城市增长边界框架：生态保护与灾害风险协同管控的景观可持续性路径

这篇综述创新性地提出整合生态保护与灾害风险减控（DRR）的城市增长边界（UGBs）划定框架，融合景观生态学、灾害风险科学与景观可持续性科学（LSS）理论，通过"约束型""情景型""优化型"三路径实现城市扩张风险双控，并以旱区案例验证其降低水危机与洪灾暴露度的实践价值。

　　

引言

城市扩张正以每年吞噬1200万公顷自然用地的速度威胁全球可持续发展。卫星观测显示，开罗等旱区超大城市50年间城市用地增长超2000 km²，直接导致优质耕地年损失超120 km²。传统城市增长边界（UGBs）研究多聚焦生态保护，却忽视城市扩张引发的级联灾害风险——全球洪泛区城市用地近40年增长85%，而地震高风险区新增建成区面积达220%。

生态与灾害风险的双重挑战

城市扩张通过"涟漪效应"产生跨区域生态影响：当城市侵占耕地后，偏远地区自然栖息地会转化为补偿性耕地。同时，不透水地表增加使百年一遇暴雨的洪峰流量提升35-60%，而热岛效应使城市极端高温风险增加2-3个标准差。更复杂的是，生态系统服务退化（如湿地消失）会削弱气候调节能力，形成"生态-灾害"恶性循环。

理论框架创新

基于景观可持续性科学（LSS）的"格局-过程-服务-可持续性"范式，本研究构建了五维框架：

1. 城市扩张时空模拟耦合CLCD卫星数据与LUSD-urban模型
2. 生态风险评估纳入生物多样性维持、碳储存等12项指标
3. 灾害风险量化采用H-V-D（危险性-脆弱性-暴露度）三维模型
4. 风险互作分析引入生态系统服务权衡协同方法
5. UGB划定整合地理设计（Geodesign）多利益方协商

三大实施路径

约束型路径在旱区应用显示：将优质耕地、生态廊道设为禁建区后，可使城市水压力指数降低42%。情景型路径通过SSPs情景模拟发现，若考虑气候变暖使降水变率增加20%，洪泛区UGB需外扩500米缓冲带。优化型路径采用NSGA-II算法时，需设置迭代次数>1000次才能收敛到Pareto最优解。

旱区实证研究

以中国北方旱区为例，耦合WRF气候模式与系统动力学模型显示：当水资源约束阈值设为800 m³/人时，乌鲁木齐UGB需压缩规划面积23%。而基于InVEST模型的洪涝调节服务评估表明，保留城市周边10%湿地可降低内涝损失约1.2亿元/年。

学科交叉意义

该框架首次建立了景观格局指数（如LSI形状指数）与灾害恢复力的定量关系——当蔓延度指数（CONTAG）>60时，城市抗灾能力提升30%。同时揭示了生态系统服务流（如沙尘阻滞）对降低旱区城市呼吸道疾病发病率（OR=0.82）的间接健康效益。

未来方向

需开发耦合ABM（Agent-Based Model）与区域气候模型（RCMs）的集成平台，以捕捉居民避难行为与极端天气的交互作用。而UGB动态调整机制也需结合MODIS时序数据实现年度更新，这对应对PM_2.5跨界传输等新型风险尤为重要。