国土空间背景下的城市绿色空间体系规划研究

黄婷婷 高梦瑶 韩若东 朱建宁

北京林业大学园林学院 北京 100083

国土空间规划首次将国土空间本底条件划分为城镇、农业、生态 “三类空间”,生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界等管控边界 “三条红线”,简称 “三区三线” (国土资源部 《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》)。随着城市空间研究的成熟,2014年Mensah提出将城市空间分为城市绿色空间与城市灰色空间[1],城市绿色空间构成城市绿色基础设施,形成城市新陈代谢系统[2-3]。而今,在国土空间规划的背景下,城市园林、城市森林、都市农业、绿色廊道等组成的城市绿色空间 (北京市人民政府 《北京城市总体规划(2016-2035)》)在规划范围方面具有一定的局限性,国土空间规划体系对城市建设范围外的场地未加以考虑。对应 “多规合一”政策,本研究从土地利用分类的角度,将绿色空间定义为国土空间中具有生态属性的用地。对照“三类空间”和土地利用现状分类表,将绿色空间范围进一步扩大,包括生态空间在内的所有土地类型,以及农业空间中的耕地和部分其他用地,具体指园地、林地、草地、公共管理与公共服务、水域与水利设施、耕地及其他用地共7个一级分类和其下的29个二级分类。

研究基于新的绿色空间定义,从基质完形、廊道构建和斑块保护3个方面构建完整的绿色空间体系。基质完形从生态安全保护、雨洪安全保护、一般农田提升和优质裸地提升方面建立;廊道的构建按城市廊道的功能需求,分为生态廊道、通风廊道和游憩绿道;斑块保护主要是针对具有生态功能的大型节点。在此基质-廊道-节点的网络基础上,通过对斑块、廊道进行分等级保护,根据重要性等级进行网络优化。最后综合提出绿色空间体系的优化对策。

1 研究区域与数据处理

研究范围位于北京市二道绿隔东南平原区,总面积为723.21km2,包括二道绿隔地区卫星城及各乡镇行政外边界范围。范围北至一道绿隔外边界,南至北京市行政边界,东临京沪高速,西抵京开、通燕高速。场地基地为河道携带泥沙砾石沉积而成,是典型的山前冲积平原,整体地势平坦、土壤肥沃、气候条件差异不大。

研究数据为2018年5月18日Landsat8OLI多光谱遥感影像和30m分辨率的ASTERGDEM数字高程数据 (数据来源:http://www.gscloud.cn/)。使用ArcGIS10.2、ENVI5.3.1对原始TM图进行数据预处理,经过几何校正、去云、大气校正、图像增强后得到北京东南平原地区的栅格数据TM图,最后结果与同年高分辨率GoogleEarth影像目视解译结果进行精度检验,解译精度达87%,基本满足研究需要。在ENVI5.3.1中对栅格图像进行土地利用监督分类,得到建设用地、林地、耕地、水域、草地、裸地和未利用地共7种土地现状覆盖(LandCover)类型。

2 研究方法及路线

1)绿色空间网络要素构建法。通过对绿色空间网络要素的规模和功能将研究范围内的绿色空间体系内的要素进行调查统计,分为基质、廊道、节点3类[4]。

2)综合生态格局分析法。生态安全格局的概念基于景观生态学,是指在景观格局中存在一个关键性的空间,其构成格局能够高效维护区域生态系统健康,保障生态过程完整的潜在战略格局[5]。生态安全格局的构建有利于维护生态过程(如雨洪过程、动物栖息地和迁徙等)的安全和健康,坚守生态底线[6-7]。

3)最小累积阻力模型理论。最小累积阻力模型(MinimumCumulativeResistance,简称MCR)最早源于Knaapen等人的费用距离理论,并经俞孔坚等人[8]修改后形成,主要借助ArcGIS空间分析技术,通过阻力面的构建反应源地景观生态流运行的空间态势,并根据景观类型对运动过程的影响程度,通过阻力系数的判定计算源单元到目的单元之间的最小累积阻力。

基于上述绿色空间体系规划理论和方法的梳理,规划从基质完形、廊道构建和斑块保护3个方面总结出适宜生态网络规划的框架 (图1)。首先提取研究需要的土地覆盖类型,然后通过基质-廊道-斑块的方法构建绿色空间网络体系。生态安全保护、雨洪安全保护、一般农田提升和优质裸地提升用来实现绿色空间的基质构建;廊道的构建是按照城市廊道的功能需求来实现的,分为生态廊道、通风廊道和游憩绿道;斑块保护主要是保护城市中具有生态功能的大型的节点。在此基质-廊道-节点的网络基础上,通过对斑块、廊道进行分等级保护,根据重要性等级进行网络优化。

3 北京市二道绿隔平原区绿色空间体系构建

3.1 现状绿色空间概况

通过ENVI5.3.1监督分类得到林地、草地、裸地、湿地水域、耕地、道路、建设用地7种土地覆盖类型,再与土地规划图、城乡范围界定综合得到土地利用现状图,按照国土空间的分类标准对723.21km2研究范围内的空间进行归类,分为城镇空间、农业空间和生态空间3大类型。分析结果得出现状生态空间占46.0%,以林地、裸地、湿地水域居多;农业空间占16.3%,多为耕地 (占9.5%);城镇空间占37.7%。

根据绿色空间定义,现状的绿色空间比重为51.8%,但是其中包含大量的裸地,因此将无植被覆盖的裸地去除后的用地作为现状绿色,去除后的绿色空间约35.7%(图2),主要分布在河流沿线和六环外平原地区。

图1 网络要素构建法构建绿色空间体系

图2 现状绿色空间分布

3.2 斑块保护:景观格局组分优化

根据研究区的情况选取不同类型的生境斑块作为物种的生物源地,包括水域、森林、农田、草地和城镇生境,其中水域、森林和草地生境选取所有对应的景观类型斑块,农田和城镇生境选取面积大于10hm2的耕地和建筑用地景观单元作为生态节点和源地[9];再利用最小累计阻力面构建二道绿隔平原地区的最小功能耗费路径,同时结合研究区现状景观分布的格局特点,确定生态廊道及生态节点的空间位置,综合生态源地、目标源地等要素形成二道绿隔平原地区的景观格局组分优化方案 (图3)。

图3 二道绿隔平原地区景观格局组分优化示意图

3.3 廊道构建

3.3.1 生态廊道构建

通常认为增加廊道数目可以减少生态流被截留和分割的概率[10-11]。生物迁移廊道的宽度随着物种、廊道结构、连接度、廊道所处基质的不同而不同,鸟类与大型哺乳动物的廊道宽度从十米至几十千米变化[12]。根据生态适宜性分析结果可知,场地中的林地是生态廊道的主要组成景观,重要廊道的适宜宽度为60～100m,规划廊道的适宜宽度为30～60m(图 4)。

3.3.2 通风廊道构建

图4 生态廊道等级图

城市通风廊道是以提升城市的空气流动性、缓解热岛效应和改善人体舒适度为目的,为城区引入新鲜空气而构建的通道。《北京市总规2013》在现有廊道中并未涉及通州、燕郊、大兴等郊区,但这些地区的空气污染程度是最严重的,因此该区域建设通风廊道十分必要。

根据 《中华人民共共和国气候可行性论证规范城市通风廊道》中的城市主通风廊道规划宽度、长度、长宽比≥20∶1、风向、夹角等要求[13],在城市用地现状图上利用地理信息技术叠加北京风况、通风潜力、通风量、城市热岛强度、绿源空间分布,在区域规划层面 (结合生态安全格局构建)初步确定该区域的主通风廊道和次通风廊道[14],规划后形成4条通风廊道绿化带,包括3条东部主通风廊道和1条次通风廊道 (图5)。

图5 通风廊道构建

3.3.3 游憩廊道构建

在历史脉络方面,北京市作为首都,历史悠久,场地地域平坦开阔,水源充足,物种丰富,早在辽金时期就已是著名的皇家狩猎场,且在清代时形成著名的 “五海相连”景象。

根据二道绿隔平原地区现状特点和游憩地分布,选取资源价值、环境质量价值和区位条件作为评价引自指标[15],采用层次分析法 (AHP)为各相应指标权重赋值得到的结果,判别不同类型指标及其因子对游憩地适宜性的影响程度[16]。通过多因子加权叠加分析和源-汇理论建立最小累积阻力模型,得到二道绿隔平原地区游憩廊道适宜性评价,最后根据现状道路及资源分布调整得到游憩廊道分布图 (图6)。

图6 游憩廊道分布

3.4 基质完形

3.4.1 生物保护安全基质构建

在指示物种选取上,选择可以代表群落演替系列中某个阶段的特征或可用于判断自然环境的类型和特点的物种。根据文献资料,选取翠鸟、黑斑蛙和野兔分别为鸟类、两栖和哺乳动物指示物种;根据不同指示物种的栖息习性,进行栖息地适宜性评价,在ArcGIS中模拟得出单一物种的生物安全格局;最后叠加得出二带绿隔地区的综合生物高、中、低安全水平格局 (图7)。

图7 综合生物安全格局

3.4.2 雨洪保护安全基质构建

研究范围集中在南部农业生产区,沟渠水网较为丰富,河流湖泊较少。根据 《关于划定郊区主要河道保护范围的规定》,选取水源保护地,将河道分为水源保护河道、排水河道以及灌溉渠,并根据其保护范围进行水源保护。

根据现状研究区暴雨数据、降雨总量和相对水位高程等相关数据[17-18],基于ArcGIS的空间分析技术,模拟得到不同暴雨期的洪水淹没区域;根据不同淹没范围划分防洪低、中、高安全水平对场地范围内洪水安全进行整体风险评估,以10,50,100年一遇作为雨洪淹没安全标准,用GIS模拟洪水淹没范围;最后叠加雨洪敏感区域和洪水淹没范围得到综合雨洪安全格局。通过雨洪淹没区可以看出,区域主要的雨洪淹没缓冲区集中在径流交汇处的低洼地。

3.4.3 一般农田提升

研究范围内农田占比约33.5%,基本农田(约132.12hm2)和一般农田(约109.95hm2)相互交错,主要位于东南部,形成3大组团,对通州新城、亦庄新城和大兴新城形成一定隔离[19]。研究采用逼近理想点排序模型法,确定耕地入选基本农田的优先顺序[20-21],得到综合排序状态分布图,综合评价最低等级农田作为转质提升的潜力用地(图8)。

图8 农田质量等级评价

3.4.4 裸地转质提升

将现状裸地从土壤有机质含量、土壤水分、养分、土壤类型等角度进行适宜性评价,选择适宜绿色空间建设的裸地范围,以及对比2008年卫星图中原有植被覆盖、现今消失的区域,对其临近河流200m缓冲区的裸地加以选择,得到裸地转质的提升范围 (图9)。

图9 裸地转质提升范围

3.5 全域绿色空间规划

通过基质-廊道-节点综合网络体系分级构建方法,在现有绿色空间的基础上得出规划后的绿色空间范围 (图10)。规划后的北京市二道绿隔平原区绿色空间从35.7%提升为62.7%,基本达到 《北京市总规》 (2035)中绿色空间总面积占规划总用地比例63%的要求,其中生态安全格局占18.9%。所形成的分级绿色空间基础设施为:一级绿色基础设施占16.8%,二级占25%,三级占30.1%,其中林地是绿色空间的主要组成成分。所构建的生态廊道长度为32.4km,新增13.8km,重要生态廊道有6条,一般廊道有27条,沿六环道路呈鱼骨状分布。

图10 绿色空间体系规划

4 讨论

本文以北京市第二道绿色隔离地区的东南平原地区为研究案例,通过建立节点-廊道-基质的绿色空间网络体系寻求全域综合的绿色空间规划体系,结果表明,从生态节点、多种廊道的构建到基质的网络健全需要建立全局观,“多规合一”有利于提高规划效率、健全规划体系;在规划后的绿色空间网络体系中,生态空间仍是绿色空间的重要组成部分,生态安全格局与城市生态文明建设息息相关,生态保护红线的划分和分等级建设仍然至关重要,生态文明制度建设仍需置于更高的位置;北京市二道绿化隔离地区现状用地复杂,归属权划分难以统一,规划的实施仍需要在后期规划中逐区逐片进行。

多方法、跨学科的规划更适用于现阶段国土空间背景下 “多规合一”的规划。基于规划范围涉及到整个国土空间,现状条件的错综复杂导致以单一方法或体系的规划已经较难适用于现状“多规合一”的规划,在规划中仍需综合城市规划学、生态学、地理学等方法对场地进行全面评估;此外,在国土空间背景下的城市绿色空间体系规划对国土资源统筹保护和修复具有重要的意义。基于场地现状及未来发展、保护现状绿色空间、挖掘潜在绿色空间,本研究提出的综合基质-廊道-节点构建的绿色空间网络体系尚存许多不足,如数据来源中30 m的精度相对粗糙,对现状考察的细致程度也不足;建立并完善国土空间背景下的绿色空间规划体系将是一个较为长期的实践过程,而从图纸上的规划到实际土地上的落实还有许多工作要做,每条廊道的边界、每个节点的范围仍需实际考察,应做适宜、适合的规划设计。