面向生态城市的水土资源利用格局变化机制及适应性调控研究

As the construction of eco-city has became consensus, the planning and construction are in full swing. As a core element of eco-city planning, the unreasonable configuration and regulation of water and soil resources will lead to ecological imbalance. By comparing all previous planning and development practice, large data shows the lack of quantitative analysis and flexibility in planning, and the lack of adaptability and maneuverability in the implementation. Based on the reveal of mechanism and effect study, the top-level design as well as simulation and configuration are the effective ways to solve these problems. According to the thought of goal, mechanism, effect, simulation and adjustment, it reveals the response-constraint relationships of water and soil resources for city development. SD model is used to simulate and analyze the change and coupling interaction for the utilization of water and soil resources in the complex ecosystems. Information entropy and equilibrium model are used to calculate and compare the combined effects under for different configuration schemes. Based on the comprehensive integrated visualization support platform and environment , combined with the drawing technique and tool , an application service model which supports configuration and planning as well as regulation and controlment is built, to make interactive design for planning scheme, to support offline view of planning layout, online calculation of configuration effect and adjustment of the elements in water and soil resources, to get configuration and planning changed from the "scheme" to "process", from "static" to "dynamic visualization", and connected with management. With cross-disciplines, the research takes Xi'an city as an empirical study, which further improves our understanding.

建设生态城市已成共识，北方挖湖、南方填湖，规划建设可谓如火如荼。作为规划响应的核心要素，水土资源配置和调控不合理将导致生态环境失衡。通过对比历次规划与发展实际，大数据表明规划缺乏定量分析且过于僵硬，落实中缺乏适应性与可操作性。在机理研究和效应计算的基础上进行顶层设计和模拟调控是解决其问题的有效途径。按照"目标→机理→效应→模拟→调控"思路，揭示水土资源对城市发展的响应-约束关系，采用SD模型模拟分析城市复合生态系统中水土资源利用变化及耦合作用机制，应用信息熵和均衡度模型对比计算不同配置方案的综合效应。基于综合集成可视化支撑平台和环境，结合绘图技术及工具，构建配置规划和管理调控的应用服务模式，进行规划方案交互式设计，支持离线查看规划布局、在线计算配置效应、水土资源要素调整，实现规划从"方案"到"过程"、由"静态纸质"向"动态可视"，并与管理相衔接。学科交叉，结合西安市的实证再进一步提高认识。

建设生态城市是城市可持续发展的需要，已经成为我国城市建设和发展的共识。生态城市被广为认同并迅速建设的同时，也存在着诸多问题和挑战，比如：片面强调大水大绿，忽视区域自然条件和空间格局；水土资源空间格局不够优化，缺乏整体合理配置；现有“静态纸质”的规划方案过于刚性和僵硬，忽视了与城市发展动态过程的衔接，在落实过程中缺乏适应性与可操作性。面向生态城市建设，开展水土资源格局优化和调控管理研究具有重要的意义。本项目以建设生态城市为目标，按照“问题引导→机制分析→效应评估→模拟调控→服务应用”的实施思路，分析城市水土资源格局变化特征及驱动因素，揭示城市水土资源格局变化和复合生态系统演化的动力机制，研究不同水土资源格局方案下的综合效应，构建支持配置规划和管理调控的应用服务模式，取得的主要研究成果如下：（1）基于30m土地利用栅格数据，从土地利用变化幅度、类型转移矩阵、速度、利用程度、结构特征等方面分析了研究区1990、2000、2010、2015年土地利用格局变化情况，应用主成分分析模型研究得出土地利用变化主要驱动因素为人口与经济的增长、产业结构的调整，应用灰色关联度模型分析与农业用水、生活用水、工业用水、生态用水关联度最大的因素分别是小麦和玉米种植面积、人均日生活用水量、工业用水重复利用率和湖池生态需水；（2）建立了城市水土资源复合生态系统SD模型，模拟分析了城市人口、经济、水资源、土地资源与生态环境子系统之间的互动互馈机制，分析对比了经济优先、环境保护和协调发展3种情景方案下水土资源利用格局、经济社会发展水平和生态环境状况；（3）基于信息熵和均衡度模型，研究区域土地利用结构特征和综合效应指数，计算出研究区综合效应指数由2005年的-1.1113上升到2015年的1.8767，上升的关键驱动因子是水域和建设用地；（4）基于综合集成服务平台和支撑环境，按照主题服务、综合集成的服务框架，构建支持水土资源配置规划和动态调控的服务模式，通过搭建业务系统提供资料管理、格局分析、配置规划、模拟评估和管理调控五大类主题服务。综合以上成果，本项目丰富了城市水土资源配置规划和管理理论，已在西安城市规划水资源配置、西安城市水系规划、西咸新区沣东水系规划等多个项目中服务应用，提升了配置和规划的科学性和合理性，为生态城市建设提供了路径和方法。