基于生态调节模拟和空间数理矩阵的建设用地规划布局研究

Urban planners manage urban sprawl and preserve ecological values mainly through making the comprehensive plan and restrain land uses in certain areas. However, in practice, planners used to make the urban lands plan with scant supporting ecological evidence and data. This research explores sustainable urban lands planning strategies, with the goal of conserving more ecosystem services, through (1) quantitatively calculating of ecosystem services in regulating soil, water and air in environmental modeling - InVEST, Envi-met and i-Tree; (2) arranging future urban lands in GIS based on future land needs prediction, ecosystem services quantification and the spatial matrix based on ecological planning principles; (3) analyzing the potential lands’ construction suitability through field surveys. This research proposes and applies this method, and analyzes its advantages and disadvantages regarding applying processes and the new urban land use structure. The method explored in this research could be operated by planners to make comprehensive plans that conserve ecological values while still meeting urbanization’s demands for developable lands. This research also contributes to the study of balancing the trade-offs between urbanization and environmental conservation in the way of exploring feasible and practical solutions.

本项目针对目前规划师在规划布局各类城市建设用地时，缺少生态定量分析引导规划全过程的问题，提出以优化区域生态对土壤，空气和水的调节作用为向导，通过 1）运用生态模型InVEST, ENVI-met和i-Tree定量模拟区域生态调节作用；2）根据各类建设用地需求量，依据生态模型模拟结果、有序加权平均算法和基于生态规划原则的空间数理矩阵，以保护区域生态调节价值为目标，在GIS中模拟各类建设用地的最优规划布局；3）实地考察GIS模拟出的各类建设用地布局地块的实际建设可行性；最终确定各类建设用地规划布局范围界线和组合形式的创新模式。本项目提出且实际应用这套规划模式，并评价其在应用过程中和所产生的新的城市用地结构——EVOD的特点，为以保护生态价值为向导，同时满足城镇化土地需求的用地规划探究一种便于规划师使用的，建立在数据基础上的操作模式，为平衡城市发展和环境保护的研究在实践层面上扩展思路。

城镇化快速进程中，大量自然土地被转变成城市建设用地，使得区域生态环境受到威胁与破环。城市总体规划是控制无序扩张、管理城市建设用地、保护自然生态环境的手段之一。然而实践中，规划师在考量生态因素时，往往依靠主观定性判断，缺乏客观的生态定量数据与全过程引导城市建设用地规划的有效方法，这限制了很多城市用地规划方案保护区域生态的绩效。本研究课题借助高精度城市空间数据，通过生态物理模型和空间数理矩阵，提出一种以保护区域生态价值为导向的，城市建设用地规划模式与空间结构，以及规划实践操作模式（EVOD: Ecological Value Oriented Development），并在案例区域与城市进行测验与应用。研究发现，新的城市建设用地空间结构，在满足城市建设用地总量的基础上，可提升各类不同区域生态调节作用19%-270%。研究同时证明，与其他学界学者主张的城市精明增长用地模式相比，依据科学分析和事实数据，城市扩张可在EVOD模式中，实现更多的区域生态调节保护作用。