基于連接度評價的寧鄉(xiāng)縣城市網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

陳濤+陳月華+覃事妮

摘要：對寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)的現(xiàn)狀道路網(wǎng)絡(luò)、水系網(wǎng)絡(luò)、綠地網(wǎng)絡(luò)進行了α、β、γ指數(shù)分析，結(jié)果表明：寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)除了道路網(wǎng)絡(luò)的連接度良好外，水系網(wǎng)絡(luò)及綠地網(wǎng)絡(luò)都存在網(wǎng)絡(luò)連接程度低、未形成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點數(shù)量過低且孤立化嚴(yán)重等現(xiàn)狀平面網(wǎng)絡(luò)問題。進一步針對寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)所存在的連接度問題及其他相關(guān)問題，并結(jié)合現(xiàn)狀條件對研究區(qū)域進行了基于連接度評價的城市網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：城市網(wǎng)絡(luò)；連接度；指數(shù)體系；寧鄉(xiāng)縣

1 引言

隨著城市化進程以及工業(yè)的快速發(fā)展，景觀生態(tài)破碎化的問題日益嚴(yán)峻，隨之所產(chǎn)生的一系列問題諸如空間異質(zhì)性單一、景觀格局割裂、生態(tài)調(diào)控能力逐漸減弱等。為了解決這些問題，區(qū)域生態(tài)規(guī)劃逐漸興起了以景觀生態(tài)學(xué)原理為依托，令景觀生態(tài)各要素的總量、質(zhì)量、比值以及時空關(guān)系達到最優(yōu)化，使景觀生態(tài)中各資源組合在功能和結(jié)構(gòu)上趨近最佳理想化，進而最大程度的提高區(qū)域生態(tài)的穩(wěn)定性。景觀連接度是目前景觀生態(tài)學(xué)研究的主要內(nèi)容之一，其描述了景觀生態(tài)中各要素在功能和生態(tài)學(xué)過程中直接或間接聯(lián)系的緊密程度，其對保持自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性，以及豐富景觀空間異質(zhì)性和探索景觀空間格局提供了理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)，對于景觀生態(tài)學(xué)在現(xiàn)實規(guī)劃中的應(yīng)用具有重要的意義。通過對湖南省長沙市寧鄉(xiāng)縣城區(qū)現(xiàn)有的土地利用情況進行連接度評價分析，并利用所得出的結(jié)論以及存在的問題直接應(yīng)用于進一步的規(guī)劃中，以期最大地優(yōu)化寧鄉(xiāng)縣城區(qū)的景觀空間格局與自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性。

2 景觀連接度的概念與評價體系的構(gòu)建

2.1 景觀連接度的概念

景觀連接度的概念最早由Merriam于1984年描述存在于景觀結(jié)構(gòu)特征與物種運動行為間的相互聯(lián)系[1]。此后隨著景觀生態(tài)學(xué)理論的進一步完善與發(fā)展， 景觀連接度的概念也出現(xiàn)了眾多新的解釋。Taylor等從定量的角度為景觀連接度提出了便于描述和應(yīng)用的概念，其認為景觀連接度是景觀生態(tài)促進或阻礙生物體或某種生態(tài)過程在源斑塊間運動的程度[2]。With等為景觀連接度提出了一個動態(tài)的概念，認為景觀連接度是生境斑塊間對斑塊的空間延展，生物體對景觀結(jié)構(gòu)的變化所作出的反應(yīng)的功能關(guān)系[3]。盡管以上各個概念在字面表達上并不相同，但都認為景觀連接度是對景觀空間結(jié)構(gòu)單元要素相互之間的時空連續(xù)性的度量， 并側(cè)重反映景觀的功能， 屬于刻畫景觀生態(tài)過程的重要參數(shù)。因此，景觀連接度的本質(zhì)是研究同類或異類斑塊之間在功能與生態(tài)過程上的有機聯(lián)系， 這種聯(lián)系不僅是動植物群體之間的有機交流， 也是景觀生態(tài)元素間直接的物質(zhì)、能量交換和遷移[4]。

此外，可以總體將景觀連接度區(qū)分為結(jié)構(gòu)連接度與功能連接度兩種類型。其中結(jié)構(gòu)連接度是指，僅對景觀要素在空間結(jié)構(gòu)上連續(xù)性進行研究， 而不考慮其生態(tài)學(xué)方面的景觀連接度；相反，功能連接度則從生態(tài)學(xué)要素（生物個體、種群、物種等）的角度出發(fā)， 綜合考慮到某一特定的生態(tài)過程的景觀連接度。對比這兩種類型，不難發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接度往往更具有隨意性與操作難度低的特點， 通過衛(wèi)星航拍或人類視覺感官直接觀察選定區(qū)域的景觀物理特性，如景觀斑塊的大小、形狀、位置，用各種指數(shù)來描述景觀的空間連續(xù)性，這種方法往往具有較低的生物相關(guān)性。而功能連接度則是基于物種所感應(yīng)和反應(yīng)的尺度著重表現(xiàn)生物及生態(tài)學(xué)過程的密切相關(guān)性，并表現(xiàn)出多維性。但由于功能連接度是在景觀結(jié)構(gòu)特征基礎(chǔ)上結(jié)合生態(tài)要素的擴散行為， 并通過模型的建立來預(yù)測各生物物種在景觀中的連接度，因此在實際應(yīng)用中更為繁瑣與復(fù)雜[5]。

2.2 連接度評價體系的構(gòu)建

2.2.1 節(jié)點與廊道

每2條或2條以上的廊道或邊線的連接點、交叉點以及單條廊道的端點即為節(jié)點。節(jié)點是各網(wǎng)絡(luò)類型連接結(jié)構(gòu)的一個重要特征；而廊道是指在不同尺度下，與周圍景觀生態(tài)基質(zhì)存在差異的線狀或帶狀的景觀生態(tài)要素，其作用主要為維持景觀連通性的作用。廊道與節(jié)點相互連接便形成了環(huán)繞各個景觀要素的網(wǎng)絡(luò)。此外，當(dāng)景觀生態(tài)中的基質(zhì)所環(huán)繞的景觀生態(tài)要素較大時，或者孔隙度較大，基質(zhì)間便呈現(xiàn)出相互連接的帶狀，此時也便形成了廊道網(wǎng)絡(luò)[6]。

2.2.2 α、β、γ指數(shù)

α、β、γ指數(shù)是在拓撲空間的空間關(guān)系的基礎(chǔ)上運用到景觀生態(tài)學(xué)中的重要概念。其用來描述節(jié)點和節(jié)點間連線的空間關(guān)系，揭示了總體網(wǎng)絡(luò)情況。故選用其作為描述綠地網(wǎng)絡(luò)總體特征的載體。其中α指數(shù)主要描述網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的情況即現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點間實際存在環(huán)路的程度，又稱環(huán)度；β指數(shù)主要反映一個節(jié)點以及其連線數(shù)量即與其他節(jié)點相互連接程度的指標(biāo)，又稱線點率；γ指數(shù)主要反映網(wǎng)絡(luò)中實際存在的連線數(shù)與該網(wǎng)絡(luò)最理想的連線數(shù)的比值，又稱網(wǎng)絡(luò)連接度[7]。其各自的計算公式如下：

α=（L-V+1）/（2V-5）（1）

β=2L/V（2）

γ=L/Lmax=L/3（V-2）（3）

式中，L為空間中的連線數(shù)用城市網(wǎng)絡(luò)中斑塊與斑塊間功能性連線數(shù)替代，V為空間中的節(jié)點數(shù)用城市網(wǎng)絡(luò)中實際存在的綠地斑塊數(shù)替代。其中當(dāng)α指數(shù)的值介于0～1間，越大表示網(wǎng)絡(luò)中存在越大的環(huán)路數(shù)；β指數(shù)的值范圍為0≤β≤6（V-2）/V且其值越大表示連接程度越高；γ指數(shù)的值介于0～1間，當(dāng)一般取值為1/3<γ<1，當(dāng)γ值越接近1/3，整個網(wǎng)絡(luò)越呈現(xiàn)為樹狀網(wǎng)絡(luò)，γ值越接近1表示整個網(wǎng)絡(luò)的連接越接近理想的平面網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)[8]。

3 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

3.1 研究區(qū)域概況

寧鄉(xiāng)縣地處湘東偏北的洞庭湖南緣地區(qū)，縣境地勢西高東低，南陡北緩，全境以丘陵為主，兼有山地、崗地和平原。此次研究區(qū)域為湖南省長沙市寧鄉(xiāng)縣于《寧鄉(xiāng)縣城總體規(guī)劃（2000～2020）》（2014修訂）中確定的縣域為345.97 km2范圍，本次研究的重點為中心城區(qū)。寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)的總面積為30 km2，現(xiàn)狀人口為28.26萬人。現(xiàn)狀綠地面積為12.86 km2，包括公園綠地1.48 km2、生產(chǎn)綠地0.66 km2、防護綠地1.45 km2、附屬綠地4.28 km2、其他綠地4.99 km2。其中公園綠地占寧鄉(xiāng)縣建成區(qū)的城市建設(shè)用地的4.94%，且人均公園綠地僅為5.25 m2。因此，可以看出寧鄉(xiāng)縣城區(qū)目前公園綠地總量與人均綠地占有量都嚴(yán)重不足，并且公園服務(wù)半徑不夠，現(xiàn)狀公園的利用率不高。

研究區(qū)域目前主要由大小河道21條，其中主要的水系有：溈水河、平水河、歷經(jīng)河、朝陽溪、化龍溪、東溈溪、經(jīng)開溪、民兵渠等。區(qū)域內(nèi)的降雨量由北向南，由西向東逐漸減少。整體水網(wǎng)大致形成北中南三帶、各水系皆匯聚于中心帶溈水河，北南兩帶在縣域外同樣匯入溈水河后接入湘江。此外區(qū)域內(nèi)的水網(wǎng)在灌溉高峰期存在枯水的現(xiàn)象。且朝陽溪、化龍溪、東溈溪、經(jīng)開溪的城區(qū)段部分都已被封蓋處理，平水河與歷經(jīng)河為滿足灌溉的需求都已進行渠化，溈水河的城區(qū)段為滿足防洪需求都已將兩岸采用水泥堤岸進行硬化。由于缺乏與其他景觀生態(tài)要素的相互聯(lián)系，使得區(qū)域內(nèi)的水網(wǎng)內(nèi)的水環(huán)境并不理想，其中溈水中溶解氮、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氦氮總量都已超標(biāo)。故研究區(qū)域內(nèi)迫切需要通過景觀生態(tài)或其他的手段進行水質(zhì)的提高。

研究區(qū)域的道路網(wǎng)絡(luò)密度以溈水河為分界線，呈現(xiàn)河西尚可、河?xùn)|較低。由此可以發(fā)現(xiàn)，河西片區(qū)為寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)的現(xiàn)狀重心，但根據(jù)寧鄉(xiāng)縣未來的規(guī)劃，經(jīng)濟重心將會移至河?xùn)|片區(qū)（圖1）。

3.2 研究數(shù)據(jù)來源

本次研究的數(shù)據(jù)來源基于寧鄉(xiāng)縣土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年）中的土地利用現(xiàn)狀圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件Google earth的衛(wèi)星地圖以及現(xiàn)場的調(diào)查進行修正后，通過軟件CAD進行數(shù)據(jù)的矢量化轉(zhuǎn)換，從而為進一步的寧鄉(xiāng)縣景觀連接度分析提供數(shù)據(jù)支撐，并繪制綠地、水系、道路網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀圖（圖1）。此外，現(xiàn)狀圖中的城市道路網(wǎng)絡(luò)選取城市快速路和城市主干道，以及寬在20 m以上抑或雙向車道在4道以上的道路，并沒有包含小區(qū)內(nèi)的人行道或村組路等其他路網(wǎng)。現(xiàn)狀圖中的水系網(wǎng)絡(luò)選取區(qū)域性連通河流與主要干渠，在強調(diào)河流的功能性與完整性的基礎(chǔ)上，將研究區(qū)域內(nèi)小于1 km的水溪或面積在0.04 km2以下的非連通性水面進行排除?，F(xiàn)狀圖中的綠地網(wǎng)路主要選取區(qū)域內(nèi)等級在社區(qū)公園以上的開放性公園，以中心公園和帶狀綠地為基本骨架，進行繪制，不包括附屬綠地或其他綠地。

4 研究區(qū)域連接度評價

4.1 評價方法說明

研究主要依據(jù)現(xiàn)有的城市網(wǎng)絡(luò)分別對道路、水系、綠地的結(jié)構(gòu)連接度進行α、β、γ指數(shù)進行計算。通過這些指數(shù)的計算得出寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)的城市網(wǎng)絡(luò)特征。根據(jù)以往對網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計的經(jīng)驗來看，道路網(wǎng)絡(luò)一般具有較高的邊線數(shù)與較低的節(jié)點數(shù)；水系網(wǎng)絡(luò)一般具有較高的節(jié)點數(shù)與較低的邊線數(shù)；綠地網(wǎng)絡(luò)一般具有較低的節(jié)點數(shù)與較低的邊線數(shù)。

4.2 評價結(jié)果分析與應(yīng)用

4.2.1 α指數(shù)分析

由表1可知，寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)道路網(wǎng)絡(luò)的α指數(shù)為0.48、水系網(wǎng)絡(luò)的α指數(shù)為0.09、綠地網(wǎng)絡(luò)的α指數(shù)為0.06（圖2、3）。因此可以得出研究區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)的環(huán)狀連接水平屬于中等偏下水平，而水系網(wǎng)絡(luò)與綠地網(wǎng)絡(luò)的環(huán)狀連接水平極低，接近于沒有環(huán)狀連接。盡管結(jié)合水系多因重力因素呈現(xiàn)單向匯流的自然特征，但水系0.09的低α指數(shù)顯示規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的水系未能形成有效的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，使得區(qū)域內(nèi)的水資源不能得到有效的保存以及利用，這也是枯水問題的原因之一；研究區(qū)域內(nèi)綠地的同樣只有0.06低α指數(shù)，因此研究區(qū)內(nèi)的綠地網(wǎng)絡(luò)同樣沒有形成有效的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，這導(dǎo)致研究區(qū)域內(nèi)的綠地都屬于相互割裂狀態(tài)、景觀破碎的程度較為嚴(yán)重，需要完整的綠地系統(tǒng)規(guī)劃來幫助寧鄉(xiāng)縣構(gòu)造健康的綠色骨架；研究區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)相比較水系、綠地網(wǎng)絡(luò)，其環(huán)狀連接的水平較高，但仍然屬于中等偏下的水平，結(jié)合現(xiàn)狀圖可以發(fā)現(xiàn)，寧鄉(xiāng)縣城區(qū)的河西片區(qū)的道路網(wǎng)絡(luò)較為完整，已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)，而河?xùn)|部分的道路環(huán)狀連接水平較低，因此使總體道路α指數(shù)值偏低。

4.2.2 β指數(shù)分析

由表1可知，研究區(qū)域道路網(wǎng)絡(luò)的β指數(shù)為3.86，水系網(wǎng)絡(luò)的β指數(shù)為2.31，綠地網(wǎng)絡(luò)的β指數(shù)為2.14。其中道路的β指數(shù)顯示研究區(qū)域內(nèi)的道路節(jié)點間的連線較為豐富，表明研究區(qū)域內(nèi)的各道路間擁有較高的相互連通率；水系的β指數(shù)的指數(shù)僅為2.31，表明研究區(qū)域內(nèi)的面狀水域較為孤立，線狀水系間未能產(chǎn)生充分的有機聯(lián)系；綠地的β指數(shù)同樣只有2.14，明顯低于正常網(wǎng)絡(luò)的連接能力，研究區(qū)域內(nèi)的綠地節(jié)點孤立化、平面化、點狀化的問題極其嚴(yán)重，在沒有有效廊道的連接的情況下，研究區(qū)域的綠地系統(tǒng)并不能為生物提供安全的生存、遷徙環(huán)境，使得寧鄉(xiāng)縣城區(qū)人與動物的相容度偏低。

4.2.3 γ指數(shù)分析

由表1可知，寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)道路網(wǎng)絡(luò)的γ指數(shù)為0.65、水系網(wǎng)絡(luò)的γ指數(shù)為0.40、綠地網(wǎng)絡(luò)的γ指數(shù)為0.38。因此研究區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)的連接程度較好，已經(jīng)形成一定規(guī)模的平面網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)；而水系網(wǎng)絡(luò)與綠地網(wǎng)絡(luò)的γ指數(shù)都接近于γ指數(shù)的底線1/3，根據(jù)水系的自然特點可以得出，研究區(qū)域內(nèi)水系網(wǎng)絡(luò)為單純樹狀結(jié)構(gòu)，而研究區(qū)域內(nèi)的綠地系統(tǒng)連接程度較低，呈現(xiàn)出間斷式連接抑或無連接狀態(tài)。

4.3 基于連接度評價的城市網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

4.3.1 研究區(qū)域的連接度存在的問題

通過前文對研究區(qū)域內(nèi)的城市網(wǎng)絡(luò)的α、β、γ指數(shù)分析，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)間的連接度較好，形成了一定的平面網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，尤其是河西片區(qū)的道路連接狀況無論是連接效率還是連接程度抑或環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)狀況都表現(xiàn)良好；而研究區(qū)域內(nèi)的水系網(wǎng)絡(luò)存在面狀水域利用不充分，水系間的有機聯(lián)系較少，一條河道通常只有兩個節(jié)點，此外整個水系網(wǎng)絡(luò)缺少環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)；研究區(qū)域內(nèi)的綠地網(wǎng)絡(luò)的連接度問題較為嚴(yán)重，節(jié)點間不僅缺乏有效的廊道連接，并且節(jié)點的數(shù)量也較少。因此對于寧鄉(xiāng)縣這一中國百強縣來說，城市網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建應(yīng)著重解決以下問題：①針對道路網(wǎng)絡(luò)應(yīng)著重關(guān)注河?xùn)|部分的道路網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，尤其在經(jīng)濟重心東遷的前提下，構(gòu)建河?xùn)|連接率高、環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)完整的道路系統(tǒng)顯的較為重要；②針對水網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)著重解決面狀水域連通性、水系間連接度的問題，此外思考水系環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)建立的問題；③針對綠地網(wǎng)絡(luò)應(yīng)著重解決綠地數(shù)量與質(zhì)量偏低、綠地間的廊道建設(shè)、綠地網(wǎng)絡(luò)如何成環(huán)的問題[9]。

4.3.2 針對連接度結(jié)論及相關(guān)問題的解決對策與規(guī)劃

根據(jù)前文總結(jié)的研究區(qū)域所存在的連接度問題以及其他相關(guān)問題現(xiàn)提出如下解決方案：①針對道路網(wǎng)絡(luò)，通過對河?xùn)|片區(qū)的村組道、其他2車道進行改造提質(zhì)以增大道路網(wǎng)絡(luò)的連接邊線的數(shù)量及質(zhì)量，此外通過對河?xùn)|片區(qū)的路網(wǎng)進行成環(huán)狀打造，增加路網(wǎng)總體的環(huán)狀結(jié)構(gòu)特性；②針對水系網(wǎng)絡(luò)，首先，確定“死水塘”的數(shù)量及位置分布并根據(jù)地形開挖渠道將干道的水系引入“死水塘”轉(zhuǎn)“死”為“活”；其次，在各河道流域范圍內(nèi)尋找低洼地，建造新的蓄水塘，增加水系節(jié)點；其三，針對農(nóng)業(yè)灌溉、生活用水以及生態(tài)用水建立不同的水系網(wǎng)絡(luò)，并相互進行有機的串聯(lián)；其四，針對城區(qū)溈水河的幾個支流進行清淤工作，以此增加節(jié)點間的連線質(zhì)量且提高排澇效率；最后，根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)的地形條件，最大程度的環(huán)狀連接各水系網(wǎng)絡(luò)；③針對綠地網(wǎng)絡(luò)，第一步根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查確定可利用綠地的數(shù)量、質(zhì)量及位置分布，將可利用的綠地改造為開放性公共綠地增加綠地網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點；此外在中心建成區(qū)利用符合綠化條件的道路網(wǎng)絡(luò)進行綠道的打造，并以每隔5 km改變不同的栽植方式[10]，城區(qū)外圍結(jié)合農(nóng)田進行生態(tài)農(nóng)田的改造，增加農(nóng)田外圍的灌木及喬木數(shù)量，以此作為生物移動的“踏腳石”系統(tǒng)且利用水系網(wǎng)絡(luò)打造綠帶以連接各節(jié)點。以此繪制平面規(guī)劃圖如圖4所示[11～14]。

4.3.3 對規(guī)劃方案的景觀生態(tài)連接度評價

基于研究區(qū)域土地利用現(xiàn)狀的連接度評價所得出結(jié)論的基礎(chǔ)上，針對其所存在的景觀生態(tài)連接度的問題及其他相關(guān)問題，并依據(jù)現(xiàn)狀的條件及調(diào)查資料進行了寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)景觀連接度提質(zhì)規(guī)劃如圖4所示。并根據(jù)規(guī)劃圖得出道路網(wǎng)絡(luò)的α、β、γ指數(shù)值分別為：0.61、3.88、0.67；水系網(wǎng)絡(luò)α、β、γ指數(shù)值分別為：0.39、3.02、0.51；綠地網(wǎng)絡(luò)的α、β、γ指數(shù)值分別為：0.58、3.11、0.62?？梢钥闯鲅芯繀^(qū)域的景觀生態(tài)連接度得到了很大的改善，尤其是綠地網(wǎng)絡(luò)，α、β、γ指數(shù)值都有很大的提升。而由于現(xiàn)狀地形的制約使得水系網(wǎng)絡(luò)的α、β、γ指數(shù)值并未提升至理想數(shù)值，但其連接度水平與質(zhì)量仍然得到了一定改善[15，16]。

5 結(jié)語

通過對寧鄉(xiāng)縣規(guī)劃城區(qū)的連接度評價，可以看出研究區(qū)域現(xiàn)階段的連接度存在的問題較為嚴(yán)重，尤其是水系網(wǎng)絡(luò)與綠地網(wǎng)絡(luò)，存在節(jié)點數(shù)量少、連接程度低景觀破碎化嚴(yán)重、孤立性較強等問題。本文根據(jù)現(xiàn)狀條件，針對研究區(qū)域所存在的眾多連接度問題及其他相關(guān)問題，從城市的大尺度格局進行了以改善研究區(qū)域連接度為目的的城市網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，為今后進一步的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供借鑒意義。

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