生態(tài)環(huán)境效應所引導的濱水空間規(guī)劃路徑研究

王 婧， 韓云平

(1.卡迪夫大學 地理與環(huán)境學院，英國 卡迪夫；2.中國科學院 生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085)

0 引言

濱水空間在進行規(guī)劃時，需要充分考慮生態(tài)環(huán)境的重要性，通過將濱水空間規(guī)劃與城鎮(zhèn)發(fā)展良好結合，利用濱水空間規(guī)劃提升城市的生命力和活力[1].在城市發(fā)展過程中，需要高度重視生態(tài)環(huán)境景觀和歷史建筑等部分的保護情況.濱水空間的規(guī)劃需要加入現(xiàn)代城市特色，充分考慮生態(tài)環(huán)境效應對濱水空間規(guī)劃形成的影響[2]，推動生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展.城市濱水區(qū)包括水域、水際線以及陸域三部分，城市濱水區(qū)規(guī)劃時，需要考慮城市濱水區(qū)所在區(qū)域的氣候條件、水文條件等眾多影響因素[3]，通過全方面考慮獲取最佳城市濱水區(qū)規(guī)劃結果.城市濱水區(qū)規(guī)劃可以體現(xiàn)城市發(fā)展功能，具有保護城市文化以及改善生態(tài)環(huán)境的重要功能[4].城市濱水區(qū)規(guī)劃時，通過景觀與人工的有效結合，充分發(fā)揮自然景觀與人工景觀職能.生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展理念是城市濱水區(qū)規(guī)劃的重要理念[5]，城市濱水區(qū)規(guī)劃需要實現(xiàn)城市與環(huán)境的和諧相處.

目前有眾多研究學者針對城市濱水區(qū)進行研究，周峻嶺等[6]從多目標視角研究城市濱水區(qū)規(guī)劃；席珺琳等[7]針對我國城市濱水區(qū)進行探討.以上兩種研究為濱水空間的發(fā)展提供了可靠依據(jù)，但并未針對城市濱水區(qū)的規(guī)劃路徑進行研究.研究生態(tài)環(huán)境效應所引導的城市濱水區(qū)有效規(guī)劃路徑，需要充分考慮城市空間與生態(tài)環(huán)境和諧性，通過城市濱水區(qū)的合理規(guī)劃實現(xiàn)城市的高質量建設，令整體生態(tài)環(huán)境維持在健康狀態(tài)，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán).

1 城市濱水區(qū)有效規(guī)劃路徑

1.1 城市濱水區(qū)規(guī)劃生態(tài)環(huán)境效應相關指標

1.1.1 景觀多樣性指數(shù)景觀多樣性是體現(xiàn)濱水空間規(guī)劃的重要指標，景觀多樣性指標可以體現(xiàn)景觀類型的均勻度以及豐富度，可以體現(xiàn)濱水空間規(guī)劃結果中的景觀元素數(shù)量以及不同景觀元素的所占比例.當濱水空間的景觀為單一元素時，景觀為均值狀態(tài)，無須考慮景觀多樣性，此時濱水空間區(qū)域的多樣性指數(shù)為0.當景觀中包含眾多元素的斑塊占總景觀比例較為均勻時，此時濱水空間區(qū)域具有最高的景觀多樣性，否則多樣性較低[8].在進行濱水空間區(qū)域規(guī)劃時，景觀中包含的元素類型越多時，景觀具有較高的破碎化，多樣性指數(shù)計算結果同樣較高.

景觀多樣性指數(shù)計算公式如下：

(1)

式中，n與Qi分別表示濱水區(qū)域綠地景觀類型總數(shù)以及綠地景觀類型占城市濱水區(qū)總面積之比.景觀多樣性指數(shù)結果較大時，景觀具有越高的多樣性.

1.1.2 景觀優(yōu)勢度指數(shù)利用景觀優(yōu)勢度指數(shù)衡量城市濱水區(qū)景觀中某種或多種景觀對于整體景觀的支配程度，即城市濱水區(qū)中某種景觀的重要程度.基于信息論理論衡量景觀的優(yōu)勢度指數(shù)，利用最大可能多樣性指數(shù)的離差衡量景觀優(yōu)勢度指數(shù).景觀優(yōu)勢度指數(shù)表達式如下：

(2)

式中的最大可能多樣性指數(shù)為Rmax=log2n.

1.1.3 景觀均勻度指數(shù)利用景觀均勻度指數(shù)衡量景觀中眾多景觀類型在城市濱水區(qū)規(guī)劃時的均勻程度.景觀均勻度指數(shù)表達式如下：

E=(R/Rmax)×100%.

(3)

式中，R表示完成修正的Simpson指數(shù).

1.1.4 景觀破碎度指數(shù)景觀破碎度指數(shù)指城市濱水區(qū)規(guī)劃中景觀布局的破碎情況.景觀破碎度可以體現(xiàn)人類對景觀的干擾情況.城市濱水區(qū)規(guī)劃時，景觀破碎度指數(shù)越高時，表示該區(qū)域受到人為干擾影響較大[9].利用景觀斑塊密度指數(shù)衡量城市濱水區(qū)規(guī)劃結果中的景觀破碎化程度，景觀斑塊數(shù)量與斑塊面積之比即斑塊密度.景觀破碎度指數(shù)越高時，表示城市濱水區(qū)景觀破碎度越高.景觀破碎度指數(shù)表達式如下：

Gi=ni/Ai，

(4)

式中，ni與Ai分別表示城市濱水區(qū)規(guī)劃區(qū)域的景觀斑塊數(shù)量與景觀總面積.

1.2 城市濱水區(qū)規(guī)劃路徑綜合評價指標體系

通過濱水區(qū)域規(guī)劃路徑的綜合評價確定城市濱水區(qū)的有效規(guī)劃路徑.城市濱水區(qū)規(guī)劃路徑綜合評價需要充分考慮生態(tài)環(huán)境效應、城市發(fā)展等眾多因素[10]，確定城市濱水區(qū)規(guī)劃路徑綜合評價指標體系需要遵循以下條件：

(1)綜合性. 城市濱水區(qū)規(guī)劃時，需要綜合考慮城市濱水區(qū)規(guī)劃的生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益以及社會效益.確定城市濱水區(qū)規(guī)劃路徑時，需要綜合考慮城市濱水區(qū)規(guī)劃的整體效益以及局部效益，同時需要考慮城市濱水區(qū)規(guī)劃帶來的長遠效益和近期效益.

(2)可查性. 所確定的評價指標需要具備一定的穩(wěn)定性，指標需要通過固定方法和途徑獲取調查結果[11].通過綜合評價指標體系中的各指標均需要具備查詢途徑.

(3)可比性. 所確定的濱水區(qū)域規(guī)劃路徑綜合評價指標體系中各指標均為可比較.相同指標可以在不同時間與空間范圍內對比.指標體系中全部指標通過標準化處理，然后通過相對值方式獲取精準的評價結果[12]，可以為濱水區(qū)域有效規(guī)劃路徑確定其依據(jù).

(4)定量性. 所確定的濱水區(qū)域規(guī)劃路徑評價指標應具有較高的定量性.考慮生態(tài)環(huán)境效應引導的濱水區(qū)域有效規(guī)劃路徑時，為了適應濱水區(qū)域規(guī)劃的復雜多變性，需要通過眾多指標的定量處理[13]，獲取最精準的濱水區(qū)域規(guī)劃路徑評價結果，無法實現(xiàn)定量的指標可以舍棄.可以通過“軟數(shù)據(jù)”硬化的方式，確定指標的無量綱值.

(5)區(qū)域性. 濱水區(qū)域規(guī)劃是需要充分考慮區(qū)域性質的重要規(guī)劃方式，城市濱水區(qū)處于不同位置時，指標差異性較大.制定區(qū)域性規(guī)劃評價指標時，應針對待規(guī)劃的城市濱水區(qū)所在位置，對不同指標賦予不同權重，便于為生態(tài)環(huán)境效益所引導的濱水區(qū)域規(guī)劃提供依據(jù).

綜合考慮以上生態(tài)環(huán)境效應所引導的濱水區(qū)域規(guī)劃需要綜合評估指標構建原則，所建立的生態(tài)環(huán)境效應引導的濱水區(qū)域規(guī)劃綜合評價指標體系如表1所示.

通過表1可以看出，生態(tài)環(huán)境效應所引導的濱水區(qū)域規(guī)劃綜合評價指標體系包括目標層、準則層、指標層.評估濱水區(qū)域規(guī)劃路徑時，需要對全部指標進行評估，依據(jù)單項指標評估結果獲取最終綜合評估結果.利用綜合評估結果可為制定生態(tài)環(huán)境效應所引導的濱水區(qū)域規(guī)劃提供定量依據(jù).

表1 城市濱水區(qū)規(guī)劃綜合評價指標體系

1.3 確定綜合評價指標權重

城市濱水區(qū)規(guī)劃進行綜合評估時，部分指標具有較高的隨機性和模糊性，直接采用定量評估方式，影響濱水區(qū)域規(guī)劃路徑的綜合評價結果.通過模糊統(tǒng)計方法確定濱水區(qū)域規(guī)劃綜合評價指標的權重.

設存在確定城市濱水區(qū)規(guī)劃路徑綜合評價指標權重的專家數(shù)量為p，用M={m1,m2,…,mp}表示確定指標權重的專家集合.針對濱水區(qū)域規(guī)劃綜合評價指標fi，全部專家對該指標的評判區(qū)間用[a1i,b1i]，[a2i,b2i]，…，[api,bpi]表示.

(5)

利用以上公式，獲取評估指標fi的相對權重計算公式如下：

(6)

簡化處理公式(6)，獲取指標權重最終表達式如下：

(7)

用lr表示專家針對不同指標判定的權重集，將lr帶入公式(7)中，獲取評價指標fi的相對權重表達式如下：

(8)

利用公式(8)獲取指標最終權重，歸一化處理所獲取權重結果表達式如下：

(9)

通過以上過程獲取城市濱水區(qū)規(guī)劃評價指標的權重向量為W=(w1,w2,…,wp).

為了提升濱水區(qū)域規(guī)劃路徑綜合評價的精準性，需要校正所確定權重的可靠性.通過模糊極值理論可知，所確定的評價指標權重結果區(qū)間越大時，評價模糊性提升[15]，評價精度有所下降.選取區(qū)間方差法校正評價指標的權重向量，利用Ti表示區(qū)間方差，可得校正評價指標fi的權重向量可靠性表達式如下：

(10)

通過公式(10)獲取的區(qū)間方差值越低時，表示具有越高的評價精度，此時所確定評價指標權重具有較高的可靠性.

1.4 城市濱水區(qū)規(guī)劃評價模型

利用所確定的濱水區(qū)域規(guī)劃路徑評價指標體系權重，建立濱水區(qū)規(guī)劃路徑有效性的評價模型表達式如下：

A=w1f1+w2f2+…+wnfn.

(11)

利用所構建的濱水空間規(guī)劃路徑有效性評價模型，獲取濱水區(qū)規(guī)劃路徑評價結果.從眾多濱水區(qū)規(guī)劃中選取評價分值最高的規(guī)劃路徑，該規(guī)劃路徑即為生態(tài)環(huán)境效應所引導的濱水空間規(guī)劃路徑.

2 實例分析

為了驗證生態(tài)環(huán)境效應所引導的濱水區(qū)有效規(guī)劃的實際應用性能，將本文方法應用于某城市濱水區(qū)規(guī)劃中.選取該城市濱水空間作為研究區(qū)域，該濱水空間規(guī)劃區(qū)域包含區(qū)段數(shù)量為4段，選取4名城市濱水區(qū)規(guī)劃人員針對4段濱水空間規(guī)劃區(qū)域制定不同的規(guī)劃路徑.

統(tǒng)計針對該城市濱水區(qū)制定的4個規(guī)劃路徑結果中，不同區(qū)段的景觀多樣性指數(shù)統(tǒng)計結果如圖1所示.

通過圖1實驗結果可以看出，規(guī)劃路徑2的濱水空間各區(qū)段多樣性明顯高于其他規(guī)劃路徑.圖1結果說明，規(guī)劃路徑2中的濱水空間各區(qū)段具有明顯的景觀特征，各區(qū)段可以充分發(fā)揮濱水空間規(guī)劃中景觀的生態(tài)功能.其他規(guī)劃路徑中景觀多樣性指數(shù)較小，說明濱水區(qū)規(guī)劃結果中景觀變化較小，無法充分發(fā)揮景觀的生態(tài)功能.規(guī)劃路徑2的城市濱水區(qū)綠地區(qū)域可以充分發(fā)揮景觀具有的生態(tài)環(huán)境效應，提升由濱水空間規(guī)劃帶來的區(qū)域生態(tài)環(huán)境效益.區(qū)段2是濱水空間規(guī)劃研究區(qū)域中景觀多樣性指數(shù)最高的區(qū)段，表明該區(qū)段存在較大的綠地寬度變化.綠地寬度變化較大，城市濱水區(qū)的區(qū)段中包含豐富的綠地景觀類型，具有改善生態(tài)環(huán)境效益的重要作用，通過豐富的景觀類型為植物物種流動提供條件，充分發(fā)揮城市濱水區(qū)規(guī)劃具有的城市生態(tài)效益.

統(tǒng)計針對該城市濱水區(qū)域制定的4個規(guī)劃路徑結果中，不同區(qū)段的景觀優(yōu)勢度指數(shù)統(tǒng)計結果如圖2所示.

通過圖2結果可以看出，濱水區(qū)段2的景觀優(yōu)勢度明顯高于其他區(qū)段.區(qū)段2中分布了植物園、花圃等綠地場所，具有較大的占地面積，綠地景觀豐富，因此具有較高的景觀優(yōu)勢度.城市濱水區(qū)區(qū)段3的景觀優(yōu)勢度較低，該區(qū)段綠地寬度類型變化均勻，綠地類型不存在優(yōu)勢，因此景觀優(yōu)勢度指數(shù)較低.城市濱水區(qū)規(guī)劃時，應重視該區(qū)段的綠地建設.

統(tǒng)計針對該城市濱水區(qū)制定的4個規(guī)劃路徑結果中，不同區(qū)段的景觀均勻度指數(shù)統(tǒng)計結果如圖3所示.

通過圖3實驗結果可以看出，景觀均勻度指數(shù)與景觀優(yōu)勢度指數(shù)呈現(xiàn)負相關關系.濱水區(qū)段2的景觀均勻度指數(shù)最低，區(qū)段3的景觀均勻度指數(shù)最高，說明區(qū)段3的景觀類型與綠地面積較為接近.

統(tǒng)計針對該城市濱水區(qū)制定的4個規(guī)劃路徑結果中，不同區(qū)段的景觀破碎度指數(shù)統(tǒng)計結果如圖4所示.

圖4結果可以看出，針對濱水區(qū)段2的規(guī)劃景觀破碎度最低.相同區(qū)段內，景觀綠地寬度越大時，濱水區(qū)段具有較大的綠地面積，此時綠地完成度較高，斑塊密度指數(shù)較低，破碎度越低；綠地寬度較小時，景觀規(guī)劃結果中綠地面積較小，此時區(qū)段內斑塊密度指數(shù)有所提升，綠地破碎度越高.針對濱水區(qū)段規(guī)劃的規(guī)劃路徑2具有較低的景觀破碎度指數(shù)，表示針對濱水空間各區(qū)段規(guī)劃的規(guī)劃路徑2受人為干擾因素較低，規(guī)劃路徑有效性較高.濱水空間規(guī)劃時，景觀破碎度指數(shù)可以衡量綠地對于城市生態(tài)環(huán)境保護的貢獻程度.破碎度指數(shù)較高時，城市濱水區(qū)的綠地斑塊面積較小，不利于景觀以及生物多樣性保護，城市濱水區(qū)綠地景觀單元功能較為單一.

綜合生態(tài)環(huán)境效應相關評價指標評價結果，獲取城市濱水區(qū)規(guī)劃路徑指標層評價結果如表2所示.

表2 城市濱水區(qū)規(guī)劃路徑指標層評價結果

依據(jù)表2指標層評價結果，獲取4個城市濱水區(qū)規(guī)劃路徑綜合評價結果分別為0.79、0.82、0.78以及0.63.可以看出，濱水空間規(guī)劃路徑2的得分最高，表明考慮生態(tài)環(huán)境效應所引導的濱水空間規(guī)劃路徑2為最有效的路徑.研究區(qū)域可選取方案2的濱水空間規(guī)劃路徑作為最終規(guī)劃路徑，獲取生態(tài)環(huán)境效應所引導的濱水空間規(guī)劃最優(yōu)結果.

采用濱水空間規(guī)劃路徑2針對濱水區(qū)域的區(qū)段2進行規(guī)劃，規(guī)劃結果如圖5所示.

圖5規(guī)劃結果可以看出，采用濱水空間路徑2的規(guī)劃，景觀較為豐富，綠地面積寬廣，可以實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，通過濱水空間的有效規(guī)劃路徑促進城市進一步發(fā)展.

3 結束語

進行濱水空間規(guī)劃時，需要充分考慮城市濱水區(qū)域規(guī)劃結果造成的生態(tài)環(huán)境效應，生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是濱水空間的規(guī)劃目標，當進行濱水空間規(guī)劃時，需要將生態(tài)環(huán)境效應作為規(guī)劃的第一位.濱水區(qū)域的生態(tài)、景觀等眾多設施需要具備較高統(tǒng)一性，全面性考慮濱水空間規(guī)劃的統(tǒng)一性.以生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展為目標，令濱水空間規(guī)劃結果呈現(xiàn)生態(tài)之美.當建設濱水空間時，只有充分考慮濱水區(qū)域建設的形態(tài)、經(jīng)濟以及社會價值，才能實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，推動生態(tài)環(huán)境展示全新的文化與風貌.