國土空間背景下的城市綠色空間體系規劃研究

黃婷婷 高夢瑤 韓若東 朱建寧

北京林業大學園林學院 北京 100083

國土空間規劃首次將國土空間本底條件劃分為城鎮、農業、生態 “三類空間”,生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界等管控邊界 “三條紅線”,簡稱 “三區三線” (國土資源部 《關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》)。隨著城市空間研究的成熟,2014年Mensah提出將城市空間分為城市綠色空間與城市灰色空間[1],城市綠色空間構成城市綠色基礎設施,形成城市新陳代謝系統[2-3]。而今,在國土空間規劃的背景下,城市園林、城市森林、都市農業、綠色廊道等組成的城市綠色空間 (北京市人民政府 《北京城市總體規劃(2016-2035)》)在規劃范圍方面具有一定的局限性,國土空間規劃體系對城市建設范圍外的場地未加以考慮。對應 “多規合一”政策,本研究從土地利用分類的角度,將綠色空間定義為國土空間中具有生態屬性的用地。對照“三類空間”和土地利用現狀分類表,將綠色空間范圍進一步擴大,包括生態空間在內的所有土地類型,以及農業空間中的耕地和部分其他用地,具體指園地、林地、草地、公共管理與公共服務、水域與水利設施、耕地及其他用地共7個一級分類和其下的29個二級分類。

研究基于新的綠色空間定義,從基質完形、廊道構建和斑塊保護3個方面構建完整的綠色空間體系?；|完形從生態安全保護、雨洪安全保護、一般農田提升和優質裸地提升方面建立;廊道的構建按城市廊道的功能需求,分為生態廊道、通風廊道和游憩綠道;斑塊保護主要是針對具有生態功能的大型節點。在此基質-廊道-節點的網絡基礎上,通過對斑塊、廊道進行分等級保護,根據重要性等級進行網絡優化。最后綜合提出綠色空間體系的優化對策。

1 研究區域與數據處理

研究范圍位于北京市二道綠隔東南平原區,總面積為723.21km2,包括二道綠隔地區衛星城及各鄉鎮行政外邊界范圍。范圍北至一道綠隔外邊界,南至北京市行政邊界,東臨京滬高速,西抵京開、通燕高速。場地基地為河道攜帶泥沙礫石沉積而成,是典型的山前沖積平原,整體地勢平坦、土壤肥沃、氣候條件差異不大。

研究數據為2018年5月18日Landsat8OLI多光譜遙感影像和30m分辨率的ASTERGDEM數字高程數據 (數據來源:http://www.gscloud.cn/)。使用ArcGIS10.2、ENVI5.3.1對原始TM圖進行數據預處理,經過幾何校正、去云、大氣校正、圖像增強后得到北京東南平原地區的柵格數據TM圖,最后結果與同年高分辨率GoogleEarth影像目視解譯結果進行精度檢驗,解譯精度達87%,基本滿足研究需要。在ENVI5.3.1中對柵格圖像進行土地利用監督分類,得到建設用地、林地、耕地、水域、草地、裸地和未利用地共7種土地現狀覆蓋(LandCover)類型。

2 研究方法及路線

1)綠色空間網絡要素構建法。通過對綠色空間網絡要素的規模和功能將研究范圍內的綠色空間體系內的要素進行調查統計,分為基質、廊道、節點3類[4]。

2)綜合生態格局分析法。生態安全格局的概念基于景觀生態學,是指在景觀格局中存在一個關鍵性的空間,其構成格局能夠高效維護區域生態系統健康,保障生態過程完整的潛在戰略格局[5]。生態安全格局的構建有利于維護生態過程(如雨洪過程、動物棲息地和遷徙等)的安全和健康,堅守生態底線[6-7]。

3)最小累積阻力模型理論。最小累積阻力模型(MinimumCumulativeResistance,簡稱MCR)最早源于Knaapen等人的費用距離理論,并經俞孔堅等人[8]修改后形成,主要借助ArcGIS空間分析技術,通過阻力面的構建反應源地景觀生態流運行的空間態勢,并根據景觀類型對運動過程的影響程度,通過阻力系數的判定計算源單元到目的單元之間的最小累積阻力。

基于上述綠色空間體系規劃理論和方法的梳理,規劃從基質完形、廊道構建和斑塊保護3個方面總結出適宜生態網絡規劃的框架 (圖1)。首先提取研究需要的土地覆蓋類型,然后通過基質-廊道-斑塊的方法構建綠色空間網絡體系。生態安全保護、雨洪安全保護、一般農田提升和優質裸地提升用來實現綠色空間的基質構建;廊道的構建是按照城市廊道的功能需求來實現的,分為生態廊道、通風廊道和游憩綠道;斑塊保護主要是保護城市中具有生態功能的大型的節點。在此基質-廊道-節點的網絡基礎上,通過對斑塊、廊道進行分等級保護,根據重要性等級進行網絡優化。

3 北京市二道綠隔平原區綠色空間體系構建

3.1 現狀綠色空間概況

通過ENVI5.3.1監督分類得到林地、草地、裸地、濕地水域、耕地、道路、建設用地7種土地覆蓋類型,再與土地規劃圖、城鄉范圍界定綜合得到土地利用現狀圖,按照國土空間的分類標準對723.21km2研究范圍內的空間進行歸類,分為城鎮空間、農業空間和生態空間3大類型。分析結果得出現狀生態空間占46.0%,以林地、裸地、濕地水域居多;農業空間占16.3%,多為耕地 (占9.5%);城鎮空間占37.7%。

根據綠色空間定義,現狀的綠色空間比重為51.8%,但是其中包含大量的裸地,因此將無植被覆蓋的裸地去除后的用地作為現狀綠色,去除后的綠色空間約35.7%(圖2),主要分布在河流沿線和六環外平原地區。

圖1 網絡要素構建法構建綠色空間體系

圖2 現狀綠色空間分布

3.2 斑塊保護:景觀格局組分優化

根據研究區的情況選取不同類型的生境斑塊作為物種的生物源地,包括水域、森林、農田、草地和城鎮生境,其中水域、森林和草地生境選取所有對應的景觀類型斑塊,農田和城鎮生境選取面積大于10hm2的耕地和建筑用地景觀單元作為生態節點和源地[9];再利用最小累計阻力面構建二道綠隔平原地區的最小功能耗費路徑,同時結合研究區現狀景觀分布的格局特點,確定生態廊道及生態節點的空間位置,綜合生態源地、目標源地等要素形成二道綠隔平原地區的景觀格局組分優化方案 (圖3)。

圖3 二道綠隔平原地區景觀格局組分優化示意圖

3.3 廊道構建

3.3.1 生態廊道構建

通常認為增加廊道數目可以減少生態流被截留和分割的概率[10-11]。生物遷移廊道的寬度隨著物種、廊道結構、連接度、廊道所處基質的不同而不同,鳥類與大型哺乳動物的廊道寬度從十米至幾十千米變化[12]。根據生態適宜性分析結果可知,場地中的林地是生態廊道的主要組成景觀,重要廊道的適宜寬度為60～100m,規劃廊道的適宜寬度為30～60m(圖 4)。

3.3.2 通風廊道構建

圖4 生態廊道等級圖

城市通風廊道是以提升城市的空氣流動性、緩解熱島效應和改善人體舒適度為目的,為城區引入新鮮空氣而構建的通道?！侗本┦锌傄?013》在現有廊道中并未涉及通州、燕郊、大興等郊區,但這些地區的空氣污染程度是最嚴重的,因此該區域建設通風廊道十分必要。

根據 《中華人民共共和國氣候可行性論證規范城市通風廊道》中的城市主通風廊道規劃寬度、長度、長寬比≥20∶1、風向、夾角等要求[13],在城市用地現狀圖上利用地理信息技術疊加北京風況、通風潛力、通風量、城市熱島強度、綠源空間分布,在區域規劃層面 (結合生態安全格局構建)初步確定該區域的主通風廊道和次通風廊道[14],規劃后形成4條通風廊道綠化帶,包括3條東部主通風廊道和1條次通風廊道 (圖5)。

圖5 通風廊道構建

3.3.3 游憩廊道構建

在歷史脈絡方面,北京市作為首都,歷史悠久,場地地域平坦開闊,水源充足,物種豐富,早在遼金時期就已是著名的皇家狩獵場,且在清代時形成著名的 “五海相連”景象。

根據二道綠隔平原地區現狀特點和游憩地分布,選取資源價值、環境質量價值和區位條件作為評價引自指標[15],采用層次分析法 (AHP)為各相應指標權重賦值得到的結果,判別不同類型指標及其因子對游憩地適宜性的影響程度[16]。通過多因子加權疊加分析和源-匯理論建立最小累積阻力模型,得到二道綠隔平原地區游憩廊道適宜性評價,最后根據現狀道路及資源分布調整得到游憩廊道分布圖 (圖6)。

圖6 游憩廊道分布

3.4 基質完形

3.4.1 生物保護安全基質構建

在指示物種選取上,選擇可以代表群落演替系列中某個階段的特征或可用于判斷自然環境的類型和特點的物種。根據文獻資料,選取翠鳥、黑斑蛙和野兔分別為鳥類、兩棲和哺乳動物指示物種;根據不同指示物種的棲息習性,進行棲息地適宜性評價,在ArcGIS中模擬得出單一物種的生物安全格局;最后疊加得出二帶綠隔地區的綜合生物高、中、低安全水平格局 (圖7)。

圖7 綜合生物安全格局

3.4.2 雨洪保護安全基質構建

研究范圍集中在南部農業生產區,溝渠水網較為豐富,河流湖泊較少。根據 《關于劃定郊區主要河道保護范圍的規定》,選取水源保護地,將河道分為水源保護河道、排水河道以及灌溉渠,并根據其保護范圍進行水源保護。

根據現狀研究區暴雨數據、降雨總量和相對水位高程等相關數據[17-18],基于ArcGIS的空間分析技術,模擬得到不同暴雨期的洪水淹沒區域;根據不同淹沒范圍劃分防洪低、中、高安全水平對場地范圍內洪水安全進行整體風險評估,以10,50,100年一遇作為雨洪淹沒安全標準,用GIS模擬洪水淹沒范圍;最后疊加雨洪敏感區域和洪水淹沒范圍得到綜合雨洪安全格局。通過雨洪淹沒區可以看出,區域主要的雨洪淹沒緩沖區集中在徑流交匯處的低洼地。

3.4.3 一般農田提升

研究范圍內農田占比約33.5%,基本農田(約132.12hm2)和一般農田(約109.95hm2)相互交錯,主要位于東南部,形成3大組團,對通州新城、亦莊新城和大興新城形成一定隔離[19]。研究采用逼近理想點排序模型法,確定耕地入選基本農田的優先順序[20-21],得到綜合排序狀態分布圖,綜合評價最低等級農田作為轉質提升的潛力用地(圖8)。

圖8 農田質量等級評價

3.4.4 裸地轉質提升

將現狀裸地從土壤有機質含量、土壤水分、養分、土壤類型等角度進行適宜性評價,選擇適宜綠色空間建設的裸地范圍,以及對比2008年衛星圖中原有植被覆蓋、現今消失的區域,對其臨近河流200m緩沖區的裸地加以選擇,得到裸地轉質的提升范圍 (圖9)。

圖9 裸地轉質提升范圍

3.5 全域綠色空間規劃

通過基質-廊道-節點綜合網絡體系分級構建方法,在現有綠色空間的基礎上得出規劃后的綠色空間范圍 (圖10)。規劃后的北京市二道綠隔平原區綠色空間從35.7%提升為62.7%,基本達到 《北京市總規》 (2035)中綠色空間總面積占規劃總用地比例63%的要求,其中生態安全格局占18.9%。所形成的分級綠色空間基礎設施為:一級綠色基礎設施占16.8%,二級占25%,三級占30.1%,其中林地是綠色空間的主要組成成分。所構建的生態廊道長度為32.4km,新增13.8km,重要生態廊道有6條,一般廊道有27條,沿六環道路呈魚骨狀分布。

圖10 綠色空間體系規劃

4 討論

本文以北京市第二道綠色隔離地區的東南平原地區為研究案例,通過建立節點-廊道-基質的綠色空間網絡體系尋求全域綜合的綠色空間規劃體系,結果表明,從生態節點、多種廊道的構建到基質的網絡健全需要建立全局觀,“多規合一”有利于提高規劃效率、健全規劃體系;在規劃后的綠色空間網絡體系中,生態空間仍是綠色空間的重要組成部分,生態安全格局與城市生態文明建設息息相關,生態保護紅線的劃分和分等級建設仍然至關重要,生態文明制度建設仍需置于更高的位置;北京市二道綠化隔離地區現狀用地復雜,歸屬權劃分難以統一,規劃的實施仍需要在后期規劃中逐區逐片進行。

多方法、跨學科的規劃更適用于現階段國土空間背景下 “多規合一”的規劃?；谝巹澐秶婕暗秸麄€國土空間,現狀條件的錯綜復雜導致以單一方法或體系的規劃已經較難適用于現狀“多規合一”的規劃,在規劃中仍需綜合城市規劃學、生態學、地理學等方法對場地進行全面評估;此外,在國土空間背景下的城市綠色空間體系規劃對國土資源統籌保護和修復具有重要的意義?；趫龅噩F狀及未來發展、保護現狀綠色空間、挖掘潛在綠色空間,本研究提出的綜合基質-廊道-節點構建的綠色空間網絡體系尚存許多不足,如數據來源中30 m的精度相對粗糙,對現狀考察的細致程度也不足;建立并完善國土空間背景下的綠色空間規劃體系將是一個較為長期的實踐過程,而從圖紙上的規劃到實際土地上的落實還有許多工作要做,每條廊道的邊界、每個節點的范圍仍需實際考察,應做適宜、適合的規劃設計。