基于GIS的常州主城區人居生態環境適宜性評價

譚印月，范秀娟，彭 倩，楊 鑫

(1.江蘇常環環境科技有限公司，江蘇 常州 213022;2.常州環?？萍加邢薰荆K 常州 213001)

1 引言

“人居環境”概念早在16世紀的著作中以理想的人居環境藍圖的形式得到顯現，到20世紀50年代希臘學者道薩迪亞斯(Doxiadis C.A.)創立人類聚居學(Ekistics)后[1]，有了比較系統性的研究。到目前為止，國外人居環境研究主要有城市規劃學派、人類聚居學派、地理學派和生態學派。我國人居環境研究始于20世紀80年代，由吳良鏞開創的中國人居環境科學，主要是指由自然系統、人類系統、社會系統、居住系統和支撐系統等5個子系統組成的人類聚集生活的地方[2]。隨后，眾多學者從不同視角對人居環境進行探討研究，內容涉及人居環境的科學基礎、指標體系構建、對居民影響、質量評估及影響因素等[3～7]。其中，“人居環境評價研究”最為廣泛。不少學者重點關注地區或全國人居環境的綜合評價[8～11]。人居環境經過30多年的不斷完善和發展，其研究成果已成為指導政府制定改善人居環境政策方針的重要依據。

從生態學的觀點來看，“城市”是一個生態系統，是人為改變了結構和物質循環、部分改變了能量轉化的、受人類生產活動影響的生態系統，同時還是社會、經濟和自然3個子系統構成的復合生態系統。譚萌佳等[12]認為人居環境離不開生態環境，從生態角度去研究，構建生態位適宜度模型，利用相關生態學理論定量分析人居環境質量的生態位適宜度；胡細英等[13]指出城市人居環境建設要抓生態休閑；韓曦等[14]指出生態人居具有清潔、舒適、環境壓力小的特征；程淑杰等[15]運用GIS和RS技術獲取數據，用生態適宜性模型對生態適宜性的不同空間特征進行評價，在生態環境的保護和移民選址上有重要作用；Xu Linyu等[16]認為人居環境的重要影響因素之一是空氣質量，將南京作為研究案例，得出南京的空氣質量是在可接受的范圍內。因此，城市人居環境的生態適宜性評價對于衡量城市可持續性和生態性具有重要意義，健康的人居環境對于長期的社會穩定和發展至關重要。梳理以上研究可以發現，已有的人居環境生態適宜性評價研究主要局限于現狀評價，而對城市規劃后的評價研究涉及較少。在以人為本的城市人居環境建設理念為導向，如何進行城市規劃前后人居環境生態適宜性進行評估是值得探究的課題之一。基于此，以常州市主城區為例，綜合運用城市綠地規劃、統計年鑒數據和專家打分數據，對該區域人居生態環境進行適宜性評價，為主城區人居環境規劃和提高居民對人居生態環境的滿意度提供支撐。

2 研究區概況與數據來源

2.1 研究區概況

常州地處江蘇省南部、長三角腹地，位于長江下游平原，兼有高沙平原和山丘湖圩，屬于北亞熱帶季風氣候。以常州市主城區“滬蓉高速公路-江宜高速S39-常合高速公路”圍成的“三角區域”為研究區域，地理位置處于119°52′～120°7′E，31°39′～31°53′N之間，總面積391 km2，主要涉及新北區、鐘樓區、天寧區、武進區共12個鄉鎮和18個街道，該區域是常州市城鎮人口的主要集聚區，也是城市發展的核心區。

2.2 數據來源與處理

適宜性評價中所使用的用地類型數據通過利用研究區Landsat TM遙感影像與常州市統計年鑒資料，基于ENVI5.3進行目視解譯處理獲取。NDVI數據通過ArcGIS平臺分析遙感影像獲取。細顆粒物濃度、水環境質量現狀數據來自常州市生態環境局公布的《常州市環境質量報告書(2015-2020年)》，規劃數據來自常州市自然資源和規劃局。

3 研究方法

3.1 人居生態環境指標體系構建

運用“借鑒和專家咨詢”的方法初步建立指標體系[5]；通過城市基礎數據進行相關性分析，遴選指標，建立具有的生態評價指標體系；運用統計評價法對各項指標進行賦值；依據綜合評價方法和GIS分析法進行綜合評價。人居生態環境評價指標體系主要構建流程如圖1所示。

圖1 人居生態環境評價指標體系的構建流程

3.1.1 評價指標體系的確立

根據評價標準中定性的內容，選擇重要的、有針對性、能反映該區域人居生態環境內涵的部分，確定評價要素。依據評價要素，一是借鑒中國人居環境獎評價指標體系中的生態環境指標體系部分確定指標因子；二是采用頻度分析法，對目前有關人居環境評價方面的研究報告、論文、書籍等中所提及的評價指標進行頻度統計，選擇使用頻度較高的指標；三是通過咨詢、網絡互動等方式，征求專家學者的意見，進一步選取評價指標和評價分級。

3.1.2 評價指標分值和權重的確定

一方面通過借鑒國內外相關城市發展標準、先進地區經驗或者理論研究等，另一方面通過專家打分法確實指標評價分值和權重。

基于上述構建流程，得出“三角區域”的評價指標體系如表1所示。

表1 常州主城區人居生態環境評價指標體系

3.2 評價方法

城市人居生態環境的評價公式為：

(1)

式(1)中：HI為常州市主城區人居生態環境指數；j為評價指標i個數；Wi為第i項指標的權重值；Ni為第i項指標的歸一化之后的數值[7]。

根據常州市測繪地圖，將主城區劃分為1 km×1 km小方格，共劃出440個小方格?；诂F有的各指標數據，通過ArcGIS10.1將矢量數據轉成格柵數據，分指標進行評價，得出各指標的評價分值分布圖；根據各指標所占權重，得出常州市主城區人居生態環境適宜性現狀(2020年)及規劃(2035年)評價結果圖。

基于GIS的指標評價方法主要包括緩沖區分析法、鄰近距離法、面積分析法。緩沖區分析法以公園綠地為中心，通過服務半徑建立緩沖區，該方法對數據要求低，操作簡單，常常作為城市公園規劃選址的重要參考，借助ArcGIS的緩沖區(Buffer)分析法即可實現。鄰近距離法是通過計算某一居住用地到最鄰近公園綠地的直線距離，然后再通過對最小鄰近距離的分析來考量公園綠地的可達性，鄰近距離法還用于細顆粒物(PM2.5)濃度、水質類別分析。面積分析法，以1 km×1 km網格內水網所占面積進行賦值分析。

根據評價公式計算得出常州市主城區的人居生態環境指數，在ArcGIS10.1中進行可視化，利用自然斷點法進行分級，將結果分為4個等級，人居環境分值越高，越適宜居住。人居環境生態適宜性分為較高適宜、適宜、一般適宜和低適宜4個等級(表2)。

表2 人居生態環境適宜性評價

4 研究結果與分析

4.1 人居適宜性分維度評價

4.1.1 公園綠地步行可達距離

服務半徑作為衡量城市公園可達性的重要指標，廣泛應用于城市公園評價和城市規劃。通用的方法是根據公園的服務功能和規模大小制定相應的服務半徑。本次僅考慮城市公園綠地的休閑游憩功能，選取面積大于0.5 km2的城市公園綠地，以30 min即2400 m[17,18]為最大服務半徑模擬城市公園綠地的服務區。

常州市主城區在原有綠地的基礎上增加了30個公園綠地，總面積增加5.26 km2，占主城區總面積的3.3%。京杭運河沿線兩側現狀公園綠地以及武進片區的淹城森林公園800 m內可達性較好，其余居住區域離公園綠地大多在800 m范圍外。規劃后各片區的公園綠地可達指標顯著提升，400 m內所能覆蓋的服務面積占比為24.99%，比現狀的增加了7.60%，800 m內所能覆蓋的服務面積占比為50.7%，比現狀的增加了12.87%，但部分區域還需進一步優化綠地布局，增加公園綠地，如沿高架環附近區域(表3)。

表3 規劃前后步行不同距離段服務面積比

4.1.2 水網面積覆蓋率

根據常州市水系分布圖，通過遙感解譯得出，常州市主城區6級及以上骨干河道有京杭運河(含老運河)、北塘河、橫塘河、南運河、丁塘港、澡港河等，水面總面積達23.9 km2，占主城區總面積的6.1%?？紤]到常州市主城區河網水系現狀和規劃基本沒改變，在此只做一次評價(表4)。

表4 水網面積覆蓋面積比

基于GIS統計分析，得出1×1 km2網格內水網面積覆蓋率，水網分布相對較均勻，在丁塘港和宋劍湖附近水面面積較大，單位水網面積覆蓋率達48%。根據相關研究表明，適宜居住的周邊水域面積在10%～30%，其覆蓋面積占了21.5%。

4.1.3 細顆粒物(PM2.5)濃度

細顆粒物(PM2.5)濃度是衡量環境空氣質量的一個重要指標，也是居民重點關注的環境指標之一。《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)對環境空氣功能區中顆粒物(粒徑小于等于2.5μm)的一級、二級年均濃度限值分別為15 μg/m3、35 μg/m3，根據主城區內大氣考核國控站點的分布情況，選取行政中心、鐘樓、市監測站、經開區、武進區監測站等5個國控站點的細顆粒物(PM2.5)濃度作為評價對象。

2020年行政中心、鐘樓、市監測站、經開區、武進區監測站等5個國控站點的細顆粒物(PM2.5)濃度依次為41、38、37、43、41 μg/m3，均超過了二級年均濃度限值(35 μg/m3)，常州市主城區細顆粒(PM2.5)平均濃度為40 μg/m3。常州市主導風向為東南風，常州經開區空氣質量對主城區的影響較大，未來應重點降低此區域的空氣污染。規劃至2035年，常州市細顆粒物濃度均達到二級年均限值(35 μg/m3)(表5)。

表5 常州市主城區細顆粒(PM2.5)濃度覆蓋面積比

4.1.4 水環境質量

常州市主城區內河網密集，分布有大大小小數百條支流支浜。水環境質量與居民的生活息息相連，以主城區內均勻分布的70條河道、支流支浜水環境質量以及兩側100 m范圍內居住區作為人居生態環境的一個評價指標，得出常州市主城區內支流支浜水環境質量空間分布圖。

以2020年常州市主城區內90條河道、支流支浜水環境質量及兩側100 m范圍內區域為評價對象，100 m以外的區域受水環境質量影響較小，本次賦平均值。得出常州市主城區現狀支流支浜水質類別空間分布。常州市主城區支流支浜水質中劣Ⅴ類占總數量的21.7%，可看出主城區的支流支浜是今后需要重點整治的對象之一。規劃至2035年常州市主城區消除劣V類和黑臭水體，河道基本到相應指標要求。

4.2 人居適宜性綜合評價

根據常州市主城區人居生態環境評價指標規劃前后結果，得出主城區人居生態環境評價綜合結果，利用ArcGIS10.1自然斷點法將人居適宜性指數分為以下5類：“低適宜”“一般適宜”“適宜”和“較高適宜”。主城區現狀低適宜居住區域為新北片區的羅溪鎮東南部、薛家鎮西部、鐘樓片區的北港街道西部、武進片區的牛塘鎮、湖塘鎮東北部、遙觀鎮、武進高新區中部、戚墅堰片區的潞城街道東北部、橫山橋鎮西部、天寧片區的鄭陸鎮西南部；土地總面積為83.82 km2，占研究區域總面積的21.44%，該區靠近高架環，主要為工業集聚區，人口密度小。主城區現狀較高適宜區域為新北片區和天寧片區交界北塘河沿岸、天寧街道的紅梅公園、戚墅堰片區的潞城街道的丁塘河濕地公園、武進片區的淹城森林公園、三勤農業生態園、武進片區的宋劍湖濕地公園；土地總面積為10.21 km2，占研究區域總面積的2.61%，該區主要為大型濕地公園、森林公園及生態園所在地，周邊的人口密度相對大。

規劃后較高適宜性區域占比提高了58.26%，一般適宜性區域明顯降低，無低適宜性區域(表6)。

表6 常州市主城區生態環境適宜性分布

5 結論與建議

5.1 結論

常州市主城區的人居生態環境適宜性表現在：①常州市主城區的低適宜和一般適宜居住區以帶狀分布為主，主要分布在工業集聚區、農業用地以及村莊分布區，現狀占主城區總面積的68.91%；經規劃后，低適宜和一般適宜居住區的面積明顯減少了83.32%;②常州市主城區的適宜和較高適宜居住區以片狀分布為主，主要分布在高架環中部，以居住小區為主，現狀占研究區總面積的30.31%；經規劃后，適宜和較高適宜居住區面積明顯提高了57.90%;③從整體上看，沿南北中軸線分別向東、西2個方向，適宜性逐漸降低，規劃后，整體適宜性明顯提高，實現人與環境的協調發展。

5.2 建議

針對常州市主城區人居生態環境建設現狀和自身發展特性，對以后的人居生態環境建設及發展布局提出如下建議：

(1)提高環境質量，推進人居生態環境的不斷提升。聯合國可持續發展人居環境論定條件為住區居民適當住房的保證、健康與安全的保障、人與城市住區環境的和諧發展、生態環境建設、住區資源的可持續開發與利用等五大方面[19]。改善環境質量，特別是主城區支流支浜水質，消除水體黑臭現象，提升大氣環境質量，提高環境資源承載力，擴大人居環境的容量，從“經濟增長優先”到“生態環境優先”，努力建設綠色健康和諧的人居環境。

(2)積極采取措施提高軟環境建設水平。人居軟環境屬于無形的非物質環境，通常難以利用有效的客觀指標進行統計監測，主要包括社會文化、城市安全性等。人居軟環境的可居性是人居硬環境的價值導向，提高軟環境的建設水平，將有助于人居硬環境價值的體現。人居軟環境的建設需要政府部門的引導，加強文化體育等基礎設施建設，為居民生活情趣、生活舒適度提供必要條件。開展各種積極健康的群眾活動，促進信息交流與溝通，創造民主法制環境，使居民對自己的居住環境有較好的歸屬感，進而提升人居環境的整體水平。