城市生態韌性水平空間評估及其驅動力
——以北京市通州區為例

薛 飛,張念慈,夏楚瑜,張 健,王楚玥,李 淞,周 珺

北京工業大學城市建設學部 城鄉規劃系,北京 100124

韌性(resilience)一詞最早來源于拉丁語“resilio”,其本意是“恢復到原始狀態”。隨著時代的演進,韌性概念被應用到不同學科領域,最早韌性思想被應用到系統生態學中,用來定義生態系統穩定狀態的特征[1]。綜合學界對“韌性城市”的各種闡釋,可將其核心內涵歸結為:指城市系統能夠抵御外界的沖擊,保持其主要特征和功能不受明顯影響的能力[2],并具有一定自我修復功能。

2002年聯合國可持續發展全球峰會首次把“韌性”概念應用于公共治理領域,將2030年構建有韌性的城市和人類居住區設置為聯合國可持續發展的重要目標之一[3]。2020年11月3日,黨的十九屆五中全會審議通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二○三五年遠景目標的建議》提出,“增強城市防洪排澇能力,建設海綿城市、韌性城市。提高城市治理水平,加強特大城市治理中的風險防控。” 如今我國城鎮化進入到“下半程”,城市在經濟發展的同時也經歷著人口集聚、生態用地被侵占等一系列“城市化”問題[4],導致城市生態韌性水平空間的破壞,環境質量下降,阻礙了可持續發展的進程。由此觀之,大力推動韌性城市的建設對城市系統的提升起到了至關重要的影響。

生態韌性是我國現階段所著重考慮的維度。在評估框架及模型方面,鄭艷、翟建青等以暴雨作為致災危險性因子,依據韌性理論中的適應性周期假說,構建了包括城市發展能力等城市韌性指數,設計二維系統韌性評價指標體系[5];王少劍等構建了“規模—密度—形態”三維城市生態韌性評價體系,借鑒物理學耦合模型測算2000—2015年珠三角城市城鎮化與生態韌性的耦合協調度[6];杜文瑄等以長三角城市為研究對象,構建了城市經濟韌性作用機制模型,利用多維綜合評價法對長三角城市經濟韌性進行了測度[7]。大多數學者研究聚焦于生態風險:李嘉藝等耦合適應性循環與區域生態風險評估理論,從整體和動態的角度評估長江三角洲城市群社會-生態系統在當前與未來適應性生態風險的時空分布與各城市所處的適應性循環階段[8];余欣等運用CiteSpace知識圖譜可視化方法,分析國內外生態風險評價的研究進展,從而提出在兼顧國內生態環境的同時也應當充分重視國際環境等指導性啟示[9]。基于人本視角下的分區生態治理的研究寥寥,也忽略了韌性的核心內涵,從而使韌性城市難以以人為本落實于國土空間規劃。

鑒于此,本研究從抵抗力、適應力和恢復力三個方面構建了城市生態韌性水平評估模型,從而推導出城市生態韌性水平評估模型。其次,以北京市通州區為例,評估了2020年城市生態韌性水平空間格局;并利用空間自相關模型,對2020年通州區生態韌性分區管理模式進行了定量探究。最后,基于對城市生態空間的城市體檢和人本感知,進行了城市生態空間驅動力分析,為韌性城市系統性生態發展優化提供了理論依據。基于以上研究結果,以期為生態韌性城市建設提出一些可供操作的政策和規劃建議,為城市可持續發展提出科學化、規范化理論依據,為促進國土空間合理利用和有效保護發揮積極作用。

1 研究區和數據來源

1.1 研究區域

以北京市通州區為研究對象,通州區是北京城市副中心,位于北京市的東南角,總面積906 km2(圖1),北京市通州區行政區劃分(圖1)涵蓋11個街道、10個鎮、1個民族鄉。地勢平坦,地形以平原為主,屬大陸性季風氣候區,春季干旱多風、夏季炎熱多雨、秋季天高氣爽、冬季寒冷干燥的氣候特征,年平均溫度11.3℃。到2020年,通州區規劃總人口規模控制在130 萬人,人均地區生產總值(GDP)將突破10000美元;三次產業增加值總計達到1200億元以上,三次產業構成比例為2.1%:29.8%:68.0%。

圖1 研究區域Fig.1 Study Area

1.2 數據來源及處理

本研究采用的數據資料包括污水處理廠、垃圾填埋場、再生水廠等基礎數據、社會經濟數據及地理信息數據等,每幅遙感圖像都經過圖像裁剪、大氣校正、幾何校正的預處理,以網格作為城市生態韌性水平空間評估單元。本文研究所采用的行政邊界是2020年通州區的行政范圍。參照全國土地利用分類方法并結合通州區具體情況,首選通州區用地類型通過監督分類得到林地、園地、草地、耕地、水域、未利用地、建設用地這七種用地類型。此外,北京市重點排污單位名錄來自北京市生態環境局,其坐標信息來自其企業名稱與POI興趣點的匹配、百度地圖坐標拾取。在驅動力分析階段,數據主要來源于《北京市通州區統計年鑒》(2021)、《北京市通州區統計年鑒》(2020)、通州區2020年國民經濟和社會發展統計公報、資源環境科學與數據研究中心2020年全國興趣點POI數據(包括北京科教文化服務、北京醫療保健服務)。

2 研究方法與模型構建

2.1 城市生態韌性水平的理論邏輯

2002年國際區域可持續發展協會(ICLEI)定義韌性城市為對于危害能夠及時抵御、吸收、快速適應并做出有效反應的城市; 2016年第三屆聯合國住房與可持續城市發展大會發布《新城市議程》,倡導將“城市的生態與韌性”作為新城市議程的核心內容之一;政府間氣候變化專門委員會(IPCC)將韌性定義為用于描述一個系統能夠吸收干擾,同時維持同樣基礎結構、功能的能力和適應變化的能力。城市韌性評價作為溝通理論與實踐的橋梁,其韌性評價主要以SESs理論、CAS理論的系統內在演化理論為基礎,來評價城市生態韌性水平自控制、自組織、自適應的能力[1],重點關注如何增強城市對抗沖擊的能力,強化城市對災害適應的過程,并將建設韌性城市作為發展目標。

韌性城市能承受沖擊,快速應對、恢復,并持續保持城市功能正常運行,并通過適應來更好地應對未來的災害風險。其特點是: 韌性城市作為一個系統,當外部環境發生變化時,需具備抵御外部沖擊、適應變化及自我修復三種能力。

由此可以總結韌性城市包括抵抗力、恢復力、適應力三大特征,用以描述城市生態面對外界風險、擾動時所具有的抗壓、恢復和持續發展能力,以“恢復到原初狀態”[2]。相對于風險的事前預警特性,韌性可用于事前評估或事后回溯分析,因此韌性城市若干風險防控管理可以達到“事半功倍”的功效[10]。

2.2 構建城市生態韌性水平評估模型

城市生態韌性水平評估模型所包含的能力主要可劃分為三類:(1)抵抗能力,指自控制能力,即應對并吸收災害,抵御外部沖擊,防止系統狀態發生改變的能力;(2)恢復能力,指自組織能力,即系統功能紊亂后恢復到正常運行的能力;(3)適應能力,指自適應能力,即系統適應新環境的能力,美國國家科學院(2012)在韌性的定義中加入了提前準備和制定規劃的能力[7]。城市生態韌性水平由這三種能力復合作用,在對這三種能力進行綜合提升,可進一步優化城市生態韌性水平,從而緩解通州區城市生態韌性所受到的外界沖擊,例如:整體規劃和統籌安排失衡、熱島效應導致水資源流失、高排污企業密度的集聚分布以及城市功能多樣性為生態韌性水平帶來負面影響等,最終增強城市韌性。因此,本研究從抵抗力、適應力和恢復力三個方面構建城市生態韌性水平評估模型[10]。

(1)抵抗力:指自控制能力,即應對并吸收災害,抵御外部沖擊,防止系統狀態發生改變的能力。由于生態系統抵抗力與其生態系統服務功能密切相關[11—13],因此通過生態系統服務功能來評估生態系統的抵抗力。Cotanza等人基于全球生態系統和生物圈,對全球生態系統的服務功能進行了研究并計算了生態系統服務功能的價值。基于他們的研究,謝高地等人結合中國的陸地生態系統給出了更適合中國生態系統服務價值評估的方法,并且被廣泛的使用。根據謝高地等人的研究,整理了北京市通州區的各土地類型的生態系統服務功能的價值系數,同時假設建設用地的生態系統服務價值為零,與Wu等人的假設也是一致的[14]。

根據各土地利用類型的生態系統服務價值系數,基于謝高地等[15,16]的研究,計算通州區的生態系統服務價值的公式如下:

P=ESV=∑Ak×VCfk

(1)

式中,ESV為生態系統服務價值;Ak是土地利用類型k的面積;VCfk是土地利用類型k的第f項生態系統價值系數,其系數來自于北京市土地利用類型的部分生態系統服務價值系數[17](表1)。

表1 北京市各土地利用類型的單位面積生態系統服務價值/(元/hm2)

(2)恢復力:恢復力包括自然恢復力以及人本恢復力。反映生態系統的自組織能力和生態系統受到干擾后的自我恢復與更新能力,指數越大,表示生態系統的承載穩定性越高;反之亦然[18]。由于自然恢復力、人本恢復力的單位不同,因此本研究將這三者標準化到[0,1]。

自然恢復力:指生態系統遭受危害而恢復原樣的能力與潛力[19]。其測算公式參考根據 Peng等人提出的生態彈性模型與系數[14]:

R=∑Ak×RCi

(2)

式中,R是恢復力,Ak是土地利用類型,土地利用類型k的恢復力系數,由于各土地利用類型的面積不斷變化,不同地類的恢復能力具有差異性,為了突出不同土地利用類型的生態系統恢復力,用恢復力系數來表示一個地區生態系統恢復力的大小,生態恢復力系數參考Peng等人的研究[14]。

人本恢復力:隨著中國社會經濟新常態的趨勢,將會有更多的挑戰。基于人本視角建設一個發展更加完善的城市,是人民日益增長的美好生活的充分保障,新時代的城市規劃正向“人本規劃”轉型。2021年11月11日,中共北京市委辦公廳北京市人民政府辦公廳印發《關于加快推進韌性城市建設的指導意見》,強調了積極培育城市韌性理念,把韌性城市理念、應急常識和能力教育納入素質教育。同時應注重完善突發事件信息分級管理,及時回應社會關切。由此觀之,以人為本的思想貫徹落實在建設更加完善的韌性城市進程之中。

結合現有研究結果[20],并考慮到人本恢復力對城市生態韌性水平研究涉及人本要素眾多,建立既通用又實用的人本恢復力指標體系難度很大[21],本研究基于研究區的較小尺度從主觀和客觀兩方面綜合考慮人為因素對生態修復能力的影響:基于客觀指標的測度方法和基于人本感知的測度方法。基于客觀指標的人本恢復力測度方法主要采用社會經濟統計數據進行指數計算,如:人均收入、經濟多樣性等。基于行動者感知的人本恢復力測度方法主要依據區域性出行等時圈數據分析、交通可達性分析、熱力數據分析以及人對韌性城市的理念把控程度等。考慮到人本恢復力的尺度特征,將調查問卷資料和區域統計資料相結合[21],研究不同群體對于“人本規劃”中“安居樂業”的基本需求,用于定性和定量討論人本恢復力與城市生態韌性水平的關系。關注人本恢復力與城市生態韌性水平協調發展,面向“人與自然”二元均衡發展,自然環境要和人本感知融入一體。

(3)適應力:指對城市生態系統未能有效地抵御災害,而被動更新并形成對新環境、新系統的自適應干擾的能力[10,22]。由于自然因素和人為因素會對生態系統中的景觀結構產生直接干擾,導致景觀結構進入不穩定狀態,再次適應新環境需要一段時間的調整與平衡[23]。因此本研究通過借助生態系統景觀結構穩定性相關指標,來表述生態系統的適應力。而且生態系統景觀結構越穩定,其適應力越高。由于生態系統的景觀結構穩定性取決于景觀異質性和景觀連通性,因此,本研究進一步利用景觀指數從景觀異質性、景觀連通性來評價景觀穩定性,景觀指數可以反映景觀生態空間格局,對景觀區域自然資源的開發、改善和保護以及經營和管理,使景觀區域的社會經濟得到持續發展[24]。景觀異質性和景觀連通性分別描述生態系統景觀結構的兩個方面,彼此不能替代,因此其權重可假設為相等[25],具體指標如表2。

表2 景觀指數及權重

(4)韌性水平:由于抵抗力、適應力和恢復力的單位不同,因此本研究將這三者標準化到[0,1],計算韌性水平公式如下:

(3)

式中,A為適應力,P為抵抗力,R為恢復力。

在本研究中利用ArcGIS 10.7創建漁網(Create Fishnet)將北京市通州區均等分割為個3847個500m×500m的網格,表示了2020年通州區城市生態韌性水平空間分布情況。

2.3 構建空間自相關模型

空間自相關模型是用于衡量空間變量的分布是否具有集聚性。全局空間自相關能反映整個區域的地域單元與相鄰單元的總體聚集特征,但不能凸顯局部區域單元的聚集狀態;局部空間自相關(LISA)可以準確把握空間單元與鄰近單元的聚集性與分異特征[26],一般利用局部Moran′sI值統計量進行度量。城市生態韌性水平受到地理要素分布、人本感知、社會發展水平、排污企業分布等因素的影響,且這些因素在空間上均具有隨機性和結構性,存在著一定的空間關聯性,因此可以運用空間自相關進行分析。本研究依據北京市通州區行政區劃分,采用局部空間自相關的LISA加以分析,通過計算Moran′sI值來表現韌性水平在局部空間集聚規律。

2.4 構建驅動力分析模型

由于以最小二乘法(OLS)構建的驅動力分析模型在空間上有一定的局限性,因此以此為基礎利用地理加權回歸分析模型(Geographical weighted regression,GWR)對城市生態韌性水平進行了進一步的計算與推測。GWR模型可以將數據的空間位置嵌入到模型中,是一種對區域內自變量和因變量之間的變化關系進行建模的非參數局部空間回歸模型[27]。在本研究采用空間計量經濟學理論方法中的GWR模型[28],對城市生態韌性水平驅動因素進行刻畫,內嵌了各社會經濟驅動因子的空間位置數據,GWR模型能夠分析不同區域的社會經濟驅動因子隨著地理距離變化的空間作用機制,反映城市生態韌性水平的空間異質現象,并可以實現對參數的局部估計,進而分析社會經濟驅動因子對城市生態韌性水平的影響,公式為[17]:

(4)

式中,Yi代表i區域內的城市生態韌性水平,βk=(ui,vi),(k=0,1,…,p)為空間地理位置函數,(ui,vi)為區域i的空間位置,Xik代表第k個社會經濟驅動因子在區域i的值,k為不同區域的個數,εi代表殘差。城市作為人類經濟社會政治文化活動的重要場所[29],一類以人類活動為主要特征的“社會—經濟—自然復合生態系統”。社會經濟的發展在不同區域內存在差異,其明顯特征是城市功能多樣性存在差異,發展越完善的區域,其城市功能多樣性水平越高;并且由于區域在城市發展過程中功能定位的變化,其城市生態韌性水平所受驅動力也隨之轉變[30]。自然和人為因素均可以對城市生態韌性水平、空間構型以及斑塊特征等產生顯著驅動,但人為活動無疑占據著優勢地位[31],在空間上驅動著城市生態韌性水平。

由于人文社會經濟作用在短時間小尺度內的強烈程度與合理力度對城市生態韌性水平將產生顯著影響[32],是主要外部驅動力。因此本研究根據2020年北京市通州區土地利用情況、人口規模、人本感知、經濟發展水平、商業服務設施POI、公共服務設施POI等數據和現有研究結果[33],選取其中9個社會經濟指標: 常住人口、城鎮人口、鄉村人口、城鎮化率、地區生產總值、第一產業占GDP比重、第二產業占GDP比重、第三產業占GDP比重、城鄉建設用地減量,對驅動力進行量化,找出其主導影響因素并分析其內部關聯機制。綜合其他研究對于城市生態韌性水平驅動因子的分析及探究,以及規劃實踐過程中實際影響北京市通州區各個行政劃分街區發展的因素,最終選擇從社會經濟方面再次細化選擇4個驅動因子:人口[34]、城市功能多樣性[35—36]、地區生產總值[37]、產業結構[34,38]。其中,城市功能多樣性結合社會經濟指標與人本視角下的問卷訪談結果,從景觀滿意度、社交舒適性、休閑舒適性、交通可達性四個方面進行測度[35—36]。利用GWR模型,從眾多的社會經濟指標中找出影響城市生態韌性水平的主要驅動因子,從而進行后續人本視角下的城市生態韌性水平空間格局的預測模擬。

3 結果與討論

3.1 城市生態韌性水平空間分布分析

城市生態韌性水平是由抵抗力、恢復力、適應力共同作用的結果。

通州區由于受到城市擴張和快速城鎮化的影響,且缺乏相對適宜的整體規劃和統籌安排,使城市生態系統的循環體系受到了影響,導致綠地減少,生物多樣性降低;東南地區的地類由耕地轉換為建設用地,林地轉換為建設用地,水域和草地均有少量轉變為建設用地[26],生態系統服務價值低,從而導致抵抗力弱。同時,近年來降水點的南移使得大量水資源在城市熱島效應的作用下流失,再加上華北平原水資源缺乏,水源涵養能力弱,導致北京市的水源大部分從外省調用[18],通州區東南部及通州大運河沿線區域內恢復力呈現出大范圍低值水平。

通州區的城市發展重心在西北部近北京市中心地帶的抵抗力、恢復力都處于較高水平區域,但其適應力仍為低值水平。其中該區域內北部綠色空間大運河森林公園根據綠地規劃建設,一定程度上優化了局部整體的景觀斑塊多樣性、連接性和整體性[39],使通州區北部部分地區生境質量較高,抵抗力、恢復力為高值水平。由于城市副中心建設較發達,與人類活動關系密切,且在宜居風貌區內綠地分布較分散,綠地尺度較小,斑塊密度低,使得景觀破碎度高,進而導致適應力下降。北京城市副中心建設,作為非首都功能集中承接地,著力營造多組團集約緊湊發展的生態城市布局,使得大量農村務工人員涌入城市,致使住房用地需求增加,部分耕地轉變為建設用地,加劇了耕地資源不足的嚴峻挑戰。綜合上述因素,通州區城市生態韌性水平整體呈現出大部分低值水平。

從空間上來看,2020年通州區城市生態韌性水平區域差異不大,大部分區域處于低值水平。高值區域零星分布于通州區偏西部地區和偏南部地區,中等區域同樣為零散的小柵格,生態韌性水平在空間結構上呈分散狀態,分布于城市西部、南部;且大面積中等區域中會產生小范圍的高值區域。在空間結構上,通州區城市生態韌性水平呈分散狀態。城市生態韌性水平低值區域最多,占比為52.80%,主要分布于通州區北部、東北部、中部偏西及東南部。城市生態韌性水平總體分布情況為韌性水平低值區域空間分布呈現出面狀連片;人類活動所導致的城市擴張是生態風險的主要來源,使城市周邊大量優質耕地被占用,所以在國土空間規劃中應對分區生態治理加以考量。后期的“建設藍綠交織的森林城市”政策,雖然在一定程度上促進城綠融合發展,但是在建設時沒有基于人們的獲得感,仍存在沒有考慮“以人為本”的規劃訴求,導致耕地、林地等大量生態資源被動轉變其用地類型,進一步導致通州區生態用地景觀破碎,城市生態韌性水平低,對災害風險應對有著一定的不足(圖2)。

圖2 2020年通州區城市生態韌性水平空間分布Fig.2 Spatial Distribution of Ecological Resilience Level in Tongzhou District, Beijing in 2020

3.2 空間自相關

本研究利用Arcgis10.7對通州區重點排污單位進行了核密度分析,并利用Geoda對重點排污企業密度進行了單變量空間自相關分析,結果如圖3所示。

圖3 2020年通州區重點排污企業局部空間自相關(LISA)結果Fig.3 Local Spatial Autocorrelation LISA Results of Key Pollutant Discharge Enterprises in Tongzhou District, Beijing in 2020

通過融合GIS技術與數學模型等多種技術手段進行城市生態韌性水平模擬[40],通過核密度分析可以從空間維度上判斷高排污企業的位置與密度,并可針對該區域加大環境監測和生態治理的資金投入,嚴防重大環境污染事件的發生,不僅可以為生態韌性產生引導,還能指導未來國土空間規劃。結果如圖3顯示,重點排污企業主要集中在通州區的中心區域偏北部和西部,主要為土壤環境污染重點監管單位、水環境重點排污單位,由于北部臨近通州大運河,該區域內的水環境重點排污單位起到了承接北京80%的污水排放至關重要的作用。北部和西部兩區域地理環境優越,靠近北京市中心城區且交通便利,承接了通州區高污染產業的轉移:從2013年開始,通州區一直按照北京市相關要求,進行產業結構調整,對高能耗、高污染、高排放進行逐步調整退出;從2014年下半年開始,隨著低端產業的退出,化工、鑄造等高污染企業和低端產業和高端產業的進入,按照既定的產業布局目標,通州區的產業結構正在進一步優化。

通過局部空間自相關分析可知重點排污企業分布呈現出較高的正相關性與空間聚集性,可以用來判斷不同區域環境污染風險程度與城市生態韌性水平之間的聯系,從而針對防范化解能力較低區域進行因地制宜地強化,構建基于生態風險防范的區域景觀格局,為未來國土空間規劃起到一定的引導[10,41]。由結果圖3可知,通州區重點排污企業以高-高型聚集和低-低型聚集分布形式為主,重點排污企業低值區域在研究區內北部、南部至中心、東部出現集聚,而高值區域在中心區域偏北部、西部出現集聚,分布在玉帶河、北運河、潞源北街、馬駒橋鎮等排污熱點區域。其中玉帶河投入大量資金進行排污溝工程的修建,改變了通州區生態環境,使人民群眾可以在玉春園公園健康休閑娛樂。北運河沿線的運河森林公園的建設提升了對北運河水質起到了生物凈化的作用。重點排污企業借助林地、水域等生態資源通過發揮其生態屏障作用來阻斷不利因素和災害的影響,對于提高生態韌性、防范化解生態風險具有重大作用。

此外,韌性水平的空間自相關分析結果(圖4),表明城市生態韌性水平低值區域在通州區北部以及中心偏西區域出現集聚,而高值區域在通州區西部、南部出現集聚。其中,P值用來檢驗相關性水平,P<0.05說明相關性顯著,P值越小相關性越顯著。由結果(圖4)可知,城市生態韌性水平呈零散的柵格單元分布于通州區內部。為了直觀反映各空間單元的局部空間自相關程度,將通州區各空間單元城市生態韌性水平核密度估計值的局部Moran′sI分解繪制成Moran′sI散點圖,由圖4可知,城市生態韌性水平Moran′sI值為0.46,表明城市生態韌性水平空間正相關性較為明顯,且存在空間集聚的現象。

圖4 2020年通州區城市生態韌性水平局部空間自相關LISA結果及城市生態韌性水平Moran′s I值Fig.4 local spatial autocorrelation Lisa results and Moran′s I value of ecological resilience level in Tongzhou District, Beijing in 2020

綜合圖3、圖4,可發現通州區的中心偏北地區呈現低韌性水平-高排污企業密度的集聚分布,這與通州區承接首都功能的城市策略密切相關。通州區中心偏北地區為副中心核心地帶,地勢平坦,以玉帶河、北運河為主要水系,承接了中心城區的以水污染為主的重點排污單位的轉移。由于該區域生態韌性水平比較低,且高排污企業密度高,說明其環境污染風險比較大,但是其防范化解能力比較低。因此需要加大對熱點地區的環境監測和生態治理的資金投入,嚴防重大環境污染事件的發生。

3.3 生態韌性分區治理

針對通州區生態韌性水平局部空間自相關LISA結果(圖4),按各街道、鄉鎮邊界對其進行劃分,如圖5。

圖5 2020年北京市通州區各鄉鎮、街道城市生態韌性水平局部空間自相關LISA結果Fig.5 Local Spatial Autocorrelation LISA Results of Ecological Resilience Level of Townships and Streets in Tongzhou District, Beijing in 2020

根據圖5可得知,城市生態韌性水平高值區在通州區西部、西北地區及西南地區出現集聚,為臺湖鎮、于家務鄉、永順鎮以及永樂店鎮;城市生態韌性水平低值區在通州區分布較為廣泛,主要為中心偏北區域、東北地區以及東部地區出現集聚,為新華街、中倉街、玉橋街、宋莊鎮、西集鎮、漷縣以及張家灣與臺湖鎮的交界處,這些區域內應對環境生態風險的能力較低,要通過加強該區域生態空間保護與建設滿足未來國土空間規劃的訴求。此外,位于通州區西北部的城市副中心城市生態韌性水平高值區域較少,大多為不顯著水平。由此觀之,在北京城市副中心內以大運河森林公園為代表的線性綠色空間,雖然起著促進周邊用地類型演變,以此提升生境質量的作用[23],但是仍對城市生態韌性水平作用不大。因此在這一核心區域內的生態韌性分區治理需要更大力度完善生態廊道和豐富生物多樣性的功能,從而提高該區域內城市生態韌性水平。

采用 Moran′sI值作為測度通州區城市生態韌性水平在空間上自相關性的指標,基于ArcGIS 10.7和GeoDa平臺,對通州區城市生態韌性水平進行局部空間自相關分析。從鄉鎮、街道數據來看,53.3%的地區Moran′sI值高于 0.5,表明通州區城市生態韌性水平表現出較強的空間正相關性;各鄉鎮、街道的Moran′sI值內部差異性較小,但鄉鎮與街道之間Moran′sI值差異性較大。就Moran′sI值的具體大小來看,在空間分布上Moran′sI值最高的區域是臺湖鎮(圖6),為0.604,表明城市生態韌性水平空間正相關性最高,在空間格局上其空間變異性相對最弱,表現為集聚的態勢;城市生態韌性水平Moran′sI值最低的區域是新華街(圖6),位于副中心核心地帶,為0.247,表明城市生態韌性水平空間正相關性較為不明顯,在空間格局上表現為相對分散,空間集聚現象較弱,與副中心地區韌性水平較低有關。由此可以解讀出,在未來城市生態韌性水平穩固及提升過程中,可結合各個鄉鎮、街道實際情況,基于現有分區采取優先對空間集聚較弱的區域進行改善,積極改善綠色生態空間保護戰略,從而對城市生態韌性水平進行整治提升,消除差異化城市生態韌性水平空間格局。

圖6 2020年北京市通州區臺湖鎮、新華街生態韌性水平局部空間自相關結果Fig.6 local spatial autocorrelation results of ecological resilience level in Taihu town and Xinhua Street, Tongzhou District, Beijing in 2020

3.4 驅動力分析

在具體研究城市功能多樣性這一社會經濟驅動因子時,將2019年12月三調(0813版本)數據中的公共服務設施、商業服務設施的用地面積、空間位置進行統計,通過對公共服務設施核密度空間分布、商業服務設施核密度空間分布進行分析,研究城鄉發展問題;并對各街道城市功能多樣性所涵蓋的基礎教育設施、文化設施、體育設施以及醫療設施的現狀進行可視化表達。通過對解釋變量t檢驗的結果表明,各個解釋變量回歸系數均通過了1%水平的顯著性檢驗。

綜合上述結果可知:通州區西北部的公共服務設施、商業服務設施配備齊全,城市功能多樣性較高;其余部分地區(以南部為主)基礎設施配套不足,城市功能多樣性較低。總體呈現出發展北重南輕不均衡:南部鄉鎮的城鄉融合發展動力不足,在公共服務設施方面短板較大。其中在公共服務設施方面,文化設施、體育設施、基礎教育設施(幼兒園)等方面存在較大短板,副中心內幼兒園嚴重不足,服務半徑僅覆蓋27%的居住區。由于近年來以農家樂為主要形式的體驗活動吸引眾多游客,而且位于通州區南部的于家務鄉、永樂店鎮有著豐富的綠色空間,因此通州區將公共服務設施、商業服務設施與綠色空間相結合,從而增強了局部的城市功能多樣性。

由圖7所示,人口、地區生產總值這兩個驅動因子對通州區的南部地區、北部地區影響較為顯著;由圖7所示,產業結構驅動因子對通州區的西部及西北部地區影響較為顯著,該區域靠近主城區;由圖7所示,城市功能多樣性則對通州區北部及西北部地區影響較為顯著。此外,產業結構的彈性系數為負值,說明產業結構升級會降低城市生態韌性水平,即第一產業、第二產業、第三產業的投入與城市生態韌性水平呈負相關。城市功能多樣性的系數同樣為負值且絕對值大于前者,說明城市功能多樣性增加在更大程度上會降低城市生態韌性水平。

圖7 社會經濟驅動因子回歸系數空間分布Fig.7 Spatial Distribution of Regression Coefficients of Socio-economic Driving Factors

基于上述分析,可推測出研究區內所承載的城市功能多樣性增強對城市生態韌性水平造成的壓力最大。由于通州區作為快速城市化典型的地區,人口密度高,產業發展主要以第三產業發展為主,第二產業發展已經逐漸萎縮,近10年來,搬遷了一批大型工業項目及重點排污企業,傳統工業轉向現代制造業、高新技術產業,促進了通州區第二產業的迅速轉型。

從“以人為本”的視角來看,在和諧宜居之都示范區建設初具成效的期間,在區域綠色空間生態發揮功能的時段,提高城市功能多樣性的均衡規劃等手段是實現“人本規劃”中“安居樂業”的現代城市發展模式。在政策落實方面,北京環球主題公園等工作持續推進,極大提升了城市基礎設施和公共服務設施水平,同時也促進了現代服務業的快速發展。在驅動力分析的指標選取方面,將代表城市功能多樣性的社會經濟指標與人本視角下的問卷訪談結合,其中景觀滿意度、社交舒適性、交通可達性等均涉及“以人為本”的理念。城市發展動力的提升應更加關注以人為本的新型城鎮化,實現生態環境、產業結構和服務水平等一系列重要轉變。現階段的當務之急是明確“人本規劃”是建設更加完善的韌性城市的必要保障,創造良好的生態環境,不斷滿足安居樂業的美好需求[42]。

4 結論與建議

本文以北京市通州區為研究區域,從抵抗力、適應力和恢復力三個方面構建了城市生態韌性水平評估模型,評估了2020年城市生態韌性水平空間格局;再者利用空間自相關模型分析2020年北京市通州區生態韌性分區治理模式;最后通過人本驅動力分析進一步研究對城市生態韌性水平空間影響較大的驅動因子。基于以上研究,本文得到以下結論:

(1)從空間分布來看,2020年通州區城市生態韌性水平呈分散狀態。城市生態韌性水平低值區域最多,占比為52.80%,主要分布于通州區北部、東北部、中部偏西及東南部;高值區域最少,占比0.83%,零星分布于偏西部地區和偏南部地區。中等值區域同樣為零散的小柵格,城市生態韌性水平在空間結構上呈分散狀態,分布于通州區的西部、南部,且大面積中等區域中會產生小范圍的高值區域。

(2)綜合通州區重點排污企業局部空間自相關結果和2020年北京市通州區城市生態韌性水平局部空間自相關結果,表明通州區顯著呈現低韌性水平-高排污企業密度的集聚分布于中心偏北地區的副中心核心地帶,說明此區域承載著通州區乃至北京市的重點排污功能,所面臨的環境污染風險大,依靠生態系統自身韌性來防范化解風險能力比較低。城市生態韌性水平空間上總體呈現出較高的正相關性與空間聚集性,城市生態韌性水平熱點區域主要集中在城市生態韌性水平低值區域內的副中心核心地帶,即新華街、中倉街、玉橋街等,具體表現為低-低聚集和不顯著集聚。

(3)結合GWR模型對分區城市生態韌性水平驅動因素進行分析,發現不同地區驅動因素的影響程度不同。影響城市生態韌性水平的4個因素的影響程度由大到小依次為:城市功能多樣性>產業結構>地區生產總值>人口。城市功能多樣性作為主要外部社會經濟驅動因子,對城市生態韌性水平帶來的負面影響最大,該現象在通州區西北部的城市副中心最為顯著。說明北京城市副中心在增強城市功能多樣性,推進和諧宜居之都示范區建設的進程之中,城市擴張侵占了生態用地,從而導致城市生態韌性水平下降,因此該區域在將來要提高對土地的集約化利用水平。

基于此,本文提出以下建議:

(1)提升核心地帶城市生態韌性水平:鼓勵在核心地帶投入更多的資金用于風險防控基礎設施建設。嚴守生態保護底線,穩固自然生態格局和基底,實現城市與自然生態協調發展。為滿足日益增長的人口及生活需求,應在城市化過程之中更加強調對核心地帶生態用地的保護與再生,發展城市綠色功能多樣性,維護核心區域內良好的生態環境。

(2)結合街區控規,加強城市生態韌性分區治理:通過研究城市生態韌性水平空間分布規律,對副中心核心地帶,即新華街、中倉街、玉橋街等熱點區域重視應對生態韌性管理的系統性,加強應急響應資源的優化配置。其中呈現顯著低韌性水平-高排污企業密度集聚分布的地區,亟需盡快搬移高污染排放企業,加速當地產業升級,同時加強該區域的環境生態質量監測水平,以此降低局部生態風險,防止局部風險擴散引起全域連鎖風險效應。根據“比較優勢”的原則,實現“物以類聚”的目的,只有各鄉鎮、街道的生態韌性水平保持均衡的協調性,才能體現城市生態韌性水平最大化。

(3)從人本視角出發,完善綠色公共空間空間體系:在建設藍綠交織的森林城市的進程之中,在建設以人為本的韌性城市的進程之中,通州區的綠色空間本身的在逐漸向穩定且完整的趨勢發展,但是斑塊密度仍處于低水平。為提高綠色空間整體斑塊密度,不能忽視周邊的用地類型斑塊對它的影響,如:建設用地穿插于綠色空間的斑塊中,使區域內整體的斑塊密度上升,進一步提高城市生態韌性水平,實現可持續發展。在綠色公共空間體系中,要努力完善城市文化和環境品質提升政策,讓市民有更多的獲得感和幸福感,實現“安居樂業”的美好愿景。