GIS技术下的城市公园生态化设计

刘斯荣， 蔡 歆

(湖北工业大学土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430068)



GIS技术下的城市公园生态化设计

刘斯荣， 蔡 歆

(湖北工业大学土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430068)

城市公园生态化设计越来越注重与城市的融合，现代规划设计中更好地运用GIS系统更深层次的分析公园基地情况，以不同的城市公园来表现生态系统的建设原则，通过对实例的分析来阐释GIS系统在生态景观规划中的合理性，以此对城市公园生态化设计提出系统化建议，解决城市公园生态化的问题。

城市公园； 生态化设计； GIS系统

城市公园生态的设计方法一直都是学者广泛关注和探讨的课题，城市生态景观的可行性也逐渐成为城市规划和景观设计中的重点，也成为了生态城市建设的核心部分。城市生态景观的设计充分关系到人与自然的和谐理念。

1 城市公园生态系统建设原则

1.1 生态系统持久性容量原则

生态系统持久性容量原则应该在维持公园生态系统的持续使用和提高环境容量两个方面来考虑。在城市公园的使用过程中，若超过公园生态系统的最大持久性容量，就会对生态景观的承受力造成影响，影响公园生态系统的持久稳定性。

在环境方面可以借鉴新加坡加冷河碧山公园(图1)。作为海岛城市，新加坡没有天然的地下蓄水层和广阔的土地。公园总面积63公顷，河道总长度3000 m，河宽30～50 m，湖体总共15 000 m2。

图 1 新加坡加冷河碧山公园

该公园是第一个在热带地区利用土壤生物工程技术(植被、天然材料和土木工程技术的组合)来巩固河岸和防止土壤被侵蚀的工程(图2)。通过这些技术的应用，为动植物创造了栖息地，生物的多样性也增加了约30%。将原有运河、排水渠和湖泊改造成明快流动、赏心悦目、清澈的溪流、小河和湖泊，人们可以在清澈的水边嬉戏、玩耍，充分利用水的自然特质。更将连续流畅的蓝色水域和绿色种植带互相交织，与城市建筑融合在一起(图3)。

图 2 新加坡加冷河碧山公园的生态改造

图 3 生态水系改造

1.2 创造特色生态景观原则

特色生态景观是根据各城市的特点，在特定的地形地貌和生态环境条件下，城市公园的生态景观设计要依据当地城市的特色，适合城市文化发展和景观的持续性发展。我国南北方因温度和降水的差异，森林类型由南向北，依次分布为热带雨林—季雨林—亚热带常绿阔叶林—暖温带阔叶林——温带针阔混交林等，森林植物群落层次自南而北愈趋简化。

同时特色生态景观是具有当地特色文化的景观。例如府南河活水园公园，位于四川省成都市靖江去华星路猛追湾对面，占地面积24 000 m2。活水公园以“天人合一”的设计思想，讲求精心自然式的设计，以水为设计元素，取鱼水难分的意义。

在公园的平面设计中将鱼形的剖面图作为公园的整体造型，来表示人、水、自然之间的和谐共处的关系(图4)。公园将水环境、水净化、水教育作为整体，在自然中建设湿地生物净水系统，将原来的污染水源和城市污染的河水净化后再流进府河。人工湿地在园中以池塘的形式出现，在污水处理系统建设和活水公园的项目景观建设中，形成生态性的水景观。

图 4 活水鱼公园

河岸边的设计契合人们的亲水感受，更加注重水在自然中的变化。在设计中采用了原始的挑水木楼、水力水车，更加注重形式的多样化，亲水堤岸、亲水阶梯、亲水码头等各种亲水平台给了人们更好的对水体变换的感受(图5)。

图 5 公园当地特色文化小品

1.3 生态园林原则

生态园林是在生态学原则和自然生态系统上的最佳结构布局，为促进城市生态系统的良性循环，要建立最佳人工生态系统。

例如宁波生态走廊(图6)，该项目通过地形、水文、植被等元素共同组合而成，宁波生态走廊成为一个3.3公里长的“活过滤器”，修复人类自然的生态系统，创造一个野生动物栖息地。这片生态区域有历史悠久的常绿橡树林，以及被芦苇沼泽环绕的季节性泛滥的湖水盆地。在意识到这片湿地和水生环境对于保护此处生态区域的重大意义后，设计的焦点集中在了湿地修复上，把它作为对于这片特殊场地进行干预的促进剂，具有重要的历史和文化意义(图7)。

图 6 宁波生态走廊效果图

图 7 区域生态环境和水文植被循环图

在地势起伏的景观区，落叶树种和常绿树种的战略布局体现了设计师对美学、规划、生态和气候的综合考虑。大力种植本地植被将帮助走廊重建多样的植被群落，吸引野生动物栖息于此。河岸的植被、生物洼地和雨水花园可以净化来自附近开发区、其他建筑区等硬质景观的雨水。植物选择营造了独特的地域感：随着地势的变化，植被种类呈现组群差异，根据植物的不同高度、形态和颜色呈现出独特的空间格局。

2 GIS系统

Geographic Information System是一种特定的十分重要的空间信息系统。是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，它可以对空间信息进行分析和处理(简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析)。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作(例如查询和统计分析等)集成在一起。

2.1 GIS与景观设计

在景观设计学中，有景观规划和景观设计两个方向。前者偏重于大尺度区域空间的研究，后者侧重于小尺度场地的设计。GIS技术应用于景观规划中，可以帮助设计师准确而又便捷地对于空间区域进行分析和模拟，并最终绘制成图。所以GIS在城市规划、绿地系统规划、城市公园的设计，对基地的土壤、地质、地形、植被、动物、土地利用、文化遗产等方面进行深刻的分析。

三维分析中包括了地形模拟、高程分析、坡度分析、坡向分析、三维鸟瞰等方面。在空间分析中，包括缓冲区分析、密度分析。在过程模拟的分析过程中，还包括了地表径流分析、流域分析、洪水过程分析、视觉过程分析(可视度分析、视域分析)、可达性分析等。在实际规划设计过程中对于不同的过程会分别分析，对基地的自然过程、生物过程、人文过程都进行深度的分析然后再进行设计。

3 GIS技术在武汉城市公园生态化设计的案例分析

武汉豹子溪公园选址于光谷高新开发区，是近几年武汉向外发展的城市边缘地区，也是建设生态的重要地点，在生态建设的过程中充分考虑了武汉的地理位置和人文因素(图8)。通过GIS技术的分析，可以得知公园的人流量分析，及豹子溪上位规划定位雨洪专项分析结果。

图 8 豹子溪公园项目区位图

3.1 人流量分析

公园的人流量的多少是对公园人数承载力的考验，关系到生态持久性的原则。对大型生态公园的游人容量的计算是对生态承载力的表现，在设计的时候需要考虑到植物、土壤等生态体系的承载能力。

对于游人容量估算，实际公园游人容量采用“面积法”计算公式

C=A/Am

其中C=公园游人容量(人)，A为公园总面积(m2)，Am为游人人均指标。红线范围面积1 365 000 m2，其中水面285 040 m2平方米，可游览面积约为1 079 960 m2；依照居住区、带状公园和居住小区游园游人人均指标为30 m2/人的标准。所以C=带状公园游人容量=1 365 000/30=45 500(人)。

3.2 生态化雨洪专项分析

豹子溪北起承接山区降水形成径流，向南汇入豹澥湖，水流方向自北向南，东岸为规划新月溪核心城区，西岸为规划居住区，故豹子溪需承担该区域的雨洪排蓄和生态景观廊道的重要功能(图9)。

图 9 规划定位图

3.2.1 雨洪流量计算 雨洪流量的计算主要根据上位排水规划计算豹子溪规划区域内所承接的雨水水量。

按雨洪量计算：设计降雨历时2 h，分别以重现期为100年、50年、10年和1年的暴雨强度计算流域内的总瞬时暴雨量。同时计算雨洪滞留设施的滞蓄雨水能力(不包括下渗量)。再比较雨洪滞蓄设施能滞蓄的雨水量与流域内产生的瞬时暴雨量。滞蓄能力大于100年一遇的2 h的瞬时暴雨量，可以保证暴雨安全(图10)。

图10 按2 h雨洪量计算

计算公式：

暴雨量=汇水面积×地表径流系数×降雨量

滞留雨水量=生物滞留区滞留量+河道滞留量

按分地块计算，按照5年一遇12h降雨标准计算，依据分水线和道路划分雨洪滞蓄地块计算水量平衡。共分10个地块；每个地块先滞雨水于调节塘、湿地，多余雨水再溢流至河道由河道排除；计算结果：A,B,F,H,I,J地块都能在内部滞蓄雨水并有富余滞蓄能力；场地内总体可滞蓄5年一遇12 h产生暴雨量的79%(图11)。

图11 分地块雨洪计算

3.2.2 蓄洪设计 豹子溪雨洪调蓄理念为分解洪水，梯级蓄滞。建设后水文过程要求对景观生态的干扰最小化。

第一是源头分解，避免大幅改变水文过程。在公园的上位排水规划为一般排洪，利于雨洪的排除，但是对雨水的蓄滞作用非常有限，在设计中利用分散的水塘，首先对雨洪进行蓄滞，多雨的雨量由河道排除，可以提高公园的滞蓄能力。第二是筑堰蓄水，提高河道滞蓄能力(图12)。

图12 筑堰蓄水图

一般泄洪河道设计断面的缺点主要有：1)功能单一，除了泄洪能力再没有其他功能；2)无生态功能；3)河道与周边环境的割裂，河道不能与周围环境相融合，主要以硬质河道为主(图13)。相比之下，生态化河道设计断面的特点非常明显：1)生态性能佳，水质、水文、植被、土壤之间的性能都能够得到呼应；2)兼具了景观与排洪功能，不仅具有单一的排洪功能，河岸边的景观特色也是设计师的关注点；3)河道与周边环境的完整结合，减弱河岸的硬质设计，以道法自然的方式还归于自然(图14)。

图13 一般泄洪河道设计断面图

图14 生态化河道设计断面

通过GIS对基地的地质、水量、降水的分析，得知豹子溪生态廊道将担城市雨水管网的大部分压力。周边城市的雨水将汇集与此，通过绿廊的吸收、净化后再排入牛山湖。设计致力于打造连贯的雨洪与生态廊道，修复因城市建设而被破坏的湿地环境。让生态链可以重新良好循环——使得植物、昆虫、动物、人在此和谐共存。同时原有的茶园与农田可以保留成为有机农业的示范点，让市民可以周末来此体验田园风光——休闲游览、采摘蔬菜、品味茶艺，在此感受到优雅、诗意的生活方式。

4 小结

城市公园生态化设计给城市景观带来了新的活力，从城市环境中的各个方面去考虑如何优化城市景观与城市文化、城市建筑、城市整体环境的和谐性。GIS系统在设计初期对基地的设计做出理性的数据分析，结合生态化景观设计的原则改善基地设计现状，力求创造一个更加符合城市特点的生态化景观，给城市添入新的活力和持续发展力。

[1] 鲁菁，武星宽. 城市生态公园景观设计方法研究[D]. 武汉：武汉理工学院，2009.

[2] 贺志军，王耀武. GIS在生态城市设计中的应用框架研究[D].深圳：哈工大深圳研究生院，2012.

[3] 叶蕾，艾及熙. 基于GIS的城市生态廊道形态研究[D]. 重庆：重庆大学，2005.

[4] 田国行，宁振荣. 城市绿地景观规划的理论与方法[D]. 北京：中国农业大学，2004.

[5] 邓毅. 城市景观的生态化设计[J]. 城市问题, 2002(6):17-20.

[责任编校： 张岩芳]

On the GIS-supported Ecological Design of City Gardens

LIU Sirong, CAI Xin

(SchoolofCivilEngin.andArchitecture，HubeiUniv.ofTech.，Wuhan430068，China)

Increasing integration with the city has been highlighted in the ecological design of city gardens. It is necessary to better apply GIS system to deeply analyze city gardens in modern city planning and design. The construction principles of ecological system are illustrated through different city gardens in the paper. The rationality of GIS system in the design of ecological planning is elaborated through analyzing some examples, based on which suggestions for the ecological design of city gardens are put forward so as to solve the issue of ecological city gardens.

city gardens；ecological design；GIS system

1003-4684(2016)06-0112-04

TU418

A

2016-04-16

湖北省科技厅自然科学基金(2013CFB027)

刘斯荣(1971-)， 女， 湖北荆州人， ，设计艺术学硕士，湖北工业大学教授，研究方向为生态景观