(huán)境產(chǎn)生的影響，如在考量景觀人文指標(biāo)如當(dāng)?shù)貧v史事件或傳說等因子時，若只考慮5 km范圍內(nèi)的線性空間，則可能導(dǎo)致評價結(jié)果過于局限，故本研究將鄂北調(diào)水工程沿線途徑的丹江口市、老河口市等7個區(qū)域共同納入研究范圍來進行景觀綜合評價。

圖2 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域概況圖

2 景觀綜合評價指標(biāo)體系的構(gòu)建與技術(shù)方法

2.1 基本工作思路

本次研究的基本工作思路如下：

(1)獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù);

(2)建立評價指標(biāo)體系;

(3)數(shù)據(jù)處理，包括利用GIS軟件進行數(shù)據(jù)處理與空間疊加分析，以及利用AHP法對各層數(shù)據(jù)進行綜合分析;

(4)繪制專題地圖及相關(guān)表格;

(5)結(jié)果分析。

2.2 評價指標(biāo)體系的建立

本文利用AHP法對鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀進行綜合評價，確定了1個目標(biāo)層、3個準(zhǔn)則層和12個方案層的評價指標(biāo)體系，詳見圖3。

圖3 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合評價指標(biāo)體系

2.3 基礎(chǔ)評價指標(biāo)的信息提取與處理

基于GIS空間分析法和AHP法，將鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域作為研究區(qū)域，以2017年12月的遙感影像作為主要數(shù)據(jù)源，從景觀生態(tài)評價、景觀美學(xué)評價和景觀人文評價三個方面對評價指標(biāo)進行信息提取與處理。

2.3.1 景觀生態(tài)評價指標(biāo)的信息提取與處理

對于景觀生態(tài)評價，本文選取地形地貌、水熱氣象、植被指數(shù)與土地覆蓋和土壤侵蝕4個評價指標(biāo)[21]，對鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀生態(tài)狀況進行了評價。

(1) 地形地貌：地形地貌因子由DEM數(shù)據(jù)計算得出，通過ArcMap的工具柵格表面命令等獲取該區(qū)域表面各個參數(shù)，包括坡向、坡度、曲率等。其中，為了更直觀地把握鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域海拔高度的變化情況，本次對DEM數(shù)據(jù)進行了重分類處理，將研究區(qū)海拔高度共分為6級，見圖4；坡度分級則是利用ArcMap的擬合曲面法求解得出，見圖5。結(jié)果表明：研究區(qū)地形起伏變化較大，最高海拔高度為2 903 m，最低處海拔高度低至-63 m。

圖4 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域海拔高度圖

圖5 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域坡度分級圖

(2) 水熱氣象：水熱氣象數(shù)據(jù)是通過在中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺《中國地面國際交換站氣候數(shù)據(jù)資源日值數(shù)據(jù)集》中收集分布在鄂北調(diào)水工程及其周邊(范圍為30°～37°N，109°～115°E)的氣象臺(站)數(shù)據(jù)，并利用ArcGIS軟件采用Co-Kriging空間插值法獲取鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域多年平均氣溫、多年平均降水量、≥0℃積溫、≥10℃積溫、濕潤系數(shù)等指標(biāo)數(shù)據(jù)。其中，所獲取的水熱氣象數(shù)據(jù)年限為2012—2017年，實際參與空間插值的氣象站點為9個。

(3) 植被指數(shù)與土地覆蓋：植被指數(shù)與土地覆蓋的變化情況可反映該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化趨勢[22]。首先，利用Landsat8影像數(shù)據(jù)的紅光與近紅外波段，通過ENVI軟件的Band math工具進行歸一化植被指數(shù)NDVI的計算，計算公式為NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)(式中：NIR為近紅外波段的反射率；R為紅光波段的反射率[23])，其計算結(jié)果見圖6；其次，根據(jù)地物的光譜特征進行ISODATA非監(jiān)督分類,并結(jié)合野外采樣數(shù)據(jù)建立解譯標(biāo)志，利用基于支持向量機算法對遙感影像進行監(jiān)督分類，將鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的土地利用類型分為8類，即林地、水域、建筑用地、耕地、工礦用地、裸地和灌木；最后，將該區(qū)域土地利用類型分類結(jié)果進行聚類統(tǒng)計、去除分析等處理，即可得到鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域土地利用/覆蓋分類圖(見圖7)。

圖6 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域歸一化植被指數(shù)分級圖

圖7 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域土地利用/覆蓋分類圖

(4) 土壤侵蝕：土壤侵蝕是通過多因素綜合法選取土地覆被類型、植被覆蓋度和坡度3個因子進行指標(biāo)的衡量，主要數(shù)據(jù)源為DEM數(shù)據(jù)和預(yù)處理后的TM 影像，并根據(jù)水利部2008年1月頒布的《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)[24]中的土壤面蝕強度分級表(見表1)，對鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的土壤侵蝕狀況進行等級劃分，其劃分結(jié)果見圖8。

表1 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的土壤面蝕強度分級表

圖8 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域土壤侵蝕強度圖

2.3.2 景觀美學(xué)評價指標(biāo)的信息提取與處理

對于景觀美學(xué)評價，本文選取環(huán)境色彩、景觀層次感、工程系統(tǒng)美學(xué)質(zhì)量和人工建筑及設(shè)施與自然景觀的協(xié)調(diào)性4個評價指標(biāo)，對鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀美學(xué)狀況進行了評價。評價指標(biāo)的評定由參與實際項目調(diào)研的諸位專家學(xué)者根據(jù)經(jīng)驗進行判斷并打分，滿分為10分，共設(shè)5個評價等級，其評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。例如丹江口水庫、封江口水庫等區(qū)域(見圖9)，其景觀層次感較為豐富，整體景觀的環(huán)境色彩豐富且協(xié)調(diào)，自然植物的色彩與水體、構(gòu)(建)筑物、山石等的色彩形成了良好的組合，途經(jīng)的水利工程系統(tǒng)能較好地融入整個環(huán)境中，不顯突兀，反映出較高的工程美學(xué)價值，因而該類區(qū)域景觀美學(xué)評價因子的得分相對較高。而對于其他一些區(qū)域，因其本身的視覺效果較單一或不協(xié)調(diào)而導(dǎo)致景觀美學(xué)評價因子評分較低。另外，如東郊(優(yōu)良)暗涵、氵厥水渡槽等區(qū)域(見圖10)，因水利工程的開發(fā)對環(huán)境本體造成了較大程度的傷害，使工程與自然環(huán)境在視覺上形成諸多不協(xié)調(diào)因素，故此類區(qū)域的景觀美學(xué)評價因子的得分相對較低。

表2 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀美學(xué)評價因子的評分標(biāo)準(zhǔn)

圖9 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀美學(xué)評價因子得分相對較高的區(qū)域

圖10 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀美學(xué)評價因子得分相對較低的區(qū)域

通過將專家打分后的評價結(jié)果錄入AcrMap中，分別制作鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀美學(xué)各評價因子的分級圖(見圖11至圖14)，以便后續(xù)利用空間疊加分析法制作“景觀美學(xué)子系統(tǒng)評價分級圖”。

圖11 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的環(huán)境色彩分級圖

圖12 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀層次感分級圖

圖14 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的人工建筑及設(shè)施與自然景觀的協(xié)調(diào)性分級圖

2.3.3 景觀人文評價因子的信息提取與處理

對于景觀人文評價，本文選取具有歷史事件或傳說、工程與城鎮(zhèn)的關(guān)系度、文化古跡或風(fēng)景名勝的豐富度和交通可達性4個評價指標(biāo)，對鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀人文狀況進行了評價。對于前兩個評價指標(biāo)的評定由參與實際項目調(diào)研的諸位專家學(xué)者根據(jù)經(jīng)驗進行判斷并打分，滿分為10分，共設(shè)5個評價等級，其評分標(biāo)準(zhǔn)見表3；對于文化古跡或風(fēng)景名勝的豐富度這一評價指標(biāo)則根據(jù)研究范圍內(nèi)各地點實際景點的數(shù)量而定。將專家打分評價結(jié)果與數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果錄入AcrMap中，利用“插值”工具生成鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀人文各評價因子的分級圖(見圖15至圖17)；而交通可達性指標(biāo)則是通過計算最小阻抗[25]來分析研究區(qū)域某一位置至其他任一位置的交通便捷程度，即先利用AcrMap軟件中的“新建OD成本矩陣”功能計算各個路口至其他路口的最短出行時間，再統(tǒng)計各路口及路網(wǎng)的可達性，最后利用“插值”功能生成鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的交通可達性分級圖，見圖18。

表3 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀人文評價因子的評分標(biāo)準(zhǔn)

圖15 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的具有歷史事件或傳說分級圖

圖16 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的工程與城鎮(zhèn)的關(guān)系度分級圖

圖17 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的文化古跡或風(fēng)景名勝豐富度分級圖

圖18 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的交通可達性分級圖

2.4 景觀綜合評價模型的構(gòu)建

2.4.1 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

景觀綜合評價指標(biāo)體系中由于具有多個評價指標(biāo)，且各評價指標(biāo)間存在性質(zhì)、量綱以及數(shù)量級上的差異，故若是直接使用原始數(shù)據(jù)進行綜合計算，所得結(jié)果的準(zhǔn)確性將存在很大的誤差。為此，需要對所獲取的基礎(chǔ)層的原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文對原始數(shù)據(jù)采用極差標(biāo)準(zhǔn)化處理方法，經(jīng)處理后的各評價指標(biāo)值反映的是其屬性特征的數(shù)值，其計算公式為：評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果=(原始數(shù)據(jù)-最小值)/(最大值-最小值)。

2.4.2 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

層析分析法(AHP法)是一種將定量與定性相結(jié)合的分析方法，運用該方法先將復(fù)雜問題分解為若干個層次，再對各層次中的各評價指標(biāo)進行比較和計算，可得出各評價指標(biāo)的權(quán)重，其能在一定程度上避免評價分析過程中出現(xiàn)的主觀隨意性等問題[26]。具體步驟如下：首先，建立遞階層次結(jié)構(gòu)，即構(gòu)建鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合評價指標(biāo)體系(見圖3)；其次，構(gòu)建判斷矩陣，即請隨行的25位專家學(xué)者(這些專家學(xué)者均是來自景觀及建筑相關(guān)專業(yè)的設(shè)計師、教師、從業(yè)人員和研究生)根據(jù)1～9 標(biāo)度法對任意兩項評價指標(biāo)的相對重要程度進行比較并打分；最后，依次進行層次單排序及其一致性檢驗、層次總排序及其一致性檢驗，最終即可確定各評價指標(biāo)的權(quán)重。

本文以景觀綜合評價目標(biāo)層A下的準(zhǔn)則層B各評價指標(biāo)權(quán)重計算為例，該層包括景觀生態(tài)評價、景觀美學(xué)評價和景觀人文評價3個評價指標(biāo)，經(jīng)過專家評分，構(gòu)建鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合評價目標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重計算的判斷矩陣，見表4。

表4 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合評價準(zhǔn)則層各評價指標(biāo)權(quán)重計算的判斷矩陣

通過計算，得到判斷矩陣的特征向量w=[0.164,0.539,0.297]，即各相應(yīng)評價指標(biāo)的權(quán)重值，判斷矩陣的最大特征根λmax=3.009，隨機一致性比率CR=CI/RI=0.008<0.10，因此認(rèn)為此該判斷矩陣有較滿意的一致性。

按照上述方法，即可得到鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合評價準(zhǔn)則層B下的方案層C各評價指標(biāo)的權(quán)重值，詳見表5。

表5 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合評價準(zhǔn)則層和方案層各評價指標(biāo)的權(quán)重值

2.4.3 景觀綜合評價模型的構(gòu)建

本文借助ArcGIS軟件的空間分析功能對鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域進行景觀綜合評價的方法如下：首先，完成對各評價指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的歸一化處理；其次，利用柵格計算器，將各層次評價指標(biāo)的柵格數(shù)據(jù)分別乘以其對應(yīng)的評價指標(biāo)權(quán)重值；最后將上述結(jié)果進行加和，即可得到研究區(qū)景觀綜合評價分值和專題圖。具體步驟為：先由方案層C層的各評價指標(biāo)值分別乘以其權(quán)重；再加和，即可疊加得到準(zhǔn)則層B層的評價分值和專題圖；再將B層的各項評價因子分別乘以其權(quán)重，再加和，可疊加出最終的A層評價分值和專題圖。最終可用E來描述評價結(jié)果,其計算公式為

式中:E為研究區(qū)景觀綜合評價指數(shù);p(xi)為各評價因子的景觀評價指數(shù);wi為各評價指標(biāo)的權(quán)重;n為評價指標(biāo)的總個數(shù)。

3 評價結(jié)果與分析

3.1 景觀生態(tài)子系統(tǒng)評價結(jié)果與分析

鄂北調(diào)水工程研究區(qū)域的景觀生態(tài)評價層包括地形地貌、水熱氣象、植被指數(shù)與土地覆蓋、土壤侵蝕4個評價指標(biāo)，其中地形地貌包含高程、坡面曲率和坡度3項因子，水熱氣象包括降水和溫度2項因子。本文利用ArcMap軟件的空間疊加分析功能對景觀生態(tài)評價B1層的基礎(chǔ)指標(biāo)進行疊加處理，可得到鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀生態(tài)子系統(tǒng)評價分級圖，見圖19。

圖19 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀生態(tài)子系統(tǒng)評價分級圖

由圖19可見，鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀生態(tài)環(huán)境脆弱度可分為脆弱、較脆弱、中等、較穩(wěn)定和穩(wěn)定5個等級，在整個研究區(qū)域中景觀生態(tài)環(huán)境較穩(wěn)定的區(qū)域占絕大部分，覆蓋整個研究區(qū)域面積的52.83%，依次為中等29.79%、較脆弱8.40%、穩(wěn)定7.46%、脆弱1.52%，說明整個研究區(qū)域景觀生態(tài)環(huán)境處于一個較為良好的水平。

在疊加生成該圖的過程中，考慮了植被覆蓋景觀生態(tài)環(huán)境脆弱度因素，由于各個水庫的植被覆蓋度為0，所以水域范圍的景觀生態(tài)環(huán)境脆弱度強，但在考慮水渠景觀生態(tài)環(huán)境脆弱度因素時，要區(qū)分水體對其的影響，因此本文重點分析了研究區(qū)域水渠周圍5 km緩沖區(qū)的景觀生態(tài)環(huán)境脆弱度，結(jié)果表明：研究區(qū)域在以下節(jié)點景觀生態(tài)環(huán)境存在一定的問題：丹江口水庫水源點區(qū)域、孟樓—七方倒虹吸段、七方渡槽段、劉橋八里坡區(qū)域、花兒山隧洞區(qū)域、封江口水庫區(qū)域、黃家?guī)X隧洞段、寶玲隧洞段以及王家沖水庫區(qū)域。

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果對研究區(qū)域景觀生態(tài)子系統(tǒng)評分較低的區(qū)段進行原因分析可知:①丹江口水庫區(qū)域坡度較陡、土壤侵蝕嚴(yán)重，景觀生態(tài)環(huán)境脆弱度高的區(qū)域主要分布在丹江口水庫東南角的山體區(qū)域；②孟樓—七方倒虹吸區(qū)域坡度變化明顯，大部分耕地處于裸露狀態(tài)且植被覆蓋率低；③花兒山隧洞區(qū)域存在一個大型的工礦用地，同時該片區(qū)域土地裸露較為嚴(yán)重，植被覆蓋不佳；④封江口水庫區(qū)域坡度變化明顯，有高程起伏；⑤黃家?guī)X隧洞主要位于隨州市北面，工程類型以隧洞為主，該區(qū)域地形地貌變化多樣，土壤侵蝕較為嚴(yán)重；⑥寶玲隧洞途徑中華山森林公園區(qū)域，工程類型以隧洞為主，地形地貌變化多樣，在冬日山地坡面的土壤侵蝕較為嚴(yán)重；⑦王家沖水庫區(qū)域為整個水利工程的終點區(qū)域，該區(qū)域臨近大悟市區(qū)，地形平坦，植被覆蓋較低，距離水渠1 km左右的區(qū)域土壤侵蝕較嚴(yán)重，可能會導(dǎo)致工程地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 景觀美學(xué)子系統(tǒng)評價結(jié)果與分析

景觀美學(xué)評價主要結(jié)合水利工程及其周邊環(huán)境的色彩、層次、美感以及協(xié)調(diào)性所帶給觀賞者的主觀感受來進行評價。本文利用ArcMap軟件的空間疊加分析功能對景觀美學(xué)評價B2層的基礎(chǔ)指標(biāo)進行疊加處理，可得到鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀美學(xué)子系統(tǒng)評價分級圖，見圖20。

圖20 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀美學(xué)子系統(tǒng)評價分級圖

由圖20可見，鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域具有較強視覺美感度、景觀層次富于變化、環(huán)境色彩豐富且人工建筑與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)的區(qū)域主要集中于丹江口水庫、棗陽市區(qū)、封江口水庫以及王家沖水庫等片區(qū)附近；而視覺美感一般、景觀層次較為單一、環(huán)境色彩較為單調(diào)且人工建筑與自然環(huán)境缺少協(xié)調(diào)關(guān)系的區(qū)域主要分布于襄州區(qū)及廣水市等地。

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果進行分析，結(jié)果表明：研究區(qū)域景觀美學(xué)子系統(tǒng)評分較高的區(qū)段工程類型大多為水庫、明渠等，人工建設(shè)對原有場地的破壞程度相對較低，且周邊環(huán)境多以林地、耕地為主，景色趨于原生態(tài)，故具有較高的觀賞價值；研究區(qū)域景觀美學(xué)子系統(tǒng)評分較低的區(qū)段工程類型大部分為倒虹吸和隧洞，其工程主體大部分埋藏于地下，地表以林地形式為主，故而景觀色彩與層次感較為單一，而隧洞入口與出口處往往對原有的自然山體造成了較大程度的破壞，且工程本身缺乏美感，故而導(dǎo)致其評分較低，因而該區(qū)段是今后生態(tài)修復(fù)與景觀提升的重要區(qū)段。

3.3 景觀人文子系統(tǒng)評價結(jié)果與分析

鄂北調(diào)水工程沿線地區(qū)受儒家文化、漢唐文化、紅色文化、孝文化的影響，其歷史文化底蘊較為深厚。本文利用ArcMap軟件的空間疊加分析功能對景觀人文評價B3層的基礎(chǔ)指標(biāo)進行疊加處理，可得到鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀人文子系統(tǒng)評價分級圖，見圖21。

圖21 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀人文子系統(tǒng)評價分級圖

由圖21可見，研究區(qū)域景觀人文子系統(tǒng)評分最高的區(qū)域為丹江口水庫區(qū)域、棗陽市區(qū)域和王家沖水庫區(qū)域，這三個區(qū)域的人文氣息相對而言最為濃厚，且工程景觀具有較高的美學(xué)欣賞價值，交通可達性高。例如丹江口水庫區(qū)域，該區(qū)域歷史悠久，至今已有近3 000年的歷史，境內(nèi)有世界文化遺產(chǎn)、道教圣地、國家5A級旅游風(fēng)景區(qū)——武當(dāng)山等諸多旅游景點，同時丹江口水庫也是南水北調(diào)中線工程調(diào)水源頭，該區(qū)域的工程景觀以水庫、明渠為主，可謂山水珠聯(lián)璧合，同時也不乏歷史傳說與故事，因而該區(qū)域的景觀人文子系統(tǒng)評分較高；評分次之的為孟樓等地，這些地區(qū)具有一定的歷史文化積淀與自然瑰寶，但同時也存在著交通可達性和人文氛圍有待提升等問題；而評分相對較低的區(qū)域為隨州至廣水部分區(qū)域，這些區(qū)域受人類活動的影響較小，缺乏人文積累，同時隧洞的開鑿破壞了整體自然環(huán)境的美學(xué)觀賞價值，這也可能是導(dǎo)致其評分相對較低的原因。

3.4 景觀綜合評價結(jié)果與分析

將景觀生態(tài)評價指數(shù)、景觀美學(xué)評價指數(shù)、景觀人文評價指數(shù)歸一化至0～10區(qū)間，并將其結(jié)果代入景觀綜合評價模型，經(jīng)在ArcMap軟件中疊加運算分析后，即可得到鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀綜合評價結(jié)果,見圖22。

圖22 鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀綜合評價分級圖

鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域的景觀綜合評價指數(shù)區(qū)間為1.804 3～8.470 1，平均值為4.546 4，綜合評價指數(shù)越高表明景觀綜合質(zhì)量越好，反之則越差。本文將綜合評價指數(shù)區(qū)間按照自然間斷點分級法劃分為5級，即一級(優(yōu)良，綜合評價指數(shù)區(qū)間為5.934 5～8.470 1)、二級(較好，綜合評價指數(shù)區(qū)間為5.098 0～5.934 5)、三級(中等，綜合評價指數(shù)區(qū)間為4.339 9～5.098 0)、四級(較差，綜合評價指數(shù)區(qū)間為3.555 7～4.339 9)和五級(差，綜合評價指數(shù)區(qū)間為1.804 3～3.555 7)。

由圖22可見，在整個研究區(qū)域內(nèi)，評價等級為“中等”及以上的區(qū)域面積占總面積的53%，評價等級為“較差”和“差”的區(qū)域面積占總面積的47%。其中，評價等級為“優(yōu)良”的區(qū)域面積占總面積的8.7%，主要分布于丹江口水庫、棗陽市和大悟縣片區(qū)，土地利用類型以耕地、林地和建筑用地為主；評價等級為“中等”的區(qū)域面積占比最大，主要分布于襄州區(qū)中部、棗陽市東部、隨州市西部等片區(qū)，土地利用類型以耕地和林地為主；評價等級為“較好”的區(qū)域面積占比次之，主要分布于丹江口水庫附近、襄州區(qū)東南部、棗陽市以及王家沖水庫附近等片區(qū)，土地利用類型以耕地、林地、裸地和建筑用地為主；評價等級為“差”和“較差”的區(qū)域面積占比相對較高，主要分布于老河口市、襄陽市、隨州市以及廣水市部分區(qū)域，涉及耕地、建筑用地、裸地等多種土地利用類型。以上研究結(jié)果表明研究區(qū)域內(nèi)的景觀綜合質(zhì)量大體呈中上水平。

基于以上大環(huán)境背景下的景觀綜合評價，再將研究焦點聚集于鄂北調(diào)水工程沿線5 km范圍內(nèi)，通過觀察分析可得出5個景觀綜合質(zhì)量較好的區(qū)段，分別為丹江口水庫處、沙河渡槽段、東郊(優(yōu)良)明渠段、封江口水庫處以及王家沖水庫處；同時可得出4個景觀綜合質(zhì)量較差的區(qū)段，分別為紀(jì)洪明渠至孟樓—七方倒虹吸段、白河管橋段、花兒山隧洞至興隆—萬福隧洞段、廣水區(qū)段。對于景觀綜合質(zhì)量較好的區(qū)域，結(jié)合實地調(diào)研情況來看，大多集中于水庫和明渠片區(qū)，且具備風(fēng)景優(yōu)美、生態(tài)環(huán)境健康以及歷史文化底蘊深厚等特點；而對于景觀綜合質(zhì)量較差的區(qū)域，其工程類型大多以渡槽、隧洞為主，且土地利用類型多為裸地、耕地或建筑用地，這說明工程的開發(fā)、人類的活動以及景觀生態(tài)環(huán)境的保護狀況對這類區(qū)域的景觀狀況造成了一定程度的影響，今后可考慮將其作為景觀建設(shè)的重點恢復(fù)區(qū)。

4 結(jié)論與建議

鄂北調(diào)水工程的建設(shè)現(xiàn)已基本完工，它對其所在區(qū)域內(nèi)的景觀狀況勢必會造成一定程度的改變。本文指標(biāo)用層次分析法，構(gòu)建了以景觀生態(tài)評價、景觀美學(xué)評價和景觀人文評價為準(zhǔn)則層的鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合評價指標(biāo)體系，通過利用遙感技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)學(xué)模型方法完成了評價指標(biāo)體系的運算與分析，可相對便捷、快速地對大范圍研究區(qū)域進行景觀綜合評價，同時也證明利用GIS等技術(shù)開展景觀綜合評價研究是切實可行的。研究結(jié)果表明：鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域內(nèi)的景觀綜合質(zhì)量大體呈中上水平。其中，景觀綜合質(zhì)量較好的區(qū)域有：丹江口水庫處、沙河渡槽段、東郊(優(yōu)良)明渠段、封江口水庫處以及王家沖水庫處；景觀綜合質(zhì)量較差的區(qū)域有：紀(jì)洪明渠至孟樓—七方倒虹吸段、白河管橋段、花兒山隧洞至興隆—萬福隧洞段、廣水區(qū)段。

以上結(jié)論為鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀資源的保護、開發(fā)和利用提供了科學(xué)的依據(jù)，在今后的工作中可結(jié)合某個區(qū)段的地域特性對其景觀進行加強與利用。例如對于丹江口水庫庫區(qū)，該地區(qū)景觀美學(xué)評價指數(shù)較高，且水利工程建筑較為美觀，具有較為深厚的文化底蘊，同時也是鄂北調(diào)水工程的起點，因而具備了開展旅游活動的良好條件，可考慮開發(fā)漁業(yè)并將其作為一項生態(tài)旅游項目，或是作為調(diào)水工程景區(qū)參觀的起始點進行開發(fā)；但同時，該地區(qū)景觀生態(tài)評級為中等，故而也應(yīng)考慮采用生態(tài)手段對其進行修復(fù)，如在庫區(qū)建立植物消落帶，引進本土物種進行栽種，對于環(huán)境較差的區(qū)段可引入先鋒種植群等，還可通過建設(shè)明渠兩岸綠色廊道的方式提高區(qū)段整體格局綠化，進一步提升區(qū)段內(nèi)的可觀賞性。

由于研究區(qū)域較大且人力有限，故研究的精度與深度仍有待于進一步的提升。但隨著鄂北調(diào)水工程沿線資料與數(shù)據(jù)的逐步完善，可用于評價鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀綜合質(zhì)量的評價指標(biāo)也在不斷增加，同時評價指標(biāo)體系與評估模型也在逐步更新，且有越來越多的學(xué)者加入了此研究行列中，這將更有利于鄂北調(diào)水工程沿線及其核心區(qū)域景觀評價工作的開展。