基于連接度評價的寧鄉縣城市網絡規劃

陳濤+陳月華+覃事妮

摘要：對寧鄉縣中心城區的現狀道路網絡、水系網絡、綠地網絡進行了α、β、γ指數分析，結果表明：寧鄉縣中心城區除了道路網絡的連接度良好外，水系網絡及綠地網絡都存在網絡連接程度低、未形成環狀網絡、節點數量過低且孤立化嚴重等現狀平面網絡問題。進一步針對寧鄉縣中心城區所存在的連接度問題及其他相關問題，并結合現狀條件對研究區域進行了基于連接度評價的城市網絡規劃。

關鍵詞：城市網絡；連接度；指數體系；寧鄉縣

1 引言

隨著城市化進程以及工業的快速發展，景觀生態破碎化的問題日益嚴峻，隨之所產生的一系列問題諸如空間異質性單一、景觀格局割裂、生態調控能力逐漸減弱等。為了解決這些問題，區域生態規劃逐漸興起了以景觀生態學原理為依托，令景觀生態各要素的總量、質量、比值以及時空關系達到最優化，使景觀生態中各資源組合在功能和結構上趨近最佳理想化，進而最大程度的提高區域生態的穩定性。景觀連接度是目前景觀生態學研究的主要內容之一，其描述了景觀生態中各要素在功能和生態學過程中直接或間接聯系的緊密程度，其對保持自然生態系統的完整性，以及豐富景觀空間異質性和探索景觀空間格局提供了理論支撐和技術指導，對于景觀生態學在現實規劃中的應用具有重要的意義。通過對湖南省長沙市寧鄉縣城區現有的土地利用情況進行連接度評價分析，并利用所得出的結論以及存在的問題直接應用于進一步的規劃中，以期最大地優化寧鄉縣城區的景觀空間格局與自然生態系統的完整性。

2 景觀連接度的概念與評價體系的構建

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構特征與物種運動行為間的相互聯系[1]。此后隨著景觀生態學理論的進一步完善與發展， 景觀連接度的概念也出現了眾多新的解釋。Taylor等從定量的角度為景觀連接度提出了便于描述和應用的概念，其認為景觀連接度是景觀生態促進或阻礙生物體或某種生態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，生物體對景觀結構的變化所作出的反應的功能關系[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構單元要素相互之間的時空連續性的度量， 并側重反映景觀的功能， 屬于刻畫景觀生態過程的重要參數。因此，景觀連接度的本質是研究同類或異類斑塊之間在功能與生態過程上的有機聯系， 這種聯系不僅是動植物群體之間的有機交流， 也是景觀生態元素間直接的物質、能量交換和遷移[4]。

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

2.2 連接度評價體系的構建

2.2.1 節點與廊道

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點。節點是各網絡類型連接結構的一個重要特征；而廊道是指在不同尺度下，與周圍景觀生態基質存在差異的線狀或帶狀的景觀生態要素，其作用主要為維持景觀連通性的作用。廊道與節點相互連接便形成了環繞各個景觀要素的網絡。此外，當景觀生態中的基質所環繞的景觀生態要素較大時，或者孔隙度較大，基質間便呈現出相互連接的帶狀，此時也便形成了廊道網絡[6]。

2.2.2 α、β、γ指數

α、β、γ指數是在拓撲空間的空間關系的基礎上運用到景觀生態學中的重要概念。其用來描述節點和節點間連線的空間關系，揭示了總體網絡情況。故選用其作為描述綠地網絡總體特征的載體。其中α指數主要描述網絡環路的情況即現有網絡中各節點間實際存在環路的程度，又稱環度；β指數主要反映一個節點以及其連線數量即與其他節點相互連接程度的指標，又稱線點率；γ指數主要反映網絡中實際存在的連線數與該網絡最理想的連線數的比值，又稱網絡連接度[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為空間中的連線數用城市網絡中斑塊與斑塊間功能性連線數替代，V為空間中的節點數用城市網絡中實際存在的綠地斑塊數替代。其中當α指數的值介于0～1間，越大表示網絡中存在越大的環路數；β指數的值范圍為0≤β≤6（V-2）/V且其值越大表示連接程度越高；γ指數的值介于0～1間，當一般取值為1/3<γ<1，當γ值越接近1/3，整個網絡越呈現為樹狀網絡，γ值越接近1表示整個網絡的連接越接近理想的平面網絡狀態[8]。

3 研究區域概況及數據來源

3.1 研究區域概況

寧鄉縣地處湘東偏北的洞庭湖南緣地區，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。此次研究區域為湖南省長沙市寧鄉縣于《寧鄉縣城總體規劃（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。寧鄉縣中心城區的總面積為30 km2，現狀人口為28.26萬人?，F狀綠地面積為12.86 km2，包括公園綠地1.48 km2、生產綠地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縣建成區的城市建設用地的4.94%，且人均公園綠地僅為5.25 m2。因此，可以看出寧鄉縣城區目前公園綠地總量與人均綠地占有量都嚴重不足，并且公園服務半徑不夠，現狀公園的利用率不高。

研究區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、歷經河、朝陽溪、化龍溪、東溈溪、經開溪、民兵渠等。區域內的降雨量由北向南，由西向東逐漸減少。整體水網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。此外區域內的水網在灌溉高峰期存在枯水的現象。且朝陽溪、化龍溪、東溈溪、經開溪的城區段部分都已被封蓋處理，平水河與歷經河為滿足灌溉的需求都已進行渠化，溈水河的城區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要素的相互聯系，使得區域內的水網內的水環境并不理想，其中溈水中溶解氮、高錳酸鹽指數、生化需氧量、氦氮總量都已超標。故研究區域內迫切需要通過景觀生態或其他的手段進行水質的提高。

研究區域的道路網絡密度以溈水河為分界線，呈現河西尚可、河東較低。由此可以發現，河西片區為寧鄉縣中心城區的現狀重心，但根據寧鄉縣未來的規劃，經濟重心將會移至河東片區（圖1）。

3.2 研究數據來源

本次研究的數據來源基于寧鄉縣土地利用總體規劃（2006-2020年）中的土地利用現狀圖的基礎上，結合軟件Google earth的衛星地圖以及現場的調查進行修正后，通過軟件CAD進行數據的矢量化轉換，從而為進一步的寧鄉縣景觀連接度分析提供數據支撐，并繪制綠地、水系、道路網絡現狀圖（圖1）。此外，現狀圖中的城市道路網絡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，并沒有包含小區內的人行道或村組路等其他路網?，F狀圖中的水系網絡選取區域性連通河流與主要干渠，在強調河流的功能性與完整性的基礎上，將研究區域內小于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狀圖中的綠地網路主要選取區域內等級在社區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 研究區域連接度評價

4.1 評價方法說明

研究主要依據現有的城市網絡分別對道路、水系、綠地的結構連接度進行α、β、γ指數進行計算。通過這些指數的計算得出寧鄉縣中心城區的城市網絡特征。根據以往對網絡統計的經驗來看，道路網絡一般具有較高的邊線數與較低的節點數；水系網絡一般具有較高的節點數與較低的邊線數；綠地網絡一般具有較低的節點數與較低的邊線數。

4.2 評價結果分析與應用

4.2.1 α指數分析

由表1可知，寧鄉縣中心城區道路網絡的α指數為0.48、水系網絡的α指數為0.09、綠地網絡的α指數為0.06（圖2、3）。因此可以得出研究區域內的道路網絡的環狀連接水平屬于中等偏下水平，而水系網絡與綠地網絡的環狀連接水平極低，接近于沒有環狀連接。盡管結合水系多因重力因素呈現單向匯流的自然特征，但水系0.09的低α指數顯示規劃區域內的水系未能形成有效的環狀網絡，使得區域內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；研究區域內綠地的同樣只有0.06低α指數，因此研究區內的綠地網絡同樣沒有形成有效的環狀網絡，這導致研究區域內的綠地都屬于相互割裂狀態、景觀破碎的程度較為嚴重，需要完整的綠地系統規劃來幫助寧鄉縣構造健康的綠色骨架；研究區域內的道路網絡相比較水系、綠地網絡，其環狀連接的水平較高，但仍然屬于中等偏下的水平，結合現狀圖可以發現，寧鄉縣城區的河西片區的道路網絡較為完整，已經形成網絡，而河東部分的道路環狀連接水平較低，因此使總體道路α指數值偏低。

4.2.2 β指數分析

由表1可知，研究區域道路網絡的β指數為3.86，水系網絡的β指數為2.31，綠地網絡的β指數為2.14。其中道路的β指數顯示研究區域內的道路節點間的連線較為豐富，表明研究區域內的各道路間擁有較高的相互連通率；水系的β指數的指數僅為2.31，表明研究區域內的面狀水域較為孤立，線狀水系間未能產生充分的有機聯系；綠地的β指數同樣只有2.14，明顯低于正常網絡的連接能力，研究區域內的綠地節點孤立化、平面化、點狀化的問題極其嚴重，在沒有有效廊道的連接的情況下，研究區域的綠地系統并不能為生物提供安全的生存、遷徙環境，使得寧鄉縣城區人與動物的相容度偏低。

4.2.3 γ指數分析

由表1可知，寧鄉縣中心城區道路網絡的γ指數為0.65、水系網絡的γ指數為0.40、綠地網絡的γ指數為0.38。因此研究區域內的道路網絡的連接程度較好，已經形成一定規模的平面網絡連接系統；而水系網絡與綠地網絡的γ指數都接近于γ指數的底線1/3，根據水系的自然特點可以得出，研究區域內水系網絡為單純樹狀結構，而研究區域內的綠地系統連接程度較低，呈現出間斷式連接抑或無連接狀態。

4.3 基于連接度評價的城市網絡規劃

4.3.1 研究區域的連接度存在的問題

通過前文對研究區域內的城市網絡的α、β、γ指數分析，可以發現研究區域內的道路網絡間的連接度較好，形成了一定的平面網絡規模，尤其是河西片區的道路連接狀況無論是連接效率還是連接程度抑或環狀網絡狀況都表現良好；而研究區域內的水系網絡存在面狀水域利用不充分，水系間的有機聯系較少，一條河道通常只有兩個節點，此外整個水系網絡缺少環狀網絡；研究區域內的綠地網絡的連接度問題較為嚴重，節點間不僅缺乏有效的廊道連接，并且節點的數量也較少。因此對于寧鄉縣這一中國百強縣來說，城市網絡的構建應著重解決以下問題：①針對道路網絡應著重關注河東部分的道路網絡的構建，尤其在經濟重心東遷的前提下，構建河東連接率高、環狀網絡完整的道路系統顯的較為重要；②針對水網網絡應著重解決面狀水域連通性、水系間連接度的問題，此外思考水系環狀網絡建立的問題；③針對綠地網絡應著重解決綠地數量與質量偏低、綠地間的廊道建設、綠地網絡如何成環的問題[9]。

4.3.2 針對連接度結論及相關問題的解決對策與規劃

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

4.3.3 對規劃方案的景觀生態連接度評價

基于研究區域土地利用現狀的連接度評價所得出結論的基礎上，針對其所存在的景觀生態連接度的問題及其他相關問題，并依據現狀的條件及調查資料進行了寧鄉縣中心城區景觀連接度提質規劃如圖4所示。并根據規劃圖得出道路網絡的α、β、γ指數值分別為：0.61、3.88、0.67；水系網絡α、β、γ指數值分別為：0.39、3.02、0.51；綠地網絡的α、β、γ指數值分別為：0.58、3.11、0.62?？梢钥闯鲅芯繀^域的景觀生態連接度得到了很大的改善，尤其是綠地網絡，α、β、γ指數值都有很大的提升。而由于現狀地形的制約使得水系網絡的α、β、γ指數值并未提升至理想數值，但其連接度水平與質量仍然得到了一定改善[15，16]。

5 結語

通過對寧鄉縣規劃城區的連接度評價，可以看出研究區域現階段的連接度存在的問題較為嚴重，尤其是水系網絡與綠地網絡，存在節點數量少、連接程度低景觀破碎化嚴重、孤立性較強等問題。本文根據現狀條件，針對研究區域所存在的眾多連接度問題及其他相關問題，從城市的大尺度格局進行了以改善研究區域連接度為目的的城市網絡規劃，為今后進一步的城市生態網絡建設提供借鑒意義。

參考文獻：

[1]Merriam H G.Connectivity：a fundamental ecological characteristic of landscape patterns.In：BrandtJ，AggerP，eds.Proceedings of the 1st. International Seminaron Methodology in Landscape Ecological Recearch and Planning[D].Denmark： skilde University，1984.

[2]Taylor P D， Fahrig L， Henein K， et al.Connectivity is a vital element of landscape structure[J].Oikos， 1993， 68（3）：571～573.

[3]With K A， Gardner R H， Turner M G.Landscape Connectivity and Population distributions in heterogeneous environments[J].Oikos， 1997， 78（2）：151～169.

[4]武劍鋒， 曾輝， 劉雅琴. 深圳地區景觀生態連接度評估[J]. 生態學報，2008（4）：1691～1701.

[5]王云才. 上海市城市景觀生態網絡連接度評價[J]. 地理研究，2009（2）：284～292.

[6]富 偉，劉世梁，崔保山，等.景觀生態學中生態連接度研究進展[J]. 生態學報，2009（11）：6174～6182.

[7]吳昌廣，周志翔，王鵬程，等.景觀連接度的概念、度量及其應用[J].生態學報，2010（7）：1903～1910.

[8]劉世梁， 楊玨婕， 安 晨， 等. 基于景觀連接度的土地整理生態效應評價[J]. 生態學雜志， 2012（3）： 689～695.

[9]張佳盈，單麗麗. 構建城市生態網絡的必要性與可行性分析[J]. 綠色科技，2014（2）：14～17.

[10]黃明東. 城市綠道綠化的景觀性與功能性建設探討[J]. 綠色科技，2012（1）：51～53.

[11]水 馨，李俊鋒.基于景觀生態指數下的城市綠道網絡規劃評價及優化研究：以潮州市為例[J].綠色科技，2016（14）.

[12] 劉 琰.天水市綠道規劃研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2014.

[13] 劉海波.南京城市綠道布局與選線研究[D].南京：南京工業大學，2013.

[14]李朦朦，吳遠翔. 城鄉綠道的功能性研究[J].綠色科技，2014（9）.

[15] 陳 玉.城市生態網絡體系的全滲透型發展模式探索[J].山西建筑，2014（29）.

[16] 雅克·博德里，高江菡.法國生態網絡設計框架[J].風景園林，2012（03）.