■ 汪滋淞 WANG Zisong 田一翔 TIAN Yixiang 张姗姗 ZHANG Shanshan 杨 雪 YANG Xue
在人类自身繁衍生存的漫长岁月中，水一直扮演着极其重要的角色。城市滨水区的规划建设对于扩大城市经济效应、突出城市历史文化风貌、展示城市区域特色都有着重要的作用[1]。然而，一些城市片面追求一时的发展，对滨水区开发利用缺乏统筹安排，功能分区不合理，造成滨水区的水面、山体、植被等自然环境以及滨水建筑风貌等要素的破坏，由此带来了地面沉陷、土地荒化、水质污染、水系破坏等恶果。因此，如何进行城市滨水区科学、合理的规划设计，实现人与自然的和谐相处，推动城市滨水空间的可持续发展，已成为亟待解决的问题。
在传统城市开发理念的影响下，城市滨水区建设长期以来主观性较强，缺乏定量的研究方法。面对城市滨水空间发展的严峻现状与问题，单靠传统设计方法已无法处理滨水区复杂要素信息，现代城市滨水规划需要更深入地结合信息科学技术的成果来指导滨水区的空间利用和健康有序发展。
无锡市是一个典型的江南水乡，北靠长江，南临太湖，北江南湖之间是成片平原、圩区，构成完整的河网水系。无锡蠡湖因范蠡而得名，又名五里湖，与太湖的梅梁湖相接，是太湖伸入无锡的内湖，属浅水型湖泊。蠡湖为保障周边地区防洪安全发挥着行洪调蓄功能，同时具有水资源供给、生态、娱乐、旅游、航运、渔业用水等功能[2]。
本研究区域地处蠡湖东岸，场地北至隐秀路，南至金城西路，西至蠡湖大道，东至五湖大道，总用地面积约为112 hm2（图1）。区域内具有宜居的生态环境，包含沿湖住宅区、办公区、绿地及广场等，场地地势较低。近年来，随着城市经济发展和城市边界的扩张，人类活动和高强度建设对蠡湖水系生态环境等方面的干扰日趋严重。2007 年，无锡蓝藻事件的爆发敲响了城市滨水区建设的警钟，而且滨水区地势较低，往往存在洪水及内涝灾害的隐患。为保证城市功能系统的健康、有序发展，蠡湖滨水空间规划应重视与河湖水系生态的和谐共存。
图1 研究区域区位图
2.1 研究策略及数据准备
地形条件、土地利用、植物覆盖率、建筑密度、交通可达性、水体等对城市滨水区规划建设的区域生态环境、建筑布局、道路形态、生态环境、规划空间布局、安全格局、景观视线等都有着重要作用。本文基于地理信息系统（Geograhpic Information Systems，简 称GIS）和层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP），针对滨水空间地理空间数据进行获取、管理、分析、模拟等操作，对蠡湖滨水区空间进行生态评估和格局优化调整研究，具体分为以下3 步。
（1）根据研究区域的生态敏感区分类和基础地理数据可利用性，选取与研究区生态密切相关的高程因子、坡度因子、坡向因子、用地因子、植被覆盖率因子、建筑密度因子、交通因子、水体因子等8 个影响因子，并分别根据相关数据资料，采用GIS 方法提取单因子现状。
（2）根据城市滨水区的生态敏感性变化及重要程度划分各因子为4个等级，即非敏感、低敏感、中敏感、高敏感，分别赋值1、2、3、4。
（3）根据层次分析法的结果将各因子加权叠加，获得研究区域生态敏感性总图，并在此基础上结合规划目标进行滨水区空间格局优化调整。
2.2 滨水区空间生态评估因子概述
2.2.1 单因子生态敏感性评价
城市滨水区作为城市中重要的自然资源，与水体相互作用明显，并具有丰富的生物多样性。研究结合城市滨水区自身条件、区位特点，考虑城市的地形地貌、水文水系、植物覆盖率、交通可达性、人类活动等不同要素，将这些要素作为评价单因子，归纳城市滨水区生态敏感性评价方法，结合建设用地适宜性评价和生态功能区划，提出相应的空间管制分区，确定不同区域的开发策略。
2.2.1.1 高程因子分析
高程是对地形地貌的数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数学方法[3]。本研究利用ArcGIS 10.2的3D Analyst 模块工具对研究区地形图进行高程点提取，进行观测点的坐标及高程属性分析，生成高程因子图（图2）。2005—2021 年间，蠡湖最低水位2.81 m，平均水位3.5 m，平均降水量约为1.26 m。高程在2.81～3.5 m 之间的地区洪水隐患极高，生态敏感性高；
高程在3.5～4.07 m之间的区域雨季时有被淹没的隐患；
高程大于4.07 m 的区域相对安全，但在大降雨事件发生时存在一定被淹没的隐患。
图2 高程因子图
2.2.1.2 坡度因子分析
坡度是描述地表陡峭程度的量，由坡面的垂直高度和水平方向的距离的比值来表示。坡度分析上选用度数法来表示，坡度值越小表示地区的地形越平坦，而数值越大则表示地形越陡峭。研究利用ArcGIS 10.2 基于高程图获取坡度图（图3）。研究区域的坡度范围在0～11°之间，大范围区域的坡度较小。坡度小于1.2°的区域为地势平坦区域，生态敏感性较低；
坡度范围在3.9～11°之间的区域，存在轻微的地势起伏，主要沿道路分布，生态敏感性高。
图3 坡度因子图
2.2.1.3 坡向因子分析
坡向是坡面法线在水平面上投影的方向，是城市生态环境描述中不可缺少的量[4]。不同坡向和斜坡稳定性具有紧密相关性，坡向与植物群落生长、生物多样性有着紧密的联系。本文利用ArcGIS 10.2 基于高程图获取选用度表达的坡向因子图（图4）。0°代表正北方，90°为正东，180°为正南，270°为正西，平坡无方向为-1°。研究区域的坡度范围为-1～360°，各个方向的坡向都存在，阳坡占总面积比例较阴坡多。由于北半球的南坡收到的阳光辐射最多，因此南坡生态敏感性最高，东南坡、西南坡次之，东坡、西坡、东北坡、西北坡较低，北坡生态敏感性最低。
图4 坡向因子图
2.2.1.4 用地因子分析
城市用地是城市规划区范围内赋以一定用途和功能的土地的统称。研究区域用地包含公共管理与公共服务用地、商业服务业设施用地、居住用地、建设用地、水域、绿色用地、道路与交通设施用地等用地分类[5]。研究利用ArcGIS 10.2 结合城市建设用地性质分类和用地情况，获得用地因子图（图5）。研究区域内占地面积最大的是居住用地，其次建设用地，在湖边有零星商业服务业设施用地，东侧为办公建筑区域。区域内绿色用地和水域的生态敏感性最高，位于湖边的居住用地的生态敏感性相较与南侧居住用地生态敏感性高，公共管理与公共服务用地及商业服务业设施用地等生态敏感性低。
图5 用地因子图
2.2.1.5 植被覆盖率因子分析
植被覆盖率是指一定范围内植被所占面积总和与该区域总面积的比例，是衡量植物群落覆盖地表状况的综合量化指标[6]，并与水体保持和植物生境息息相关。本研究利用ArcGIS 10.2 计算植被所占面积与总面积的比值。研究区域植被覆盖率在0～93.77%之间（图6），其中：内陆区域植被覆盖率较低，生态敏感性低；
沿湖区域植被覆盖率较高，生态敏感性高，受到人为和自然因素的破坏后生态自我恢复速度较慢[7]。
图6 植物覆盖率因子图
2.2.1.6 建筑密度因子
建筑密度具体指项目用地范围内建筑的基底总面积与规划建设用地面积之比，可反映出一定用地范围内的空地率和建筑密集程度[8]。本研究利用ArcGIS 10.2 计算研究区域三维空间内的建筑密度，生成建筑密度因子图（图7）。研究区域的建筑密度在0～12.29%之间，总体上内陆地区的建筑密度较高，沿湖岸的建筑密度较低。其中，建筑密度在1.81%以内的区域，大多为沿湖的低密度建筑区域，环境易受到人类活动影响，生态敏感性高；
建筑密度在4.73%以上的区域为高密度建筑区，生态敏感性低。
图7 建筑密度因子图
2.2.1.7 交通因子分析
交通可达性是指在一定道路网布局、交通运输方式和土地使用影响下的通达程度[7]。城市滨水区地形变化复杂，需结合现场勘查和核查修改反复调整行程滨水空间路线设计。研究结合GIS 对城市滨水区交通可达性进行深入分析，使滨水空间优化设计更为合理性和科学性。
根据交通路线构建地面路网，将研究区域道路分为：主干路、次干路、支路、小路，完成道路网络建模之后，基于最小阻抗进行可达性评价。不考虑出行目的可对交通路网作一般性评价，原理如式（1）、（2）[6]。
式中，Ai表示网络上的节点i的可达性；
A为整个网络的可达性；
dij表示节点i、j间的最小阻抗，可以为距离、时间等，j≠i[9]。
研究采用了自然领域插值方法生成可达性分布图[9]（图8）。在研究区域的交通路线密集区，车行时间在1.7～2.8 min 范围内，人类活动活跃，对生态破坏性较高，生态敏感性低；
3.2 min 以上区域人类活动对生态破坏性较小，生态敏感性高。
图8 交通因子图
2.2.1.8 水体因子分析
地面水体与人们的生产生活有着密切联系，是生态系统中重要的组成部分，不仅为水生生物提供栖息地，同时还保证了岸边植物的多样性。本文采用ArcGIS 10.2 分析工具下的缓冲区分进行分析评价，并转栅格形成水体因子分析图（图9）。图中虚线表示河流中心线，以此进行缓冲区分析，判断距离水远近的程度。距离水域越近的周边地方生物多样性越高，其生态敏感性也越高，反之越远则生态敏感性越低。研究区域除南面有蠡湖之外，内部也存在一些支流，距离水体越近生态敏感性越高。
图9 水体因子图
2.2.2 单因子评价
根据单因子基础数据的处理，并利用重分类的工具对每个影响因子矢量数据进行重分类并且根据构建的分级标准进行分级赋值，以表明生态敏感性的高低（表1）。
表1 影响因子的敏感性分级以及评价值、敏感性等级
2.2.3 多因子叠加分析
本文通过层次分析法AHP 确定单因子权重，进行两两影响因子相对重要性定量表示，通常依据实际情况设置两两比较的比例标度表[10]。两两比较结果构成的矩阵称作判断矩阵，判断矩阵需要利用检验系数（CR）来衡量矩阵是否满足一致性[10]。研究区的判断矩阵计算方法为加法，得出的各个影响因子：高程因子、坡度因子、坡向因子、用地因子、植被覆盖率因子、建筑密度因子、交通因子、水体因子的综合权重，并构建的层次结构模型以及对应权重（图10）。
图10 生态敏感性AHP 图
对各个影响因子进行重分类赋值之后，按照层次分析法获得的各因子的权重，利用ArcGIS 10.2 栅格计算器加权获得生态敏感性总图（图11）。根据生态敏感性总图可以准确的预测各区域可承载的开发强度，依据开发强度和保护程度将城市划分为不同性质的区域，进而确定不同区域的开发策略。在生态敏感性总图上，颜色越深的区域生态敏感性越高，应加强保护措施，反之则生态敏感性越低，应加大开发力度。总图中极度敏感区域主要位于蠡湖沿岸及内陆水系旁，该区域应以生态维护为主要功能；
敏感区域主要位于沿岸及北侧地块，植被覆盖率较好，敏感程度较高，不宜进行大力开发；
中度敏感用地应根据区域发展要求乘以一定的折减系数进行适宜建设；
轻微敏感及不敏感区域应考虑到环境影响以及开发成本的因素，不应全部开发。
图11 生态敏感性总图
2.3 基于定量分析的滨水空间区域划分
研究从滨水区生态敏感性出发，考虑高程、坡度、坡向、用地、植被覆盖、建筑密度、交通、水体等因素，紧密结合建设用地适宜性评价和生态功能区划，提出相应的空间管制分区。研究区域可划分为禁建区、限建区、可建区、适建区和宜建区5 类（图12）。
图12 地块区域划分图
（1）禁建区主要分布于蠡湖湖泊及内部水系沿岸等湿地生物丰富的区域，生态易受到破坏，应避免受人类活动干扰，并制定相关政策保护该区域的生态环境。
（2）限建区内大部分地块地势较低，生态敏感性较高，目前区域内已建别墅区，零星分布了的商业服务建筑和其他住宅。在后续的建设中应限制对生态环境有害的生产和建设行为，强化绿色生态系统，丰富区域内的动植物，达到增强生态平衡和修复能力的目标。
（3）可建区主要位于中部和东部区域，在后期的规划中应起到区域过度、调控的作用。该区域不可扩大建设范围和随意占地，控制区域内的污染物排放总量，维护区域生态平衡。
（4）适建区可结合目前开发力度进行优化，宜规划为城市居住区、商业办公区和休闲娱乐区。为保证市民的日常生活和身体健康，需控制区域内的严重污染的行业。
（5）宜建区地势平坦，动植物较少，生态敏感性低，可在合理范围内进行资源利用和城市建设行为。宜通过合理、均匀的配置城市公共绿地来稳定城市区域生态环境，提高生产和生活的舒适度。
基于定量分析结果，根据不同导向多角度地把握城市用地潜力，提出蠡湖滨水区空间优化策略。
（1）商业服务业设施用地布局与经济效益有着紧密的关联。商业服务最适宜布置在区域的东部、中部的适建区和宜建区。可选择发展基础较好的地段作为密集开发和重点发展区，并呈组团状集中布置。进一步提升商业服务用地的交通可达性，构建便捷可达的地面路网。
（2）公共管理与公共服务用地建议选择建设适宜性一般的地区，可少量分布在区域的南部及部分沿湖可建区内，结合周边的交通和生态环境提升公共服务功能性。
（3）居住用地应注重生态环境的作用，布置在生态环境较好、适宜居住的可建区、适建区及宜建区。同时适当兼顾交通区位等因素，进一步完善居住配套，使其与东部的经济发展相协调。
（4）绿地等生态开放空间的布局应综合考虑土地现状开发、生态敏感性因素，在滨水地带开辟若干生态廊道与活动带，打造富有弹性的缓冲空间，营造城市自然景观带，注重人与环境的和谐发展。
4.1 水资源的合理利用原则
滨水住区规划应注意水资源的保护治理与开发利用，通过水污染的整治、水资源管网的合理布置，加强水体自净能力：①注重雨水利用，根据无锡气候情况及降水条件，规划设计配套完善的雨水收集、处理、贮存、回用等设施；
②注重非传统水源的利用，经处理后的污水可作为中水和再生水用于滨水住区内景观用水、绿化灌溉、消防用水、厕所冲洗等；
③选用符合国家标准的管材管件、高性能的阀门、高灵敏度的计量水表，提高用水效率。
4.2 滨水住宅建筑规划设计
在满足生态敏感性及可达性的前提下，滨水住宅区的建筑单体设计可采用“一”“”和“”型布局，形成建筑群，通过设置庭院划分复杂的内部与外部空间。宽阔的庭院能为居民提供多样化空间，每个住宅单元都在庭院周围设置平台，以便保证阳光和视觉绿色空间，营造健康和舒适的居住环境。
4.3 滨水住宅建筑通风设计
蠡湖滨水住宅建筑应注重设置通风廊道，将夏季蠡湖湖风引入到住区内部，降低气温，减少城市热岛效应，减少能源消耗。同时，将城市主干道上的自然通风引入附近地块，扩大通风区域。在通风通道中点状式分布滨水高层建筑，增加空气流动并节约用地面积。场地建筑之间的通道在布局上由南向北逐渐收缩，形成风道。场地北部设置高层建筑，可形成阻挡冬季北风的屏障（图13）。
图13 滨水区住宅建筑通风分析图
4.4 滨水住宅建筑高度
考虑到通风及视线等问题，应严格控制滨水住宅区的建筑高度和沿湖建筑的退让距离。从滨湖岸线到住宅区内部，建筑高度由低到高递增，建筑密度由疏到密递增。建筑高度递进顺序为18 m（6 层）、36 m（12 层）、54 m（18 层）、72 m（24 层）。递进式的建筑高度能扩大建筑的景观视域，形成丰富的空间景观层次，从而最大限度的体现城市滨水区景观共享性。
4.5 滨水住宅建筑色彩
滨水区建筑在外观和色彩方面应与既有建筑及环境相辅相成。蠡湖滨水区的自然色彩可以分为绿地环境色彩与水体环境色彩，已建成的滨水别墅住宅区色彩饱和度低、明度低。新建的滨水低层住宅建筑宜以灰色为主，可采用少量米黄、青灰色的石料点缀，高层住宅区宜采用黄色、灰色、白色等体现城市现代建筑风格的色彩，在重视环境地域文化及特色的同时，促进整体统一和谐。
无锡的城市物质空间形态可概括为“一山三水六分城”。为彰显“半城半景”的空间特色，无锡蠡湖城市滨水区空间营造应更加关注城乡建设品质的提升，努力塑造高品质城市滨水空间，建设形神兼备的“美丽城乡”。本文基于定量分析过程及结果，根据不同导向多角度地把握城市用地潜力，通过GIS 平台得出区域敏感性分区及空间分区图，提出蠡湖滨水区空间格局优化策略。在今后的城市滨水区空间规划设计中，应注重加强各区域的生态整合，考虑城市建成区与自然水资源的关系，强调建筑和景观的空间层次，加强生态廊道的建设以及优化水系和道路的视觉联系，进一步为适宜性滨水城市规划提供有效的决策依据。研究显示GIS 在分析复杂水域环境空间方面的强大功能，不但丰富了滨水生态敏感区规划的可持续研究理论，为生态经济发展提供科学依据，也进一步推动了设计基于滨水区生态系统自身结构向适应性设计发展的反思，促进城市滨水区开发利用向可持续方向发展。
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