基于GIS的常州主城区人居生态环境适宜性评价

谭印月，范秀娟，彭 倩，杨 鑫

(1.江苏常环环境科技有限公司，江苏 常州 213022;2.常州环保科技有限公司，江苏 常州 213001)

1 引言

“人居环境”概念早在16世纪的著作中以理想的人居环境蓝图的形式得到显现，到20世纪50年代希腊学者道萨迪亚斯(Doxiadis C.A.)创立人类聚居学(Ekistics)后[1]，有了比较系统性的研究。到目前为止，国外人居环境研究主要有城市规划学派、人类聚居学派、地理学派和生态学派。我国人居环境研究始于20世纪80年代，由吴良镛开创的中国人居环境科学，主要是指由自然系统、人类系统、社会系统、居住系统和支撑系统等5个子系统组成的人类聚集生活的地方[2]。随后，众多学者从不同视角对人居环境进行探讨研究，内容涉及人居环境的科学基础、指标体系构建、对居民影响、质量评估及影响因素等[3～7]。其中，“人居环境评价研究”最为广泛。不少学者重点关注地区或全国人居环境的综合评价[8～11]。人居环境经过30多年的不断完善和发展，其研究成果已成为指导政府制定改善人居环境政策方针的重要依据。

从生态学的观点来看，“城市”是一个生态系统，是人为改变了结构和物质循环、部分改变了能量转化的、受人类生产活动影响的生态系统，同时还是社会、经济和自然3个子系统构成的复合生态系统。谭萌佳等[12]认为人居环境离不开生态环境，从生态角度去研究，构建生态位适宜度模型，利用相关生态学理论定量分析人居环境质量的生态位适宜度；胡细英等[13]指出城市人居环境建设要抓生态休闲；韩曦等[14]指出生态人居具有清洁、舒适、环境压力小的特征；程淑杰等[15]运用GIS和RS技术获取数据，用生态适宜性模型对生态适宜性的不同空间特征进行评价，在生态环境的保护和移民选址上有重要作用；Xu Linyu等[16]认为人居环境的重要影响因素之一是空气质量，将南京作为研究案例，得出南京的空气质量是在可接受的范围内。因此，城市人居环境的生态适宜性评价对于衡量城市可持续性和生态性具有重要意义，健康的人居环境对于长期的社会稳定和发展至关重要。梳理以上研究可以发现，已有的人居环境生态适宜性评价研究主要局限于现状评价，而对城市规划后的评价研究涉及较少。在以人为本的城市人居环境建设理念为导向，如何进行城市规划前后人居环境生态适宜性进行评估是值得探究的课题之一。基于此，以常州市主城区为例，综合运用城市绿地规划、统计年鉴数据和专家打分数据，对该区域人居生态环境进行适宜性评价，为主城区人居环境规划和提高居民对人居生态环境的满意度提供支撑。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

常州地处江苏省南部、长三角腹地，位于长江下游平原，兼有高沙平原和山丘湖圩，属于北亚热带季风气候。以常州市主城区“沪蓉高速公路-江宜高速S39-常合高速公路”围成的“三角区域”为研究区域，地理位置处于119°52′～120°7′E，31°39′～31°53′N之间，总面积391 km2，主要涉及新北区、钟楼区、天宁区、武进区共12个乡镇和18个街道，该区域是常州市城镇人口的主要集聚区，也是城市发展的核心区。

2.2 数据来源与处理

适宜性评价中所使用的用地类型数据通过利用研究区Landsat TM遥感影像与常州市统计年鉴资料，基于ENVI5.3进行目视解译处理获取。NDVI数据通过ArcGIS平台分析遥感影像获取。细颗粒物浓度、水环境质量现状数据来自常州市生态环境局公布的《常州市环境质量报告书(2015-2020年)》，规划数据来自常州市自然资源和规划局。

3 研究方法

3.1 人居生态环境指标体系构建

运用“借鉴和专家咨询”的方法初步建立指标体系[5]；通过城市基础数据进行相关性分析，遴选指标，建立具有的生态评价指标体系；运用统计评价法对各项指标进行赋值；依据综合评价方法和GIS分析法进行综合评价。人居生态环境评价指标体系主要构建流程如图1所示。

图1 人居生态环境评价指标体系的构建流程

3.1.1 评价指标体系的确立

根据评价标准中定性的内容，选择重要的、有针对性、能反映该区域人居生态环境内涵的部分，确定评价要素。依据评价要素，一是借鉴中国人居环境奖评价指标体系中的生态环境指标体系部分确定指标因子；二是采用频度分析法，对目前有关人居环境评价方面的研究报告、论文、书籍等中所提及的评价指标进行频度统计，选择使用频度较高的指标；三是通过咨询、网络互动等方式，征求专家学者的意见，进一步选取评价指标和评价分级。

3.1.2 评价指标分值和权重的确定

一方面通过借鉴国内外相关城市发展标准、先进地区经验或者理论研究等，另一方面通过专家打分法确实指标评价分值和权重。

基于上述构建流程，得出“三角区域”的评价指标体系如表1所示。

表1 常州主城区人居生态环境评价指标体系

3.2 评价方法

城市人居生态环境的评价公式为：

(1)

式(1)中：HI为常州市主城区人居生态环境指数；j为评价指标i个数；Wi为第i项指标的权重值；Ni为第i项指标的归一化之后的数值[7]。

根据常州市测绘地图，将主城区划分为1 km×1 km小方格，共划出440个小方格。基于现有的各指标数据，通过ArcGIS10.1将矢量数据转成格栅数据，分指标进行评价，得出各指标的评价分值分布图；根据各指标所占权重，得出常州市主城区人居生态环境适宜性现状(2020年)及规划(2035年)评价结果图。

基于GIS的指标评价方法主要包括缓冲区分析法、邻近距离法、面积分析法。缓冲区分析法以公园绿地为中心，通过服务半径建立缓冲区，该方法对数据要求低，操作简单，常常作为城市公园规划选址的重要参考，借助ArcGIS的缓冲区(Buffer)分析法即可实现。邻近距离法是通过计算某一居住用地到最邻近公园绿地的直线距离，然后再通过对最小邻近距离的分析来考量公园绿地的可达性，邻近距离法还用于细颗粒物(PM2.5)浓度、水质类别分析。面积分析法，以1 km×1 km网格内水网所占面积进行赋值分析。

根据评价公式计算得出常州市主城区的人居生态环境指数，在ArcGIS10.1中进行可视化，利用自然断点法进行分级，将结果分为4个等级，人居环境分值越高，越适宜居住。人居环境生态适宜性分为较高适宜、适宜、一般适宜和低适宜4个等级(表2)。

表2 人居生态环境适宜性评价

4 研究结果与分析

4.1 人居适宜性分维度评价

4.1.1 公园绿地步行可达距离

服务半径作为衡量城市公园可达性的重要指标，广泛应用于城市公园评价和城市规划。通用的方法是根据公园的服务功能和规模大小制定相应的服务半径。本次仅考虑城市公园绿地的休闲游憩功能，选取面积大于0.5 km2的城市公园绿地，以30 min即2400 m[17,18]为最大服务半径模拟城市公园绿地的服务区。

常州市主城区在原有绿地的基础上增加了30个公园绿地，总面积增加5.26 km2，占主城区总面积的3.3%。京杭运河沿线两侧现状公园绿地以及武进片区的淹城森林公园800 m内可达性较好，其余居住区域离公园绿地大多在800 m范围外。规划后各片区的公园绿地可达指标显著提升，400 m内所能覆盖的服务面积占比为24.99%，比现状的增加了7.60%，800 m内所能覆盖的服务面积占比为50.7%，比现状的增加了12.87%，但部分区域还需进一步优化绿地布局，增加公园绿地，如沿高架环附近区域(表3)。

表3 规划前后步行不同距离段服务面积比

4.1.2 水网面积覆盖率

根据常州市水系分布图，通过遥感解译得出，常州市主城区6级及以上骨干河道有京杭运河(含老运河)、北塘河、横塘河、南运河、丁塘港、澡港河等，水面总面积达23.9 km2，占主城区总面积的6.1%。考虑到常州市主城区河网水系现状和规划基本没改变，在此只做一次评价(表4)。

表4 水网面积覆盖面积比

基于GIS统计分析，得出1×1 km2网格内水网面积覆盖率，水网分布相对较均匀，在丁塘港和宋剑湖附近水面面积较大，单位水网面积覆盖率达48%。根据相关研究表明，适宜居住的周边水域面积在10%～30%，其覆盖面积占了21.5%。

4.1.3 细颗粒物(PM2.5)浓度

细颗粒物(PM2.5)浓度是衡量环境空气质量的一个重要指标，也是居民重点关注的环境指标之一。《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)对环境空气功能区中颗粒物(粒径小于等于2.5μm)的一级、二级年均浓度限值分别为15 μg/m3、35 μg/m3，根据主城区内大气考核国控站点的分布情况，选取行政中心、钟楼、市监测站、经开区、武进区监测站等5个国控站点的细颗粒物(PM2.5)浓度作为评价对象。

2020年行政中心、钟楼、市监测站、经开区、武进区监测站等5个国控站点的细颗粒物(PM2.5)浓度依次为41、38、37、43、41 μg/m3，均超过了二级年均浓度限值(35 μg/m3)，常州市主城区细颗粒(PM2.5)平均浓度为40 μg/m3。常州市主导风向为东南风，常州经开区空气质量对主城区的影响较大，未来应重点降低此区域的空气污染。规划至2035年，常州市细颗粒物浓度均达到二级年均限值(35 μg/m3)(表5)。

表5 常州市主城区细颗粒(PM2.5)浓度覆盖面积比

4.1.4 水环境质量

常州市主城区内河网密集，分布有大大小小数百条支流支浜。水环境质量与居民的生活息息相连，以主城区内均匀分布的70条河道、支流支浜水环境质量以及两侧100 m范围内居住区作为人居生态环境的一个评价指标，得出常州市主城区内支流支浜水环境质量空间分布图。

以2020年常州市主城区内90条河道、支流支浜水环境质量及两侧100 m范围内区域为评价对象，100 m以外的区域受水环境质量影响较小，本次赋平均值。得出常州市主城区现状支流支浜水质类别空间分布。常州市主城区支流支浜水质中劣Ⅴ类占总数量的21.7%，可看出主城区的支流支浜是今后需要重点整治的对象之一。规划至2035年常州市主城区消除劣V类和黑臭水体，河道基本到相应指标要求。

4.2 人居适宜性综合评价

根据常州市主城区人居生态环境评价指标规划前后结果，得出主城区人居生态环境评价综合结果，利用ArcGIS10.1自然断点法将人居适宜性指数分为以下5类：“低适宜”“一般适宜”“适宜”和“较高适宜”。主城区现状低适宜居住区域为新北片区的罗溪镇东南部、薛家镇西部、钟楼片区的北港街道西部、武进片区的牛塘镇、湖塘镇东北部、遥观镇、武进高新区中部、戚墅堰片区的潞城街道东北部、横山桥镇西部、天宁片区的郑陆镇西南部；土地总面积为83.82 km2，占研究区域总面积的21.44%，该区靠近高架环，主要为工业集聚区，人口密度小。主城区现状较高适宜区域为新北片区和天宁片区交界北塘河沿岸、天宁街道的红梅公园、戚墅堰片区的潞城街道的丁塘河湿地公园、武进片区的淹城森林公园、三勤农业生态园、武进片区的宋剑湖湿地公园；土地总面积为10.21 km2，占研究区域总面积的2.61%，该区主要为大型湿地公园、森林公园及生态园所在地，周边的人口密度相对大。

规划后较高适宜性区域占比提高了58.26%，一般适宜性区域明显降低，无低适宜性区域(表6)。

表6 常州市主城区生态环境适宜性分布

5 结论与建议

5.1 结论

常州市主城区的人居生态环境适宜性表现在：①常州市主城区的低适宜和一般适宜居住区以带状分布为主，主要分布在工业集聚区、农业用地以及村庄分布区，现状占主城区总面积的68.91%；经规划后，低适宜和一般适宜居住区的面积明显减少了83.32%;②常州市主城区的适宜和较高适宜居住区以片状分布为主，主要分布在高架环中部，以居住小区为主，现状占研究区总面积的30.31%；经规划后，适宜和较高适宜居住区面积明显提高了57.90%;③从整体上看，沿南北中轴线分别向东、西2个方向，适宜性逐渐降低，规划后，整体适宜性明显提高，实现人与环境的协调发展。

5.2 建议

针对常州市主城区人居生态环境建设现状和自身发展特性，对以后的人居生态环境建设及发展布局提出如下建议：

(1)提高环境质量，推进人居生态环境的不断提升。联合国可持续发展人居环境论定条件为住区居民适当住房的保证、健康与安全的保障、人与城市住区环境的和谐发展、生态环境建设、住区资源的可持续开发与利用等五大方面[19]。改善环境质量，特别是主城区支流支浜水质，消除水体黑臭现象，提升大气环境质量，提高环境资源承载力，扩大人居环境的容量，从“经济增长优先”到“生态环境优先”，努力建设绿色健康和谐的人居环境。

(2)积极采取措施提高软环境建设水平。人居软环境属于无形的非物质环境，通常难以利用有效的客观指标进行统计监测，主要包括社会文化、城市安全性等。人居软环境的可居性是人居硬环境的价值导向，提高软环境的建设水平，将有助于人居硬环境价值的体现。人居软环境的建设需要政府部门的引导，加强文化体育等基础设施建设，为居民生活情趣、生活舒适度提供必要条件。开展各种积极健康的群众活动，促进信息交流与沟通，创造民主法制环境，使居民对自己的居住环境有较好的归属感，进而提升人居环境的整体水平。