中國西南典型山地城市環(huán)境宜居性評價
——以重慶市兩江新區(qū)城區(qū)為例

劉 建，肖 禾*，丁 憶，鐘秀娟，姜紫薇，張 斌

（1.重慶市地理信息和遙感應用中心，重慶 401147；2.重慶理工大學 機械工程學院，重慶 400054）

作為承載人類活動的主要空間載體，現(xiàn)代城市發(fā)展的核心目標之一是宜居城市[1]。在新型城鎮(zhèn)化大背景下，城市建設(shè)更應該重質(zhì)不重量，樹立以“人”為核心的發(fā)展理念[2]。隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們的經(jīng)濟收入不斷增加，環(huán)保意識逐漸覺醒，對城市環(huán)境質(zhì)量和居住環(huán)境越發(fā)關(guān)注。研究顯示，城市宜居性是影響人口居留意愿的重要因素[3]。因此，建設(shè)更加和諧、更加宜居的城市成為新時期城市發(fā)展的重要內(nèi)容[4-5]。開展城市環(huán)境宜居性評價既能夠系統(tǒng)全面認識城市環(huán)境宜居性的影響因素，評價城市環(huán)境宜居性水平，也能夠為城市品質(zhì)提升和功能優(yōu)化提供科學依據(jù)[6]。尤其對山地城市而言，山多地少，人地關(guān)系矛盾突出，開展宜居城市建設(shè)需求更為迫切。

城市環(huán)境宜居性是一個復雜的概念，尚無統(tǒng)一的定義和標準[7]。國外研究主要從環(huán)境質(zhì)量、經(jīng)濟發(fā)展、文化特色和城市發(fā)展理念出發(fā)，構(gòu)建宜居性評價模型。但受學術(shù)背景和評價目的的影響，各有側(cè)重。如Berg[8]認為城市在形態(tài)上要適宜人的行走，功能上要實現(xiàn)多種功能的綜合。Mouratidis[9]從交通條件和土地利用狀況出發(fā)，選擇綜合交通、城市可達性和土地綜合利用等指標評估了城市宜居性。Bonaiuto等[10]認為城市生活質(zhì)量與居住質(zhì)量、鄰里關(guān)系和住宅滿意度有密切關(guān)系。國內(nèi)相關(guān)研究始于1990年。吳良鏞先生在“人類聚居學”理論基礎(chǔ)上，結(jié)合中國實際，創(chuàng)建了人居環(huán)境學科理論體系的基本框架[11]，通過多年的理論探索和實證研究，為城市建設(shè)提供了重要的科學依據(jù)。如王玉娟等[12]以樣本調(diào)查為基礎(chǔ)，分析了多元主體的人居環(huán)境需求異質(zhì)性。劉星光等[13]構(gòu)建城市宜居性評價指標體系，對中國主要城市的宜居性發(fā)展地域差異進行了分析。賈占華等[14]從資源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會、生活、安全6個方面構(gòu)建了宜居城市評價指標體系，對東北地區(qū)37個城市的宜居性及其影響因素進行了探究。李國妹等[15]從經(jīng)濟富裕度、安全和諧度、基礎(chǔ)設(shè)施健全度、人文發(fā)展先進度、生態(tài)環(huán)境健康度五個維度構(gòu)建宜居性評價指標，對云南省的城市宜居性水平、影響因素、空間差異等進行了分析評價。通過文獻分析，當前研究存在以下難點：（1）現(xiàn)有研究多以問卷調(diào)查數(shù)據(jù)為支撐，數(shù)據(jù)獲取難；（2）評價單元多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)、區(qū)縣等行政區(qū)，空間支撐性不足；（3）指標體系建設(shè)囿于研究目的和研究者背景，多為平原城市研究案例，在山地城市適用性、推廣性不高。

因此，本文試圖以Landsat遙感影像、地理國情監(jiān)測成果等空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，面向西南山地城市特殊性，構(gòu)建涵蓋自然環(huán)境和人文環(huán)境兩方面基本特征的城市環(huán)境宜居性評價指標體系，并以重慶市兩江新區(qū)城區(qū)為研究對象，開展城市環(huán)境宜居性的定量評估和深入分析，識別城市環(huán)境宜居性的時空異質(zhì)性，以便為研究區(qū)城市品質(zhì)提升和功能優(yōu)化提供基礎(chǔ)支撐和引導，同時也為其他山地城市的宜居城市建設(shè)策略制定提供參考示范。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

兩江新區(qū)是重慶市中心城區(qū)核心地帶，坐擁兩江（長江、嘉陵江），涉及渝北區(qū)、江北區(qū)、北碚區(qū)三個行政區(qū)，總面積約為1 200 km2（圖1）。屬亞熱帶濕潤季風氣候，冬暖春早，秋短夏長，常年平均氣溫17.3℃，極端最高氣溫40℃，常年平均降雨量1 100 mm。地勢整體由東北向長江河谷傾降，平均海拔329.8 m，相對高差為713 m，中梁山、龍王洞山、銅鑼山、明月山四條東北至西南走向的山脈與寬谷丘陵組成平行嶺谷。高海拔地區(qū)主要分布于中梁山、龍王洞山、銅鑼山、明月山及周邊地區(qū)，以中山為主；低海拔地區(qū)主要分布于觀音橋、大竹林、禮嘉、龍興、復盛等片區(qū)，以低山和丘陵為主。2019年兩江新區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值3 391億元，常住人口271.21萬人，是重慶市中心城區(qū)人口主要流入?yún)^(qū)域。

圖1 兩江新區(qū)區(qū)位圖和遙感影像圖Fig.1 Location map and remote sensing image of Liangjiang New Area

1.2 數(shù)據(jù)來源及預處理

本文涉及的數(shù)據(jù)包括Landsat遙感影像、測繪地理信息資料、行業(yè)部門專題資料。其中，遙感影像為Landsat OLI影像數(shù)據(jù)，時間是2016年7月26日和2019年8月20日，軌道號為128R39S，來源于地理空間數(shù)據(jù)云①http://www.gscloud.cn；測繪地理信息數(shù)據(jù)包括地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)以及城區(qū)范圍數(shù)據(jù)等，來源于市規(guī)劃和自然資源局；行業(yè)部門專題資料包括人口數(shù)據(jù)、經(jīng)濟數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等，來源于市統(tǒng)計局、市氣象局的官方網(wǎng)站。數(shù)據(jù)預處理工作包括裁剪、坐標轉(zhuǎn)換、重采樣（30 m）、分級分類等，文中所有數(shù)據(jù)均統(tǒng)一使用CGCS2000國家大地坐標系，1984黃海高程基準。

2 研究方法

2.1 總體思路

城市環(huán)境宜居性的核心內(nèi)容是人類的需求，對人而言，城市是居住、生活的重要空間，高品質(zhì)的城市環(huán)境需要良好的自然環(huán)境、人文環(huán)境[16]。因此，本文擬從自然環(huán)境、人文環(huán)境兩方面入手選取適宜指標，以人的感知為標準，開展評價指標分級評分。首先，在自然環(huán)境方面，針對山地城市特點，選取地形起伏度、植被覆蓋度、城市熱島強度作為評價指標，評價城市環(huán)境的自然環(huán)境特征。同時，從人的感知出發(fā)，判定為地形起伏越大，植被覆蓋度越低，城市熱島強度越強的區(qū)域宜居性越差。其次，在人文環(huán)境方面，參考相關(guān)研究成果和世界衛(wèi)生組織（WHO）提出關(guān)于人居環(huán)境的相關(guān)理念，選擇路網(wǎng)密度、與水體距離和與公園距離，遠離工業(yè)噪聲和遠離交通噪聲，以及遠離潛在火災和保障風險等指標表征城市環(huán)境的便利性、舒適性、健康性和安全性[17]。最后，采用權(quán)值法，計算研究區(qū)城市環(huán)境宜居性指數(shù)，評價研究區(qū)城市環(huán)境宜居性。具體指標體系見表1。

表1 山地城市環(huán)境宜居性指標體系及說明Table 1 The indexes system and description of the livability of mountain city

2.2 指標提取與計算

2.2.1 自然環(huán)境因子

選擇地形起伏度、植被覆蓋度、城市熱島強度等指標，表征山地城市環(huán)境宜居性自然環(huán)境特征。其中，盡管當前城市開發(fā)建設(shè)之前均會對地表進行修整，以獲得更為平坦的土地，地形起伏仍舊會對人的出行、生活造成一定干擾。本文以1∶10000 DEM成果為基礎(chǔ)，利用ArcGIS 10.6軟件，計算得到研究區(qū)地形起伏度數(shù)據(jù)[18]。并結(jié)合研究區(qū)域特點，按照不同的起伏高度對區(qū)域進行了劃分，以描述地形起伏對環(huán)境宜居性的影響（表2）。

表2 地形起伏度對城市環(huán)境宜居性的單因子評分Table 2 Score levels of topographic relief on the livability of urban environment

以2016年7月26日、2019年8月20日Landsat OLI影像為基礎(chǔ)，計算NDVI，并采用像元二分法[19-20]，計算得到植被覆蓋度數(shù)據(jù)，并結(jié)合研究區(qū)特點，對植被覆蓋差異進行分級（表3）。

表3 植被覆蓋度對城市環(huán)境宜居性的單因子評分Table 3 Score levels of vegetation cover on the livability of urban environment

研究區(qū)地處重慶，是典型的“火爐”城市，在地形和局地氣候的作用下，城市熱島效應顯著。本文以2016年7月26日、2019年8月20日Landsat OLI影像為基礎(chǔ)，反演得到研究區(qū)北京時間11:30AM左右的地表溫度數(shù)據(jù)。并根據(jù)研究區(qū)實際情況，將UHI數(shù)值進行分級，見表4。

表4 UHI對城市環(huán)境宜居性的單因子評分Table 4 Score levels of UHI on the livability of urban environment

2.2.2 人文環(huán)境因子

選擇與主干道的距離和與軌道站點的距離表征便利性，與水體的距離和與公園的距離表征舒適性，與工業(yè)噪聲和機場噪聲的距離表征健康性，選擇與潛在火災、爆炸風險源的距離表征安全性。其中，便利性、舒適性、健康性、安全性指標數(shù)值越大，表明人文環(huán)境宜居性越好（表5—表8）。

表5 便利性指標對城市環(huán)境宜居性的單因子評分Table 5 Score levels of convenience on the livability of urban environment

表6 舒適性指標對城市環(huán)境宜居性的單因子評分Table 6 Score levels of comfort on the livability of urban environment

表7 健康性指標對城市環(huán)境宜居性的單因子評分Table 7 Score levels of health on the livability of urban environment

表8 安全性指標對城市環(huán)境宜居性的單因子評分Table 8 Score levels of security on the livability of urban environment

2.2.3 指標權(quán)重確定

在評價指標體系中，當城市下墊面性質(zhì)及其發(fā)展階段存在顯著差異時，各項指標對城市環(huán)境宜居性就會有不同的影響，反映在評價中就是權(quán)重分配?；谘芯繀^(qū)的自然地理條件以及人文環(huán)境的特點，參考相關(guān)研究成果[21-23]，采用AHP層次分析法，邀請多位專家對評價指標重要性進行打分，通過矩陣計算、有效性檢驗，得到各項指標的權(quán)重（表1）。

2.3 綜合指數(shù)計算

以Landsat影像和地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了西南典型山地城市環(huán)境宜居性評價方法，并利用權(quán)值法計算城市環(huán)境宜居性綜合指數(shù)，即

式中：CL為城市環(huán)境宜居性綜合指數(shù)，Ai為第i項評價指標的評分值；wi為第i項評價指標的權(quán)重；n為評價指標數(shù)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 自然環(huán)境條件分析

由圖2和圖3可見，從全域來看，在長江、嘉陵江和銅鑼山、明月山、龍王洞山等山水要素的作用下，研究區(qū)自然環(huán)境具有較高的空間異質(zhì)性。北部、中部的海拔較高的區(qū)域，植被生長茂密，覆蓋度高，氣候溫和，自然環(huán)境條件優(yōu)越，適宜人類居住。但因本文主旨是分析山地城市的環(huán)境宜居性問題，重點聚焦城區(qū)內(nèi)部。從城區(qū)內(nèi)部來看，照母山、中央公園、園博園、蔡家等地植被茂密，水域分布廣泛，自然環(huán)境條件相對較好，分布零散；自然環(huán)境條件相對較差的區(qū)域則多分布于中部空港片區(qū)、東部龍興片區(qū)，城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模大且集中連片，生態(tài)用地規(guī)模較小。城區(qū)內(nèi)部自然環(huán)境自西南向東北，逐漸變差，特別是江北機場和龍興工業(yè)園區(qū)，城市熱島強度大，人類對環(huán)境的負面干擾較強，自然環(huán)境條件較差，環(huán)境適宜性不高。

圖2 2016年和2019年兩江新區(qū)植被覆蓋分布Fig.2 The vegetation cover images in Liangjiang New Area in 2016 and 2019

圖3 2016年和2019年兩江新區(qū)城市熱島強度（UHI）分布Fig.3 The UHI images in Liangjiang New Area in 2016 and 2019

3.2 人文環(huán)境條件分析

由圖4至圖9可見，城區(qū)內(nèi)部以西南部為中心，無論是路網(wǎng)密度、公園數(shù)量、軌道交通站點分布等都處于較高水平，人文環(huán)境便利性和舒適性高于城區(qū)其他區(qū)域，居民出行方便快捷。從健康性角度來看，工業(yè)生產(chǎn)噪聲源分布零散，在中部空港片區(qū)、西南部觀音橋片區(qū)、東部龍興和魚嘴片區(qū)及西部水土片區(qū)均有較多分布；機場噪聲集中分布于空港片區(qū)，分布集中，影響較大。從安全性角度看，中部空港片區(qū)、西南部觀音橋片區(qū)和西部蔡家、水土片區(qū)加油（加氣）站等高火災爆炸風險點分布數(shù)量和規(guī)模較大，潛在的安全風險較大。

圖4 2016年和2019年兩江新區(qū)路網(wǎng)密度分布Fig.4 The road density images in Liangjiang New Area in 2016 and 2019

圖5 兩江新區(qū)軌道站點距離（a）及機場噪聲影響等級（b）分布Fig.5 The mass transit stations distance(left)and airport noise level(right)images in Liangjiang New Area

圖6 2016年和2019年兩江新區(qū)公園距離等級分布Fig.6 The park distance images in Liangjiang New Area in 2016 and 2019

圖7 2016年和2019年兩江新區(qū)水體距離等級分布Fig.7 The water distance images in Liangjiang New Area in 2016 and 2019

圖8 2016年和2019年兩江新區(qū)工業(yè)噪聲影響等級分布Fig.8 The industrial noise level images in Liangjiang New Area in 2016 and 2019

圖9 2016年和2019年兩江新區(qū)潛在火災及爆炸風險等級分布Fig.9 The potential fire and explosion risk level images in Liangjiang New Area in 2016 and 2019

3.3 城市環(huán)境宜居性綜合評價

基于上述的自然環(huán)境和人文環(huán)境條件分析，利用權(quán)值法計算得到研究區(qū)的環(huán)境宜居性指數(shù)CL。結(jié)合研究區(qū)城市實際情況，采用自然斷點法將研究區(qū)劃分為宜居、較宜居、一般宜居、較不宜居、不宜居五個等級。同時，由于水體像元不能作為人類居所，直接將其作為不宜居像元，最終得到研究區(qū)2016年和2019年的城市環(huán)境宜居性分布狀況，如圖10和圖11所示，中部空港片區(qū)因機場噪聲影響，龍興、魚嘴等地因高等級的城市熱島效應，環(huán)境宜居性等級較低，多為不宜居、較不宜居兩種類型。觀音橋、人和等地因各種交通噪聲、火災爆炸風險，遠離公園和自然水體等宜居和不宜居像元交錯分布，但總體以宜居和較宜居像元占有數(shù)量和空間優(yōu)勢。蔡家、禮嘉、悅來等地植被覆蓋茂密，自然條件優(yōu)越，宜居和較宜居像元數(shù)量分布廣泛，宜居品質(zhì)較高?？傮w來看，研究區(qū)無論是從自然環(huán)境條件，還是人文環(huán)境條件都是適宜人類居住的。

圖10 2016年和2019年研究區(qū)環(huán)境宜居性等級分布Fig.10 The livability of urban environment level images in study area in 2016 and 2019

圖11 2016年和2019年研究區(qū)環(huán)境宜居性各等級統(tǒng)計Fig.11 The statistics of livability level of urban environment in study area in 2016 and 2019

2016年和2019年兩個時間段研究區(qū)環(huán)境宜居性各等級的像元數(shù)量均表現(xiàn)出較為明顯的變化，宜居等級像元數(shù)量下降明顯，不宜居、較不宜居像元數(shù)量呈上升趨勢。這說明在人類活動的影響下，環(huán)境宜居性發(fā)生了顯著變化。具體來看，龍興、魚嘴等地大范圍地開展工業(yè)園區(qū)建設(shè)，破壞了自然地表，使得大面積地表裸露，原生植被被破壞，改變了下墊面理化性質(zhì)。同時，高強度的工業(yè)生產(chǎn)，排放了大量的工業(yè)廢熱，使得城市熱島效應不斷增強，環(huán)境宜居性迅速下降。

4 結(jié)論與建議

面向山地城市環(huán)境復雜多變、影響因子眾多的特點，構(gòu)建了涉及自然環(huán)境、便利性、舒適性、健康性、安全性等要素的城市環(huán)境宜居性評價體系，并以兩江新區(qū)城區(qū)為研究對象，開展了城市環(huán)境宜居性綜合評價。結(jié)果表明，在研究期內(nèi)研究區(qū)范圍內(nèi)自然環(huán)境條件和人文環(huán)境條件差異顯著，環(huán)境宜居性呈現(xiàn)出明顯的時空異質(zhì)性。從整體來看，研究區(qū)大部分區(qū)域?qū)儆谝司雍洼^宜居等級，環(huán)境宜居品質(zhì)較高，適宜人類居住。

根據(jù)研究區(qū)城市總體規(guī)劃，研究區(qū)規(guī)劃布局居住用地160 km2，并根據(jù)發(fā)展方向和居住人口構(gòu)成，將各組團居住用地分為高端、中端和普通三個檔次。其中，高端居住用地主要集中在水土組團、蔡家組團、禮嘉組團和悅來組團；中端居住用地是居住用地的主體，主要集中在觀音橋組團、人和組團和龍興組團；普通居住用地主要布局在龍興組團和唐家沱組團。對比2019年城市環(huán)境宜居性評價結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在禮嘉、悅來、水土等城市環(huán)境宜居性等級以宜居、較宜居居多，尤其蔡家和禮嘉等地，宜居等級像元超過45%。觀音橋、人和等地以較宜居像元居多，分別為38.44%、42.65%，龍興、魚嘴兩地以工業(yè)園區(qū)建設(shè)為主，規(guī)劃布局有大量工業(yè)用地，宜居和較宜居像元分布較少，多為較不宜居和不宜居像元。評價結(jié)果與研究區(qū)城市規(guī)劃建設(shè)布局有較高一致性，說明本文提出的研究方法和構(gòu)建的評價指標體系具有較高的可靠性和可操作性，一方面為研究區(qū)的城市品質(zhì)提升策略構(gòu)建提供基礎(chǔ)支撐和科學引導，另一方面為其他山地城市宜居城市建設(shè)示范參考。

但本文仍存在以下不足：一是采集數(shù)據(jù)受限，對環(huán)境宜居性變化的驅(qū)動因子的定量描述不足，應當從更長時間序列分析城市環(huán)境宜居性的動態(tài)演變；二是提出的評價指標分級標準的合理性和權(quán)重分級需要通過大量的實地走訪、抽樣調(diào)查等進行驗證。