中国的城市辖区往往包含了相对集聚的建成地区和 外围松散的郊野地区。《上海市城市总体规划（2017— 2035 年）》中总体城市设计专题也面临两个层次的设计 分区任务。相比高密度的城市化地区，上海郊野地区地 形平坦，村落松散，农野景观视觉差异并不显著，这使 得如何在较大范围内进行地域景观特征认知成为一个难 题。与此同时，研究也发现上海地处海陆成形的边缘地 带，场地平坦但水系连绵且富于变化。河流水系具有单 一要素、跨区域流动和整体覆盖的特点，这一特征提示 研究是否可以通过河流水系这一关键要素来进行破题。

回溯河流水系的相关研究，从Gravelius 研究河流主 次干支发育规律开始，到R. E. Horton提出Horton定律和A.N. Strahler构建Srtrahler 河流分级方法，已形成了利用 河流数量、河流长度、河流面积等各类数据进行水系形态 研究的成熟经验。国内外学者围绕水利、环境和安全等方 面对水系形态的演化、发育、退化和修复治理亦有颇多研究。人类历史上，河流水系与城市空间有着长久复杂的相互作 用关系，水利、水系和生态肌理内容也被纳入城市形态研究中。

本文试图借鉴“城市肌理”概念，提出一种“水系肌理”（water texture）的研究方法，尝试通过河流水系的数据分析，以水系形态特征来构建郊野地区总体城市设计基础分区的方法。

1.1 基本概念和特点

水系（water system）是指一个由源头、河道、湖泊、干流及众多不同级别的支流所涉及的所有水体组成的整体系统。而“河流”水系作为跨越地域空间的不可或缺的线性要素，连接了湖泊、湿地、水库、海洋等非线性要素，形成了多层次连接的干支流体系。根据不同的地貌特征及构造活动，水系会呈现出树状、辫状、羽状、扇状、网状等流域形态。为了满足人类饮水、灌溉、排污等多种需求，水系形成了水渠水库、泾浜圩田、荡泊溇港等复杂的结构和丰富的场景。同时，水系也记录着快速城市化造成的剧烈改造的痕迹。国土空间“山水林田湖草”中，水是最基础的自然资源要素，具有跨区域覆盖的整体性和连续性的特点。

据统计，2020 年上海共有河道（湖泊）47 446 条（个），河道（湖泊）面积共640.93 km2，河湖水面率10.11 %。其中，河道47 404 条，长30 309.83 km，面积566.84 km2，湖泊42 个，面积74.09 km2。河流水系是上海市域郊野地区中最为基本的历史生态环境，见证了上海的自然演变、农业生产、交通运输和城镇建设，是贯穿上海地区从水乡到都市这一嬗变过程的主线，是开展全域研究的理想切入点。

1.2 水系形态的指标归纳

生态学、资源学等领域中，不同学者针对河流水系形态研究提出了多种概念和指标。La Barbera、Nikora[11]等分别就水系分维、水系环度、河网密度等指标深化了定量分析。袁雯、杨凯等结合平原河网地区水系纵横交错且受人为活动影响大，提出了河频数、河网密度、水面率、河网复杂度和河网发展系数等指标。城市设计领域也借鉴水系形态数据分析展开研究，刘树将水系形态量化研究与格网单元相结合进行乡村地区的类型分区。随着3S 技术日益成熟，地理数据分析进一步拓展了河流水系形态研究的精度。

经梳理，水系形态的量化研究指标初步归纳如下（见表1）：第一层次是基础总览型指标，反映了区域范围内总体特征，如河流面积、河流数量、河流长度、河流宽度等；第二层次是比例型指标，表示具体形态特征，多采用不同几何形态的数据交叉计算（如线/ 面、点/ 面）来探讨某种形态特征的强度，如河面率、河道频率、河网密度、岸线密度、河流交叉密集度等；第三层次是分析型指标，通过一定的抽象数学计算表示复杂性特征，如分维指数。

上述指标中，河流数量、河流宽比、河段弯曲度、河流分支比等指标受地形因素影响明显，更适用于主次结构分明、分段清晰的河流体系，对于湿地、滩涂、湖塘较多的近海平原水网体系则存在适用性不足的问题。

表1 主要水系肌理指标一览表

2.1 研究思路

本文提出“水系肌理”概念，围绕河流水系这一关键要素，通过代表性指标的数据分析形成地域特征认知，探讨其作为总体城市设计分区方法的可行性。

研究以栅格化数据分析入手，以2014 年测绘的上海市域范围矢量地形图为基础，以“1 000 m×1 000 m”为尺度，形成7061 个栅格单元，实现对市域空间的全覆盖。

研究选取体现水系形态不同层面的代表性指标进行数据分析。通过对栅格单元的单因子测评，初步识别不同因子的地域景观特征，通过因子测评结果的聚类和归并，形成四大基础类型。结合上海市域的空间尺度和客观环境，归纳得到10 个城市设计导控分区。

研究对上海市域总体城市设计导控分区及下一层次传导进行了验证，以浦东新区为研究对象，进行不同层次、不同栅格尺度和不同指标测评的聚合分析，对比其结果的异同点，提出总体城市设计深化研究的建议。

2.2 单因子测评

单因子测评选取三项代表性指标。

一是代表河流水系规模的河流面积指标，在栅格单元计算中，即为栅格单元水面率（S）指标，该数据即反映了水系面积特征。二是代表形态结构特点的岸线密度（L）指标，即线形态与面形态的交叉计算的特征。三是代表复杂程度的分维指数（perimeter-area fractal dimension，简称FRAC）指标。目前，这三个指标是可以细致到较高颗粒度的栅格单元，较为准确地反映了片区特征。

2.2.1 水面率/ 河流面积

水面率用于测评河流水系的面积规模，计算公式为：S=A/Z×100 %。其中：A 为水域面积（m2），Z 为区域总面积（m2）。

经测算，上海全市平均水面率为8.05 %。栅格水面率有极化和差异，最高栅格为淀山湖周边地区；中等栅格为浦东川沙一带，以及松江和嘉定腹地；市中心栅格因近现代建设造成水系填没，水面率最低。

2.2.2 岸线密度

岸线密度是线与面的比值，用于测评河流水系分布密度，计算公式为：L=M/Z。其中，M 为水域周长（m），Z为区域总面积（m2）。

经测算，上海全市平均岸线密度为0.007 48。栅格岸线密度分布两极分化，最高栅格集聚在浦东川沙、南汇一带，较高栅格位于嘉定、青浦、金山和奉贤等地，最低栅格位于松江、闵行、崇明和宝山等地区，体现了人为改造的影响。

2.2.3 分维指数

分维指数，用于测评河流水系的复杂程度，计算公式为：FRAC=2ln(0.25M)/lnA。其中，M 为水域周长（m），A为水域面积（m2）。

经测算，上海全市整体分维指数为1.63。栅格分维指数相对均衡，表现出平原水网的均衡特征。最高栅格集聚在崇明堡镇、陈家镇等地；较高栅格集聚于浦东外环以外大部分地区、黄浦江上游地区和浦南地区。反映出不同区域在农业化、工业化和城镇化中的不同阶段特征（见图1）。

图1 上海市域水系肌理单因子栅格测评示意图（图片来源：作者自绘）

2.3 聚类和归并

2.3.1 聚类：四大基础类型

为更好地识别地域特征， 研究采用层次聚类法（hierarchical clustering），将单因子测评结果通过GIS进行聚类分析，归并相邻较小单元，初步形成上海全市范围水系肌理的四个基础类型（见图2），并以该类型的最突出、直观的形态特点命名。

图2 上海市域水系肌理聚类过程与基础类型示意图

（图片来源：作者自绘）

Ⅰ——湖荡密布型：水面率极高，岸线密度和分维指数较低。如青浦西的淀山湖周边湖荡地区，呈现为湖泊、湿地、荡、塘连片交错的自然形态，乡村聚落形式表现为相对集中且沿水呈纺锤形分布。

Ⅱ——河网稠密型：水系稠密丰富，水面率高，岸线密度和分维指数较高。有较大的水塘、河道形成自然形态，乡村聚落形式表现为团状散布。

Ⅲ——河流细碎型：水系细碎且丰富，水面率低，岸线密度和分维指数最高。有细密成网的河流水系的自然形态，乡村聚落形式表现为沿水带状、簇状分布。苏州河与黄浦江上游地区呈现了不同特征，值得进行对比研究。

Ⅳ——河渠简疏型：水系简单且稀疏，水面率和岸线密度低，分维指数波动大。如崇明岛、浦东滨海边缘，水系平直规则，乡村聚落形式呈带状散布，充斥了人工开垦的痕迹。

市域范围内，青浦区围绕淀山湖以Ⅰ、Ⅱ类为主；松江区、嘉定区分别位于青浦区南北两侧，兼有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类特征，并呈现出明显的层次结构；金山区、奉贤区位于市域南部杭嘉湖平原，以Ⅲ、Ⅳ类为主；浦东新区除中心城区城市化影响，郊野形成了突出的腹地—边缘特征，南汇一带地势低洼，以Ⅱ类为主；滨海一带人工改造为主，以Ⅳ类为主；闵行区、宝山区近中心城区，受快速城市化影响，以Ⅳ类为主；崇明区相对独立，历史上就是人为开垦的农场地区，也是以Ⅳ类为主。

2.3.2 归并：十个导控分区

根据上海全市地域尺度情况，叠加冈身线、崇明三岛等关键地理分界信息，研究进一步归并四个基础类型为10个导控分区（见图3、表2、表3）。导控分区与传统行政边界相比差异显著，更加客观地呈现了市域范围的地域景观特征。

图3 上海总体城市设计研究中市域水系肌

理分区示意图（图片来源：作者自绘）

表2 上海市总体城市设计研究中市域水系肌理分区占比情况一览表

表3 上海市总体城市设计研究中市域水系肌理选样案例示意

位于上海市域最西端的青西Ⅰ -A 分区，属古太湖时代内围的潟湖所形成的淀泖洼地区域，地势低洼，湖泊聚集，是全市水网最稠密、生态资源最富集的区域，应单独成片进行导控。位于Ⅰ -A 分区东侧的Ⅱ -A 分区，跨越青浦南与松江北，也是受太湖水系影响，依然保持了湖塘较多且形态丰富的特征。

位于Ⅱ -A 分区南侧的Ⅳ -A 分区，受黄浦江（上游段）影响形成跨越松江南和金山北的走廊，黄浦江历来人工改造多，水系经过整治，规整且稀疏。位于Ⅱ -A 分区北侧的Ⅲ -A1 分区，受吴淞江影响形成跨越嘉定西和青浦北的走廊，吴淞江历史悠久，多次改道，分枝多且形态复杂。位于市域南部的金山的Ⅲ -A2 分区，属于典型的杭嘉湖平原细碎水网特征。

浦东新区成陆较晚，河流水系相对平直规整，村落沿水呈带状肌理，和浦西村落相对聚集的团状肌理有明显差异。浦东新区整体上可分为内陆的Ⅱ -B1 分区和滨海的Ⅳ -B 两个分区，滨海多为人工开垦的梳状水系，内陆则是被层层堤坝围合的漫滩泥泞地带，体现了明显的海陆成形所带来的地域景观特征。浦东沿海岸线推土治海形成“捍海塘”，如唐宋时期的里护塘（今浦东运河一带）、明清时期的钦公塘（今川南奉公路一带）等，共同形成了浦东地域景观的年轮。

崇明岛相对独立，为Ⅳ -C 分区。崇明岛实为崇明沙洲，主要由长江输出的泥沙淤积而成，地势坦荡，经过农场围垦形成了地方特色的地域景观。

2.4 验证和反馈

上述10 片分区是基于对地域现实特征的识别，在合适尺度下的一种分区建议，不可避免地受到研究设计意图的影响。为了探讨这种分区方法的可靠性，研究以下一层次的浦东新区为对象，通过不同范围边界、不同栅格尺度、不同因子测评等条件变化来进行验证和反馈。

2.4.1 验证一：不同范围边界

通过对上海市域范围内截取的浦东新区聚类结果和浦东新区自身范围内的聚类结果两个层次进行比较。

可以发现，两者栅格单元数据一致，单因子测评结果一致，浦东新区依然呈现出腹地和滨海的巨大落差、近郊和远郊的渐次变化，说明这一特征是稳定的。

相比上海市域范围内截取的聚类结果，由于没有青西Ⅰ -A 分区的水系极端数据，浦东新区范围内的聚类结果精度有所提高。差异最大的是位于浦东外环外的曹路镇地区（图上红字标注），该地区位于海陆边缘，水系繁密，又紧邻金桥副中心，轨交直达，城市化推进快速，应予以重点关注（见图4）。

图4 不同范围边界的浦东新区水系肌理类型示意图

（图片来源：作者自绘）

2.4.2 验证二：调整栅格尺度

同样在浦东新区范围内采用1 533 个1 000 m×1 000 m栅格单元和5 870 个500 m×500 m 栅格单元的两种聚类结果进行比较。

两者单因子测评结果显示后者精度更高，地域景观特征更显著，但聚类图斑也更分散、更细碎。

两者在聚类上没有明显差异。后者因为精度更高，而能更清晰地辨识出大治河、川杨河、赵家沟和浦东运河等骨架河道，曹路镇、川沙新镇等浦东外环外地区（图上红字标注）地域景观特征更显著。川沙新镇既是重要历史城镇，也是建有迪士尼等重点项目、人口超30 万的浦东第一大镇。这里海陆成形早，水网成熟且密集，川杨河和浦东运河作用明显，但受快速城市化影响，水文变动极为剧烈，应予以重点关注（见图5）。

图5 不同栅格尺度的浦东新区水系肌理类型示意图

（图片来源：作者自绘）

2.4.3 验证三：增补因子测评

增补河网密度、河流曲度、河流交叉密集度三个新指标进行数据分析，依然采用1 000 m×1 000 m栅格单元进行测评。浦东新区平均河网密度为0.003 7，其中川沙新镇、周浦镇、新场镇周边栅格单元河网密度较高，该指标结果与栅格单元的岸线密度相似。

浦东新区平均河流曲度为0.74，其中惠南镇、书院镇、新场镇周边栅格河流曲度较高，该指标结果与栅格分维指数相似。

浦东新区平均河流交叉密集度为24.6 个/ 平方千米，其中川沙新镇、周浦镇、新场镇周边栅格密集度较高，最高达208 个/ 平方千米（见图6）。

图6 浦东新区水系肌理增补的三项单因子栅格测评示意图

（图片来源：作者自绘）

将增补后的六项因子进行聚类分析，可见滨海地带、中心城区等特征辨识度更高，张江镇、老港镇、南汇新城镇周边（图上红字标注）数据变化显著，这可能与这些地区城市化带来的水文变化剧烈有关。6 因子聚类和3 因子聚类在总体类型分区上并未见明显优势，如大治河周边等地区的辨识度反而更低（见图7）。这说明从三个层次选取指标因子对水系特征已经有了较为切实的反映，是否存在更适合的其他因子还有待进一步探索。

图7 浦东新区水系肌理类型示意图

（图片来源：作者自绘）

2.4.4 验证小结

根据上述分析，整体上，不同方式聚类结果是相近的，但缩小研究范围、缩小栅格尺度及增加因子测评，显然有助于提高地域景观特征的识别精度（见表4、图8）。通过验证也发现中心城外围的曹路镇、合庆镇、川沙新镇、唐镇、北蔡镇、三林镇、张江镇、老港镇及周边，以及原南汇区首府所在地惠南镇一带（图上红字标注），都存在水系肌理剧烈变化的现实，这可能与短时间内快速城市化过程有关，应予以重点关注，做更深入的地域景观研究。

表4 浦东新区水系肌理分区验证一览表

图8 浦东新区水系肌理分区验证叠加示意图

（图片来源：作者自绘）

2.5 研究结果

将总体城市设计的导控分区建议和上海地区的海陆成形与城镇发展历史相比，可以清晰地辨识出市域范围内海陆成形、近现代城市化、不同历史时期地域景观特征痕迹（见图9），说明平原河网地区以“水系肌理”方法进行总体城市设计分区具有可行性。同时，通过下一层次浦东新区的验证研究，我们也意识到“水系肌理”方法需要自上而下和自下而上的反馈和结合。

图9 上海地区海陆成形与城镇发展历史示意图

（图片来源：作者自绘）

3.1 导控原则

本研究通过水系肌理研究形成的导控分区是数据层面的研究成果，其边界并非刚性边界，而是体现引导意图的柔性边界。分区不是唯一的，是可以根据设计需求进一步细分的。城市是复杂变化的，总体城市设计的原则就是要在敬畏自然的基础上，采取“尊重现有肌理，采取保守和适度”的设计原则。

3.1.1 保持水面率和岸线密度只增不减

上海市区内河网水系从自然密集状态到今天的基本消亡，不过一个世纪左右的时间。总体城市设计首先要确保对自然水系的保护与积极修复，禁止大幅简化河流水系分支状态，审慎开展对河流水系的填埋及截弯取直，尤其是在乡村振兴、农田整治和林地修复中，要慎重开展农林水的整体改造。

3.1.2 避免对水体形态的随意改变

在避免水系填没减损的同时，总体城市设计也禁止对自然水体大规模地拓宽改造。我们看到在临港地区的发展中，规划建设的5.56 km2 的滴水湖成为上海最大的人工湖，虽然在景观形象上产生了巨大的吸引力，但对地方历史环境信息造成了破坏，违背自然规律所造成的生态影响和水质问题也是一种建设性的破坏。

3.1.3 尊重维护景观风貌特色

根据水系肌理分类特点，对各个分区湖泊、湿地、荡、塘、河流等自然元素及特色乡村聚落进行保护和彰显，而不是简单笼统地称为“江南水乡”风格，促进郊野地区的乡村保护和建设，在尺度和风貌上找到自身特色。

3.1.4 构建市域景观风貌导则

结合水系肌理研究，以总体规划、历史文化名城保护规划、生态环境保护规划、水资源保护规划等为依据，形成景观风貌导则，指导下一层次各级区镇规划、历史保护和风貌景观的专项规划，以及各类详细规划和设计。有条件者应当对水系肌理开展深化研究。

3.2 导控实例

基于本研究成果，我们才能进一步综合城镇建设、历史保护、生态保护、建筑风貌等内容，从而形成全面的城市设计分区导控要求。城市设计导控分区显然无法停留于传统行政分区思维，其中的异同之处，促使研究者和规划者进一步深入历史和自然的底层对各个片区进行研究。

以浦东新区分区导控为例，它位于上海市域东部，陆域面积1 210 km2，拥有80 km 的东海岸线，40 km 的黄浦江岸线，是上海面积最大、覆盖地域跨度最广的一个区（见图10、图11）。其城市化进程几乎全部集中于20 世纪90年代之后，因此它既是冈身线以东河网最为稠密的城区，同时也面临着水系被填没和被改造的挑战。如中心城区和外围川沙主城一带仍属于河网稠密型，但从数据看波动剧烈；南汇新城则存在河网稠密型、河渠平直型两种水系肌理；而位于东海岸线的河渠平直型水系肌理则连绵贯通了若干个镇域（见图12）。

图10 浦东新区用地演进示意图

（图片来源：作者自绘）

图11 浦东新区骨干河网示意图

（图片来源：作者自绘）

图12 浦东新区水系肌理景观风貌分区示意图

（图片来源：作者自绘）

以“水系肌理”作为切入点进行郊野地区地域景观特征识别与基础分区是可行的。它为规划师和研究者搭建了宏观环境与微观空间之间的跨尺度的桥梁，构建了识别地域景观特征类型和提出设计应对策略之间的路径。

从上海市域来看，总体城市设计研究本质上是“发现”一种秩序，而非重新“建立”一种新的秩序[16]。水系肌理也是一种秩序，从规划管理视角来看，应以保护为先，避免随意增减改造。这既是对有形的景观风貌的延续，也是对看不见的历史信息和生态环境的尊重。

目前，囿于数据条件有限，分析尚显粗略。未来水系肌理研究可着眼于如下方面：进一步与路、田、林、宅等多要素肌理开展关联研究；进一步对验证反馈的局部复杂区域展开研究，如浦东外环线外周边、原南汇中心城镇周边等郊野地区；进一步研究各类指标数据的深层意义，深化对自然郊野地区的研究。