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Journal of Geo-information Science >

2015 , Vol. 17 >Issue 3: 281 - 289

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2015.00281

Orginal Article

A New Attempt of Spatial Governance from the Perspective of GeoDesign: The Application of Integrated Geographical Unit in Zhangjiajie

  • MA Qiwei ,
  • LIU Xi , *
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  • China Academy of Urban Planning and Design, Beijing 100044, China
*Corresponding author: LIU Xi, E-mail:

Received date: 2014-06-20

  Request revised date: 2014-10-09

  Online published: 2015-03-10

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《地球信息科学学报》编辑部 所有
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Abstract

GeoDesign leads the technological innovation at the frontier of traditional urban and rural planning. Spatial governance is an important part of urban and rural planning. Facing the difficulties regarding geographical environment, governance and other elements, it is necessary to introduce GeoDesign to formulate rational planning strategies. Under the review of literatures on spatial governance from domestic and overseas research, we firstly define “the integrated geographical unit” as the core concept of this paper. By elaborating its relationship with other relevant concepts, such as ecological function zoning and ecological units, this paper expounds the inherent connection between the integrated geographical unit and GeoDesign. Then, we analyze the dilemmas that traditional spatial planning strategy faces, and indicate the necessity of introducing the concept of integrated geographical unit. Taking this new concept as the basic carrier of spatial governance, this paper systematically formulates the key framework. It explains the division of integrated geographical units, the unitization of governance elements, and the establishment of spatial governance system. Finally, the framework is applied to the urban-rural comprehensive planning of Zhangjiajie city, and is served as an effective planning tool. In this project, the existing ecological factors on both regional and local scales are evaluated and mapped. The whole Zhangjiajie city is divided into 607 integrated geographical units according to the terrain, administrative boundary, boundary of protected areas and the evaluation of ecological importance. Finally, the retrieval tables of information and regulation strategies are established in order to manage all units. To conclude, this framework clearly demonstrates its supporting role in providing the guidelines for functional structure, industrial development, population management and transportation infrastructure construction.

Key words： GeoDesign; spatial governance; integrated geographical unit

Cite this article

MA Qiwei , LIU Xi . A New Attempt of Spatial Governance from the Perspective of GeoDesign: The Application of Integrated Geographical Unit in Zhangjiajie[J]. Journal of Geo-information Science, 2015 , 17(3) : 281 -289 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2015.00281

1 引言

空间管制规划通常以专项规划的形式编入城镇体系规划、总体规划或其他区域性规划之中,是我国城乡规划体系中不可或缺的部分。在我国,空间管制规划可以视为政府的一种空间政策,用以实现对资源的妥善保护和对增长的有效管理。
随着“生态文明”、“新型城镇化”等一系列发展新理念的提出,空间管制规划的创新诉求日益突出。在此背景下,引入地理设计的理念,实现空间管制规划朝更加整体化、综合化、精确化的方向发展,具有重要的意义。
目前,对于地理设计（GeoDesign）概念尚无统一的定义。一般认为,地理设计是一种将规划设计与地理环境紧密结合的方法[1-3]。最近,卡尔·斯坦尼兹（Carl Steinitz）对地理设计提出了一个凝练的定义：地理设计即通过设计来改变地理。具体而言,其与2种技术密不可分：寻求改变的解决方案;以地理环境和系统思维为依托、以数字技术为支持的影响模拟[4]。
将地理信息系统作为关键技术工具的特征,决定了地理设计所涉及的领域并不仅限于中小尺度的场地规划和设计,在宏观尺度下其作用更加突出。在国外,道格拉斯·奥尔森（Douglas Olson）等参与的加拿大南部某河谷区域规划项目、加州大学圣巴巴拉分校开展的“海洋草绘”项目等,均体现了区域尺度项目对地理设计理念的贯彻[4];而在国内,金贤锋等人通过研究,构建起一套服务于我国城乡规划的地理设计体系,涵盖“规划委托-规划编制-成果报批-规划实施-规划修编-规划委托”的全过程[5]。

2 综合地理单元的概念与内涵

2.1 综合地理单元的概念

地理设计的载体多种多样,本文所指的综合地理单元概念,是以行政管理边界和基本地理特征为单元划分依据,为调查、分析、管理各类生态要素的最小空间单位。
从管制思路上看,综合地理单元是根据地理设计的理念,将“分条”思路和“分区”思路相结合的产物。所谓“分条”,是按照要素类型的不同进行分项管理;而“分区”则是依据生态要素的分布情况来划分不同的功能区,进而对各类功能区提出对应的管制要求（图1）。
Fig. 1 Integrated geographical unit is an integration of itemizing and zoning

图1 综合地理单元是“分条”与“分区”思路的综合

与综合地理单元相关的学术概念主要包括2个方面：（1）生态功能区划理论;（2）生态单元理论。两者在诞生之初均侧重调查、分类和制图,而今已演化为模拟、监测、评价和管理的重要工具[6]。

2.2 生态功能区划的内涵

所谓生态功能区划（Ecological Function Regionalization,EFR）,就是在分析研究区域生态环境特征与生态环境问题、生态环境敏感性和生态服务功能空间分异规律的基础上,将区域空间划分为不同生态功能区的研究过程[7]。
生态功能区划发端于19世纪初,其雏形是德国地理学家洪堡（A. von Humboldt）和霍迈尔（H. G. Hommever）所创建的自然区划方法。随后,梅里厄姆（Merriam）、道库恰耶夫（Dokuchaev）和侯伯生（Herbertson）等人发展了生态区划的概念[8-10]。1976年,美国生态学家贝利（Bailey）提出美国生态区域的等级系统[11],至此生态功能区划的理论臻于完善。
在中国,1930年《中国气候区域论》的发表标志着生态功能区划研究的开始。2000年前后,该概念开始引入规划界,用以实现对城市发展的控制和对自然资源的保护。重庆、厦门、无锡、深圳等地先后开展了相关的研究和规划实践工作。

2.3 生态单元的含义

生态单元是对生态要素实施管制的另一种方式,可看做是一个特定尺度下环境条件一致的景观单元,每个生态单元都含有特殊的环境和特定的生物群体[12]。
生态单元在应用初始阶段主要是进行自然保护和景观管理设计[13]。自1974年慕尼黑农村地区对具有特殊自然保护价值和潜在保护价值的生态单元开展研究以来,至2001年3月,德国已有223个大中城市、2000多个小城市及乡村实施生态单元制图,成为德国各级政府开展生态规划的基本工作内容[14]。在其他地区,英国和瑞典也较早应用了生态单元,此后荷兰、希腊、土耳其、日本、巴西等国陆续加入到应用生态单元制图的行列中来 [15]。
在中国,北京率先开展生态单元的规划实践。在《北京市限建区规划（2006-2020年）》中,通过规划、环保、绿化、水务等多部门的协作,对110个共16类限建要素进行分析,在此基础上生成限建单元,形成规划图则,作为城市规划管理和建设指导的依据[16]。

2.4 综合地理单元与地理设计的关系

（1）综合地理单元的构建体现了地理设计的基本理念。从地理环境着眼是地理设计的立足点和出发点,也是地理设计区别于传统规划设计的重要特征。而综合地理单元主要是以各项自然生态要素来构建,将地理设计理念贯穿到规划和管理过程中,从而有效地消除传统空间管制规划与地理环境之间的差异。
（2）综合地理单元的实施体现了地理设计中规划策略面向地理要素的要求。地理设计以科学管理和改变地理环境为重要目标,其落实必须要制定具体的规划策略,并将策略与地理要素的实际空间分布挂钩。建立以综合地理单元为载体的数据管理平台,可较为精确地反映地理要素的空间特征,以便进行针对性的保护和管制。

3 空间管制规划的内涵与途径

根据管制手段的不同,作者将目前城乡规划体系中的空间管制规划技术途径分为分区管制和要素管制2种①(①部分城乡规划中也出现“主体功能区划”和“生态环境功能区划”这2类区划概念,事实上从权属部门角度看,前者归属发改部门,后者归属环保部门,与本文所研究的“空间管制规划”属于平行关系,本文不予深入讨论。)。
（1）分区管制：是根据各类资源的不同分布情况及管理目的,将区域空间划分为若干分区,并提出相对应的管制政策。这种管制方式实质上体现了生态功能区划的思路。
在中国,四区划定是分区管制的常见方式,即依据不同的使用目的及建设强度,将研究区域划分为禁止建设区、限制建设区、适宜建设区和已经建设区4类,分别提出管制措施。此外,也有部分城市和地区根据自身特点,采取自定义的分区管制方式[17-19]。
（2）要素管制：指依据城镇与乡村建设、生态、环境、景观等资源要素的特征,确定需进行管制引导的相关要素,并针对不同要素提出管制措施。例如,在本文作者所参与的“东阿县城市总体规划（2009-2020年）”及“茌平县城市总体规划（2008-2030年）”2个项目中,县域空间管制规划均采取了要素管制的方式,划定了县域湿地、林地、水域、大型基础设施廊道等生态要素的保护范围,并制定了相应的管制策略。

3.1 传统空间管制规划面临的挑战

3.1.1 要素跨界化与行政管辖的矛盾
空间管制规划作为政府空间政策的一部分,一方面需要借由政府权力予以落实,在我国现行的城市管治制度下,行政边界基本等同于政府的权力边界;但另一方面,生态要素的分布具有自然属性,往往跨越人为划定的行政边界,使得统一管理难以实现。例如,在本文作者参与的“张家界市城市总体规划（2007-2030年）”中,市域林地、河流廊道、基础设施廊道等大部分生态要素横跨多个乡镇、区县,保护工作的协调难度较大。
3.1.2 空间重叠化与事权分离的矛盾
当前,我国资源管理往往涉及多个事权主体,各个管辖边界在空间上又相互重叠,“多头管理”的特征明显,缺乏一个统一且权威的管理体系[20]。例如,武陵源世界自然遗产的范围内存在着林场、风景名胜区、森林公园、自然保护区等多个政策分区,分属林业部门、园林部门、风景名胜区管理部门、自然保护区管理部门等多个事权主体的管辖,空间重叠与事权分离的矛盾突出。可见,针对不同的空间管制对象,清晰界定不同部门的管辖范围,是空间管制规划亟待解决的现实问题。
3.1.3 边界模糊化与精确管理的矛盾
传统空间管制规划所划定的边界多以生态要素的空间分布作为主要依据,而生态要素的边界往往呈现不规则、破碎化的特征,既难以在实际的地形中准确定位,也无法和现有的各级行政边界匹配,不易实现精确管理。
3.1.4 政策概略化与细化指引的矛盾
政策概略化是传统空间管制规划中分区管制的常见问题。由于分区面积比较大,每个分区内通常都包含若干生态要素,为全面涵盖这些要素的保护要求,分区管制政策常关注“求全”而难以“入微”。以分区管制中最常见的“四区划定”为例,禁止建设区、限制建设区和适宜建设区内一般涉及水域、耕地、基础设施廊道等大量生态要素,各区的管制政策必须照顾到所有要素的保护和管理要求,不免面临原则性有余而针对性不足的问题。

3.2 引入综合地理单元的必要性

根据史提芬·M·欧文（Stephen M. Ervin）的观点,地理设计包含3个要点,分别是复杂性、计算、合作。就空间管制而言,对复杂生态环境的精细化管理、现代化的分析和管制手段,以及促进多部门、多专业的合作,将是化解管理矛盾、真正发挥空间管制作用的关键点。
首先,综合地理单元的划分将行政边界和生态要素作为2个重要条件进行叠置,通过行政边界对生态要素进行进一步的细分,在保持要素自然属性统一的前提下,明确各部分的管辖主体和管辖内容,使地方政府及各政府部门的管治与空间相对应;其次,综合地理单元对各类生态要素的空间分布进行梳理、整合,并将相对破碎化的坡度、植被保护、水土流失等要素通过一定的规则映射到边界明晰、完整的管理单元上,实现空间管制规划的精确化;最后,综合地理单元通过数据化手段,详细罗列了每一单元所对应的生态要素类型及特征,并逐项提出针对性的管理策略,从而避免管制策略的泛化。
由此可知,地理设计理念的综合地理单元,为解决上述提出的4个挑战提供了一种可能性,将其引入空间管制规划是必要且现实的。

4 以综合地理单元为载体的地理设计应用

张家界市位于湖南省西北部,地处武陵山脉腹地,总面积9516.03 km2。2004年,湖南省提出了“两翼齐飞”的省域发展格局和开发“大湘西”的发展战略之后,张家界市确立了旅游立市的总体思路,随后全市开展了城乡一体化发展规划的编制,空间管制规划即是其中的一个重要内容。
由于张家界市自然环境复杂,生态资源分散,传统空间管制规划所面临的问题格外突出,这对规划编制的合理性和落实管理的有效性提出了严峻的挑战。由此,地理设计作为一种创新型理念被引入规划之中。

4.1 空间管制规划的技术路线

地理设计是将地理信息系统的应用贯穿规划设计的全过程,包括场地调查、要素分析、策略制定、管理支持等。据此,张家界市空间管制规划的研究框架主要分为3个环节：总体研究、现状与分析、规划与管理（图2）。
Fig. 2 The technical approach of spatial regulation planning of Zhangjiajie city

图2 张家界市空间管制规划的技术路线图

在总体研究环节,根据张家界市域生态系统面临的问题和挑战,通过相关理论和案例研究,在技术路线中引入地理设计方法;在现状与分析环节,以地理信息系统为平台,从区域关系和市域各生态要素的角度进行现状分析,评估各生态要素的现状情况;在规划与管理环节,将全市域划分为600余个综合地理单元,把各生态要素的分析数据落实到综合地理单元上,并编制综合地理单元检索表及管制策略检索表,在管理中落实地理设计的理念。

4.2 综合地理单元的划分

4.2.1 划分依据
合理划分综合地理单元是将地理设计引入空间管制规划的基础,在此过程中主要考虑2个方面的需求：一是为满足方便管理的需求,综合地理单元必须紧密结合行政管理的边界,同时考虑地形地貌;二是为满足精确落位的需求,综合地理单元必须与大部分生态要素的空间分布形成较好的匹配。具体而言,划分依据主要有以下4点：
（1）乡镇边界。为刚性依据,所有综合地理单元均是对乡镇边界的进一步细分,不得横跨多个乡镇。
（2）地形地貌。可分为坡度、高程2个方面。其中,高程分为高山、中山、低山3个等级,每个综合地理单元中,原则上应有某一个等级所占的比例在80%以上②(②作者通过评判不同比例值对单元划分效果（数量、面积和破碎度）的影响,来确定最佳的比例值。划分结果表明,该比例>80%,则单元数量过多、形态琐碎且布局过于分散;而该比例<80%,则单元面积过大,难以实现精细化的管理。故确定80%为高程因子在综合地理单元划分中的最佳比例值。下文中坡度因子的70%比例值和生态重要性因子的60%比例值也采取同样方式反复实验确定。);坡度分为陡坡、中坡、缓坡、平坡4个等级,原则上应有某一个等级所占的比例在70%以上;此外,在坡度变化复杂的地区,另设深沟陡谷、山丘2种地形。
（3）景区边界。尽量将各乡镇内的风景名胜区和自然保护区等政策区作为独立的综合地理单元。
（4）生态重要性评价。综合地理单元的划分应满足：任一地理单元中,某一类生态重要性级别所占的面积比例超过60%。
4.2.2 综合地理单元的命名。
为便于理解和管理,综合地理单元的命名主要依据高程、坡度、景区边界和生态重要性。从排列组合角度出发,理论上存在3×6×2×3=108种可能（图3）。但事实上由于部分排列方式并不存在,最终整个市域分为33种综合地理单元。
Fig. 3 Naming rule of integrated geographical unit

图3 综合地理单元的命名规则

4.2.3 市域综合地理单元划分
根据上述综合地理单元的划分依据与命名规则,在整个张家界市域范围内开展综合地理单元的划分工作（图4）。
Fig. 4 Zoning map of integrated geographical unit of Zhangjiajie city

图4 市域综合地理单元划分图

最终整个张家界市域共划分为607个综合地理单元。其中,中山深沟陡谷型一般保护单元的数量最多,达82个;其次是中山丘陵型一般保护单元,共61个。同时,中山丘陵型生态控制单元、中山平坡型景区单元和低山陡坡型重点保护单元数量最少,均只有2个。

4.3 管制要素的单元化

综合地理单元是对各类生态要素进行分析、管理的最小单位。因此,需要将各生态要素的空间属性,赋值到相对应的综合地理单元上。在张家界市的空间管制规划中,对石漠化、林场、河流廊道、地质灾害、植被、珍稀生物生境、风景名胜区和自然保护区、水源涵养地、关键生态地区9项生态要素进行了落位和赋值。
同时,在单元化过程中还对各要素的赋值进行了归一化处理,统一形成3级赋值体系,对应3个管制级别（图5-10）。
Fig. 5 Analysis graph of stony desertification intensity before zoning

图5 单元化前的石漠化强度分析图

Fig. 6 Analysis graph of stony desertification intensity after zoning

图6 单元化后的石漠化强度分析图

Fig. 7 Analysis graph of river corridors before zoning

图7 单元化前的河流廊道分析图

Fig. 8 Analysis graph of river corridors after zoning

图8 单元化后的河流廊道分析图

Fig. 9 Analysis graph of importance of vegetation before zoning

图9 单元化前的植被重要性分析图

Fig. 10 Analysis graph of importance of vegetation after zoning

图10 单元化后的植被重要性分析图

4.4 基于综合地理单元的空间管制系统编制

信息化管理是地理设计的重要基础之一,也是划分综合地理单元并在规划中加以运用的根本目的。在张家界市空间管制中,以综合地理单元为基础,编制了空间管制系统,该系统由综合地理单元信息检索表（表1）、管制策略检索表（表2）2个部分组成。
Tab. 1 Retrieval table of integrated geographical unit information (an excerpt)

表1 综合地理单元信息检索表（节选）

单元编号 基本信息 生态要素及管制级别
单元类别 所属乡镇 单元面积（km2） 地质灾害管制级别 植被管制级别 珍稀生物生境管制级别 河流廊道管制级别 石漠化管制级别 水源涵养地管制级别 林场管制级别 景区管制级别 关键生态地区管制级别
1-1-1 中山深沟陡谷型一般保护单元 桥头 14.17 2 2 1 1 1 1 1 1 1
1-1-2 中山丘陵型一般保护单元 桥头 35.06 2 2 1 2 1 1 1 1 1
1-1-3 中山深沟陡谷型一般保护单元 桥头 6.32 2 2 1 1 1 1 1 1 1
Tab. 2 Retrieval table of regulation strategies (water conservation part)

表2 管制策略检索表（水源涵养地部分）

管制级别 总体策略 植被保护 工业控制 农业控制 建设控制
1 将水源保护作为核心职能之一,突出环境保护 制订水源涵养林规划,严格划定涵养林范围,尤其加强河流水系两侧廊道内的植被保护 禁止各类工业布局 控制、缩减农业生产规模,原则上不得使用农药和化肥 严格控制各类建设,生活污水必须经由污水处理设施的处理,达到环境标准后方可排放
2 从大流域角度出发,控制区内的各项开发建设。 加强植树造林,提高区内植被覆盖率,保护河流水系绿带 禁止布局可能对水环境形成影响的工业,现有污染工业限期迁出,加强水环境治理 控制耕地面积,推行无农药、无化肥的清洁农业,防止农业面污染出现 完善污水设施和城镇排水系统,限期实现污水处理达标和全覆盖
3 以建设控制、环境治理、设施完善为主 保护植被资源,保护并完善河流廊道 禁止布局对水环境影响较大的工业,工业企业加强污水治理。科学规划畜禽饲养区域和周边旅游业,规模化畜禽养殖场、度假村、旅游宾馆饭店等必须安装污水处理设施 推行绿色农业、清洁农业,减少化学物的使用 逐步完善污水处理设施,污水处理率达到国际风景旅游城市标准
（1）综合地理单元信息检索表
该表中包含2部分信息：① 各综合地理单元的基本信息,如所属乡镇、所在区县、单元面积等; ② 列举了每个综合地理单元中9项生态要素分别对应的管制级别,作为管理的具体依据。
（2）管制策略检索表
由于每个综合地理单元对应9项生态要素,故表格分为相应的9个部分。为明确管理目的,便于实施操作,避免因管理级别过多而增加管理难度,结合相关地方管理部门的建议,每一部分均依据总体管控强度划分为高、中、低3个管理级别,每个管理级别所对应的管制策略均分为总体策略、植被保护、工业控制、农业控制和建设控制5个子策略。
在实际管理中,张家界市域空间管制系统的使用可分为2个步骤：
（1）根据综合地理单元信息检索表查得单元编号,获知其所属的单元类别和生态因子重要性等信息;
（2）根据查得各类生态要素的管制级别,在管制策略检索表中查找相对应的生态策略。
应当注意的是,不同类别的生态策略之间,其管理措施可能存在一定的重叠、冲突之处。在此情况下,应采取“就高不就低”的原则,选择保护力度较大、对建设和发展的管理较为严格的策略。

4.5 空间管制系统对市域一体化发展的支撑和引导

综合地理单元的空间管制系统对张家界市域的生态资源保护进行了直接的指导,但其作用并不局限于此。在整个市域的一体化发展规划中,该系统的基础作用体现在对市域整体功能布局,以及产业发展、人口调控、交通设施建设等重要专项规划的支撑和引导上。
在整体功能布局方面,根据市域空间管制系统的不同管控要求,规划市域分为武陵源世界自然遗产保护圈层、环张家界旅游与生态圈层、农业与生态保育圈层、城镇与产业发展圈层4个圈层,针对各圈层不同的环境特征,提出针对性的引导措施（图11）。在产业发展方面,在空间管制系统的基础上,对全市域工业、农业和旅游业的发展适宜度进行分析,并据此确定各类产业的空间布局及发展策略;在人口调控方面,根据空间管制系统对市域不同地区的人口承载力进行测算,从而制定相应的人口集聚、控制或疏解措施;在交通设施建设方面,对市域待建的重大交通设施选线和布局进行复核,对可能影响市域重要生态资源保护的设施布局提出调整意见。
Fig. 11 Concentric zone structure of urban-rural development

图11 城乡发展圈层规划图

5 结语

张家界市空间管制规划编制之时,正值地理设计这一概念诞生初期。尽管彼时学界尚未对其形成统一的定义,技术方法也处在探索时期,但其将地理环境与规划设计紧密结合、信息化技术贯穿规划全过程的核心特征已经峥嵘初现。在此大背景下,作者援引这一概念,用以解决张家界市空间管制规划的难题,是对地理设计方法的初步尝试。目前,综合地理单元已在松原市、乌鲁木齐县、峨眉山市等地的项目中得到进一步的延续和拓展。
展望未来,综合地理单元在实际管理中的应用需主要解决2个问题：
（1）动态更新。基于综合地理单元的空间管制系统既要不断纳入新的生态要素及保护策略,也要解决发展与保护中持续涌现的实际冲突。因此,必须通过搭建开放数据平台、建立动态维护机制的方式,保持空间管制系统的时效性。
（2）协调管理。尽管综合地理单元通过整合行政管理边界,大大强化了管理精度和可操作性,但考虑到生态要素的分布往往具有区域性,仍然需要建立跨区域的协调机制,以确保管理的有效性。

The authors have declared that no competing interests exist.

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