城市生态系统是一个规模庞大、结构复杂、变量众多的动态开放大系统,由此带来的各种复杂性问题严重制约了城市生态环境的可持续发展。城市生态规划作为针对城市环境问题的宏观控制性规划,是城市规划发展的一个新阶段,对城市生态—社会—经济复合系统的可持续发展有着极为重要的意义。但是,由于传统的城市规划方法和数学规划方法在规划本身以及规划方法上的缺陷,难以解决这些问题。基于这一原因,将复杂性理论引入城市生态规划研究中,相对“规划的理论”和“规划中的理论”,将城市生态规划的复杂性划分为“规划的复杂性”和“规划中的复杂性”两种类型。对目前研究较少的“规划的复杂性”,引入不确定性的研究方法,提出了“弹性规划”的概念,将城市生态规划目标和城市生态规划方案不确定化。论文就以下5个方面进行了专项研究:(1)基于复杂性理论和不确定性方法的城市生态“弹性”指标体系研究及生态功能分区研究;(2)宏观景观调控理论在城市生态系统生态平衡机制中的应用研究;(3)基于自组织理论的城市资源与环境系统协调控制模型体系的研究;(4)模糊细胞自动机(CA)模型在城市人口发展规划中的应用研究;(5)基于多目标灰色决策模型的生态小区中水回用规划研究。 第一,针对“规划的复杂性”,将不确定性方法引入作为城市生态规划核心内容之一的城市生态功能分区。在对城市复合生态系统的辨识的基础上,构建了城市生态“弹性”指标体系,在弹性范围以及时空尺度上灵活处理,减少了生态城市指标体系的不确定性,提高规划成果的可操作性,并以红壤丘陵区的典型区域长沙市为例,进行了相关研究。 第二,城市生态系统生态平衡机制受外部影响后在空间上呈现复杂性的变化,且目前的研究只强调城市生态系统的垂直自然过程,而忽视了水平生态过程。笔者将景观生态学中的宏观景观调控理论运用于城市复合生态系统的生态平衡机制保护,并运用景观复杂性模型中的空间生态系统模型,以具有地形梯度的景观中氮的物质循环为例,探讨了城市生态系统功能过程模拟的方法。此外,对城市滨水生态保护区提出了生态平衡机制保护的主要策略。 第三,鉴于传统城市模型总量预测方法的局限性,运用协同和耗散结构理论建立了非线性的城市资源环境系统的协调控制模型体系,并将模型运用于湖南省的垃圾总量预测。结果表明,该模型的预测精度较高,并具有较广泛的适用性。 第四,采用模糊数学方法,把生态环境因素作为制约城市人口发展的约束条件,将其考虑到细胞自动机(CA)模型的转换规则中,对城市或区域的人口发展规律进行