基于连接度评价的宁乡县城市网络规划

陈涛+陈月华+覃事妮

摘要：对宁乡县中心城区的现状道路网络、水系网络、绿地网络进行了α、β、γ指数分析，结果表明：宁乡县中心城区除了道路网络的连接度良好外，水系网络及绿地网络都存在网络连接程度低、未形成环状网络、节点数量过低且孤立化严重等现状平面网络问题。进一步针对宁乡县中心城区所存在的连接度问题及其他相关问题，并结合现状条件对研究区域进行了基于连接度评价的城市网络规划。

关键词：城市网络；连接度；指数体系；宁乡县

1 引言

隨着城市化进程以及工业的快速发展，景观生态破碎化的问题日益严峻，随之所产生的一系列问题诸如空间异质性单一、景观格局割裂、生态调控能力逐渐减弱等。为了解决这些问题，区域生态规划逐渐兴起了以景观生态学原理为依托，令景观生态各要素的总量、质量、比值以及时空关系达到最优化，使景观生态中各资源组合在功能和结构上趋近最佳理想化，进而最大程度的提高区域生态的稳定性。景观连接度是目前景观生态学研究的主要内容之一，其描述了景观生态中各要素在功能和生态学过程中直接或间接联系的紧密程度，其对保持自然生态系统的完整性，以及丰富景观空间异质性和探索景观空间格局提供了理论支撑和技术指导，对于景观生态学在现实规划中的应用具有重要的意义。通过对湖南省长沙市宁乡县城区现有的土地利用情况进行连接度评价分析，并利用所得出的结论以及存在的问题直接应用于进一步的规划中，以期最大地优化宁乡县城区的景观空间格局与自然生态系统的完整性。

2 景观连接度的概念与评价体系的构建

2.1 景观连接度的概念

景观连接度的概念最早由Merriam于1984年描述存在于景观结构特征与物种运动行为间的相互联系[1]。此后随着景观生态学理论的进一步完善与发展， 景观连接度的概念也出现了众多新的解释。Taylor等从定量的角度为景观连接度提出了便于描述和应用的概念，其认为景观连接度是景观生态促进或阻碍生物体或某种生态过程在源斑块间运动的程度[2]。With等为景观连接度提出了一个动态的概念，认为景观连接度是生境斑块间对斑块的空间延展，生物体对景观结构的变化所作出的反应的功能关系[3]。尽管以上各个概念在字面表达上并不相同，但都认为景观连接度是对景观空间结构单元要素相互之间的时空连续性的度量， 并侧重反映景观的功能， 属于刻画景观生态过程的重要参数。因此，景观连接度的本质是研究同类或异类斑块之间在功能与生态过程上的有机联系， 这种联系不仅是动植物群体之间的有机交流， 也是景观生态元素间直接的物质、能量交换和迁移[4]。

此外，可以总体将景观连接度区分为结构连接度与功能连接度两种类型。其中结构连接度是指，仅对景观要素在空间结构上连续性进行研究， 而不考虑其生态学方面的景观连接度；相反，功能连接度则从生态学要素（生物个体、种群、物种等）的角度出发， 综合考虑到某一特定的生态过程的景观连接度。对比这两种类型，不难发现结构连接度往往更具有随意性与操作难度低的特点， 通过卫星航拍或人类视觉感官直接观察选定区域的景观物理特性，如景观斑块的大小、形状、位置，用各种指数来描述景观的空间连续性，这种方法往往具有较低的生物相关性。而功能连接度则是基于物种所感应和反应的尺度着重表现生物及生态学过程的密切相关性，并表现出多维性。但由于功能连接度是在景观结构特征基础上结合生态要素的扩散行为， 并通过模型的建立来预测各生物物种在景观中的连接度，因此在实际应用中更为繁琐与复杂[5]。

2.2 连接度评价体系的构建

2.2.1 节点与廊道

每2条或2条以上的廊道或边线的连接点、交叉点以及单条廊道的端点即为节点。节点是各网络类型连接结构的一个重要特征；而廊道是指在不同尺度下，与周围景观生态基质存在差异的线状或带状的景观生态要素，其作用主要为维持景观连通性的作用。廊道与节点相互连接便形成了环绕各个景观要素的网络。此外，当景观生态中的基质所环绕的景观生态要素较大时，或者孔隙度较大，基质间便呈现出相互连接的带状，此时也便形成了廊道网络[6]。

2.2.2 α、β、γ指数

α、β、γ指数是在拓扑空间的空间关系的基础上运用到景观生态学中的重要概念。其用来描述节点和节点间连线的空间关系，揭示了总体网络情况。故选用其作为描述绿地网络总体特征的载体。其中α指数主要描述网络环路的情况即现有网络中各节点间实际存在环路的程度，又称环度；β指数主要反映一个节点以及其连线数量即与其他节点相互连接程度的指标，又称线点率；γ指数主要反映网络中实际存在的连线数与该网络最理想的连线数的比值，又称网络连接度[7]。其各自的计算公式如下：

α=（L-V+1）/（2V-5）（1）

β=2L/V（2）

γ=L/Lmax=L/3（V-2）（3）

式中，L为空间中的连线数用城市网络中斑块与斑块间功能性连线数替代，V为空间中的节点数用城市网络中实际存在的绿地斑块数替代。其中当α指数的值介于0～1间，越大表示网络中存在越大的环路数；β指数的值范围为0≤β≤6（V-2）/V且其值越大表示连接程度越高；γ指数的值介于0～1间，当一般取值为1/3<γ<1，当γ值越接近1/3，整个网络越呈现为树状网络，γ值越接近1表示整个网络的连接越接近理想的平面网络状态[8]。

3 研究区域概况及数据来源

3.1 研究区域概况

宁乡县地处湘东偏北的洞庭湖南缘地区，县境地势西高东低，南陡北缓，全境以丘陵为主，兼有山地、岗地和平原。此次研究区域为湖南省长沙市宁乡县于《宁乡县城总体规划（2000～2020）》（2014修订）中确定的县域为345.97 km2范围，本次研究的重点为中心城区。宁乡县中心城区的总面积为30 km2，现状人口为28.26万人。现状绿地面积为12.86 km2，包括公园绿地1.48 km2、生产绿地0.66 km2、防护绿地1.45 km2、附属绿地4.28 km2、其他绿地4.99 km2。其中公园绿地占宁乡县建成区的城市建设用地的4.94%，且人均公园绿地仅为5.25 m2。因此，可以看出宁乡县城区目前公园绿地总量与人均绿地占有量都严重不足，并且公园服务半径不够，现状公园的利用率不高。

研究区域目前主要由大小河道21条，其中主要的水系有：沩水河、平水河、历经河、朝阳溪、化龙溪、东沩溪、经开溪、民兵渠等。区域内的降雨量由北向南，由西向东逐渐减少。整体水网大致形成北中南三带、各水系皆汇聚于中心带沩水河，北南两带在县域外同样汇入沩水河后接入湘江。此外区域内的水网在灌溉高峰期存在枯水的现象。且朝阳溪、化龙溪、东沩溪、经开溪的城区段部分都已被封盖处理，平水河与历经河为满足灌溉的需求都已进行渠化，沩水河的城区段为满足防洪需求都已将两岸采用水泥堤岸进行硬化。由于缺乏与其他景观生态要素的相互联系，使得区域内的水网内的水环境并不理想，其中沩水中溶解氮、高锰酸盐指数、生化需氧量、氦氮总量都已超标。故研究区域内迫切需要通过景观生态或其他的手段进行水质的提高。

研究区域的道路网络密度以沩水河为分界线，呈现河西尚可、河东较低。由此可以发现，河西片区为宁乡县中心城区的现状重心，但根据宁乡县未来的规划，经济重心将会移至河东片区（图1）。

3.2 研究数据来源

本次研究的数据来源基于宁乡县土地利用总体规划（2006-2020年）中的土地利用现状图的基础上，结合软件Google earth的卫星地图以及现场的调查进行修正后，通过软件CAD进行数据的矢量化转换，从而为进一步的宁乡县景观连接度分析提供数据支撑，并绘制绿地、水系、道路网络现状图（图1）。此外，现状图中的城市道路网络选取城市快速路和城市主干道，以及宽在20 m以上抑或双向车道在4道以上的道路，并没有包含小区内的人行道或村组路等其他路网。现状图中的水系网络选取区域性连通河流与主要干渠，在强调河流的功能性与完整性的基础上，将研究区域内小于1 km的水溪或面积在0.04 km2以下的非连通性水面进行排除。现状图中的绿地网路主要选取区域内等级在社区公园以上的开放性公园，以中心公园和带状绿地为基本骨架，进行绘制，不包括附属绿地或其他绿地。

4 研究区域连接度评价

4.1 评价方法说明

研究主要依据现有的城市网络分别对道路、水系、绿地的结构连接度进行α、β、γ指数进行计算。通过这些指数的计算得出宁乡县中心城区的城市网络特征。根据以往对网络统计的经验来看，道路网络一般具有较高的边线数与较低的节点数；水系网络一般具有较高的节点数与较低的边线数；绿地网络一般具有较低的节点数与较低的边线数。

4.2 评价结果分析与应用

4.2.1 α指数分析

由表1可知，宁乡县中心城区道路网络的α指數为0.48、水系网络的α指数为0.09、绿地网络的α指数为0.06（图2、3）。因此可以得出研究区域内的道路网络的环状连接水平属于中等偏下水平，而水系网络与绿地网络的环状连接水平极低，接近于没有环状连接。尽管结合水系多因重力因素呈现单向汇流的自然特征，但水系0.09的低α指数显示规划区域内的水系未能形成有效的环状网络，使得区域内的水资源不能得到有效的保存以及利用，这也是枯水问题的原因之一；研究区域内绿地的同样只有0.06低α指数，因此研究区内的绿地网络同样没有形成有效的环状网络，这导致研究区域内的绿地都属于相互割裂状态、景观破碎的程度较为严重，需要完整的绿地系统规划来帮助宁乡县构造健康的绿色骨架；研究区域内的道路网络相比较水系、绿地网络，其环状连接的水平较高，但仍然属于中等偏下的水平，结合现状图可以发现，宁乡县城区的河西片区的道路网络较为完整，已经形成网络，而河东部分的道路环状连接水平较低，因此使总体道路α指数值偏低。

4.2.2 β指数分析

由表1可知，研究区域道路网络的β指数为3.86，水系网络的β指数为2.31，绿地网络的β指数为2.14。其中道路的β指数显示研究区域内的道路节点间的连线较为丰富，表明研究区域内的各道路间拥有较高的相互连通率；水系的β指数的指数仅为2.31，表明研究区域内的面状水域较为孤立，线状水系间未能产生充分的有机联系；绿地的β指数同样只有2.14，明显低于正常网络的连接能力，研究区域内的绿地节点孤立化、平面化、点状化的问题极其严重，在没有有效廊道的连接的情况下，研究区域的绿地系统并不能为生物提供安全的生存、迁徙环境，使得宁乡县城区人与动物的相容度偏低。

4.2.3 γ指数分析

由表1可知，宁乡县中心城区道路网络的γ指数为0.65、水系网络的γ指数为0.40、绿地网络的γ指数为0.38。因此研究区域内的道路网络的连接程度较好，已经形成一定规模的平面网络连接系统；而水系网络与绿地网络的γ指数都接近于γ指数的底线1/3，根据水系的自然特点可以得出，研究区域内水系网络为单纯树状结构，而研究区域内的绿地系统连接程度较低，呈现出间断式连接抑或无连接状态。

4.3 基于连接度评价的城市网络规划

4.3.1 研究区域的连接度存在的问题

通过前文对研究区域内的城市网络的α、β、γ指数分析，可以发现研究区域内的道路网络间的连接度较好，形成了一定的平面网络规模，尤其是河西片区的道路连接状况无论是连接效率还是连接程度抑或环状网络状况都表现良好；而研究区域内的水系网络存在面状水域利用不充分，水系间的有机联系较少，一条河道通常只有两个节点，此外整个水系网络缺少环状网络；研究区域内的绿地网络的连接度问题较为严重，节点间不仅缺乏有效的廊道连接，并且节点的数量也较少。因此对于宁乡县这一中国百强县来说，城市网络的构建应着重解决以下问题：①针对道路网络应着重关注河东部分的道路网络的构建，尤其在经济重心东迁的前提下，构建河东连接率高、环状网络完整的道路系统显的较为重要；②针对水网网络应着重解决面状水域连通性、水系间连接度的问题，此外思考水系环状网络建立的问题；③针对绿地网络应着重解决绿地数量与质量偏低、绿地间的廊道建设、绿地网络如何成环的问题[9]。

4.3.2 针对连接度结论及相关问题的解决对策与规划

根据前文总结的研究区域所存在的连接度问题以及其他相关问题现提出如下解决方案：①针对道路网络，通过对河东片区的村组道、其他2车道进行改造提质以增大道路网络的连接边线的数量及质量，此外通过对河东片区的路网进行成环状打造，增加路网总体的环状结构特性；②针对水系网络，首先，确定“死水塘”的数量及位置分布并根据地形开挖渠道将干道的水系引入“死水塘”转“死”为“活”；其次，在各河道流域范围内寻找低洼地，建造新的蓄水塘，增加水系节点；其三，针对农业灌溉、生活用水以及生态用水建立不同的水系网络，并相互进行有机的串联；其四，针对城区沩水河的几个支流进行清淤工作，以此增加节点间的连线质量且提高排涝效率；最后，根据研究区域内的地形条件，最大程度的环状连接各水系网络；③针对绿地网络，第一步根据现场调查确定可利用绿地的数量、质量及位置分布，将可利用的绿地改造为开放性公共绿地增加绿地网络的节点；此外在中心建成区利用符合绿化条件的道路网络进行绿道的打造，并以每隔5 km改变不同的栽植方式[10]，城区外围结合农田进行生态农田的改造，增加农田外围的灌木及乔木数量，以此作为生物移动的“踏脚石”系统且利用水系网络打造绿带以连接各节点。以此绘制平面规划图如图4所示[11～14]。

4.3.3 对规划方案的景观生态连接度评价

基于研究区域土地利用现状的连接度评价所得出结论的基础上，针对其所存在的景观生态连接度的问题及其他相关问题，并依据现状的条件及调查资料进行了宁乡县中心城区景观连接度提质规划如图4所示。并根据规划图得出道路网络的α、β、γ指数值分别为：0.61、3.88、0.67；水系网络α、β、γ指数值分别为：0.39、3.02、0.51；绿地网络的α、β、γ指数值分别为：0.58、3.11、0.62。可以看出研究区域的景观生态连接度得到了很大的改善，尤其是绿地网络，α、β、γ指数值都有很大的提升。而由于现状地形的制约使得水系网络的α、β、γ指数值并未提升至理想数值，但其连接度水平与质量仍然得到了一定改善[15，16]。

5 结语

通过对宁乡县规划城区的连接度评价，可以看出研究区域现阶段的连接度存在的问题较为严重，尤其是水系网络与绿地网络，存在节点数量少、连接程度低景观破碎化严重、孤立性较强等问题。本文根据现状条件，针对研究区域所存在的众多连接度问题及其他相关问题，从城市的大尺度格局进行了以改善研究区域连接度为目的的城市网络規划，为今后进一步的城市生态网络建设提供借鉴意义。

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