劉斯榮， 蔡 歆

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

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GIS技術(shù)下的城市公園生態(tài)化設(shè)計

劉斯榮， 蔡 歆

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

城市公園生態(tài)化設(shè)計越來越注重與城市的融合，現(xiàn)代規(guī)劃設(shè)計中更好地運(yùn)用GIS系統(tǒng)更深層次的分析公園基地情況，以不同的城市公園來表現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)原則，通過對實(shí)例的分析來闡釋GIS系統(tǒng)在生態(tài)景觀規(guī)劃中的合理性，以此對城市公園生態(tài)化設(shè)計提出系統(tǒng)化建議，解決城市公園生態(tài)化的問題。

城市公園； 生態(tài)化設(shè)計； GIS系統(tǒng)

城市公園生態(tài)的設(shè)計方法一直都是學(xué)者廣泛關(guān)注和探討的課題，城市生態(tài)景觀的可行性也逐漸成為城市規(guī)劃和景觀設(shè)計中的重點(diǎn)，也成為了生態(tài)城市建設(shè)的核心部分。城市生態(tài)景觀的設(shè)計充分關(guān)系到人與自然的和諧理念。

1 城市公園生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)原則

1.1 生態(tài)系統(tǒng)持久性容量原則

生態(tài)系統(tǒng)持久性容量原則應(yīng)該在維持公園生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)使用和提高環(huán)境容量兩個方面來考慮。在城市公園的使用過程中，若超過公園生態(tài)系統(tǒng)的最大持久性容量，就會對生態(tài)景觀的承受力造成影響，影響公園生態(tài)系統(tǒng)的持久穩(wěn)定性。

在環(huán)境方面可以借鑒新加坡加冷河碧山公園(圖1)。作為海島城市，新加坡沒有天然的地下蓄水層和廣闊的土地。公園總面積63公頃，河道總長度3000 m，河寬30～50 m，湖體總共15 000 m2。

圖 1 新加坡加冷河碧山公園

該公園是第一個在熱帶地區(qū)利用土壤生物工程技術(shù)(植被、天然材料和土木工程技術(shù)的組合)來鞏固河岸和防止土壤被侵蝕的工程(圖2)。通過這些技術(shù)的應(yīng)用，為動植物創(chuàng)造了棲息地，生物的多樣性也增加了約30%。將原有運(yùn)河、排水渠和湖泊改造成明快流動、賞心悅目、清澈的溪流、小河和湖泊，人們可以在清澈的水邊嬉戲、玩耍，充分利用水的自然特質(zhì)。更將連續(xù)流暢的藍(lán)色水域和綠色種植帶互相交織，與城市建筑融合在一起(圖3)。

圖 2 新加坡加冷河碧山公園的生態(tài)改造

圖 3 生態(tài)水系改造

1.2 創(chuàng)造特色生態(tài)景觀原則

特色生態(tài)景觀是根據(jù)各城市的特點(diǎn)，在特定的地形地貌和生態(tài)環(huán)境條件下，城市公園的生態(tài)景觀設(shè)計要依據(jù)當(dāng)?shù)爻鞘械奶厣?，適合城市文化發(fā)展和景觀的持續(xù)性發(fā)展。我國南北方因溫度和降水的差異，森林類型由南向北，依次分布為熱帶雨林—季雨林—亞熱帶常綠闊葉林—暖溫帶闊葉林——溫帶針闊混交林等，森林植物群落層次自南而北愈趨簡化。

同時特色生態(tài)景觀是具有當(dāng)?shù)靥厣幕木坝^。例如府南河活水園公園，位于四川省成都市靖江去華星路猛追灣對面，占地面積24 000 m2?；钏珗@以“天人合一”的設(shè)計思想，講求精心自然式的設(shè)計，以水為設(shè)計元素，取魚水難分的意義。

在公園的平面設(shè)計中將魚形的剖面圖作為公園的整體造型，來表示人、水、自然之間的和諧共處的關(guān)系(圖4)。公園將水環(huán)境、水凈化、水教育作為整體，在自然中建設(shè)濕地生物凈水系統(tǒng)，將原來的污染水源和城市污染的河水凈化后再流進(jìn)府河。人工濕地在園中以池塘的形式出現(xiàn)，在污水處理系統(tǒng)建設(shè)和活水公園的項(xiàng)目景觀建設(shè)中，形成生態(tài)性的水景觀。

圖 4 活水魚公園

河岸邊的設(shè)計契合人們的親水感受，更加注重水在自然中的變化。在設(shè)計中采用了原始的挑水木樓、水力水車，更加注重形式的多樣化，親水堤岸、親水階梯、親水碼頭等各種親水平臺給了人們更好的對水體變換的感受(圖5)。

圖 5 公園當(dāng)?shù)靥厣幕∑?/p>

1.3 生態(tài)園林原則

生態(tài)園林是在生態(tài)學(xué)原則和自然生態(tài)系統(tǒng)上的最佳結(jié)構(gòu)布局，為促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，要建立最佳人工生態(tài)系統(tǒng)。

例如寧波生態(tài)走廊(圖6)，該項(xiàng)目通過地形、水文、植被等元素共同組合而成，寧波生態(tài)走廊成為一個3.3公里長的“活過濾器”，修復(fù)人類自然的生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)造一個野生動物棲息地。這片生態(tài)區(qū)域有歷史悠久的常綠橡樹林，以及被蘆葦沼澤環(huán)繞的季節(jié)性泛濫的湖水盆地。在意識到這片濕地和水生環(huán)境對于保護(hù)此處生態(tài)區(qū)域的重大意義后，設(shè)計的焦點(diǎn)集中在了濕地修復(fù)上，把它作為對于這片特殊場地進(jìn)行干預(yù)的促進(jìn)劑，具有重要的歷史和文化意義(圖7)。

圖 6 寧波生態(tài)走廊效果圖

圖 7 區(qū)域生態(tài)環(huán)境和水文植被循環(huán)圖

在地勢起伏的景觀區(qū)，落葉樹種和常綠樹種的戰(zhàn)略布局體現(xiàn)了設(shè)計師對美學(xué)、規(guī)劃、生態(tài)和氣候的綜合考慮。大力種植本地植被將幫助走廊重建多樣的植被群落，吸引野生動物棲息于此。河岸的植被、生物洼地和雨水花園可以凈化來自附近開發(fā)區(qū)、其他建筑區(qū)等硬質(zhì)景觀的雨水。植物選擇營造了獨(dú)特的地域感：隨著地勢的變化，植被種類呈現(xiàn)組群差異，根據(jù)植物的不同高度、形態(tài)和顏色呈現(xiàn)出獨(dú)特的空間格局。

2 GIS系統(tǒng)

Geographic Information System是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。是一門綜合性學(xué)科，結(jié)合地理學(xué)與地圖學(xué)以及遙感和計算機(jī)科學(xué)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計算機(jī)系統(tǒng)，它可以對空間信息進(jìn)行分析和處理(簡而言之，是對地球上存在的現(xiàn)象和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析)。GIS技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作(例如查詢和統(tǒng)計分析等)集成在一起。

2.1 GIS與景觀設(shè)計

在景觀設(shè)計學(xué)中，有景觀規(guī)劃和景觀設(shè)計兩個方向。前者偏重于大尺度區(qū)域空間的研究，后者側(cè)重于小尺度場地的設(shè)計。GIS技術(shù)應(yīng)用于景觀規(guī)劃中，可以幫助設(shè)計師準(zhǔn)確而又便捷地對于空間區(qū)域進(jìn)行分析和模擬，并最終繪制成圖。所以GIS在城市規(guī)劃、綠地系統(tǒng)規(guī)劃、城市公園的設(shè)計，對基地的土壤、地質(zhì)、地形、植被、動物、土地利用、文化遺產(chǎn)等方面進(jìn)行深刻的分析。

三維分析中包括了地形模擬、高程分析、坡度分析、坡向分析、三維鳥瞰等方面。在空間分析中，包括緩沖區(qū)分析、密度分析。在過程模擬的分析過程中，還包括了地表徑流分析、流域分析、洪水過程分析、視覺過程分析(可視度分析、視域分析)、可達(dá)性分析等。在實(shí)際規(guī)劃設(shè)計過程中對于不同的過程會分別分析，對基地的自然過程、生物過程、人文過程都進(jìn)行深度的分析然后再進(jìn)行設(shè)計。

3 GIS技術(shù)在武漢城市公園生態(tài)化設(shè)計的案例分析

武漢豹子溪公園選址于光谷高新開發(fā)區(qū)，是近幾年武漢向外發(fā)展的城市邊緣地區(qū)，也是建設(shè)生態(tài)的重要地點(diǎn)，在生態(tài)建設(shè)的過程中充分考慮了武漢的地理位置和人文因素(圖8)。通過GIS技術(shù)的分析，可以得知公園的人流量分析，及豹子溪上位規(guī)劃定位雨洪專項(xiàng)分析結(jié)果。

圖 8 豹子溪公園項(xiàng)目區(qū)位圖

3.1 人流量分析

公園的人流量的多少是對公園人數(shù)承載力的考驗(yàn)，關(guān)系到生態(tài)持久性的原則。對大型生態(tài)公園的游人容量的計算是對生態(tài)承載力的表現(xiàn)，在設(shè)計的時候需要考慮到植物、土壤等生態(tài)體系的承載能力。

對于游人容量估算，實(shí)際公園游人容量采用“面積法”計算公式

C=A/Am

其中C=公園游人容量(人)，A為公園總面積(m2)，Am為游人人均指標(biāo)。紅線范圍面積1 365 000 m2，其中水面285 040 m2平方米，可游覽面積約為1 079 960 m2；依照居住區(qū)、帶狀公園和居住小區(qū)游園游人人均指標(biāo)為30 m2/人的標(biāo)準(zhǔn)。所以C=帶狀公園游人容量=1 365 000/30=45 500(人)。

3.2 生態(tài)化雨洪專項(xiàng)分析

豹子溪北起承接山區(qū)降水形成徑流，向南匯入豹澥湖，水流方向自北向南，東岸為規(guī)劃新月溪核心城區(qū)，西岸為規(guī)劃居住區(qū)，故豹子溪需承擔(dān)該區(qū)域的雨洪排蓄和生態(tài)景觀廊道的重要功能(圖9)。

圖 9 規(guī)劃定位圖

3.2.1 雨洪流量計算 雨洪流量的計算主要根據(jù)上位排水規(guī)劃計算豹子溪規(guī)劃區(qū)域內(nèi)所承接的雨水水量。

按雨洪量計算：設(shè)計降雨歷時2 h，分別以重現(xiàn)期為100年、50年、10年和1年的暴雨強(qiáng)度計算流域內(nèi)的總瞬時暴雨量。同時計算雨洪滯留設(shè)施的滯蓄雨水能力(不包括下滲量)。再比較雨洪滯蓄設(shè)施能滯蓄的雨水量與流域內(nèi)產(chǎn)生的瞬時暴雨量。滯蓄能力大于100年一遇的2 h的瞬時暴雨量，可以保證暴雨安全(圖10)。

圖10 按2 h雨洪量計算

計算公式：

暴雨量=匯水面積×地表徑流系數(shù)×降雨量

滯留雨水量=生物滯留區(qū)滯留量+河道滯留量

按分地塊計算，按照5年一遇12h降雨標(biāo)準(zhǔn)計算，依據(jù)分水線和道路劃分雨洪滯蓄地塊計算水量平衡。共分10個地塊；每個地塊先滯雨水于調(diào)節(jié)塘、濕地，多余雨水再溢流至河道由河道排除；計算結(jié)果：A,B,F,H,I,J地塊都能在內(nèi)部滯蓄雨水并有富余滯蓄能力；場地內(nèi)總體可滯蓄5年一遇12 h產(chǎn)生暴雨量的79%(圖11)。

圖11 分地塊雨洪計算

3.2.2 蓄洪設(shè)計 豹子溪雨洪調(diào)蓄理念為分解洪水，梯級蓄滯。建設(shè)后水文過程要求對景觀生態(tài)的干擾最小化。

第一是源頭分解，避免大幅改變水文過程。在公園的上位排水規(guī)劃為一般排洪，利于雨洪的排除，但是對雨水的蓄滯作用非常有限，在設(shè)計中利用分散的水塘，首先對雨洪進(jìn)行蓄滯，多雨的雨量由河道排除，可以提高公園的滯蓄能力。第二是筑堰蓄水，提高河道滯蓄能力(圖12)。

圖12 筑堰蓄水圖

一般泄洪河道設(shè)計斷面的缺點(diǎn)主要有：1)功能單一，除了泄洪能力再沒有其他功能；2)無生態(tài)功能；3)河道與周邊環(huán)境的割裂，河道不能與周圍環(huán)境相融合，主要以硬質(zhì)河道為主(圖13)。相比之下，生態(tài)化河道設(shè)計斷面的特點(diǎn)非常明顯：1)生態(tài)性能佳，水質(zhì)、水文、植被、土壤之間的性能都能夠得到呼應(yīng)；2)兼具了景觀與排洪功能，不僅具有單一的排洪功能，河岸邊的景觀特色也是設(shè)計師的關(guān)注點(diǎn)；3)河道與周邊環(huán)境的完整結(jié)合，減弱河岸的硬質(zhì)設(shè)計，以道法自然的方式還歸于自然(圖14)。

圖13 一般泄洪河道設(shè)計斷面圖

圖14 生態(tài)化河道設(shè)計斷面

通過GIS對基地的地質(zhì)、水量、降水的分析，得知豹子溪生態(tài)廊道將擔(dān)城市雨水管網(wǎng)的大部分壓力。周邊城市的雨水將匯集與此，通過綠廊的吸收、凈化后再排入牛山湖。設(shè)計致力于打造連貫的雨洪與生態(tài)廊道，修復(fù)因城市建設(shè)而被破壞的濕地環(huán)境。讓生態(tài)鏈可以重新良好循環(huán)——使得植物、昆蟲、動物、人在此和諧共存。同時原有的茶園與農(nóng)田可以保留成為有機(jī)農(nóng)業(yè)的示范點(diǎn)，讓市民可以周末來此體驗(yàn)田園風(fēng)光——休閑游覽、采摘蔬菜、品味茶藝，在此感受到優(yōu)雅、詩意的生活方式。

4 小結(jié)

城市公園生態(tài)化設(shè)計給城市景觀帶來了新的活力，從城市環(huán)境中的各個方面去考慮如何優(yōu)化城市景觀與城市文化、城市建筑、城市整體環(huán)境的和諧性。GIS系統(tǒng)在設(shè)計初期對基地的設(shè)計做出理性的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合生態(tài)化景觀設(shè)計的原則改善基地設(shè)計現(xiàn)狀，力求創(chuàng)造一個更加符合城市特點(diǎn)的生態(tài)化景觀，給城市添入新的活力和持續(xù)發(fā)展力。

[1] 魯菁，武星寬. 城市生態(tài)公園景觀設(shè)計方法研究[D]. 武漢：武漢理工學(xué)院，2009.

[2] 賀志軍，王耀武. GIS在生態(tài)城市設(shè)計中的應(yīng)用框架研究[D].深圳：哈工大深圳研究生院，2012.

[3] 葉蕾，艾及熙. 基于GIS的城市生態(tài)廊道形態(tài)研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2005.

[4] 田國行，寧振榮. 城市綠地景觀規(guī)劃的理論與方法[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

[5] 鄧毅. 城市景觀的生態(tài)化設(shè)計[J]. 城市問題, 2002(6):17-20.

[責(zé)任編校： 張巖芳]

On the GIS-supported Ecological Design of City Gardens

LIU Sirong, CAI Xin

(SchoolofCivilEngin.andArchitecture，HubeiUniv.ofTech.，Wuhan430068，China)

Increasing integration with the city has been highlighted in the ecological design of city gardens. It is necessary to better apply GIS system to deeply analyze city gardens in modern city planning and design. The construction principles of ecological system are illustrated through different city gardens in the paper. The rationality of GIS system in the design of ecological planning is elaborated through analyzing some examples, based on which suggestions for the ecological design of city gardens are put forward so as to solve the issue of ecological city gardens.

city gardens；ecological design；GIS system

1003-4684(2016)06-0112-04

TU418

A

2016-04-16

湖北省科技廳自然科學(xué)基金(2013CFB027)

劉斯榮(1971-)， 女， 湖北荊州人， ，設(shè)計藝術(shù)學(xué)碩士，湖北工業(yè)大學(xué)教授，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)景觀