城市生态-生产-生活空间交互耦合机理与优化模拟:以深圳市为例

City is a compound system of nature-society-economy built on the natural system. Urban space is the carrying body of this system and the critical pivot of maintaining its system function. The interactive relationship of urban space represents the urban system and helps us understand the complex urban system. In this study, by using the core concepts from the theory of man-land interrelations and systems theory as the theoretical foundation, we develop an integrated database, and apply GIS spatial analysis, system dynamic analysis, and geographic space simulation to examine the interactive coupling mechanisms and the optimizing simulation path of urban ecological-production-living spaces from the perspective of coupled human and natural system. We use Shenzhen as a case study. Firstly, we build a function identifying system and quantitative methods to characterize the spatial-temporal pattern of urban ecological-production-living space. Then we select a series of key representation elements to quantify the interactive coupling relations of urban space systems, and to explore their coupling mechanism. Thirdly, we develop a model of coupling coordination degree for urban space to analyze the condition of coupling coordination, and to judge the potential problems. Finally, we use the tool of simulation optimization based on setting multi-scenarios to integrate SD model and CA model. We also discuss the early warning mechanism based on simulation analysis, and propose corresponding regulatory policies. This research can help enrich the theoretical framework of urban space, provide policy references to optimize urban space, and promote urban sustainable development in China.

城市是在自然系统基础上建立起的自然-经济-社会复合系统，城市空间既是其承载主体，也是维持其系统机能发挥的关键。城市空间交互关系映射城市系统，是理解城市复杂系统交互关系的可行途径之一。本项目以人地关系和系统科学为理论基础，从自然-人文系统耦合的视角出发，以深圳为实证案例，通过构建数据库，综合运用GIS空间分析、系统动力分析和地理空间模拟等方法，揭示城市化与工业化快速发展地区城市生态-生产-生活空间（三生空间）的交互耦合机理并探寻其优化调控路径。研究内容包括：识别城市三生空间系统，刻画其时空演化格局；在遴选表征要素和量化空间系统交互关系的基础上，探究空间系统交互耦合的发生机理和脉冲响应关系；进一步分析三生空间系统的耦合协调性，诊断其问题；并通过多情景优化模拟预测其未来演化方向，提出三生空间协调发展的政策建议。本项目不仅有助于丰富城市空间研究的理论体系，并可以为城市空间优化与可持续发展提供参考。

城市是在自然系统基础上建立起的自然-经济-社会复合系统，城市空间既是其承载主体，也是维持其系统机能发挥的关键。城市空间交互关系映射城市系统，是理解城市复杂系统交互关系的可行途径之一。本项目以人地关系和系统科学为理论基础，从自然-人文系统耦合的视角出发，以深圳市为例，构建了城市生产-生活-生态空间功能识别体系，对城市三生空间系统进行了识别，通过城市三生空间系统表征变量的非线性关系分析以及空间系统脉冲响应分析，明确了快速城市化与快速工业化进程双重叠加下的城市生态-生产-生活空间系统交互耦合关系，阐明了三生空间系统的交互耦合机理。并进一步分析了城市三生空间协调发展态势，诊断了三生空间耦合协调发展的问题。具体通过遴选指标构建城市三生空间耦合协调性综合测算指标体系，确定耦合协调性测算模型，以计算结果为基础，设定问题诊断具体标准和阈值，诊断了三生空间协调发展中存在的问题，并刻画耦合协调性的轨迹变化情况，判断了耦合协调类型和耦合协调所处的阶段。相关结果可为三生空间优化提供参考。同时，本项目还构建了城市三生空间多情景优化模拟模型，提出了三生空间优化调控政策。通过设定现状延续、生态空间优先、生活空间优先、生产空间优先以及三生空间协调5种情景，整合SD模型和CA模型，构建了优化模拟模型，分别模拟了到2025年的三生空间演化格局，并对不同情景所得结果进行综合权衡分析，对存在的问题进行了提前预警，实现了动态变化预警，并有针对性地提出了三生空间优化的优化调控政策。本项目不仅有助于丰富城市空间研究的理论体系，并可以为城市空间优化与可持续发展提供参考。