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《南京大学》 2017年
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地理信息技术支持的城乡结合部生态用地网络空间优化

单金霞  
【摘要】:目前,随着我国城市化进程的加快,城市不断涌入农业人口,造成城市规模和数量激增,城市生态环境问题频发,对社会经济的可持续发展造成了很大的阻碍。景观生态格局是区域景观的生态过程的反映,合理的景观生态格局能够使生态环境的不确定性降低或生态环境得到改善,而不合理的景观生态格局会造成一系列问题如城市洪灾、气候变暖、环境破坏等。根据城市景观生态学中的"基质-斑块-廊道"理论,科学识别构建研究区生态用地网络空间,并对其评价分级和优化,从而使生态环境功能的完整性和连续性得到提升。利用生态过程来优化城市景观格局是一个颇有前景、崭新的研究方向,但是目前这方面的研究缺少可靠的手段方法并且研究有一定难度。当前,城市内部建设用地连片度较高,而生态用地连通度较低,所以城市景观生态格局规划应以提高生态用地网络化为目标,有效补充传统城市生态规划。为弥补过去学者往往通过经验评价城市生态用地网络现状、定性提出优化建议的不足,本文选取常州市新北区为研究区,采用定性和定量结合的方法,依次识别各生态要素,并对生态用地网络连接度强弱分布情况进行空间上的评价与分级,从而找出优化重点,基于此采用CA-Marcov模型和GIS技术对生态用地网络深入优化。最后生态用地网络的结构连接度和功能连接度均得到提高,生态源地、生态廊道和关键生态节点间的空间联系得到加强,景观生态格局的稳定发展得到维持,从而形成生态功能完整、生态用地网络连通的理想景观生态格局。本文研究成果为中小尺度区域的城市规划和生态环境保护提供理论指导和科学支持。主要研究内容和结果如下:(1)城市生态用地网络空间识别与构建首先利用最小累积阻力模型对区域生态适宜性进行分区,基于此确定其他生态要素。生态源的识别通过选取符合面积要求的林地、水域、滩涂和风景区;生态廊道的识别通过选取区域植被指数(NDVI)、水体指数(MNDWI)以及建筑指数(NDBI)三个因子来建立物种迁移阻抗表面,然后运用最短路径法提取生态廊道;接着提取生态廊道的交点作为关键生态节点;最终构建研究区域常州市新北区的生态用地网络体系。结果显示:生态基质根据保护程度不同划分为四个等级的区域;生态源包含林地、水域、滩涂和风景区四类,研究区西南部、东南部和中部生态源地分布较为稀疏,斑块面积小,数量较少;生态廊道共45条;关键生态节点共有23个,主要集中在新北区的北部。(2)城市生态用地网络空间分析与定级首先对各生态源形状指数大小及空间分布情况、各生态源和生态节点度数大小及空间分布情况进行分析;将研究区四类景观生态用地网络γ、α、β指数的计算值作为各生态廊道的属性值,等权重加和各廊道属性值得到综合指数,新北区现状各生态廊道连接度的大小从而得到展示;然后根据上述连接度评价结果分别对生态源、生态廊道和生态节点进行分级;最后利用转移矩阵和生态用地动态度评价模型分析土地利用转出、转入地类分布情况以及生态用地变化幅度与速度特征。分析结果显示:各类生态源地形状指数较小,形状简单,与周围各类用地边缘接触部分较小,与外界地物联系紧密度较差;生态廊道穿过水域与风景区的条数较多,穿过林地、滩涂与多数生态节点的条数较少,各个类别的源地都存在0条廊道穿过的情况;新北区空间生态用地网络北部与南部的现有生态廊道连接度较小,中部偏南部的现有生态廊道连接度中等,中部偏北部的现有生态廊道连接度较强;根据评价结果将生态源、生态廊道和生态节点分为三级,空间连接度较高的生态源、生态廊道和生态节点划为一级,扮演着生态功能主导的角色;其余源地、廊道和节点划为二级和三级,生态功能有待于进一步优化;2005-2014年研究区大面积生态用地转换为农业用地,生态用地的侵占现象比较严重,其破碎化的空间布局对城市空间生态系统能量与物质的流动不利。(3)城市生态用地网络空间优化与提升首先对生态源进行功能连接度优化,将其分为小型、大型生态源地两类;对各生态源分别做距离不等的缓冲区,选取最为理想的方案,完成生态源的结构连接度优化;接着根据生态廊道空间评价结果,对生态廊道进行功能连接度优化,分为小型和大型生态廊道;对各生态廊道分别做距离不等的缓冲区,选取最为理想的方案,完成生态廊道的结构连接度优化;然后利用盲区分析法进行生态节点优化,划定近期、中期与远期生态节点优化区域;最后在IDRISI平台支持下,运用CA-Markov模型进行生态基质优化,并进行Kappa系数的检验,给生态源扩张提供预留区。根据优化成果:优化生态源时,大型、小型斑块相辅相成,一个为主,一个为辅,共同促进景观格局的发展;生态源地设置1000m缓冲区时,与周边生态斑块关联度最佳;大小型生态廊道的构建根据生态廊道空间评价结果,并在生态廊道周边设置400m的缓冲区,从而稳定小型生态廊道的后续发展,加强大型生态廊道的主导效应;利用盲区识别法明确关键节点建设的次序;优化生态基质过程中,与2014年各类基质用地面积相比,四周农业基质的转入造成了2030年生态用地数量的增加。
【关键词】:城市生态用地网络 城乡结合部 最短成本路径 空间连接度评价体系 CA-Markov模型 常州市新北区
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:F301.2;P901;P208
【目录】:
  • 摘要4-7
  • Abstract7-18
  • 第一章 引言18-28
  • 1.1 研究背景18-19
  • 1.2 国内外研究进展19-22
  • 1.2.1 生态用地网络构建19-20
  • 1.2.2 城市景观格局优化20-22
  • 1.2.3 研究现状评述22
  • 1.3 研究内容及意义22-24
  • 1.3.1 研究内容22-23
  • 1.3.2 研究意义23-24
  • 1.4 技术路线24-25
  • 1.5 论文组织结构25-28
  • 第二章 研究区概况及生态用地特征分析28-36
  • 2.1 研究区概况28-29
  • 2.1.1 区位概况28-29
  • 2.1.2 自然资源禀赋29
  • 2.1.3 经济社会条件29
  • 2.2 数据源与数据预处理29-31
  • 2.2.1 数据源29-31
  • 2.2.2 数据预处理31
  • 2.3 研究区生态用地特征分析31-36
  • 2.3.1 全局生态用地规模与空间分布31-32
  • 2.3.2 网格样本生态用地规模与空间分布32-36
  • 第三章 城市生态用地网络空间识别与构建36-58
  • 3.1 基于景观安全的生态适宜性分区36-45
  • 3.1.1 模型构建36-37
  • 3.1.2 建立阻力表面37-42
  • 3.1.3 累积阻力表面分析42-44
  • 3.1.4 分区结果44-45
  • 3.2 城市生态用地网络构建45-55
  • 3.2.1 生态源地识别46-48
  • 3.2.2 生态廊道识别48-53
  • 3.2.3 生态节点识别53-54
  • 3.2.4 生态用地网络构建54-55
  • 3.3 本章小结55-58
  • 第四章 城市生态用地网络空间评价与分级58-76
  • 4.1 生态用地网络空间连接度评价结果分析58-67
  • 4.1.1 生态源形状指数分析58-59
  • 4.1.2 生态源与生态节点度数分析59-61
  • 4.1.3 生态廊道综合指数分析61-67
  • 4.2 生态用地网络空间评价结果分级67-71
  • 4.2.1 生态源评价结果分级67-68
  • 4.2.2 生态廊道评价结果分级68-69
  • 4.2.3 关键生态节点评价结果分级69-70
  • 4.2.4 生态用地网络评价结果分级70-71
  • 4.3 生态基质时空变化特征分析71-75
  • 4.4 本章小结75-76
  • 第五章 城市生态用地网络空间优化与提升76-92
  • 5.1 生态源地优化76-79
  • 5.1.1 生态源功能连接度优化77-78
  • 5.1.2 生态源地结构连接度优化78-79
  • 5.2 生态廊道优化79-81
  • 5.2.1 生态廊道功能连接度优化79-80
  • 5.2.2 生态廊道结构连接度优化80-81
  • 5.3 关键生态节点优化81-83
  • 5.4 生态基质优化83-88
  • 5.5 生态用地网络优化88-89
  • 5.6 本章小结89-92
  • 第六章 结论与展望92-96
  • 6.1 研究结论92-93
  • 6.2 创新点93
  • 6.3 研究展望93-96
  • 参考文献96-104
  • 攻读硕士期间科研情况104-106
  • 致谢106-107

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