上海市生态网络体系评价方法研究|上海城市规划

利用GIS技术,以2009年和2013年上海市TM影像、矢量化道路和绿道网络,以及现状土地利用作为数据源,通过4个非空间组分指数和4个空间配置指数进行景观格局分析,利用反映景观连接度和景观连通性的γ、α、β及成本比指数进行生态网络评价,以及最小成本路径方法进行生态网络构建。结论认为,研究时间段内,上海市景观斑块的破碎化程度和景观多样性、景观均匀性有所降低,景观连接度略为提升,其中中心城区相较于市域在上述指标的变化上更为明显。最后从斑块和廊道建设两个方面、市域和中心城区两个维度提出关于优化上海市绿地系统景观格局的建议。


1研究背景


城市生态网络的建设对于城市生态环境改善具有不可替代的作用,主要体现在4个方面:生态服务功能、保护生物多样性功能、景观游憩功能和引导城市空间发展的功能。当前,人类活动和快速城市化进程导致景观破碎化和生境面积减小成为威胁生物生存的普遍性问题,因此构建合理有效的生态安全空间格局对特大城市来说显得尤为重要。

为促进资源紧约束条件下的城市发展转型,维护城市生态安全,上海市城市规划设计研究院于2009—2010年开展了《上海市基本生态网络规划》(以下简称“《规划》”)研究。本文借《规划》研究的契机,利用遥感信息和GIS技术,以景观格局指数分析上海市2009—2013年生态空间(集中于绿地)的景观水平,以景观连接度对上海市道路系统和绿地系统进行拓扑分析,指明网络构建过程中存在的不足和缺陷,以期通过对上海市主要生态空间的景观格局和网络性能的分析,为构建健康合理的上海市生态安全空间格局提供技术支撑和规划建议。


2研究区域生态现状与生态网络分析方法

2.1  研究区域生态建设现状

至2008年底,上海市建成区外围现状生态用地(包括耕地、园林地和内陆湿地等)面积约3 895 km2(同期现状建设用地总面积约2 860 km2),约占陆域总面积的57%(如加上现状建成区内绿地约162 km2,生态用地总面积约4 057 km2)。同时,随着上海城市建设和社会经济的快速发展,生态用地保护压力逐渐加大。主要体现在:一是生态用地总量减少趋势比较明显;二是生态连通性不够,整体效益较差;三是生态用地分布不均衡;四是生态空间建设难度比较大。

 

上海市域生态用地现状图

 

2.2  研究数据来源

(1)景观格局分析数据来源

本研究以2009年和2013年上海市TM影像为遥感数据源。

(2)生态网络分析数据来源

现状生态网络数据来源于对2010年上海市现状道路和2009年绿道网络的矢量化。

(3)生态网络构建数据来源

通过遥感解译方法获取土地利用数据,结合遥感反演获取林地数据,现状道路数据主要通过对地图的矢量化获取。

2.3  研究方法

(1)景观格局分析

采用景观指数分析上海市现状景观格局。选择4个非空间的组分指数:斑块密度、边界密度、平均斑块面积和Shannon多样性指数;4个空间配置指数分别为:景观形状指数、平均斑块分维数、欧式最近邻近距离和和连接度。

(2)生态网络评价

利用拓扑指数对上海景观生态网络连接度和连通性进行描述,通过指数计算,描述城市景观生态网络在空间上的耦合关系及其生态效能,强调网络之间的生态耦合途径及其生态功能的整体性和有机性。

(3)生态网络构建

采用最小路径方法对现有上海生态源地进行识别,判定影响生态网络构建的阻力因素,在上述基础上构建安全合理的生态网络系统。基于最小消费路径的生态网络构建过程大致可以分为生态源地辨识、景观阻力评价、消费面制作、生态网络构建4个步骤。在构建潜在生态网络基础上,结合重力模型提取重要生态廊道,最后在上述网络构建基础上,提出规划建议生态廊道。

 

生态廊道提取流程图


选取的上海地区生态源地

 

不同土地利用类型的景观阻力值


3结果分析


3.1  景观格局结果分析

对上海市2009年、2013年市域和中心城区绿地进行景观格局分析,得到一系列在斑块类型水平上的景观指数。

 

2009年、2013年上海市域和中心城区绿地在斑块类型水平上的景观指数

 

数据反映出:(1)绿地系统的破碎化程度呈现明显的上升趋势,主要和城市化进程中人类活动对绿地的作用加强有关;(2)绿地系统斑块形状的复杂性程度有所下降;(3)中心城区的绿地系统破碎化程度高于市域范围,城市化对中心城区的绿地系统影响更大。而中心城区的边界密度、平均斑块分维数和市域类似,说明中心城区和市域相比,绿地斑块的复杂程度类似。

对2009年和2013年绿地系统景观格局进行分析,得到一系列景观水平上的景观指数。

 

2009年、2013年上海市域和中心城区绿地在景观类型水平上的景观指数

 

从中心城区与市域比较来看,2009年和2013年中心城区景观形状指数小于市域、景观多样性指数低于市域、景观均匀性指数低于市域,说明中心城区景观要素更加单一,景观多样性和均匀性较低。且中心城区欧氏最近邻体距离低于市域、连接度高于市域,说明中心城区景观连接度优于市域范围,有利于保护生物多样性和生物资源。

 

3.2  生态网络评价结果

通过γ、α、β和成本比指数分析可以发现,道路网络和绿地网络均有相似的网络特征,两者网络连接度均较好、环路数量均较少、形成的节点间连接途径水平一般,且两者成本比都较高。形成这样的特征,可能是因为道路网络和绿地网络在建设过程中,注意所有节点的连接度,但是对于环路建设和节点间的相互连接有所欠缺。这些特征一方面反映出道路和绿地节点的廊道建设程度较低,另一方面节点建设存在孤立化、点状化和平面化的问题。未来在上海市生态网络建设过程中,要加强节点间的连接程度,注意环路的建设,增加绿地斑块和廊道建设,改善连接的生境质量,降低生态网络建设成本比。

 

上海市城市生态网络基本特征度量表

 

3.3  上海市生态网络构建

3.3.1  消费面制作结果

根据上表不同土地类型的景观阻力赋值,分别制作成本栅格文件。


成本栅格图

 

3.3.2  潜在生态网络构建

基于GIS软件平台,采用最小路径方法可以确定源和目标之间的最小消费路径,该路径是生物物种迁移和扩散的最佳路径,可以有效避免外界的各种干扰。最终通过连接21个绿地斑块的210条潜在廊道,组成规划研究区的潜在生态网络。

 

上海市潜在生态廊道图

 

3.3.3  重要生态网络的提取

计算生态斑块两两之间的相互作用矩阵,根据矩阵中得分值的大小,结合规划研究区具体情况,将相互作用大于10的21条潜在重要生态廊道提取出来。

 

上海市重要生态网络提取

 

3.3.4  生态网络构建结果

为了减少破碎生境的孤立化,保持生物多样性,通过生态网络的构建发展生态廊道来维持和增加生境的连接,在景观尺度上构建和发展生态廊道以增加生境斑块的连接性。根据上述提取的重要生态网络,结合所有生态斑块之间的生态网络,考虑最后创建绿廊的完整性、环路性以及全覆盖性,构建上海市的生态保护型绿廊并与上海市城市总体规划进行叠加,形成上海市城市生态网络。

 

上海市城市生态网络规划示意图

 

4结论与展望


通过对2009年和2013年上海市的绿地系统景观格局进行分析,构建一系列表征景观格局和生态网络的指数,该指数反映出2009—2013年上海市在城市景观形状、多样性、均匀性,以及景观连接度等方面发生了明显变化,其直观效果是加大了斑块的破碎化程度,降低了景观多样性和均匀性,但增强了景观连接度,一定程度上改善了绿地系统的质量。此外,表征景观生态网络的γ、α、β及成本比指数反映了路网的网状连接度较低,呈现出辐射状延伸特征以及节点建设的孤立化、点状化和平面化。值得注意的是,通过对以上指标的分析可以清楚地判断中心城区和市域范围内景观格局和生态网络存在较大的差别。例如,中心城区的景观破碎度和景观多样性更低,景观要素更加单一。

综合以上研究,未来在上海市生态网络建设过程中,应注意以下两个方面:

(1)市域范围内,结合上海市城乡建设用地增减挂钩、上海市新一轮总体规划等重大战略机遇,从全域角度构建生态网络的整体性。具体来说,加强节点间的连接程度,注意环路的建设,增加绿地斑块和廊道建设以改善连接的生境质量,降低生态网络建设成本比;

(2)一方面,中心城区景观连接性高于市域是由于其路网密度较高,但路网密度并不能直接反映生态廊道密度。另一方面,针对中心城区景观破碎度低和要素单一的问题,未来以期结合工业改造和“退二进三”的实施得以提升,因此中心城区应该着力于结合产业升级、用地置换和旧城更新来增加绿地斑块,构建生态绿化廊道。

然而,生态安全的提升并不是一蹴而就的,网络构建也不是点线面的简单图示化理解,需要全局性的战略和政策指导,以及用地性质和功能转变、更新改造及道路建设等诸多环节的合作。最后本研究基于指标分析结果,通过景观生态方法对生境斑块进行串联,形成自然与人工结合的珠带式开放空间,对提升城市空间品质具有一定意义,旨在对上海市未来生态网络构建提供借鉴。



详情请关注《上海城市规划》2017年第2期《上海市生态网络体系评价方法研究》,作者:阎凯,同济大学建筑与城市规划学院;王宝强,华中科技大学建筑与城市规划学院;沈清基,同济大学建筑与城市规划学院。



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