基于GIS的城鎮(zhèn)河道綠地景觀格局分析與評價

過萍艷，章菥妤，呂 淵

（1.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 蕭山 311200；2.浙江郡凱工程設(shè)計有限公司，浙江 杭州 311100）

1 問題的提出

城鎮(zhèn)河道建設(shè)是城鎮(zhèn)建設(shè)中的重要組成部分，是影響水體化學(xué)、物理、水文等河流系統(tǒng)的重要因素[1]，也是影響河流水生態(tài)系統(tǒng)、決定河流生態(tài)特征的重要方面[2]。隨著人類生態(tài)、環(huán)保意識的增強(qiáng)，城鎮(zhèn)建設(shè)的生態(tài)河道已成為衡量城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，也成為現(xiàn)代城鎮(zhèn)必不可少的環(huán)境資源[3]?，F(xiàn)代河流治理中不單單是防洪排澇工程，還需要對河流水體污染治理以及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和保護(hù)，結(jié)合景觀工程的規(guī)劃、濱水綠化的設(shè)計來恢復(fù)和改善河流的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境[4]。景觀格局原理在河道生態(tài)景觀設(shè)計中的應(yīng)用可以幫助分析城鎮(zhèn)河道綠地景觀類型、數(shù)量、空間分布與配置及其內(nèi)在相互作用關(guān)系，借助GIS軟件，來定量描述分析河道景觀結(jié)構(gòu)、功能，得出具體河道景觀量化的指標(biāo)和數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析和評價，評估城鎮(zhèn)河道綠地空間分布狀況，評價城鎮(zhèn)河道綠地景觀布局的合理性，有利于了解河道生態(tài)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，能較大提高研究區(qū)河道建設(shè)的科學(xué)性，為河流綠色廊道建設(shè)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考，為優(yōu)化城鎮(zhèn)資源配置提供依據(jù)，也為城鎮(zhèn)的綠地系統(tǒng)規(guī)劃提供一定的建設(shè)參考和借鑒。

2 研究區(qū)概況

宗漢街道是慈溪市中心城區(qū)組成部分，位于慈溪市中心西北部。街道城鎮(zhèn)水系主要屬西河水系，河網(wǎng)正常水位2.25 ～ 2.45 m。區(qū)內(nèi)河流較為密集，街道有大小河流60余條，總計長約140 km。河流流于走向由南至北，其中骨干河道為潮塘橫江、三塘橫江、漾山路江，二類河道為趙家路江、三灶江、四灶江、五灶江、鳴山路江、七甲江、崔陳路江、三十弓江等。研究區(qū)高空分辨率航空影像范圍見圖1。

圖1 研究區(qū)高空分辨率航空影像范圍圖

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究以宗漢街道規(guī)劃區(qū)34 km2為研究對象，結(jié)合慈溪市城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃（2013 — 2020年）及現(xiàn)狀調(diào)查資料，以慈溪市2015年高空分辨率航空影像為主要數(shù)據(jù)源，借助ArcGIS10.2軟件將圖形數(shù)據(jù)統(tǒng)一配準(zhǔn)到GCS - WGS - 84坐標(biāo)系中，分成矢量化河道水域、河道綠地等信息，建立基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫。參照《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》（2002年），結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，將宗漢街道河道綠地劃分為公園綠地、防護(hù)綠地、生產(chǎn)綠地、附屬綠地等4類，最終建立研究區(qū)河道綠地景觀信息數(shù)據(jù)庫。

3.2 研究方法

景觀格局可以反映出景觀要素在生態(tài)過程中人與自然相互作用的關(guān)系，同時也能反映出景觀在生態(tài)環(huán)境中的被干擾脆弱程度[5]。對景觀格局的變化與反映，一般可以用景觀指數(shù)來表達(dá)。景觀指數(shù)能夠高度概括景觀格局信息，反映不同景觀生態(tài)系統(tǒng)所受到的干擾及脆弱程度，反映內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成和空間配置變化，定量研究景觀格局和動態(tài)變化[6]。

Arcgis中Patch Analyst模塊是ArcGIS的擴(kuò)展，由Fragstats發(fā)展而來，具有Fragstats絕大部分景觀指數(shù)計算能力，能接受柵格和矢量數(shù)據(jù)，主要用來輔助景觀斑塊的空間分析，具有模擬斑塊的關(guān)聯(lián)屬性，支持景觀空間格局分析。本文在Arcgis和Patch Analyst的支持下，通過統(tǒng)計各類河道的公園綠地、防護(hù)綠地、生產(chǎn)綠地、附屬綠地等綠地類型的斑塊數(shù)、斑塊面積、周長等數(shù)據(jù)作為景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)計算的基礎(chǔ)[7]，從斑塊結(jié)構(gòu)、邊緣密度、平均斑塊分維數(shù)、斑塊形狀指數(shù)4方面選取以下景觀指數(shù)：斑塊數(shù)（Number of patch）、斑塊類型面積（Class area）、斑塊平均面積（Mean patch size）、總邊界長度（Total edge）、邊緣密度（Edge density）、斑塊面積變異系數(shù)（Patch size coefficient of variation）、面積加權(quán)的平均形狀指標(biāo)（Area - weighted mean shape index）、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差（Patch size standard deviation）、平均斑塊形狀指數(shù)（Mean shape index）等景觀指數(shù)來反映研究區(qū)的景觀空間格局特征。具體景觀指數(shù)計算公式可參考《景觀格局空間分析技術(shù)及其應(yīng)用》[8]。研究區(qū)斑塊類型分布見圖2。

圖2 研究區(qū)斑塊類型分布圖

4 結(jié)果分析

4.1 河道綠地斑塊結(jié)構(gòu)分析

骨干河道濱水綠地景觀類型組斑塊組成結(jié)構(gòu)見表1。二類河道濱水綠地景觀類型組斑塊平均規(guī)模分析見表2。

表1 骨干河道濱水綠地景觀類型組斑塊組成結(jié)構(gòu)表

表2 二類河道濱水綠地景觀類型組斑塊平均規(guī)模分析表

由表1、表2可知，不管是骨干河道還是二類河道，其中防護(hù)綠地景觀類型是研究區(qū)主要優(yōu)勢景觀類型，無論是斑塊數(shù)量、斑塊類型面積、還是總邊界長度都是最大的。在骨干河道中，防護(hù)綠地斑塊數(shù)為35塊，斑塊類型面積達(dá)到18.29 hm2，總邊界長度為34 818.45 m；在二類河道防護(hù)綠地斑塊數(shù)為231塊，斑塊類型面積達(dá)到36.71 hm2，總邊界長度為78 462.92 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其余景觀類型，表明防護(hù)綠地在河道濱水綠地中的主體地位。在骨干河道中，生產(chǎn)綠地的斑塊數(shù)量、斑塊類型面積、總邊界長度位居第二，而在二類河道中，斑塊數(shù)量、斑塊類型面積、總邊界長度位居第二的是附屬綠地，表明在骨干河道中，生產(chǎn)綠地分布較多，也占有較大主體，而在二類河道中，附屬綠地僅次于防護(hù)綠地，占有較主體的地位。

斑塊面積變動系數(shù)反映類型內(nèi)部斑塊面積之間的變異程度和分布狀況[6]，不管是骨干河道還是二類河道，生產(chǎn)綠地面積變動系數(shù)最大，其次分別是防護(hù)綠地、附屬綠地、公園綠地。說明生產(chǎn)綠地這種類型的斑塊內(nèi)面積大小不均衡，變化差異大。公園綠地雖然在斑塊數(shù)量、斑塊類型面積、總邊界長度與其他類型景觀有一定差距，但是在斑塊平均面積都是最高的，在骨干河道中達(dá)到1.46 hm2，在二類河道中為0.96 hm2，表明該景觀類型規(guī)模的平均水平較高，在研究區(qū)仍是很具有活力的重要組分，有利于動物的遷徙，在今后的規(guī)劃設(shè)計中具有不可或缺的地位。

4.2 河道綠地斑塊邊緣密度分析

研究區(qū)骨干河道濱水綠地總體邊緣密度1 118.02 m/hm2，其中公園綠地的邊緣密度最小，為87.80 m/hm2，防護(hù)綠地的邊緣密度最大，為705.17 m/hm2，說明公園綠地的斑塊比較完整，防護(hù)綠地的斑塊相對比較破碎。這表明骨干河道中公園綠地在整個綠地中占據(jù)了主導(dǎo)地位，而防護(hù)綠地明顯受到人為活動方式的影響，邊界更少。進(jìn)一步對二類河道濱水綠地邊緣密度進(jìn)行分析，總體邊緣密度1 386.15 m/hm2，其中公園綠地、生產(chǎn)綠地的邊緣密度最小，分別為59.67，97.19 m/hm2，防護(hù)綠地的邊緣密度依舊最大，為892.05 m/hm2，說明公園綠地生產(chǎn)綠地，空間拓展能力較強(qiáng)，斑塊相對比較完整，而河道的防護(hù)綠地，因受到場地的不連續(xù)性，以及受人為活動的影響，形狀邊界與其他類型相比較少。骨干河道濱水綠地斑塊邊緣密度見圖3，二類河道濱水綠地斑塊邊緣密度見圖4。

圖3 骨干河道濱水綠地斑塊邊緣密度圖

圖4 二類河道濱水綠地斑塊邊緣密度圖

4.3 河道綠地斑塊景觀平均斑塊分維數(shù)分析

斑塊分維數(shù)表示在相同面積的情況下，分維數(shù)越高，表明斑塊邊長越長，形狀越復(fù)雜，表明其內(nèi)部可以進(jìn)行更多的物質(zhì)和能量的交換[9]。由圖3及圖4可以看出，骨干河道、二類河道濱水綠地平均斑塊分維數(shù)的大小順序為：防護(hù)綠地＞附屬綠地＞生產(chǎn)綠地＞公園綠地，防護(hù)綠地主要集中在河道兩側(cè)，斑塊分維數(shù)最大，說明此區(qū)域，斑塊形狀復(fù)雜，形狀較為不規(guī)則，受到人為干擾程度較大；公園綠地分維數(shù)較小，說明該區(qū)域主要有大片形狀較為規(guī)則的綠地，有利于生態(tài)過程的運行。其他附屬綠地生產(chǎn)綠地分維數(shù)差值相近，說明各區(qū)域類型景觀斑塊邊長接近，形狀復(fù)雜程度基本差的不多，受到人為破壞以及干擾程度接近。骨干河道濱水綠地平均斑塊分維數(shù)見圖5，二類河道濱水綠地平均斑塊分維數(shù)見圖6。

圖5 骨干河道濱水綠地平均斑塊分維數(shù)圖

圖6 二類河道濱水綠地平均斑塊分維數(shù)圖

4.4 河道綠地斑塊斑塊形狀分析

骨干河道濱水綠地斑塊形狀分析見表3，二類河道濱水綠地斑塊形狀分析見表4。從表3及表4可以得出，無論是骨干河道還是二類河道，防護(hù)綠地的面積加權(quán)的平均形狀指標(biāo)在骨干河道中為4.85，在二類河道中面積加權(quán)的平均形狀指標(biāo)為2.90，可見與其他斑塊類型相比，防護(hù)綠地的形狀最復(fù)雜，與外界相對作用較其他斑塊類型明顯。且從平均斑塊形狀指數(shù)來看，防護(hù)綠地分別達(dá)到3.76、2.50，面積加權(quán)的平均斑塊分形指標(biāo)分別為1.60、1.56，也屬最高，說明防護(hù)綠地的景觀人為破壞較少，生態(tài)系統(tǒng)相對較平衡，基本上以天然更新為主。而生產(chǎn)綠地的平均斑塊形狀指數(shù)、面積加權(quán)的平均形狀指標(biāo)、面積加權(quán)的平均斑塊分形指標(biāo)較小，表明形狀簡單，說明是受人為干擾大，有一定的人工經(jīng)營痕跡。并從表3、表4對比看，骨干河道濱水綠地斑塊類型中的面積加權(quán)的平均斑塊分形指標(biāo)、面積加權(quán)的平均形狀指標(biāo)、平均斑塊形狀指數(shù)整體上要比二類河道濱水綠地斑塊類型要高，表明骨干河道綠地受人為干擾相對較小，形狀相對較復(fù)雜。

表3 骨干河道濱水綠地斑塊形狀分析表

表4 二類河道濱水綠地斑塊形狀分析表

5 結(jié)論與評價

本文通過Arcgis技術(shù)手段，對研究區(qū)提取河道水域、河道綠地等信息，并利用Arcgis中Patch Analyst模塊來輔助對其做景觀格局分析，得出結(jié)論：①河道綠地斑塊要素的面積和斑塊數(shù)不均衡，防護(hù)綠地在濱水綠地斑塊中占絕對優(yōu)勢，在整個濱水的綠地功能上起著基質(zhì)防護(hù)作用，受到人為干預(yù)較少，其連續(xù)性和完整性相對較好。②通過對斑塊大小和形狀分析，無論是骨干河道還是二類河道，公園綠地的景觀斑塊平均面積都最大，表明這些斑塊相互聯(lián)系緊密，斑塊的潛力較大，能形成集中連片的斑塊趨勢，將是影響動物遷移、覓食等活動的重要區(qū)域。而生產(chǎn)綠地，防護(hù)綠地，平均面積相對較小，但與附屬綠地和公園綠地相比，具有較大的斑塊面積變異系數(shù)，表明內(nèi)部斑塊的變動程度較大，與其他斑塊間相互作用強(qiáng)烈，波動比較明顯。③從邊緣密度、平均斑塊分維數(shù)、斑塊形狀分析得出，骨干河道、二類河道綠地景觀斑塊存在分布不均衡，防護(hù)綠地邊緣密度最大，平均斑塊分維數(shù)也最大，面積加權(quán)的平均形狀指標(biāo)明顯高于其他景觀類型，由此說明研究區(qū)的骨干河道和二類河道，防護(hù)綠地受到人為因素干擾程度較大。而公園綠地邊緣密度、平均斑塊分維數(shù)、斑塊形狀相對來說各項指標(biāo)比較低，表明該區(qū)域主要有大片形狀較為規(guī)則的綠地，斑塊相對比較完整，但是分部不均衡，且斑塊數(shù)量太少。

針對以上情況提出建議：①在濱水河道建設(shè)中，建設(shè)潮塘江等骨干河道親水綠軸和沿岸城市公園綠地，打造層次豐富、景觀多樣的濱水景觀綠帶景觀空間，同時加強(qiáng)二類河道兩岸小型綠地斑塊的設(shè)計和改造。②促進(jìn)河道濱水綠地斑塊的均衡分布，對欠均衡區(qū)域增加濱水綠地面積，從而豐富景觀多樣性，營造良好生境。③針對斑塊形狀差異情況，增加濱水周圍的附屬綠地、生產(chǎn)綠地、防護(hù)綠地、公園綠地數(shù)量，形成點、線、面相互交錯的網(wǎng)狀綠地系統(tǒng)，促進(jìn)綠化均衡分布，有利于生物多樣性保護(hù)和生態(tài)平衡。④一類河道、二類河道濱水流域范圍內(nèi)如果以耕地為主，并有建設(shè)用地分散分布，目前主要以生產(chǎn)綠地、人工林地、農(nóng)田占主導(dǎo)地位，此類河道可以在未來在保障行洪安全的前提下，應(yīng)綜合利用、增加人工綠地面積，體現(xiàn)植被保護(hù)、防風(fēng)固沙、人文景觀，增強(qiáng)其休憩功能。⑤保留現(xiàn)狀林地，對原有濱水生態(tài)景觀較好的區(qū)域，可以在滿足防洪要求的基礎(chǔ)上，引入水生濕生植物，各類觀賞草品種，自然野花

地被組合，豐富原有地被景觀，增加季相變化，可采用分層式的種植帶進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。具體可采用：第1層：河漫灘濕地，種植水生濕生植物，選擇可耐淹力最強(qiáng)的品種。第2層：河濱芒草種植帶，選擇高度較高的觀賞草品種，在原有植被的基礎(chǔ)上，增加觀賞層次和色彩。第3層：堤內(nèi)疏林草地，種植粗放管理的草本植物和野花組團(tuán)，少量點植耐水濕的色葉喬木。