朱雪蓓 翁奕城

ZHU Xue-bei，WENG Yi-cheng＊

島嶼處于江河海域之中，四面臨水，依托優(yōu)越的親水環(huán)境與景觀資源，成為城市建設(shè)與旅游開發(fā)的新增長點(diǎn)[1]。水雖是資源，亦會對城市安全造成威脅。在氣候變化與城市擴(kuò)張的背景下，暴雨頻率與強(qiáng)度增加，城市不透水下墊面不斷侵蝕自然空間，城市良性水文循環(huán)過程被破壞，雨洪災(zāi)害頻發(fā)[2]。作為海拔低、地理位置特殊、生態(tài)系統(tǒng)簡單、土地利用方式集約的獨(dú)立地域系統(tǒng)[3]，城市型島嶼面臨著更為嚴(yán)峻的洪澇災(zāi)害問題?！熬G色基礎(chǔ)設(shè)施”（Green Infrastructure，以下簡稱“GI”）可為城市提供水量調(diào)節(jié)服務(wù)，其性能因格局而異，但目前從宏觀格局視角討論GI 規(guī)劃方法的研究較少。因此，本文以廣州琶洲島為研究對象，探討雨洪韌性視角下GI 的格局優(yōu)化路徑與策略。

1 “雨洪韌性”與GI 格局

1.1 雨洪韌性概念內(nèi)涵

生態(tài)學(xué)家霍林于1973 年對生態(tài)系統(tǒng)韌性的表述[4]，通常被認(rèn)為是現(xiàn)代韌性理論的起源[5]，自此經(jīng)歷了“工程韌性（單一平衡）—生態(tài)韌性（多重平衡）—演進(jìn)韌性（動(dòng)態(tài)非平衡）”的演化歷程[6]。20 世紀(jì)80 年代，將韌性理論應(yīng)用于城市可持續(xù)性研究而衍生的“城市韌性”理論開始發(fā)展[7]，表述為“城市及其子系統(tǒng)等作為韌性主體，在面對干擾的情況下，能夠跨越時(shí)空尺度，保持或快速恢復(fù)理想功能，以適應(yīng)變化與不斷學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的能力”[5]。

21 世紀(jì)后，依靠“灰色基礎(chǔ)設(shè)施”（Grey Infrastructure）的剛性水系統(tǒng)管理模式往往落后于環(huán)境變化，缺乏彈性，且修繕耗資，因此水系統(tǒng)韌性逐漸被重視。學(xué)者俞孔堅(jiān)[8]界定水系統(tǒng)韌性的主體為由人工水系統(tǒng)（排水管網(wǎng)等）與自然水系統(tǒng)（河流、濕地等）組成的城市水系統(tǒng)，韌性對象為水量、水質(zhì)、水生態(tài)三方面的水災(zāi)害，韌性內(nèi)涵為系統(tǒng)應(yīng)對水災(zāi)害時(shí)抵抗、恢復(fù)、適應(yīng)、自組織和學(xué)習(xí)的能力。本文將雨洪韌性視為水系統(tǒng)韌性的構(gòu)成環(huán)節(jié)，韌性對象為暴雨造成的洪澇災(zāi)害，關(guān)注城市應(yīng)對水量挑戰(zhàn)的韌性能力。

脆弱性通常被認(rèn)為是與韌性相關(guān)的概念，對于兩者聯(lián)系的觀點(diǎn)包括對立、包含及相互構(gòu)成。學(xué)者Bruijn[9]認(rèn)為在水系統(tǒng)韌性的研究中，脆弱性強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)作出反應(yīng)的原因，韌性強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)應(yīng)對干擾的途徑。筆者傾向此種觀點(diǎn)，并以雨洪脆弱性特征為前提，探討韌性提升途徑。

1.2 基于GI 格局的雨洪韌性框架

演進(jìn)韌性的觀點(diǎn)將城市視為在動(dòng)態(tài)變化中維持秩序的復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)[6]，識別研究其中的多重反饋，是構(gòu)建城市韌性框架的關(guān)鍵[10]。在雨洪韌性研究語境下（圖1），暴雨作為壓力源（stressors）作用于由建筑、道路、用地、市政和景觀5 個(gè)部分組成的城市物質(zhì)系統(tǒng)（components）[11]，引發(fā)“源-流-匯”水文生態(tài)過程。城市不透水下墊面的降水難以下滲，匯聚而成的地表徑流構(gòu)成“源”，依據(jù)自然地形流動(dòng)，匯入雨洪調(diào)蓄系統(tǒng)。在氣候變化與城市擴(kuò)張的背景下，雨水徑流總量增大，峰值增加，匯流時(shí)間縮短，超越地域轉(zhuǎn)移效率及蓄水容量，引發(fā)洪澇災(zāi)害，淹沒城市表面，導(dǎo)致城市交通中斷，公共設(shè)施損壞，居民人身與經(jīng)濟(jì)安全也受到嚴(yán)重的威脅。

GI 是由開敞空間和自然區(qū)域組成的，具有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的綠色空間網(wǎng)絡(luò)[12]。因其可下滲下墊面結(jié)構(gòu)、高粗糙度地表與可浸沒的性質(zhì)，發(fā)揮著滲源、滯流、蓄匯與匯流轉(zhuǎn)移的水量調(diào)節(jié)服務(wù)功能[13]。其作為景觀要素的系統(tǒng)性整合與結(jié)構(gòu)升級，與管道網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成雨洪調(diào)蓄系統(tǒng)。GI 格局的性質(zhì)—規(guī)模、布局、結(jié)構(gòu)與類型，均對水文過程的時(shí)空分布產(chǎn)生直接或間接的影響[14]，從而影響GI 水量調(diào)節(jié)服務(wù)性能，是典型的“格局-過程-功能”關(guān)系。因此，合理布置GI 格局，是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)環(huán)境保護(hù)、城市功能保障、居民安全保護(hù)韌性目標(biāo)的重要途徑。

目前國內(nèi)外在微觀尺度的低影響開發(fā)（LID）設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與公園廊道規(guī)劃策略方面積累了成熟經(jīng)驗(yàn)，宏觀格局研究卻相對缺乏，如何從格局視角探討城市型島嶼雨洪韌性規(guī)劃成為值得深入研究的問題。

圖1 GI 格局提升雨洪韌性機(jī)制

圖2 廣州琶洲島區(qū)位與風(fēng)貌示意圖

2 研究對象與數(shù)據(jù)來源

琶洲島位于廣州中心城區(qū)東部，是珠江前后航道交匯處的沖積島，面積約10.4 km2，岸線長10 km[15]，自21世紀(jì)初在國際會展中心、金融服務(wù)體系、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)下，成為最具潛力的城市化區(qū)域之一，由江中清冷小島向國際會展核心區(qū)急速轉(zhuǎn)變（圖2）。島嶼所在地區(qū)屬于海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量為1 720 mm，該地的暴雨具有頻率高、強(qiáng)度大、歷時(shí)短、范圍集中且天數(shù)逐年上升的特點(diǎn)，近年頻繁導(dǎo)致內(nèi)澇與江水倒灌，嚴(yán)重制約著島嶼可持續(xù)發(fā)展[16]。琶洲島是典型的機(jī)遇與威脅并存的城市型洲島，對其開展韌性規(guī)劃勢在必行。

廣州琶洲島實(shí)證研究數(shù)據(jù)與計(jì)算公式來源如下：1）數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)由地形圖CAD 高程點(diǎn)信息轉(zhuǎn)譯而成，精度為1 m；2）《土地利用規(guī)劃圖》《雨水工程規(guī)劃圖》《道路系統(tǒng)規(guī)劃圖》《現(xiàn)狀建筑質(zhì)量評價(jià)圖》來源于《廣州（琶洲）國際會展中心區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》（以下簡稱《琶洲控規(guī)》）[15]；3）《土地利用現(xiàn)狀圖》由2019 年衛(wèi)星影像圖人工轉(zhuǎn)譯獲得；4）廣州暴雨強(qiáng)度公式q=3 618.427（1+0.438LgP）/（t+11.259）0.750來源于《廣州市中心城區(qū)暴雨公式及計(jì)算圖表》[17]，q為暴雨強(qiáng)度（L/s/hm2），P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年），t為降雨歷時(shí)（min）；5）雨水流量計(jì)算公式Q=ψqF來源于《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》[18]，Q 為雨水流量（L/s），F(xiàn)為匯水面積（hm2），ψ為綜合平均徑流系數(shù)，此處取0.65[15]。

3 琶洲島雨洪脆弱性分析

基于GIS 空間分析技術(shù)的洪澇情景模擬是研究雨洪格局的有效途徑。取24 h 降雨歷時(shí)，通過廣州暴雨強(qiáng)度公式與雨水流量公式，計(jì)算10 年、20 年、50 年、100 年降雨重現(xiàn)期下研究區(qū)需要處理的雨水總量（表1），借助GIS 的“surface volume”工具模擬不同重現(xiàn)期的淹沒高度與范圍（圖3），可得在百年一遇降雨強(qiáng)度下淹沒面積達(dá)全島23.73%。結(jié)合地理特征，總結(jié)琶洲島雨洪脆弱性特征如下：

1）系統(tǒng)孤立性。琶洲島是相對獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)單元，內(nèi)部地勢低洼，通過堤壩工程抵御江水上漲，形成外高內(nèi)低的凹狀盆式地形，雨水通過管道設(shè)施與河涌匯集排至江中。暴雨期間，珠江水位上漲如超過內(nèi)部最高水位線，連通河涌與珠江的閘門將為防止江水倒灌而關(guān)閉，使大量雨水存積內(nèi)部無法排出，造成雨洪災(zāi)害。同時(shí)，島嶼難以如陸地城市般聯(lián)動(dòng)臨近區(qū)域后備管理，即要求城區(qū)必須構(gòu)建自組織的雨洪調(diào)蓄系統(tǒng)。2）空間分異性。發(fā)展進(jìn)程差異使得地段脆弱性不一，島嶼東部地勢低洼易積水，分布于其中的古村落設(shè)施老化且改造難度大，抵抗干擾并從中恢復(fù)的能力更弱。3）土地矛盾性。島嶼面積有限，造成綠地、水體等生態(tài)空間與建設(shè)用地呈現(xiàn)出此消彼長的趨勢，現(xiàn)狀景觀與水系統(tǒng)耦合不足，造成建設(shè)活動(dòng)建立在脆弱的自然基底之上，并加劇其脆弱性，陷入惡性循環(huán)局面。

現(xiàn)狀島嶼景觀由兩處大型人工斑塊、河涌、零碎附屬綠地與農(nóng)林用地構(gòu)成（圖4），分布集中，形態(tài)破碎，與雨洪高風(fēng)險(xiǎn)地段耦合度低，難以充分發(fā)揮雨洪調(diào)蓄效益。合理優(yōu)化GI 格局，成為琶洲島實(shí)現(xiàn)韌性城市化的前提保障。

4 雨洪韌性視角下琶洲島GI 格局優(yōu)化路徑與策略

本文結(jié)合GIS 水文分析技術(shù)，提出“規(guī)模-布局-結(jié)構(gòu)-類型”全過程韌性路徑，探索可實(shí)施、低成本、高性能、長時(shí)效的GI 格局優(yōu)化策略（圖5）。

表1 不同設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的雨水流量與淹沒高度（24 h 降雨歷時(shí)）

圖3 不同設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的淹沒范圍（24h 降雨歷時(shí)）

圖4 現(xiàn)狀自然景觀格局

圖5 雨洪韌性視角下GI 格局規(guī)劃路徑

4.1 確定GI 的實(shí)施規(guī)模潛力：可實(shí)施性

依據(jù)雨洪調(diào)蓄功能輻射范圍，可將GI規(guī)模分類為場地級、城區(qū)級、區(qū)域級。剖析城市復(fù)雜建成環(huán)境是確定可實(shí)施的GI 規(guī)模的前提。琶洲島被3 條縱穿干道劃分為相對割裂的4個(gè)部分，其中中西區(qū)基本建成，宜結(jié)合街頭綠地、廢棄空間進(jìn)行場地級微改造；東區(qū)發(fā)展落后，遍布擬定城市化建設(shè)的農(nóng)田、工廠、城中村與閑置地，具有更加靈活的調(diào)整空間，可新增濕地公園、河流廊道等城區(qū)級GI。橫穿島嶼的新港東路寬達(dá)30 m，可進(jìn)行生態(tài)化改造，作為連接四區(qū)的城區(qū)級廊道，統(tǒng)籌調(diào)蓄全島（圖6）。

4.2 確定GI 的優(yōu)先布局地段：優(yōu)先評估

針對琶洲島空間分異性特征，GI應(yīng)優(yōu)先考慮為具有重要城市功能的脆弱地段提供保護(hù)。因此，應(yīng)對建筑、道路、用地、市政、景觀5 項(xiàng)城市物質(zhì)要素進(jìn)行綜合調(diào)查，選取指標(biāo)因子構(gòu)建優(yōu)先度評估框架，經(jīng)加權(quán)生成的綜合優(yōu)先度可作為決策優(yōu)先布局GI 地段的依據(jù)。

借助GIS 的“Hydrology”工具，根據(jù)現(xiàn)狀情況，將琶洲島劃分為48 個(gè)子匯水區(qū)，作為優(yōu)先度評級的基本空間單元。參考雨洪韌性與城市要素相關(guān)性的研究[11]，以雨洪淹沒面積（m2）、受災(zāi)損失評級、建筑質(zhì)量、道路等級、淹沒道路長度（m）、道路密度（m/m2）、雨水管道密度（m/m2）、綠地面積（m2）為評估指標(biāo)。雨洪淹沒面積可直觀揭示暴雨情景下各地段受干擾程度。土地利用類型作為城市功能屬性的空間載體，可作為評判受災(zāi)損失程度的依據(jù)。住區(qū)是城市抵抗干擾的基本組織單元，直接關(guān)系人民生命安全，具有最高優(yōu)先度，同時(shí)結(jié)合琶洲上位規(guī)劃設(shè)立的“國際會展綜合體”發(fā)展目標(biāo)，從而確定受災(zāi)損失程度自住區(qū)、會展核心區(qū)域、文化遺產(chǎn)區(qū)域、公共服務(wù)區(qū)域、就業(yè)區(qū)域、其他依次降低。建筑是城市庇護(hù)的終極空間單元，韌性因質(zhì)量不同存在差異。道路因承載城市流而具備基礎(chǔ)服務(wù)功能，等級高的道路在更廣泛區(qū)域內(nèi)提供服務(wù)，具有更高的功能重要性。道路的脆弱性與降雨淹沒情況及道路密度有關(guān)，有研究指出高密度路網(wǎng)具有冗余度與更替性，可削弱道路功能受阻程度[19]。雨水管道系統(tǒng)是與GI 協(xié)同的市政要素，容量直接關(guān)乎地段承載雨洪能力?，F(xiàn)狀景觀能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)蓄雨洪，缺乏景觀地段具有更高布局優(yōu)先性。綜上，借助層次分析法（AHP）分析軟件，依據(jù)淹沒用地、市政、景觀優(yōu)先的原則，對因子重要度進(jìn)行兩兩矩陣對比，獲得各因子權(quán)重，從高到低依次為雨洪淹沒面積（0.404 0）、雨水管道密度（0.153 7）、綠地面積（0.129 9）、道路等級（0.115 5）、受災(zāi)損失評級（0.075 7）、淹沒道路長度（0.060 1）、道路密度（0.032 6）、建筑質(zhì)量（0.028 5）。

鑒于琶洲島尚處于城市建設(shè)而非城市更新的階段，所有城市物質(zhì)要素的調(diào)查建立于未來城市建設(shè)的情境下，采取《琶洲控規(guī)》中的空間數(shù)據(jù)，生成綜合優(yōu)先度評估圖（圖7），可得GI 優(yōu)先布局地段為島嶼西部中心區(qū)與東部沿岸地區(qū)。

4.3 確定GI 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)：分層系統(tǒng)

針對琶洲島系統(tǒng)孤立性特征，應(yīng)依據(jù)GIS 水文模擬結(jié)果重新組織“源-流-匯”過程，構(gòu)建多層次、高連通的“藍(lán)綠”網(wǎng)絡(luò)，作為適應(yīng)性變化的可浸沒基底，使城市“浮”于綠網(wǎng)之上而免受災(zāi)害。琶洲島暴雨強(qiáng)度大，陸地面積有限，易在短時(shí)間內(nèi)形成多處內(nèi)澇，雨量須及時(shí)被足量系統(tǒng)調(diào)蓄。即琶洲島面臨儲蓄水量與轉(zhuǎn)移速度雙重挑戰(zhàn)。因此，采用如下形態(tài)布局原則（圖8）：參考綜合優(yōu)先度評估與GIS徑流模擬結(jié)果，新增5 處城區(qū)級斑塊，引入多中心性平衡四區(qū)壓力；廣泛分布場地級斑塊，就地減源滯留，延緩匯流積蓄峰值時(shí)間；對新港東路與濱水岸線進(jìn)行生態(tài)化改造，作為一級廊道統(tǒng)籌調(diào)蓄全島；連通東部河涌并新設(shè)河道構(gòu)建河網(wǎng)，作為二級廊道調(diào)蓄東部地區(qū)嚴(yán)峻的雨洪問題；設(shè)置生態(tài)淺溝與防護(hù)綠地，構(gòu)建三級廊道局部調(diào)蓄。

表2 GI 規(guī)模、類型與設(shè)施改造

圖6 琶洲島GI 實(shí)施規(guī)模潛力

4.4 確定GI 的功能類型定位：平災(zāi)結(jié)合

針對琶洲島土地矛盾性特征，應(yīng)結(jié)合地塊的城市職能與環(huán)境特質(zhì)，因地制宜選取GI 類型與雨洪設(shè)施改造方式，在暴雨期保障城市水環(huán)境安全，在日常情景下為城市居民提供豐富多樣的高質(zhì)量活動(dòng)空間。琶洲西區(qū)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)遍布企業(yè)總部，展現(xiàn)了現(xiàn)代緊湊城市風(fēng)貌，宜對綠化空間進(jìn)行雨水花園、下凹式綠地等雨洪設(shè)施改造，通過結(jié)構(gòu)升級彌補(bǔ)高密度建成街區(qū)綠地稀少的不足，營造綠色街區(qū)環(huán)境。中區(qū)以國際會展中心為核心，空間開闊疏朗，因會展期需疏散大量人流而不宜設(shè)置過多綠地空間，應(yīng)對廣場進(jìn)行生態(tài)化改造，設(shè)置透水性鋪裝與多功能活動(dòng)場地，兼顧雨洪調(diào)蓄與場地服務(wù)。東區(qū)宜整治現(xiàn)有河涌并連接成河網(wǎng)，營造嶺南水鄉(xiāng)的城市風(fēng)貌，生態(tài)河岸空間的改造以層次性與系統(tǒng)性為原則，提供隨降雨情景變換而豐富變換的濱水景致與活動(dòng)空間。綜上策略形成琶洲島GI 格局（圖9）。

圖7 琶洲島GI 優(yōu)先布局地段

圖8 琶洲島GI 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)

圖9 琶洲島研究方案GI 網(wǎng)絡(luò)

5 總結(jié)與展望

在氣候變化與城市擴(kuò)張的背景下，城市型島嶼雨洪問題嚴(yán)峻。本文結(jié)合可實(shí)施性、優(yōu)先評估、分層系統(tǒng)、平災(zāi)結(jié)合策略，提出“規(guī)模-布局-結(jié)構(gòu)-類型”全過程格局優(yōu)化路徑，對于城市型島嶼及其他雨洪脆弱性地區(qū)韌性發(fā)展具有重要意義。未來的研究應(yīng)補(bǔ)充對人群結(jié)構(gòu)、適應(yīng)能力、響應(yīng)能力等社會環(huán)境要素的綜合調(diào)查，補(bǔ)充雨洪調(diào)蓄供需空間的定量分析，結(jié)合SWMM（Storm Water Management Model，暴雨洪水管理模型）等水文模擬軟件進(jìn)行多方案對比，驗(yàn)證不同格局雨洪調(diào)蓄性能，以構(gòu)建精細(xì)規(guī)劃路徑，作為科學(xué)規(guī)劃的決策依據(jù)，為城市韌性發(fā)展提供安全的自然基底。