基于GIS的城镇河道绿地景观格局分析与评价

过萍艳，章菥妤，吕 渊

（1.浙江同济科技职业学院，浙江 萧山 311200；2.浙江郡凯工程设计有限公司，浙江 杭州 311100）

1 问题的提出

城镇河道建设是城镇建设中的重要组成部分，是影响水体化学、物理、水文等河流系统的重要因素[1]，也是影响河流水生态系统、决定河流生态特征的重要方面[2]。随着人类生态、环保意识的增强，城镇建设的生态河道已成为衡量城镇生态环境优劣的一个重要指标，也成为现代城镇必不可少的环境资源[3]。现代河流治理中不单单是防洪排涝工程，还需要对河流水体污染治理以及生态环境恢复和保护，结合景观工程的规划、滨水绿化的设计来恢复和改善河流的生态系统环境[4]。景观格局原理在河道生态景观设计中的应用可以帮助分析城镇河道绿地景观类型、数量、空间分布与配置及其内在相互作用关系，借助GIS软件，来定量描述分析河道景观结构、功能，得出具体河道景观量化的指标和数据，对其进行系统全面的分析和评价，评估城镇河道绿地空间分布状况，评价城镇河道绿地景观布局的合理性，有利于了解河道生态系统的平衡状态，能较大提高研究区河道建设的科学性，为河流绿色廊道建设提供理论依据和数据参考，为优化城镇资源配置提供依据，也为城镇的绿地系统规划提供一定的建设参考和借鉴。

2 研究区概况

宗汉街道是慈溪市中心城区组成部分，位于慈溪市中心西北部。街道城镇水系主要属西河水系，河网正常水位2.25 ～ 2.45 m。区内河流较为密集，街道有大小河流60余条，总计长约140 km。河流流于走向由南至北，其中骨干河道为潮塘横江、三塘横江、漾山路江，二类河道为赵家路江、三灶江、四灶江、五灶江、鸣山路江、七甲江、崔陈路江、三十弓江等。研究区高空分辨率航空影像范围见图1。

图1 研究区高空分辨率航空影像范围图

3 研究方法

3.1 数据来源与处理

本研究以宗汉街道规划区34 km2为研究对象，结合慈溪市城市绿地系统规划（2013 — 2020年）及现状调查资料，以慈溪市2015年高空分辨率航空影像为主要数据源，借助ArcGIS10.2软件将图形数据统一配准到GCS - WGS - 84坐标系中，分成矢量化河道水域、河道绿地等信息，建立基础信息数据库。参照《城市绿地分类标准》（2002年），结合当地实际情况，将宗汉街道河道绿地划分为公园绿地、防护绿地、生产绿地、附属绿地等4类，最终建立研究区河道绿地景观信息数据库。

3.2 研究方法

景观格局可以反映出景观要素在生态过程中人与自然相互作用的关系，同时也能反映出景观在生态环境中的被干扰脆弱程度[5]。对景观格局的变化与反映，一般可以用景观指数来表达。景观指数能够高度概括景观格局信息，反映不同景观生态系统所受到的干扰及脆弱程度，反映内部结构组成和空间配置变化，定量研究景观格局和动态变化[6]。

Arcgis中Patch Analyst模块是ArcGIS的扩展，由Fragstats发展而来，具有Fragstats绝大部分景观指数计算能力，能接受栅格和矢量数据，主要用来辅助景观斑块的空间分析，具有模拟斑块的关联属性，支持景观空间格局分析。本文在Arcgis和Patch Analyst的支持下，通过统计各类河道的公园绿地、防护绿地、生产绿地、附属绿地等绿地类型的斑块数、斑块面积、周长等数据作为景观结构指数计算的基础[7]，从斑块结构、边缘密度、平均斑块分维数、斑块形状指数4方面选取以下景观指数：斑块数（Number of patch）、斑块类型面积（Class area）、斑块平均面积（Mean patch size）、总边界长度（Total edge）、边缘密度（Edge density）、斑块面积变异系数（Patch size coefficient of variation）、面积加权的平均形状指标（Area - weighted mean shape index）、斑块面积标准差（Patch size standard deviation）、平均斑块形状指数（Mean shape index）等景观指数来反映研究区的景观空间格局特征。具体景观指数计算公式可参考《景观格局空间分析技术及其应用》[8]。研究区斑块类型分布见图2。

图2 研究区斑块类型分布图

4 结果分析

4.1 河道绿地斑块结构分析

骨干河道滨水绿地景观类型组斑块组成结构见表1。二类河道滨水绿地景观类型组斑块平均规模分析见表2。

表1 骨干河道滨水绿地景观类型组斑块组成结构表

表2 二类河道滨水绿地景观类型组斑块平均规模分析表

由表1、表2可知，不管是骨干河道还是二类河道，其中防护绿地景观类型是研究区主要优势景观类型，无论是斑块数量、斑块类型面积、还是总边界长度都是最大的。在骨干河道中，防护绿地斑块数为35块，斑块类型面积达到18.29 hm2，总边界长度为34 818.45 m；在二类河道防护绿地斑块数为231块，斑块类型面积达到36.71 hm2，总边界长度为78 462.92 m，远远超过其余景观类型，表明防护绿地在河道滨水绿地中的主体地位。在骨干河道中，生产绿地的斑块数量、斑块类型面积、总边界长度位居第二，而在二类河道中，斑块数量、斑块类型面积、总边界长度位居第二的是附属绿地，表明在骨干河道中，生产绿地分布较多，也占有较大主体，而在二类河道中，附属绿地仅次于防护绿地，占有较主体的地位。

斑块面积变动系数反映类型内部斑块面积之间的变异程度和分布状况[6]，不管是骨干河道还是二类河道，生产绿地面积变动系数最大，其次分别是防护绿地、附属绿地、公园绿地。说明生产绿地这种类型的斑块内面积大小不均衡，变化差异大。公园绿地虽然在斑块数量、斑块类型面积、总边界长度与其他类型景观有一定差距，但是在斑块平均面积都是最高的，在骨干河道中达到1.46 hm2，在二类河道中为0.96 hm2，表明该景观类型规模的平均水平较高，在研究区仍是很具有活力的重要组分，有利于动物的迁徙，在今后的规划设计中具有不可或缺的地位。

4.2 河道绿地斑块边缘密度分析

研究区骨干河道滨水绿地总体边缘密度1 118.02 m/hm2，其中公园绿地的边缘密度最小，为87.80 m/hm2，防护绿地的边缘密度最大，为705.17 m/hm2，说明公园绿地的斑块比较完整，防护绿地的斑块相对比较破碎。这表明骨干河道中公园绿地在整个绿地中占据了主导地位，而防护绿地明显受到人为活动方式的影响，边界更少。进一步对二类河道滨水绿地边缘密度进行分析，总体边缘密度1 386.15 m/hm2，其中公园绿地、生产绿地的边缘密度最小，分别为59.67，97.19 m/hm2，防护绿地的边缘密度依旧最大，为892.05 m/hm2，说明公园绿地生产绿地，空间拓展能力较强，斑块相对比较完整，而河道的防护绿地，因受到场地的不连续性，以及受人为活动的影响，形状边界与其他类型相比较少。骨干河道滨水绿地斑块边缘密度见图3，二类河道滨水绿地斑块边缘密度见图4。

图3 骨干河道滨水绿地斑块边缘密度图

图4 二类河道滨水绿地斑块边缘密度图

4.3 河道绿地斑块景观平均斑块分维数分析

斑块分维数表示在相同面积的情况下，分维数越高，表明斑块边长越长，形状越复杂，表明其内部可以进行更多的物质和能量的交换[9]。由图3及图4可以看出，骨干河道、二类河道滨水绿地平均斑块分维数的大小顺序为：防护绿地＞附属绿地＞生产绿地＞公园绿地，防护绿地主要集中在河道两侧，斑块分维数最大，说明此区域，斑块形状复杂，形状较为不规则，受到人为干扰程度较大；公园绿地分维数较小，说明该区域主要有大片形状较为规则的绿地，有利于生态过程的运行。其他附属绿地生产绿地分维数差值相近，说明各区域类型景观斑块边长接近，形状复杂程度基本差的不多，受到人为破坏以及干扰程度接近。骨干河道滨水绿地平均斑块分维数见图5，二类河道滨水绿地平均斑块分维数见图6。

图5 骨干河道滨水绿地平均斑块分维数图

图6 二类河道滨水绿地平均斑块分维数图

4.4 河道绿地斑块斑块形状分析

骨干河道滨水绿地斑块形状分析见表3，二类河道滨水绿地斑块形状分析见表4。从表3及表4可以得出，无论是骨干河道还是二类河道，防护绿地的面积加权的平均形状指标在骨干河道中为4.85，在二类河道中面积加权的平均形状指标为2.90，可见与其他斑块类型相比，防护绿地的形状最复杂，与外界相对作用较其他斑块类型明显。且从平均斑块形状指数来看，防护绿地分别达到3.76、2.50，面积加权的平均斑块分形指标分别为1.60、1.56，也属最高，说明防护绿地的景观人为破坏较少，生态系统相对较平衡，基本上以天然更新为主。而生产绿地的平均斑块形状指数、面积加权的平均形状指标、面积加权的平均斑块分形指标较小，表明形状简单，说明是受人为干扰大，有一定的人工经营痕迹。并从表3、表4对比看，骨干河道滨水绿地斑块类型中的面积加权的平均斑块分形指标、面积加权的平均形状指标、平均斑块形状指数整体上要比二类河道滨水绿地斑块类型要高，表明骨干河道绿地受人为干扰相对较小，形状相对较复杂。

表3 骨干河道滨水绿地斑块形状分析表

表4 二类河道滨水绿地斑块形状分析表

5 结论与评价

本文通过Arcgis技术手段，对研究区提取河道水域、河道绿地等信息，并利用Arcgis中Patch Analyst模块来辅助对其做景观格局分析，得出结论：①河道绿地斑块要素的面积和斑块数不均衡，防护绿地在滨水绿地斑块中占绝对优势，在整个滨水的绿地功能上起着基质防护作用，受到人为干预较少，其连续性和完整性相对较好。②通过对斑块大小和形状分析，无论是骨干河道还是二类河道，公园绿地的景观斑块平均面积都最大，表明这些斑块相互联系紧密，斑块的潜力较大，能形成集中连片的斑块趋势，将是影响动物迁移、觅食等活动的重要区域。而生产绿地，防护绿地，平均面积相对较小，但与附属绿地和公园绿地相比，具有较大的斑块面积变异系数，表明内部斑块的变动程度较大，与其他斑块间相互作用强烈，波动比较明显。③从边缘密度、平均斑块分维数、斑块形状分析得出，骨干河道、二类河道绿地景观斑块存在分布不均衡，防护绿地边缘密度最大，平均斑块分维数也最大，面积加权的平均形状指标明显高于其他景观类型，由此说明研究区的骨干河道和二类河道，防护绿地受到人为因素干扰程度较大。而公园绿地边缘密度、平均斑块分维数、斑块形状相对来说各项指标比较低，表明该区域主要有大片形状较为规则的绿地，斑块相对比较完整，但是分部不均衡，且斑块数量太少。

针对以上情况提出建议：①在滨水河道建设中，建设潮塘江等骨干河道亲水绿轴和沿岸城市公园绿地，打造层次丰富、景观多样的滨水景观绿带景观空间，同时加强二类河道两岸小型绿地斑块的设计和改造。②促进河道滨水绿地斑块的均衡分布，对欠均衡区域增加滨水绿地面积，从而丰富景观多样性，营造良好生境。③针对斑块形状差异情况，增加滨水周围的附属绿地、生产绿地、防护绿地、公园绿地数量，形成点、线、面相互交错的网状绿地系统，促进绿化均衡分布，有利于生物多样性保护和生态平衡。④一类河道、二类河道滨水流域范围内如果以耕地为主，并有建设用地分散分布，目前主要以生产绿地、人工林地、农田占主导地位，此类河道可以在未来在保障行洪安全的前提下，应综合利用、增加人工绿地面积，体现植被保护、防风固沙、人文景观，增强其休憩功能。⑤保留现状林地，对原有滨水生态景观较好的区域，可以在满足防洪要求的基础上，引入水生湿生植物，各类观赏草品种，自然野花

地被组合，丰富原有地被景观，增加季相变化，可采用分层式的种植带进行生态恢复。具体可采用：第1层：河漫滩湿地，种植水生湿生植物，选择可耐淹力最强的品种。第2层：河滨芒草种植带，选择高度较高的观赏草品种，在原有植被的基础上，增加观赏层次和色彩。第3层：堤内疏林草地，种植粗放管理的草本植物和野花组团，少量点植耐水湿的色叶乔木。