1、基于 3S 技术的城市绿色河流廊道景观格局分析以广州市番禺区为例李静羽（广州大学地理科学学院，广东 广州 510006）摘要：河流廊道作为城市发展不可缺少的支撑体系之一受到越来越多的关注，基于河流两岸的绿色植被带成为河流廊道研究中值得探讨的重要内容。文章借助 3S 技术，以广州市番禺区为例，探讨城市绿色河流廊道景观格局定量研究的方法，并针对存在的问题提出相应的建议。基于 2008 年 TM 数据，构建网络连接度评价体系和景观类型评价指标体系，主要结论为：（1）研究区主干绿色河流廊道的网络结构简单、缺乏回路、节点孤立化，不利于生物多样性的保护；（2）研究区土地利用结构中绿地占相对优势，但分布零散
2、、杂乱，未形成良好的生境带；（3）总的来说，研究区景观破碎化程度较高，稳定性不佳。关键词：绿色河流廊道；网络结构；景观格局；3S 技术；广州市番禺区中图分类号：S2 文献标识码:A 文章编号：1674-0432-(2011)-02-0 引言 绿色河流廊道是指沿河流分布的绿色植被带，是一种绿色廊道 1，2 ，它在维持城市生物多样性，改善城市水生态环境以及满足城市居民视觉审美等方面均起着重要作用。对城市绿色河流廊道景观格局的分析重在探讨其生态效应，即研究该廊道的流的作用和分割景观造成景观破碎化及对环境的影响 3。目前，国内外对河流植被带的研究较多，但研究对象多为块状绿地，基于河流河岸植被带的条形绿
3、地研究还很少 4，且基于 GIS 技术对城市绿色河流廊道进行定量的景观格局研究也少有触及。基于此，在中小尺度上，综合运用 3S 技术与生态学原理，对广州市番禺区主干河道分布的绿色植被带的景观格局进行定性与定量相结合的探讨研究，除分析其现状、现存问题外，并提出优化对策。对广州市番禺区绿色河流廊道的研究除为绿色河流廊道建设提供合理、科学的依据外，也为实现研究区可持续发展提供一定的借鉴意义。1 研究概况与数据组织1.1 研究区概况广州市番禺区位于穗港澳“小三角”的中心位置，地处珠江三角洲腹地，界于北纬 2226-2305、东经 11314-11342之间，见图 1。该区域江环水绕，河网纵横，是典型的
4、平原感潮河网地区。境内干支流 17 条，边境干支流 5 条，多自西北流向东南见图 2。密集的河网除担负引排水任务外，还对研究区防洪除涝、工农业生产活动以及居民生活有着重要的影响，研究该区域河流绿色廊道的空间分布格局有着重要的意义。图 1 广州市番禺区主干河道分布图1.2 数据组织与预处理 本文主要数据源为研究区 TM 数据（轨道号为 P122R44，获取日期为 2008年 12 月 17 日） ，广州市 2005 年行政区划图（1：25 万）以及研究区 2007 年统计年鉴。涉及到的图像处理软件主要为 ArcGIS9.2、ENVI4.6 以及景观格局分析软件 fragstats3.3。必要的数
5、据预处理流程为，基于研究区已经过精校正的 2000 年 TM 数据校准 08 年影像，并以广州市行政区划矢量图为掩膜提取研究区，在此流程中ArcGIS9.2、ENVI4.6 软件得到交互运用。2 研究方法2.1 绿色河流廊道数据的获取（1）对 08 年 TM 影像以 4，3，2 波段组合得到富含植被信息的标准假彩色合成图像。（2）基于 ArcGIS9.2 软件生成研究区主干河流网络分布图，并对河流两岸做 60m 缓冲区（有关资料表明，距河流 60m 处时，可有效过度污染物，增加河流中生物食物的供给，并满足动植物迁移和传播以及生物的多样性保护功能 6） 。（3）叠加分析研究区绿色河流廊道缓冲区分
6、布图与遥感影像图，并借助监督分类方法提取缓冲区内水体、建筑物和植被三种土地覆被类型。经验证各类别可分离度均达到 1.8 以上，满足文章要求。2.2 网络连接度评价体系的构建网络连接度的评价指标包括线点率；环度；连通性；C 指数等。本文选择最能反映网络空间结构的三个指标，科学简洁的表达出研究区绿色河流廊道网络空间结构特征。线点率 是反映网络中廊道与节点之间的关系，用来衡量网络的通达程度，是网络中每个节点连接的平均廊道数。计算公式如下：= VL网络环度 是表示能流、物流和物种迁移路线的可选择程度，也是反映网络复杂程度的一个指标，指网络中实际环路数与网络中存在的最大可能环路数的比值。计算公式如下：=
7、 )52()1(L连通性 是廊道在空间上连续的度量，也是确定通道功能效率的重要指标，反映网络中各节点被连接起来的程度，即网络中实际连接廊道数与最大可能连接廊道数之比。计算公式如下：= = maxL)2(3V上述公式中：L 均表示连接廊道数；V 为节点数 7。2.3 景观指数的选取与计算现有景观格局指数类型繁多且大部分指数之间都有相关性。为更好地挖掘研究区河流绿色廊道景观格局信息，本文在类型水平上选取斑块数（NP） 、斑块密度（PD） 、分维数（FRAC-MN） 、凝聚度指数（COHESION）这四个评价指标，拟从面积、形状、多样性等角度探讨研究区绿色河流廊道的景观特征 8,9。其中，景观指数的
8、计算采用由美国俄勒冈州立大学森林科学系 Dr. Kevin 和 Barbara Marks 开发的 FARGSTATS 3.3 软件包完成，具体的计算公式见该软件的帮助文件 10。3 结果与分析3.1 网络空间格局分析借助 ArcGIS9.2 软件，对研究区绿色河流廊道网络矢量图进行拓扑处理，统计出整个河流廊道的弧度和节点（L 和 V）的数量，得到的 、 值用以描述廊道的网络结构特征。网络结构 指数为 0.24，说明网络环度偏低，网络中回路较缺乏。生物个体在躲避干扰或天敌时，网络可选择提供的线路少，即很难缩短危机情况下生物个体躲避的时间和路程，不利于生物多样性的保护。网络结构 指数为 1.33
9、，说明研究区内骨干绿色河流廊道网络结构比较简单，网络中每个节点平均仅被一条廊道连接，造成了网络中生物个体迁移，能量和信息的流动效率偏低。反映出研究区绿色节点建设存在较严重的节点孤立化、点状化问题。网络结构 指数为 0.51，说明网络中各个节点之间的连接程度中等偏低，且多为间断式连接，没有形成有效的连接通道。同样不利于网络中物种的迁移、觅食和躲避干扰。3.2 景观格局特征分析对 17 条主干河流 60m 缓冲区范围分别进行不同土地利用类型的斑块数、斑块密度、凝聚度和分维数等景观指数对比分析，见图 2。（1）NP（斑块数）：研究区主干河流绿色廊道平均建设率为 45%，其中建设率最高的是顺德水道，达
10、到 60%。17 条主干廊道中，绿地建设率达 50%以上的仅 6 条，其余的均在 40%以上。说明整个区域绿色廊道缺乏，建设率低，绿色廊道建设有很大的发展空间。图 2-a 显示，建筑用地和绿地的曲线走势近似，建筑物与绿地成比例分布；除了蕉门水道，各条绿色河流廊道的绿地面积均高于建筑用地和水体面积；仅有 4 条廊道的绿地与其他用地的占地比例差距较大，达 1.5 左右；1/3 的廊道土地利用类型基本是等值分布，说明研究区绿色河流廊道略占优势的地类为植被，因其绝对优势不明显，不利于沿岸生态环境的保护与优化。（2）PD（斑块密度）：图 2-b 中对应于绿地的斑块密度都很大，表明各廊道内绿地分布的破碎化
11、程度相对较高；建筑物的板块密度大幅度减小，说明该类型斑块破碎化度减小，呈大面积或聚集态分布。其中顺德水道的植被和建筑物 PD 值同时达到了最高和最低两个峰值，显示出该廊道内建筑物的高度密集和植被分布的高度零散。（3）FRAC-MN（分维数）：由图 2-c 可以看出，不同土地利用之间分维数值的差异仍然明显，曲线呈起伏的折线变化，且分维数值在 1.07-1.18 之间。其中峰值出现在建筑用地，说明此类斑块形状复杂，植被次之。（4）COHESION（凝聚度指数）：如图 2-d 所示，各土地利用类型的COHESION 曲线起伏变化，且建筑用地的凝聚度普遍高于其他土地类型，最低值均出现在水体斑块中，表明
12、整个研究区内建筑用地和植被斑块的凝聚度相差不大，但和水体斑块的相差就很大。4 结论通过对研究区绿色河流廊道的网络空间结构和景观格局特征分析，本文得出的主要结论有：（1）就整个研究区而言，其绿色河流廊道网络结构的特点为网络环度较低，缺乏回路，即网络中可选择的线路少，不利于生物多样性的保护；线点率低，平均每个节点仅被一条廊道连接；连通度中等偏低，节点孤立化，没有形成完善的网络结构，不易于生物物质、能量的交换。由此，应在原有河道景观的基础之上，加强绿地和水体的保护，同时增加有效绿地面积，增加网络的节点，完善网络结构。（2）研究区土地利用结构中绿地占相对优势，但从斑块总量来说，整个区域绿地仍较缺乏，建
13、设空间还很大。且景观的破碎度较高，零散、杂乱的分布在河流两岸，并未形成可以真正起到保护河流和生物生存的良好生境带。在保证城镇建设的同时提高绿地建设率。（3）各地类景观形状复杂，除建筑用地分布相对集中外，其他地类分布较零散。总的来说，河流廊道的景观稳定性较低，敏感性较高。在以后的建设中要不断增强其生态服务功能。三支香水道上横沥020406080100120140160180200潭洲水道 珠江 紫坭河 莲花山水道 蕉门水道 虎门水道 西沥 顺德水道 骝岗水道 深涌水道 洪奇沥 沙湾水道 市桥水道 大水道 大岗沥 上横沥 三支香水道密度（个/km2）建筑用地水体绿地020406080100120潭
14、洲水道 珠江 紫坭河 莲花山水道 蕉门水道 虎门水道 西沥 顺德水道 骝岗水道 深涌水道 洪奇沥 沙湾水道 市桥水道 大水道 大岗沥 上横沥 三支香水道凝聚度指数建筑用地水体绿地11.021.041.061.081.11.121.141.161.181.2潭洲水道 珠江 紫坭河 莲花山水道 蕉门水道虎门水道 西沥 顺德水道 骝岗水道 深涌水道 洪奇沥 沙湾水道 市桥水道 大水道 大岗沥 上横沥 三支香水道分维数 建筑用地水体绿地图 2 各河道土地利用类型景观指数特征曲线参考文献1 邬建国.景观生态学格局、过程、尺度与等级M.北京:高等教育出版社,2007:36-37.2 罗坤,蔡永立,郭纪光,
15、等.崇明岛绿色河流廊道景观格局J.长江流域资源与环境,2009,18(10):908-912.3 李艳红.广州城市廊道景观热环境效应模拟研究D.广州:中山大学环境科学学院硕士学位论文,2007.4 蔡婵静,周志翔,陈芳,等.武汉市绿色河流廊道景观格局J.生态学报，2006,26(9):2996-3003.5 朱强,俞孔坚,李迪华.景观规划中的生态廊道宽度J.生态学报，2005，25(9):2406-2412.6 王云才.上海市城市景观生态网络连接度评价J.地理研究,2009,28(2):284-292.7 Cook E A. Landscape structure indices for as
16、sessing urban ecological networks J.Landscape and Urban Planning,2002,58:269-280.8 陈文波,肖笃宁,李秀珍.景观指数分类-应用及构建J.应用生态学报,2002,13(1):121-125.9 龚建周,夏北成,陈健飞,等.基于 3S 技术的广州市生态安全景观格局分析J.生态学报,2008,28(9):4323-4333.10 http:/www.umass.edu/landeco/research/fragstats/downloads/fragstats-downloads.htmlEB/OL.2007-10-13.作者简介：李静羽（1985-） ，重庆人，就读于广州大学土地资源管理专业，研究方向：土地资源遥感监测。
