基于NSGA-Ⅱ算法的绿色基础设施多目标空间优化

【目的】绿色基础设施(green infrastructure,GI)是提供多种生态系统服务、保护区域生态系统安全和稳定的重要载体,而GI所能供给的各项生态系统服务之间的权衡关系导致GI的规划决策难以同时最大化多项服务供给。旨在以多项生态系统服务供给协同增益为目标构建一个辅助GI规划决策的多目标空间优化模型。【方法】基于NSGA-Ⅱ算法,以InVEST模型构建目标函数,在Python开发了协同生境质量服务、作物生产服务、雨洪削减服务3项主导生态系统服务的GI布局优化模型,并在安徽省芜湖市中心城区进行了应用。【结果】优化模型共获取50个末代帕累托最优GI布局,据此遴选出不同服务偏好下的GI布局方案,各方案相应服务供给能力得到显著提升:生境质量目标偏好方案的全局平均生境质量指数从现状方案的0.2988提升至0.3115;雨洪削减服务目标偏好方案的径流滞蓄量从70189.34 mm/a提升至71673.20 mm/a;作物生产目标偏好方案将作物生产总价值量从464169.51万元提升至464582.90万元;折衷方案的雨洪削减服务供给能力和生境质量服务供给能力优于现状方案,其径流滞蓄量和生境质量指数分别达到71658.67 mm/a和0.2993,而在作物生产服务供给能力上并没有实现对现状方案的提升。根据优化结果分析了GI供给的各项服务间的权衡与协同关系,归纳了在各种服务偏好下和协同多项服务时的GI空间布局特征。【结论】多目标优化算法为辅助协同多项生态系统服务的GI布局决策、探索生态系统服务间权衡与协同关系、明确不同服务目标导向下的GI空间规划策略提供了重要参考,为国土空间规划视角下采用模型算法辅助生态空间及GI规划的实践提供了有力工具。

基于多源数据的山地县域绿色基础设施网络构建及修复策略——以重庆市万州区为例

以重庆市万州区为研究区,以生物多样性为切入点,综合运用形态学空间格局分析(MSPA)和最小累积阻力模型(MCR),识别GI网络中心(hubs)和连接廊道(links),结合图论、电路理论及几何形态学划分重要性等级,提取廊道上的生态夹点区域,并针对山地城镇的典型生态问题提出对应的精细化保护与修复策略。结果表明:1)万州区内网络中心42处,总面积996.35 km^(2),占研究区总面积的28.83%,总体“东密西疏”,形成“一屏三带、散点分布”的格局;2)连接廊道80条,总长度292.97 km,呈现“东强西弱、东短西长”的分布特征;3)生态夹点142处,占廊道长度的9.60%,主要分布于东部。据此,将网络中心分为连绵涵养区、重点保护区和独立修复区制定分区修复策略;将连接廊道分为关键廊道、重要廊道和一般廊道制定分级修复策略;对不同用地类型组合方式的生态夹点区域制定精准修复策略。

以基础设施绿色转型助推国土空间治理现代化的启示

本文梳理了国内外绿色基础设施的发展实践,探讨了其在解决各类城市生态环境问题、增强城市抵抗风险能力等方面的借鉴意义,以期为我国加快基础设施绿色转型、推进国土空间治理现代化提供参考。

景观作为绿色基础设施对城市空间布局的影响——以广州增江附城河东汇城段为例

传统滨水空间呈现出的同质性和过度商业性已经难以满足市民的审美需求和城市发展的方向。该文以广州增城区增江附城河东汇城段为例,结合市民的日常生活和周边的绿地空间,以城市河道为主体探索小尺度的城市空间规划。河道景观可以作为城市绿色基础设施的一部分,它有利于恢复与提升城区的自然生态功能,为动植物提供生存空间。通过创建生态廊道和不同的生活场景,设计师可以打造集雨洪、生态、休闲娱乐等多功能协调的城市景观。通过重新定义人和河流的关系,重塑市民对该空间的记忆,增强市民对河流的亲近感和对城市的认同感,实现城市空间布局形式的优化。

国土空间规划背景下绿色基础设施规划的实践探索

本文围绕国土空间规划背景下的绿色基础设施规划和实践进行了深入探索,旨在提出一套系统的理论框架和实践路径,以促进生态环境保护和可持续发展。通过分析绿色基础设施的概念、特征及其在国土空间规划中的应用,文章探讨了如何有效整合绿色基础设施与国土空间规划,以实现生态文明建设和高质量发展的目标。本文还总结分析了国内运用绿色基础设施规划理念促进城市生态环境优化、城市安全韧性提升的成功案例,总结了成功经验和面临的挑战,为未来的规划实践提供了参考和启示。

国土空间规划下县级绿色基础设施网络构建——以河南省周口市川汇区为例

绿色基础设施(GI)可以提高城市景观的丰富度与完整度,有效提升人们的生活质量。基于国土空间规划县级视角,以河南省周口市川汇区为例,运用形态学空间格局分析识别绿色基础设施要素现状,依据景观连通性对GI网络中心分级,采用最小累积阻力模型与重力模型分别构建廊道和廊道分级。结果表明:(1)GI网络中心分布在研究区西北部和中南部,研究区内建成区是需要重点进行生态修复的区域。(2)GI廊道主要土地类型为林地与耕地,需要重点对林地进行优先保护。(3)根据重力模型将廊道进行分级,得到一级廊道总计12条,全部分布在研究区西北部。(4)在GI网络优化上,新增3个GI网络中心,并模拟出10条GI廊道;在踏脚石建设中,共提取60个,并将其进行分级;在生态断裂点修复时,共识别出152个。研究结果可为绿色基础设施网络规划建设提供依据。

城市新区绿色基础设施网络优化——基于景观格局和形态空间格局分析

绿色基础设施(GI)作为城市建设的重要组成部分,对于提高景观连通性、优化生态网络、维护区域生态安全起到重要作用。文章以国家级新区——西安市西咸新区沣东新城为研究对象,运用景观格局指数、形态空间格局分析、最小累积阻力模型等方法,对研究区2010—2020年的景观格局变化进行评价分析,并科学识别生态源地,构建源地间的生态廊道,提出沣东新城GI网络格局的优化策略。结果表明,沣东新城的生态环境在10年间不断恶化:景观格局破碎化严重;核心生态源地分布不均匀,重要和一般生态源地分布分散;现有连接廊道连通性差,未形成完整的网络连接,不利于生态系统服务功能的发挥。针对问题,在研究区内增补13个生态源地、44个小场地以及56条连接廊道,优化GI网络,提高其完整性,为高度破碎化的城市新区GI网络修复和优化提供借鉴。

基于绿色基础设施的国土空间生态修复研究——以长江中游为例

长江中游地区在我国生态安全战略格局中发挥重要作用,也是城市化战略格局中的重要节点,如何协调流域内人—地—水关系,系统开展国土空间生态修复,与区域未来可持续发展密切相关。本研究从生态学与地理学的视角出发,分析长江中游相关规划的功能定位,诊断其存在的生态系统破碎化、湖泊湿地萎缩阻隔等问题,基于山水林田湖草一体化保护修复的考虑,识别了长江中游网络中心、连接廊道和重要斑块,进而构建了区域绿色基础设施网络,并提出分区分类开展国土空间生态修复的策略与措施,以期为大尺度国土空间生态修复工作提供参考与借鉴。

基于空间利用生态绩效的绿色基础设施网络构建方法

在理解绿色基础设施、生态基础设施和生态网络概念的基础上,基于城乡空间利用生态绩效的内涵提出绿色基础设施网络构建理论;认为绿色基础设施网络需要体现"自然生态"与"人文生态"的结合,在生态斑块、廊道的评价及选择中考虑社会服务功能,并充分考虑历史文化遗迹的空间分布;从生态环境敏感区评价、生态斑块评价与选择、生态廊道评价与选择、最小路径模拟、人文生态的空间分布等几方面构建绿色基础设施网络,并通过网络结构评价进行了检验。

城市绿色基础设施建设潜力与效益研究

在高度发达的城市环境中,城市绿色基础设施(UGI)的扩建受到诸多限制,亟待发掘可用于UGI建设的潜力空间,以应对日益突显的社会和环境挑战。本研究创新了UGI潜力空间的识别方法,系统性识别了UGI的潜力空间,并引入生态系统调节服务价值的概念,以评估UGI潜力空间建设所带来的效益;研究识别出了可改造裸地、待腾退小区、潜在屋顶绿化和可绿化桥墩四类UGI的潜力空间,此外,进一步估算了潜力空间建设后对深圳市生态系统调节服务价值的贡献。研究结果表明,深圳市2021年的UGI潜力空间共计6241.78 hm^(2),占深圳市总面积的3.12%;若将UGI潜力空间全部建成,将使深圳市生态系统调节服务价值增加19.97亿元,占当年总生态系统调节服务价值的3.97%。本研究识别出的UGI潜力空间将为决策者提供有针对性的实施UGI的方案,以补充并完善现有的绿色基础设施网络。

契合与协同:市级国土空间规划体系中的绿色基础设施规划方法

【目的】市级国土空间规划编制指南对生态空间的高效配置提出了新的要求。如何解决生态系统服务失衡、生态要素缺乏统筹以及与国土空间规划衔接不当的问题,是当前规划学界普遍关注的理论研究热点。【方法】以契合国土空间规划体系及生态系统服务多目标协同为导向,应用景观生态学原理、城乡规划学理论及系统协同的决策方法。【结果】提出了协同“过程-格局-尺度-功能”的规划理论架构,并从“体系—流程—关系”3个维度建构了协同生态系统服务目标的绿色基础设施(GI)规划技术框架,厘清了GI规划编制流程,提出了刚弹结合的管控措施,完善了功能协同与供需平衡的GI规划逻辑。【结论】该研究成果将对国土空间规划理论体系的建立起到一定的启迪作用,并可作为市级GI专项规划编制的技术依据,因而具有理论借鉴研究及规划设计实践参考的双重价值。

韧性视角下的绿色基础设施

当前,国际组织尤其是以联合国人居署(UN-Habitat)、环境署(UNEP)、粮食及农业组织(FAO)与开发计划署(UNDP)为代表的工作框架中,提出了治理、管理、空间实践、数据科学与金融各个领域的协同支持开展。中国的绿色基础设施(Green Infrastructure,GI)研究主要聚焦国土空间规划背景下管控土地利用并引导新的城乡结构、挖掘生态系统复杂性和多样性,同时,强调其在存量更新中微观及中观层面的社会性和地方性。绿色基础设施作为支撑人类社会与自然的“绿色生命支持系统”,与传统绿色空间相比,更注重对自然与半自然要素的多尺度审视,强调尺度分类、多功能效益与网络建设,可引导各生态规划协同开展。

公共健康视角下的绿色基础设施

2016年10月25日,中共中央、国务院印发了《“健康中国2030”规划纲要》,作为今后15年推进健康中国建设的行动纲领。在此背景下,以促进公共健康为目的的人居环境建设逐渐成为一项重要而迫切的任务,其中,绿色基础设施作为一个跨尺度多层次、相互连接的绿色网络结构,包含国家自然生命支持系统、基础设施化的城乡绿色空间和绿色化的市政工程基础设施三个层次,因其耦合了生态系统服务与人类福祉的双重属性,所以其既是人居环境的重要组成部分,更是公共健康干预的重要空间途径。

城市绿色基础设施空间形态的GIS生态服务评价模型

借助GIS数据分析模型,构建以生态服务为核心价值的城市绿色基础设施的客观评价方法。基于Birkeland的"提供生态服务的正开发"理论,提出绿色基础设施是一种能提供生态服务的有效途径。从绿色基础设施所能够提供的两大与植被有关的生态服务——生物多样性的支持与碳调节出发,以上海临港新城为基地展开研究,创立易于操作、直观的生态服务效能评价的计算机方法技术,即GIS生态服务评价模型(GEEM),通过对十二大生态因子的研究,阐述生态服务效能与城市绿色基础设施空间形态的耦合机理,对进一步优化城市绿色基础设施的空间形态起到积极引导的作用。

基于绿色基础设施网络的城市公共空间生态功能优化策略——以南京中心城区为例

城市中心区的公共空间活力与生态功能是关乎城市环境及社会生活质量的关键问题。文章通过对城市公共空间与绿色基础设施规划的对比研究,提出基于绿色基础设施网络的城市公共空间生态功能优化的关键点与方法。并以南京市中心城区为例进行实证分析,在识别城市公共空间与绿色基础设施的基础上,对这两类基础设施的公共活力与生态敏感性进行用地适宜性评价与分级,进而对分级后的两者关系进行研究与再评价,最终形成用地功能优化策略,以期对城市公共空间生态规划提供可借鉴的研究思路。

生态保护网络化途径与保护优先级评价--“绿色基础设施”精明保护策略

绿色基础设施(GI)是将土地开发与生态保护结合起来、以网络结构高效解决生态保护问题的精明保护策略,并且通过评价生态保护优先级确保生态保护规划有计划、分阶段地实施。作者在阐释GI网络结构优势的基础上,归纳了其评价保护优先级的标准和方法,包括有效性、高效性和现实性3个方面因素,兼顾生态、社会、经济各方面的效益。GI将保护和开发相结合的精明保护理念、网络化的保护框架以及保护优先级评价的方法值得我国生态保护和规划领域借鉴。GI评价保护优先级的技术方法还有待完善。

英国绿色基础设施规划及对中国城乡生态网络构建的启示

以英国为代表的西欧各国在绿色基础设施理念的指导下展开了一系列的规划实践并取得多方效益。本文立足于中国城乡生态网络建设的背景,分析了英国东伦敦绿色基础设施网络和南泰恩赛德绿色基础设施网络2个规划案例,研究了其规划背景与目标愿景、发展框架与实施计划以及审计评估与规划策略等内容,总结了英国绿色基础设施规划的理念与方法,并提出了政策法案层面的制度化与体系化、实施计划层面的科学化与协同化以及规划策略层面的多元化与具体化的启示,以期对中国城乡生态网络构建提供有益借鉴。

国土空间视角下高原寒地县域绿色基础设施网络构建——以西藏索县为例

绿色基础设施是支撑生态系统可持续运行的重要保障,在生态文明建设背景下势必对绿色基础设施网络更具要求。青藏高原生态安全屏障区存在生境破碎、生态脆弱等困境,尤其在经济水平与地理环境双重制约下,如何高效利用现有资源条件构建绿色基础设施以提高人居环境质量仍具实践困境。论文基于国土空间规划全域全要素视角,以西藏索县为例,通过形态学空间格局、电路理论等方法,识别区域景观要素及生态源地,筛选廊道与战略节点对格局结构进行优化,并结合研究区实际探索绿色基础设施网络构建思路。研究结果能够为研究区生态修复与绿色基础设施网络构建提供实证依据,亦能为其他高原寒地城镇生态可持续发展提供实践参考。

城市绿色基础设施生态系统服务供给与需求的空间关系——以西安市为例

城市绿色基础设施(Urban Green Infrastructure,UGI)是城市自然景观和生态环境的主要营造者,为居民提供关键的生态系统服务。探讨UGI生态系统服务供给及其需求之间的空间关系,对城市生态建设和绿地系统规划具有重要科学意义。本文运用生态系统服务测算的方法基于人口、GDP以及土地利用数据构建需求测算模型,对西安市建成区UGI的生态系统服务供给与需求的空间格局进行研究,并分析了城市各功能区内UGI生态系统服务供给与需求的空间关系。结果表明:西安市建成区UGI生态系统服务供给总价值为4.23亿元;生态系统服务供给从研究区边缘向中心区逐渐减少,而生态系统服务需求表现出相反的格局,在空间上明显不一致,并且在城市各功能区内差别显著;西安市建成区UGI生态系统服务供给与城市对生态系统服务需求在空间分布上不相匹配。因此为了实现城市的生态环境与经济社会的可持续发展,迫切需要通过合理的UGI建设使生态系统服务供需趋于协调。

城市绿色基础设施生态系统服务供需关系及空间优化--以西安市为例

维持城市生态系统服务供需平衡是建设宜居城市、提高城市居民福祉的基础,同时对区域经济与可持续发展具有重要意义。以西安市建成区为例,基于2018年遥感数据、统计数据和实地调研等多源数据,构建粮食需求、水资源需求、固碳释氧、空气净化、高温调节、减弱噪声和休闲娱乐服务需求测算模型,并应用ArcGIS等分析工具,对研究区城市绿色基础设施(Urban green infrastructure,UGI)服务供需空间匹配关系进行评估和分析,最后运用最小累积阻力模型识别生态源地和生态廊道,对西安市UGI空间格局进行优化。结果表明:(1)西安市建成区UGI分布不均匀,破碎化程度高,连通性较差。UGI提供的生态系统服务总价值小于居民对服务需求总价值,在空间上表现为显著不匹配性。(2)不同生态系统服务供需匹配状况存在差异,高温调节服务、空气净化服务和休闲娱乐服务供大于求,匹配状况较好;粮食供给、固碳释氧、水源涵养和减弱噪声服务供小于求,供需赤字。(3)研究区生态系统服务供需具有显著空间异质性,随着人口集聚程度的提高,大部分生态系统服务(如高温调节、减弱噪声等)供需的空间匹配程度显著下降,在空间上表现为由城市中心的严重失调向边缘的良好匹配渐变。(4)研究区生态源地斑块面积较小,破碎化程度高,连接度低,UGI网络缺乏主干生态廊道。通过构建由沿渭河、秦岭北麓2个生态走廊,沣河、潏河、灞河等7个生态保育区及沿道路绿化带等组成的UGI网络,可使生态系统服务供需空间关系更趋协调。