周偉奇,朱家蘺

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085

2 中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100190

人類正在經(jīng)歷一個(gè)全球快速城市化的階段[1]。人口、社會經(jīng)濟(jì)活動在城市區(qū)域高度集聚,城市化推動了人類社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,但也帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題,如藍(lán)綠生態(tài)空間的喪失、生態(tài)系統(tǒng)退化、空氣、水和噪音污染、城市熱島效應(yīng)、以及城市內(nèi)澇等,嚴(yán)重影響人類健康和居民福祉,是城市與區(qū)域、乃至全球可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)[2]。

在全球變暖和城市擴(kuò)張的雙重影響下,城市極端氣候事件發(fā)生的頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間日益增長[3—4],城市暴雨引發(fā)的城市內(nèi)澇災(zāi)害也日漸頻繁[5—6]。近年來,城市頻發(fā)的內(nèi)澇災(zāi)害,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,并嚴(yán)重威脅居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全,成為制約城市發(fā)展的重要因子[5,7]。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對351個(gè)中國城市的調(diào)查,2008年至2010年,超過62%的城市遭受了城市內(nèi)澇[8],2012年和2013年,分別有184個(gè)和234個(gè)城市發(fā)生了城市內(nèi)澇[9]。城市地區(qū)降雨頻率與強(qiáng)度的上升,是城市暴雨內(nèi)澇的重要誘因[5]。一方面,全球變暖改變了城市的局地氣候特征,使得地表蒸發(fā)與蒸騰量增加、水循環(huán)加速,從而增加了城市極端暴雨發(fā)生的頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間[3,10—11]；另一方面,城市化引起的城市熱島效應(yīng)、氣溶膠排放等也增加了城市降雨頻率與強(qiáng)度[12—13]。與此同時(shí),城市建設(shè)導(dǎo)致城市水循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生改變,尤其是不透水面增加使得雨水滲透減少,積水滯留難以迅速排放[3—4]。在人口密集、密封率高、滲透和地下水補(bǔ)給稀少的城市,上述城市化的影響更為顯著[5]。

城市建設(shè)和管理者通常采用完善雨水管網(wǎng)等灰色排水設(shè)施的手段,試圖減少城市內(nèi)澇,減輕其對基礎(chǔ)設(shè)施和人類生活造成的破壞和影響,但效果并不理想,且耗費(fèi)大量材料和能源投資[14—15]。此外,對于灰色設(shè)施、“快排模式”的依賴還可能造成旱澇急轉(zhuǎn)、地下水補(bǔ)給減少、地表徑流污染自然水體等負(fù)面效應(yīng)[14—17]。因此,新的城市防洪和水資源管理解決方案應(yīng)運(yùn)而生[18]。其中最具代表性的幾項(xiàng)方案包括美國的低影響開發(fā)理念(LID)、澳大利亞的水敏感性城市設(shè)計(jì)(WSUD)、中國的海綿城市建設(shè)等等[19—20]。其共同特點(diǎn)是師法自然,力圖將濕地、植被等綠色基礎(chǔ)設(shè)施和灰色基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合,采用近自然、仿自然的解決方案來替代完全基于灰色基礎(chǔ)設(shè)施的工程手段[21—22]。

基于自然的解決方案(Nature-based Solutions, NbS)在近10年受到廣泛討論,它是一種通過有效干預(yù)生態(tài)系統(tǒng)、解決人類社會發(fā)展問題與挑戰(zhàn)的自然資源管理觀點(diǎn)[23]。與上述解決方案類似,NbS強(qiáng)調(diào)采用近自然和仿自然的措施應(yīng)對城市可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)[24],比如通過局部與流域尺度的城市空間管理、恢復(fù)自然水體循環(huán)、使雨水成為可利用的資源等方式,綜合多種渠道應(yīng)對城市內(nèi)澇問題[25]。作為一種更具概括性的理念,NbS綜合了過去多種城市內(nèi)澇管理優(yōu)秀樣本的共性,并在未來有更廣闊的實(shí)踐空間。為深化對NbS的認(rèn)知,本文首先回顧和綜述了NbS提出的背景、概念與內(nèi)涵,然后重點(diǎn)介紹NbS在應(yīng)對城市內(nèi)澇中的應(yīng)用,進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)手段、計(jì)量方法、評估模型,提出NbS在我國進(jìn)一步推廣的潛力與挑戰(zhàn)。

1 基于自然的解決方案(NbS)概念內(nèi)涵

1.1 NbS提出

NbS這一術(shù)語最早出現(xiàn)于2002年(圖1),在國際自然保護(hù)聯(lián)盟(International Union for Conservation of Nature and Natural Resources, IUCN)內(nèi)部專家討論時(shí)提出[26]。2008年,世界銀行發(fā)布的《生物多樣性、氣候變化和適應(yīng)》報(bào)告中,將NbS作為氣候變化減緩和適應(yīng)項(xiàng)目投資的重點(diǎn)[27]。2009年,IUCN從生態(tài)系統(tǒng)視角拓展了NbS的內(nèi)涵,并在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)的一份意見書中提出應(yīng)用NbS來解決氣候變化問題。此提議于2012年正式通過,是2013—2016年工作計(jì)劃中三項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目之一[26,28]。鑒于NbS在解決城市問題方面特有的優(yōu)點(diǎn),在國際研究機(jī)構(gòu)的資助推動下,許多歐洲國家迅速采納并將之作為應(yīng)對環(huán)境變化挑戰(zhàn)的創(chuàng)新策略。例如歐盟于2013年將NbS納入到“地平線2020(Horizon 2020)”科研計(jì)劃,并于2015年以政策的形式提出了自然解決途徑的內(nèi)涵,指出通過NbS實(shí)現(xiàn)的四個(gè)發(fā)展目標(biāo)[23]；2015年3月,來自歐洲7個(gè)國家的34名專家在德國召開跨學(xué)科研討會,探討基于自然的城市地區(qū)氣候變化減緩和適應(yīng)解決方案[29]；2017年,由歐盟資助的EKLIPSE專家工作組(Knowledge & Learning Mechanism on Biodiversity and Ecosystem Services,旨在建立一種可持續(xù)的創(chuàng)新方式來認(rèn)識生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),幫助政府、機(jī)構(gòu)、企業(yè)和非政府組織在生物多樣性方面做出更明智的決策)發(fā)布的《評估和實(shí)施基于自然解決方案綜合效益的框架》提出了NbS的評價(jià)指標(biāo)體系和操作流程,進(jìn)一步完善了其實(shí)施框架[30]。

國際上,NbS概念也先后被UNFCCC第23—25次締約方會議、聯(lián)合國秘書長氣候峰會等采用,取得了包括推動聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)等一系列成效。2019年9月,聯(lián)合國氣候行動峰會確定“基于自然的解決方案”為全球六項(xiàng)重要行動之一,并由中國和新西蘭擔(dān)任NbS行動的牽頭國家。峰會發(fā)布了世界NbS案例匯編,收錄了近200個(gè)優(yōu)秀的NbS提案和案例,使NbS迅速成為國際社會關(guān)注的熱點(diǎn)議題。2020年,IUCN理事會通過了首個(gè)基于自然解決方案的全球標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)匯聚了來自100多個(gè)國家的科學(xué)家、生態(tài)環(huán)境從業(yè)者以及地方社區(qū)的共同努力和貢獻(xiàn),將有助于NbS在公共和私營部門的運(yùn)用與推廣,將理論概念轉(zhuǎn)化為可實(shí)踐的具體工具[23]。

圖1 NbS概念發(fā)展時(shí)間軸Fig.1 Timeline of NbS development

1.2 NbS核心概念

不同學(xué)者和機(jī)構(gòu)對于NbS的定義不盡相同。例如,歐盟委員會提出的NbS被理解為“受自然啟發(fā)與支持的解決途徑,通過高效利用資源且具有較強(qiáng)適應(yīng)性的方式來應(yīng)對多樣化的挑戰(zhàn),并確保同時(shí)帶來經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益”[14,31—32]；“地平線2020”計(jì)劃中將NbS定義為“以一種高效利用資源的、適應(yīng)性的方式應(yīng)對多種社會挑戰(zhàn),并同時(shí)提供經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境收益的,受自然啟發(fā)、由自然支持并利用自然的動態(tài)的解決方案”[23,33]；2016年世界自然保護(hù)大會上指出NbS是“一系列能夠有效地、適應(yīng)性地解決社會挑戰(zhàn),同時(shí)提供人類福祉和生物多樣性收益的保護(hù)、可持續(xù)管理并恢復(fù)自然的或經(jīng)過改造的生態(tài)系統(tǒng)的行動”[26,34]。

根據(jù)IUCN于2020年提出的NbS全球標(biāo)準(zhǔn),NbS是一種保護(hù)、可持續(xù)管理和恢復(fù)自然生態(tài)系統(tǒng)和改造過的生態(tài)系統(tǒng)的綜合行動,目標(biāo)是有效地、適應(yīng)性地應(yīng)對社會挑戰(zhàn),增進(jìn)人類福祉并保護(hù)生物多樣性[23]。這一概念重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在幫助保護(hù)、管理和恢復(fù)環(huán)境的同時(shí),也為人們帶來了實(shí)實(shí)在在的可持續(xù)利益,例如為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)創(chuàng)造收入,為依賴自然資源維持健康和福祉的城市帶來好處。

盡管不同學(xué)者對NbS的概念定義在表述上有所不同,但NbS的核心思想均圍繞著有效管理生態(tài)系統(tǒng),力圖解決人類社會發(fā)展中的問題與挑戰(zhàn),是一種以人類為中心的自然資源管理觀點(diǎn)。Albert等[35]將這一核心思想總結(jié)為界定NbS的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：第一,NbS措施需要兼顧社會、經(jīng)濟(jì)和自然三方面的效益,實(shí)現(xiàn)“三贏”；第二,NbS是跨學(xué)科的,綜合工程設(shè)施、經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境規(guī)劃等多學(xué)科的知識和經(jīng)驗(yàn)；第三,NbS的實(shí)施是一個(gè)不斷完善的過程,需要逐步引入實(shí)施,建立學(xué)習(xí)與迭代框架,對其應(yīng)用效果進(jìn)行評估反思并進(jìn)一步完善。

同時(shí)NbS的核心也體現(xiàn)在對“適應(yīng)”的多角度闡述,NbS面向的社會-生態(tài)系統(tǒng)作為復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng),將持續(xù)受自身和外界干擾的影響[36]。一方面,“適應(yīng)”指向?qū)ο?主要是對外部風(fēng)險(xiǎn)的主動響應(yīng)[37],而各類風(fēng)險(xiǎn)問題中最突出的便是全球氣候變化以及所衍生的極端氣候?yàn)?zāi)害。NbS倡導(dǎo)通過生物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),幫助人們適應(yīng)氣候變化,降低城市對氣候變化影響的脆弱性[38]。而適應(yīng)氣候變化應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是與減緩氣候變化同等重要和緊迫的問題[39]。另一方面,“適應(yīng)”指向主體行為,描述NbS推行過程中人們所采用的適應(yīng)性手段、適應(yīng)性管理。區(qū)別于傳統(tǒng)工程,NbS設(shè)施中體現(xiàn)出了生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化以及生態(tài)過程的不確定性[34],因此NbS的核心也體現(xiàn)在生態(tài)變化過程中,基于證據(jù)的管理策略調(diào)整,從而實(shí)現(xiàn)決策優(yōu)化、最佳干預(yù),并最大程度規(guī)避負(fù)面效應(yīng)的出現(xiàn),保障系統(tǒng)的良性發(fā)展?fàn)顟B(tài),從而推動可持續(xù)發(fā)展等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[37,40]。

依據(jù)上述概念,Eggermont等人[41]根據(jù)NbS設(shè)立背景中的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)狀況,以及所面向的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和利益相關(guān)者群體,將NbS分為三類(圖2)：類型一,對生態(tài)系統(tǒng)的無干預(yù)或最小干預(yù),其目標(biāo)是維持或改善這些受保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)外的一系列生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給,這類NbS通常與生物保護(hù)區(qū)的設(shè)立密切相關(guān)；類型二,調(diào)整現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)的解決方案,通過廣泛且有意識的管理方法,發(fā)展可持續(xù)和多功能的生態(tài)系統(tǒng)和景觀,從而改善目標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力,這類NbS與生態(tài)農(nóng)業(yè)、可持續(xù)林業(yè)管理等概念密切相關(guān)；類型三,以人工干預(yù)更強(qiáng)的方式管理生態(tài)系統(tǒng),甚至創(chuàng)造新的生態(tài)系統(tǒng),此類NbS與藍(lán)綠基礎(chǔ)設(shè)施等概念以及恢復(fù)嚴(yán)重退化或污染區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)等目標(biāo)相關(guān),此類NbS需要著重探索新的實(shí)施策略,以調(diào)和生物多樣性保護(hù)和人工景觀建設(shè)之間的矛盾。以上三種類型的NbS在具體設(shè)計(jì)實(shí)施中也可簡單理解為三種手段：生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、恢復(fù)和重建[42]。以上三類NbS均需要可持續(xù)地保護(hù)生物多樣性和管理或恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng),其中第二類和第三類NbS進(jìn)一步考慮了人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求,需要將自然資本轉(zhuǎn)化為綠色增長和可持續(xù)發(fā)展的動力。三種類型NbS之間的界限也非絕對明確,在實(shí)際問題中,通常采用了三者在時(shí)空尺度上的綜合解決方案。

圖2 NbS設(shè)施類型(圖源Eggermont等人[41])Fig.2 Schematic representation of three types of NbS

圖3 NbS實(shí)施的8項(xiàng)基本準(zhǔn)則(圖源IUCN[23])Fig.3 The eight Criteria making up the NbS Global Standard

1.3 NbS框架準(zhǔn)則

NbS的全球標(biāo)準(zhǔn)提出了8項(xiàng)基本準(zhǔn)則和相應(yīng)的28項(xiàng)指標(biāo)[23],明確了其所針對的問題、開展尺度和關(guān)鍵目標(biāo),同時(shí)需要基于社會實(shí)際情況考慮經(jīng)濟(jì)可行性、制度合理性以及上述系列利益的權(quán)衡,進(jìn)行NbS的適應(yīng)性管理,最終促進(jìn)NbS的主流化且推動可持續(xù)發(fā)展等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。8項(xiàng)準(zhǔn)則相輔相成,體現(xiàn)了系統(tǒng)性、綜合性、動態(tài)性、權(quán)衡性特征,最終致力于解決人類面臨的全球挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[34,43]。

具體準(zhǔn)則如下(圖3)：準(zhǔn)則1強(qiáng)調(diào)自然解決方案要有效地解決一個(gè)或多個(gè)社會挑戰(zhàn)；準(zhǔn)則2指出自然解決方案的設(shè)計(jì)由尺度決定；準(zhǔn)則3要求自然解決方案為生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)完整性帶來凈收益；準(zhǔn)則4要求自然解決方案在經(jīng)濟(jì)上和財(cái)政上是可行的；準(zhǔn)則5指出自然解決方案的基礎(chǔ)是包容、透明和授權(quán)的管理流程；準(zhǔn)則6要求自然解決方案需要公平地權(quán)衡,以實(shí)現(xiàn)其主要目標(biāo)和可持續(xù)提供多種效益；準(zhǔn)則7強(qiáng)調(diào)基于實(shí)證證據(jù)對自然解決方案進(jìn)行適應(yīng)性管理；準(zhǔn)則8則提倡自然解決方案可作為主流方案,以超越獨(dú)立的、有時(shí)間限制的干預(yù)措施[23]。

2 NbS在城市內(nèi)澇管理中的應(yīng)用

全球范圍城市化進(jìn)程中產(chǎn)生的城市內(nèi)澇、風(fēng)暴潮等問題,為NbS的提出創(chuàng)設(shè)了背景條件。而另一方面,關(guān)于自然生態(tài)系統(tǒng)給人類帶來益處的研究成果也啟發(fā)了NbS概念的形成[44]。事實(shí)上NbS概念非憑空產(chǎn)生,它在很大程度上是從已有的概念與實(shí)踐中發(fā)展而來[45]。尤其在城市內(nèi)澇管理中,藍(lán)綠基礎(chǔ)設(shè)施、海綿城市等率先開展的實(shí)踐與NbS的準(zhǔn)則、框架相貼合,可以被視作NbS理念的具體應(yīng)用。盡管NbS概念出現(xiàn)時(shí)間較短,但此類與NbS相關(guān)的工作則在長期的制度和政策探索中,積累了較為成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[46]。將NbS概念與其他現(xiàn)有概念相聯(lián)系、比較,將有助于整合觀點(diǎn),把現(xiàn)有的城市內(nèi)澇管理措施統(tǒng)一到更具有概括性的NbS框架下；同時(shí),通過匯總現(xiàn)有的實(shí)施案例,也將有助于NbS理念的落地推行,進(jìn)而充分利用NbS的理念與方法指導(dǎo)城市內(nèi)澇管理。

2.1 NbS概念對城市內(nèi)澇管理的指導(dǎo)作用

近年來,由于快速的城市化進(jìn)程、土地利用變化、氣候變化以及排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不完善,城市水問題,尤其是內(nèi)澇災(zāi)害,頻繁地影響著城市發(fā)展與經(jīng)濟(jì)建設(shè)[47]。進(jìn)行內(nèi)澇管理的傳統(tǒng)方式主要依賴市政管網(wǎng),而由于管網(wǎng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期較短,廣泛采用的硬質(zhì)不透水鋪裝使雨水徑流無法下滲,城市內(nèi)澇狀況依舊頻發(fā)[13]。在此背景下,NbS通過重建更自然的水循環(huán)系統(tǒng)來緩解城市化對水循環(huán)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的負(fù)面影響,從源頭上消解城市雨洪問題,同時(shí)可大幅度減少處理雨水問題的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。而NbS設(shè)施在恢復(fù)或養(yǎng)護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的同時(shí)也保護(hù)了水資源,實(shí)現(xiàn)了雨水資源的再利用,可創(chuàng)造多重生態(tài)效益,對于改善城市水問題效果明顯[18]。

具體就應(yīng)對目標(biāo)而言,根據(jù)NbS的概念與內(nèi)涵,其實(shí)施目標(biāo)在于恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)、增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)韌性從而增強(qiáng)人類對氣候風(fēng)險(xiǎn)的適應(yīng)能力,同時(shí)降低生態(tài)系統(tǒng)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。而城市內(nèi)澇作為一種城市化與極端降水條件共同作用下的氣候?yàn)?zāi)害,與NbS面向解決社會環(huán)境問題的目標(biāo)相契合。

而就實(shí)施方法來看,在水文問題方面,NbS旨在通過采用接近自然的做法,維持或恢復(fù)盡可能接近自然水平的水流機(jī)制[48]。這一做法的實(shí)現(xiàn)大多依靠人工管理的綠色基礎(chǔ)設(shè)施(例如樹木、綠色屋頂、雨水花園或沼澤系統(tǒng))等進(jìn)行雨水管理[49],從而維持或恢復(fù)水文功能。而此類城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施作為一種具有可持續(xù)性和多功能性的人工生態(tài)系統(tǒng),既擁有自然屬性,也在干預(yù)規(guī)劃的條件下構(gòu)成連貫的綠色空間網(wǎng)絡(luò),是NbS在雨洪管理中的典型案例[50]。

2.2 NbS概念與相關(guān)概念的對比

大部分關(guān)注NbS內(nèi)澇管理有效性的文獻(xiàn)都會同時(shí)提及現(xiàn)有的多個(gè)內(nèi)澇相關(guān)概念,指出NbS與綠色基礎(chǔ)設(shè)施、低影響開發(fā)、基于生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)和生態(tài)工程等理念密切相關(guān)[41,51]。一方面,NbS很大程度上由先前的概念發(fā)展而來；另一方面,NbS也著重關(guān)注人類社會的議題,將人類福祉和減貧、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和治理原則等社會因素結(jié)合起來[42],實(shí)現(xiàn)了對原有管理概念的概括與超越。本文重點(diǎn)選取了幾個(gè)在國內(nèi)外與雨洪管理聯(lián)系頗為密切的概念與NbS相對比,嘗試對其概念、特點(diǎn)、應(yīng)用場景等加以辨析(表1)。

表1 NbS與相關(guān)概念辨析

2.2.1綠色基礎(chǔ)設(shè)施

綠色基礎(chǔ)設(shè)施(Green Infrastructure, GI)是指“由綠地、水和建筑系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)設(shè)施,例如森林、濕地、公園、綠色屋頂?shù)?這些設(shè)施通過支持本土物種,維持自然生態(tài)過程、空氣和水資源,為生命的健康和質(zhì)量作出貢獻(xiàn)”[52—54]。在應(yīng)對內(nèi)澇的過程中,GI可以通過其蒸發(fā)、攔截和滲透能力減少城市洪水,強(qiáng)調(diào)與自然流域相連接[55],同時(shí)也是一種可以幫助城市適應(yīng)氣候變化的綠化形式。相比于NbS,GI的概念提出較早且發(fā)展較為成熟,其誕生之初就面向控制城市擴(kuò)張、建設(shè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行雨水管理,同時(shí)對風(fēng)景園林和景觀生態(tài)學(xué)具有重要的指導(dǎo)作用[44]。而NbS的概念更為廣闊,包含了非城市區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、改造與重建。但就城市的研究范疇而言,NbS與GI的概念有很大程度重疊,可將GI提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視為NbS的一部分,有助于應(yīng)對城市規(guī)劃者和決策者在城市化和氣候變化時(shí)期面臨的若干挑戰(zhàn)[56]。

2.2.2低影響開發(fā)

基于低影響開發(fā)理念(Low Impact Development, LID)的城市雨洪管理方案[57—58],強(qiáng)調(diào)積極發(fā)揮綠色基礎(chǔ)設(shè)施在雨洪調(diào)節(jié)方面的生態(tài)服務(wù)功能[59],強(qiáng)調(diào)采用雨水入滲及調(diào)蓄系統(tǒng),維持生態(tài)系統(tǒng)的自然循環(huán)狀態(tài)[60—62]。LID是為了應(yīng)對包括暴雨風(fēng)險(xiǎn)在內(nèi)的、廣泛且綜合的城市水問題所提出景觀生態(tài)設(shè)計(jì)與工程技術(shù)緊密結(jié)合的實(shí)施方案[63]。隨著低影響開發(fā)理念的出現(xiàn),植被、綠地、水體在應(yīng)對極端暴雨時(shí)所發(fā)揮的生態(tài)調(diào)蓄功能得到凸顯[64]。相較于NbS設(shè)施,LID更專注于控制雨水徑流,對其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能關(guān)注較少；多采用雨水源頭分散的小型控制設(shè)施,比較缺乏大尺度上的設(shè)施規(guī)劃[64]。但LID同樣強(qiáng)調(diào)以現(xiàn)有的自然生態(tài)系統(tǒng)作為土地開發(fā)規(guī)劃的綜合框架,這與NbS理念有所重疊,LID的一些通用技術(shù)也適用于NbS設(shè)計(jì)。

2.2.3海綿城市

海綿城市概念是由中國基于LID開發(fā)理念所提出的，其實(shí)質(zhì)是這一生態(tài)雨洪管理思想。自2014年起逐步被官方管理層面接受,并在多個(gè)試點(diǎn)城市得到實(shí)踐[65—66]。它以景觀為載體,強(qiáng)調(diào)河道與城市建筑之間發(fā)揮緩沖作用的綠地格局[67—69],從而構(gòu)建雨水的“滲、滯、蓄”空間[70—71]。與NbS相比,海綿城市從短期看具有較強(qiáng)的針對性和較為顯著的效果,例如城市局部內(nèi)澇的緩解和生態(tài)功能的恢復(fù),但從全生命周期看NbS更具長期的綜合成本效益。有研究認(rèn)為海綿城市可視為NbS的一個(gè)組成部分,NbS理念可以在更高層面上指導(dǎo)海綿城市的建設(shè)[44]。

2.2.4基于生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)

基于生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)(Ecosystem-based Adaptation, EbA)強(qiáng)調(diào)“在總體適應(yīng)戰(zhàn)略中,利用生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),幫助人們適應(yīng)氣候變化的不利影響”,它的概念更加強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)整體的復(fù)雜性、變化和復(fù)原力[14]。多數(shù)研究認(rèn)為,NbS涵蓋的范圍最廣,可以包含EbA在內(nèi)的自然干預(yù)措施。與EbA強(qiáng)調(diào)整體生態(tài)系統(tǒng)的功能不同,NbS的方法包括更多的“離散型”措施[55],但二者都建立在相似的綠化愿景之上,同時(shí)現(xiàn)有EbA涉及更多應(yīng)對氣候變化的議題,能很好地為NbS在該領(lǐng)域的拓展提供借鑒意義。

2.2.5生態(tài)工程

生態(tài)工程的概念最接近NbS當(dāng)中關(guān)于恢復(fù)和重建生態(tài)系統(tǒng)的措施。盡管表述不同,但NbS與生態(tài)工程的目標(biāo)都是強(qiáng)調(diào)在生態(tài)系統(tǒng)理論的指導(dǎo)下進(jìn)行可持續(xù)的改造與實(shí)踐。二者具體的目標(biāo)均包括保護(hù)和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng),改造或重建生態(tài)系統(tǒng)以提供特定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),以代替基于不可再生資源的傳統(tǒng)工程。但相比于生態(tài)工程,NbS同時(shí)強(qiáng)調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以外的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.6自然氣候解決方案

Griscom等提出了另一個(gè)與NbS概念相近的自然氣候解決方案(Natural Climate Solutions, NCS)方案[72],包括針對食物、纖維和生境保障在內(nèi)的陸地保護(hù)、恢復(fù)和改善實(shí)踐路徑,具體分為20種保護(hù)、恢復(fù)和改善土地管理的行動,力圖增加碳儲存和避免全球森林、濕地、草地和農(nóng)業(yè)用地的溫室氣體排放。在應(yīng)對城市內(nèi)澇的層面,NbS與NCS指向的具體設(shè)施有一定重疊,均面向于提供水過濾、洪水緩沖、維持土壤健康、保護(hù)生物多樣性生境和增強(qiáng)氣候適應(yīng)性等服務(wù)功能。但相比而言,NbS的概念納入了更多的人造生態(tài)系統(tǒng),NCS主要著眼于維持保護(hù)現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)的健康。

3 運(yùn)用NbS進(jìn)行城市內(nèi)澇管理的案例研判

3.1 設(shè)施技術(shù)發(fā)展

在NbS理念框架的指導(dǎo)下,近十年來,在全球各地均有應(yīng)對城市內(nèi)澇的設(shè)施技術(shù)發(fā)展,尤其在德國、荷蘭、意大利等歐洲國家已開始總結(jié)完善的設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[45]。根據(jù)設(shè)施布設(shè)的空間特征以及發(fā)揮作用的尺度范圍,NbS設(shè)施可分為點(diǎn)、線、面等類型。本研究按照類似方式對參與城市內(nèi)澇治理的NbS設(shè)施進(jìn)行歸納總結(jié)(圖4)。

圖4 基于NbS的城市內(nèi)澇管理研究現(xiàn)狀Fig.4 Research progress of urban flood management based on NbS

點(diǎn)狀設(shè)施技術(shù)：目前采用較多的點(diǎn)狀設(shè)施技術(shù)包括綠色屋頂、小型雨水花園、生物滯留池等。其中綠色屋頂是指在建筑屋頂上鋪設(shè)高質(zhì)量防水膜并部分或完全覆蓋植被,從而補(bǔ)償建筑施工時(shí)移除的植被[73]。Zolch等[74]通過微觀尺度上的情景模擬,證明了綠色屋頂能通過其基質(zhì)中的蓄水滯留和植被的攔截蒸發(fā)減少地表徑流,填補(bǔ)了城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)節(jié)地表徑流量能力的模擬與綠色屋頂?shù)乃π袨橹g的空白。Langemeyer等[75]進(jìn)一步根據(jù)巴塞羅那城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的具體需求,構(gòu)建了一個(gè)基于空間多準(zhǔn)則決策分析的模型,從5種綠色屋頂建設(shè)策略中確定最佳方案。雨水花園及生物滯留系統(tǒng)通常是針對暴雨徑流設(shè)計(jì)的洼地。由于其結(jié)構(gòu)、行為近似自然濕地,它們可以有效地容納徑流、促進(jìn)滲透與蒸散、補(bǔ)給地下水、減少洪峰流量。Venvik與Boogaard[76]在挪威西部開展的研究證明,雨水花園等可持續(xù)排水系統(tǒng)能在不同氣候條件下收集、保留和滲透地表降雨徑流水,從而補(bǔ)充土壤水分、補(bǔ)給地下水。同時(shí)這類小型滲透系統(tǒng)也能與更大的排水區(qū)域相連接,與當(dāng)?shù)氐某鞘兴h(huán)系統(tǒng)在水文和水文地質(zhì)方面相互作用。Liu、Fryd和Zhang[77]詳細(xì)介紹了哥本哈根市政建設(shè)的3處城市公園與城市廣場在應(yīng)對暴雨內(nèi)澇方面發(fā)揮的作用：Lindevang公園利用開放水面，實(shí)現(xiàn)對小雨的現(xiàn)場控制，并為百年一遇的降雨提供雨洪消減與調(diào)節(jié)；Taasinge廣場具有雨水滯蓄功能，在改善水平衡的同時(shí)改善區(qū)域宜居性和生物多樣性； Sct. Annae廣場則在保護(hù)城市歷史環(huán)境的基礎(chǔ)上，構(gòu)建集水區(qū)進(jìn)行防洪控制。

線狀設(shè)施技術(shù)：應(yīng)對城市內(nèi)澇的NbS線狀設(shè)施大部分圍繞道路的設(shè)計(jì)與改造進(jìn)行,此外也針對原有排水系統(tǒng)和自然河道進(jìn)行生態(tài)改造。Carmon和Shamir[78]提出道路實(shí)際上構(gòu)成了主要的排水系統(tǒng),尤其當(dāng)水量超過地下排水管道的容量時(shí),道路會成為重要的流動路徑。因此在規(guī)劃初期,就需要按照自然水文地理布局安排道路走向。Hoang和Fenner[79]同樣指出線狀交通設(shè)施可以通過引入自然特征來豐富其審美和生態(tài)價(jià)值，例如道路可在超限雨量情況下轉(zhuǎn)換為水流通道發(fā)揮水文功能，或與雨水濕地結(jié)合提供生態(tài)功能。哥本哈根[42]設(shè)計(jì)了具有蓄洪能力的下沉式“V”形街道,以適應(yīng)城市內(nèi)澇,同時(shí)將雨水管理的道路分為三種類型：暴雨道路,滯留道路和綠色街道,發(fā)揮不同作用。Rodríguez-Rojas等[80]通過西班牙南部開發(fā)的可持續(xù)排水項(xiàng)目(Sustainable Urban Drainage Systems, SuDS)說明3種類型的透水路面均起到減緩徑流流速和延遲集水區(qū)反應(yīng)的作用，降低了洪水風(fēng)險(xiǎn)和污水系統(tǒng)的運(yùn)行成本，同時(shí)也確保了城市基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)能力和行人車輛的交通安全。有河流的城市[78],需要重視自然河流的環(huán)境生態(tài)價(jià)值,對已惡化河流進(jìn)行恢復(fù),恢復(fù)與保持其在防洪過程中的作用,同時(shí)也要在河流沿線設(shè)置面向公眾的開放空間,發(fā)揮河流的社會文化價(jià)值。

面狀設(shè)施技術(shù)：應(yīng)對城市內(nèi)澇的NbS面狀設(shè)施主要是尺度較大的土地覆被設(shè)計(jì)與綠地空間建設(shè),基本原則是減少不透水地表面積,增加透水面積。Carmon和Shamir[78]的研究建議按照自然水文地理布局安排開放空地,從而滯留雨水來預(yù)防和減輕洪水,并且通過凈化和滲透徑流補(bǔ)充清潔的地下水。此外,在空間格局上,應(yīng)將不透水區(qū)域與透水區(qū)域相互穿插,將不透水區(qū)域的徑流引向臨近植被斑塊,即盡量在靠近徑流產(chǎn)生地的區(qū)域最大限度地進(jìn)行滲透以凈化水中的污染物。城市中的此類綠地設(shè)施需要格外注意水分平衡問題,避免植被消耗太多水分,加劇城市地區(qū)的水資源短缺問題[78,81]。為了解決這個(gè)問題,可以針對NbS設(shè)施選擇最合適的抗旱樹種,并設(shè)計(jì)可持續(xù)的灌溉系統(tǒng),例如使用灰水或收集的雨水達(dá)到水分平衡。

面向城市內(nèi)澇的NbS項(xiàng)目也并非孤立存在發(fā)揮效用,有必要根據(jù)本底環(huán)境及應(yīng)對目標(biāo)對零散的NbS設(shè)施技術(shù)做好組織安排,才能使其整體的效益最大化。對此,Foster等[82]提出“綠色街道”的概念,強(qiáng)調(diào)將多個(gè)綠色NbS實(shí)踐措施(如：透水路面,雨水花園,植草溝,樹木種植)相組合,充分發(fā)揮樹木攔截和過濾雨水徑流的作用以及緩沖區(qū)濕地減少洪峰流量和洪水強(qiáng)度的能力,從而增加雨水下滲,防止洪水泛濫并改善水質(zhì)。哥本哈根與阿姆斯特丹[42,77,83]都在NbS建設(shè)中利用排水道路、綠帶和公園帶將具有滯留雨水功能的生物滯留池串聯(lián)起來,形成增加雨水下滲、減緩雨水流速和凈化雨水的生態(tài)排水網(wǎng)絡(luò)與徑流輸送渠道,從而增加對城市內(nèi)澇的適應(yīng)性。劉敏聰[42]則將NbS設(shè)施的應(yīng)對情景分為兩類：極端氣候變化壓力(例如暴雨和颶風(fēng))與常規(guī)氣候壓力(例如城市內(nèi)澇、海平面上升等),結(jié)合區(qū)域與城市兩種建設(shè)尺度,提出了3種氣候韌性城市設(shè)計(jì)中NbS的應(yīng)用策略,以及針對空間結(jié)構(gòu)、空間網(wǎng)絡(luò)、空間單體的具體設(shè)計(jì)方案。

3.2 計(jì)量模型發(fā)展

上文針對NbS的設(shè)施技術(shù)梳理提供了大量的實(shí)證研究。這類實(shí)證研究通常通過實(shí)地監(jiān)測的方式,分析和探討不同NbS技術(shù)應(yīng)對城市內(nèi)澇的機(jī)理與作用。但此類研究工作常受制于成本條件,往往只在較小的時(shí)空尺度上開展。因此模型模擬的方法應(yīng)運(yùn)而生,幫助研究者在城市區(qū)域的空間尺度、長期模擬的時(shí)間尺度上理解和評估NbS管理城市內(nèi)澇的有效性。

由于NbS這一新概念具有概括性與重組性,因此用于刻畫NbS設(shè)施水力行為的模型也多見于其他城市雨洪管理框架,例如評估LID、BMPs、海綿城市設(shè)計(jì)等設(shè)施的有效性[64]。目前廣泛運(yùn)用的計(jì)量模型有兩大類：第一種方法類似“黑箱”,將復(fù)雜的水文過程整合為一個(gè)參數(shù),來衡量NbS設(shè)施對徑流和水質(zhì)的影響,此方法不需要大量數(shù)據(jù)與詳細(xì)計(jì)算,較為便捷,但由于建模過程中的假設(shè),使參數(shù)可能無法準(zhǔn)確量化NbS的實(shí)際性能；第二種方法著重水文過程的還原,例如考慮滲透、沉淀、吸附、蒸發(fā)、沉降和污染物轉(zhuǎn)化的全過程構(gòu)建模型,該方法建模詳細(xì),適用于開發(fā)方案的設(shè)計(jì)、建設(shè)和優(yōu)化,但計(jì)算量大、數(shù)據(jù)要求高、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。綜合前兩種方法,不少國家政府和商業(yè)機(jī)構(gòu)著力于開發(fā)城市雨洪徑流模型,方便研究者和決策者模擬城市降雨徑流、評估管網(wǎng)設(shè)計(jì)及雨水控制方案,從而達(dá)到防洪排澇、控制雨水徑流污染等目的。目前成熟且廣泛運(yùn)用的城市雨洪徑流模型多達(dá)數(shù)十種。

在運(yùn)用第一種參數(shù)法時(shí),Farrugia等[84]采用專家打分法獲得的滲透能力得分,作為衡量不同生境類型或地表類型調(diào)節(jié)洪水能力的參數(shù),從而衡量城市可滲透地表的比例并突出個(gè)別樹木在緩解內(nèi)澇方面的重要性。Zimmermann等[85]提出了一個(gè)基于徑流系數(shù)的指標(biāo)用于量化綠色基礎(chǔ)設(shè)施的增加對徑流的影響,并將該指標(biāo)與阿根廷4個(gè)不同場景下洪水風(fēng)險(xiǎn)相聯(lián)系,認(rèn)為改善城市雨水基礎(chǔ)設(shè)施能夠有效應(yīng)對氣候變化引起的城市內(nèi)澇。在構(gòu)建第二種過程模型時(shí),Liu等[86]進(jìn)行的工作最具有代表性,他們針對北京某社區(qū)開發(fā)了一個(gè)社區(qū)規(guī)模的模擬模型,考慮攔截、蒸發(fā)、滲透和滯蓄4個(gè)水文過程,以量化5種NbS措施對減少城市洪水量和峰值流量的有效性。模擬結(jié)果表明,不透水地面對社區(qū)的暴雨徑流貢獻(xiàn)最大,較大的暴雨事件中,綜合性的NbS設(shè)施具有有效的減排能力。

基于前兩種方法提出的城市雨洪模型,是NbS規(guī)劃和設(shè)計(jì)的重要支撐技術(shù),它通過對城市水循環(huán)過程的模擬,可以得到雨洪過程中的特征要素和關(guān)鍵狀態(tài),對雨洪管理和雨水利用具有指導(dǎo)意義[13]。許多雨洪模型都是由政府機(jī)構(gòu)開發(fā),常用的包括美國農(nóng)業(yè)部開發(fā)的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型、美國環(huán)境保護(hù)局開發(fā)的HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型和SWMM(Storm Water Management Model)模型、丹麥水利研究所開發(fā)的MIKE URBAN和MIKE SHE模型等[87,88]。通常納入城市雨洪模型的水文循環(huán)過程包括降水、滲透、徑流、蒸發(fā)、土壤滯留和地下水流等,其中最關(guān)鍵的兩個(gè)過程是模擬不同降雨條件下透水區(qū)域的滲透和地表產(chǎn)生的徑流[88]。不同模型采用的滲透計(jì)算方法主要包括Horton滲透法、Green-Ampt滲透法、Philip法、固定滲透法和NRCS(Natural Resources Conservation Service)曲線法等,其中在城市內(nèi)澇情景下運(yùn)用較多的有Horton法、Phillip下滲法等[87,89]。不同模型采用的徑流預(yù)測方法中運(yùn)用較多的是美國農(nóng)業(yè)部水土保持局開發(fā)的SCS(Soil Conservation Service)徑流曲線數(shù)法[88,90]。該方法根據(jù)不透水面積、土壤類型、土地覆被類型、水文條件和前兆條件等預(yù)測徑流,其結(jié)構(gòu)簡單、所需參數(shù)少、對觀測數(shù)據(jù)的要求不嚴(yán)格,具有較強(qiáng)的小面積集水區(qū)徑流預(yù)報(bào)能力。采用該方法的水文模型有SWAT和SWMM等。

3.3 綜合效用評價(jià)發(fā)展

NbS的一個(gè)核心理念是在盡可能采取自然方式的前提下,同時(shí)發(fā)揮生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)的綜合效益。這一理念的實(shí)踐,在城市中尤為重要。城市是一個(gè)社會經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),NbS的設(shè)計(jì)、應(yīng)用,更需要綜合權(quán)衡社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等不同目標(biāo),以及對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的不同需求和面向的不同社會群體;另一方面也需要從多層次的治理角度探討NbS如何為社會公平、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做貢獻(xiàn)[91]。根據(jù)以上多方面要求,諸多學(xué)者強(qiáng)調(diào)要從更綜合的視角評估NbS發(fā)揮的效益。

Kalantari等[92]在東非開展的NbS研究將其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供應(yīng)服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)三類,而應(yīng)用NbS可以降低城市擴(kuò)張和氣候變化所帶來的洪水與干旱風(fēng)險(xiǎn),幫助東非國家使城市和人類居住區(qū)更具包容性、安全性、彈性和可持續(xù)性,從而支持政府實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。Huang等[93]認(rèn)為NbS可以有效緩解高頻降水事件造成的城市洪澇災(zāi)害,并帶來額外的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益,同時(shí)建議NbS與灰色基礎(chǔ)設(shè)施組合可以提升預(yù)防城市內(nèi)澇的性能,確定洪水風(fēng)險(xiǎn)管理策略。Majidi等[51]在泰國密集的城市化區(qū)域提出了一個(gè)框架,對不同的小規(guī)模NbS設(shè)施及其布設(shè)地點(diǎn)進(jìn)行評估。該框架重點(diǎn)量化了NbS在提高熱舒適度和降低洪水風(fēng)險(xiǎn)方面同時(shí)發(fā)揮作用的有效性,特別適用于規(guī)劃與減少熱風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合的洪水緩解措施。Gulsrud等[94]在澳大利亞-墨爾本開展的研究指出,通過NbS應(yīng)對氣候變化并提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),可以將氣候適應(yīng)解決方案的重點(diǎn)從技術(shù)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向人類福祉和基于社區(qū)的決策等社會生態(tài)原則,促進(jìn)了綠色場所的建立。這個(gè)案例在更大意義上提出了以社會文化的方式進(jìn)行城市重新“自然化”和環(huán)境服務(wù)提供所帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。Wild等[95]評估了英國街道、公園中生物滯留池和綠色屋頂在內(nèi)的綠色基礎(chǔ)設(shè)施對城市雨洪管理的效用,尤其是經(jīng)濟(jì)效益。研究認(rèn)為典型的市場機(jī)制中,由于成本增加,私人開發(fā)商來提供綠色基礎(chǔ)設(shè)施的空間有限,因此需要強(qiáng)調(diào)城市政府、非政府組織和社區(qū)等通過投資綠色基礎(chǔ)設(shè)施所創(chuàng)造的共同利益。Liquete等[96]評估了馬焦雷湖周邊地區(qū)的NbS設(shè)施所提供的多重環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)效益,并將其與成本相似的灰色基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行比較,指出基于NbS的綠色基礎(chǔ)設(shè)施在水凈化和防洪方面的表現(xiàn)更好,并且提供了更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

4 NbS應(yīng)用于城市內(nèi)澇管理的展望

4.1 機(jī)遇與潛力

2019年9月,聯(lián)合國氣候行動峰會在紐約舉行,中國成為NbS全球行動的牽頭國家之一,推動NbS的全球標(biāo)準(zhǔn)在中國實(shí)踐和發(fā)展，促進(jìn)NbS主流化的需求十分迫切[44]。盡管NbS內(nèi)涵還需要進(jìn)一步本土化的解讀,方法也需要進(jìn)一步發(fā)展才能在中國全面應(yīng)用[45],但其提倡依托科學(xué)技術(shù)、依靠自然生態(tài)應(yīng)對當(dāng)前的各類挑戰(zhàn),解決生態(tài)問題的同時(shí)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會協(xié)同發(fā)展的思想,顛覆了以往純粹依賴工程技術(shù)手段實(shí)施治理的片面認(rèn)知。尤其在應(yīng)對城市化發(fā)展和全球氣候變化背景下的可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)時(shí),NbS作為一種更加綜合的解決途徑,將具有巨大的發(fā)展?jié)摿土己玫陌l(fā)展機(jī)遇[44,97]。

首先,多項(xiàng)研究指出,綜合考慮環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)多方效益的NbS設(shè)施應(yīng)對城市內(nèi)澇可以具有更高的成本效益[98]。尤其在應(yīng)對城市尺度的暴雨和地表徑流問題時(shí),NbS設(shè)施與傳統(tǒng)的灰色排水設(shè)施相比可以發(fā)揮更好的雨水凈化和排洪能力,并且可提供更多樣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[96]。此外,在適應(yīng)不確定的氣候變化時(shí),NbS設(shè)施與灰色建筑構(gòu)成的混合解決方案,能進(jìn)一步提升城市排洪效力[93,98]。而通過科學(xué)規(guī)劃綠地系統(tǒng)、優(yōu)化綠色基礎(chǔ)設(shè)施等措施,可以具備更好的應(yīng)對城市內(nèi)澇的適應(yīng)性能力,相比被動而成本巨大的措施更為經(jīng)濟(jì)可行[99]。有研究也模擬了NbS設(shè)施在未來情景下的可持續(xù)效用,預(yù)測到2050年,與灰色設(shè)施和政策適應(yīng)措施相比,NbS的盈利能力可能會進(jìn)一步提高[100]。

其次,NbS適應(yīng)性管理的特點(diǎn)在調(diào)和多方利益中也將發(fā)揮重要優(yōu)勢。城市地區(qū)的設(shè)施建設(shè)通常面臨多方壓力,需要綜合考慮社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等多個(gè)方面的不同目標(biāo),以及多個(gè)社會群體對環(huán)境政策的不同觀點(diǎn)與需求[91]。NbS設(shè)計(jì)過程具備整合不同的價(jià)值體系和利益攸關(guān)方的觀點(diǎn)的能力,可以更好地支持環(huán)境決策[95]。

此外,結(jié)合我國環(huán)境背景,NbS可成為我國適應(yīng)氣候變化的重要選擇之一。根據(jù)世界銀行估計(jì),到2050年由于氣候變化、地面沉降的影響,全球洪災(zāi)損失將達(dá)1萬億美元[101],而我國沿海地區(qū)不僅生態(tài)敏感度高、易受臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害的侵襲,同時(shí)也是人口、經(jīng)濟(jì)和大中城市高度聚集的區(qū)域,未來在應(yīng)對氣候變化問題上勢必投入巨大的社會經(jīng)濟(jì)資源。面對未來氣候變化的高度不確定性,具備適應(yīng)氣候變化、創(chuàng)造環(huán)境效益等多重功能的NbS或許是最貼合實(shí)際、最具有成本效益的解決方案[102]。

4.2 困境與障礙

4.2.1缺乏對理論的全面認(rèn)知

NbS的概念、理論和方法尚不成熟、NbS設(shè)施缺乏清晰的界定,是目前NbS得到廣泛認(rèn)同和應(yīng)用的一個(gè)重要障礙。Eggermont等[41]指出,NbS設(shè)施的界定仍是一個(gè)尚待討論的問題。例如在城市地區(qū)廣泛使用的綠色屋頂或綠化墻面被很多研究認(rèn)為是NbS設(shè)施,但如果該綠化植被忽略了生物地理分布,或僅由極少數(shù)單一植物物種,它很難為增加生物多樣性和實(shí)現(xiàn)其他經(jīng)濟(jì)效益作出貢獻(xiàn),甚至導(dǎo)致對極端事件的抵抗力下降、管理成本增加、生物入侵風(fēng)險(xiǎn)上升。這種僅僅仿造NbS外觀,忽視其內(nèi)部功能的結(jié)構(gòu)恰與NbS理念背道而馳。因此在科學(xué)解讀中仍需要探索NbS措施的本質(zhì)特點(diǎn),推行科學(xué)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn),用于指導(dǎo)實(shí)踐。

NbS可發(fā)揮的效益未得到全面的探索是另一個(gè)阻礙其得到廣泛接受和應(yīng)用的因素。對于投資建設(shè)的政府與企業(yè),NbS在成本效益方面的突出優(yōu)勢尚未被強(qiáng)調(diào),尤其缺乏與傳統(tǒng)硬性結(jié)構(gòu)的性能和成本效益定量比較的研究[103]。同時(shí),已有一些研究表明[93,98],采用多設(shè)施組合方法可能會發(fā)揮更好的防澇效果,但全面系統(tǒng)的分析、以及針對灰色設(shè)施或NbS設(shè)施單獨(dú)使用的局限性和缺點(diǎn)的定量研究很少,缺乏深入的討論。對于公眾,多數(shù)人并未意識到NbS所帶來的健康效益,當(dāng)下研究也較少將NbS與健康效益相聯(lián)系。未來,亟需開展多學(xué)科的研究[104],提升大眾對NbS福祉效益的認(rèn)知,以及NbS對社會及環(huán)境要素變化復(fù)雜性的適應(yīng)能力,促進(jìn)NbS的應(yīng)用與實(shí)施。此外,對NbS減緩和適應(yīng)氣候變化的有效性的認(rèn)識不夠充分,這也是NbS實(shí)踐應(yīng)用中的一個(gè)突出問題[105]。

4.2.2實(shí)踐過程面臨障礙

NbS從理論到實(shí)踐落地還需要克服諸多阻礙。當(dāng)前NbS的應(yīng)用和實(shí)施面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是NbS的研究以及特定NbS的實(shí)施與具體規(guī)劃和治理之間存在脫節(jié),并且少有對NbS的規(guī)范方法進(jìn)行批判性討論,因此難以為治理和規(guī)劃領(lǐng)域提供新的啟示[106]。當(dāng)前關(guān)于NbS的研究重點(diǎn)關(guān)注個(gè)案分析,側(cè)重NbS的可操作性,但缺少更具體的、統(tǒng)一的規(guī)劃措施,指導(dǎo)地區(qū)如何根據(jù)本地條件設(shè)計(jì)并布置NbS設(shè)施。由此產(chǎn)生的問題可能是地區(qū)仍以個(gè)案的方式設(shè)計(jì)NbS設(shè)施,但缺乏在城市尺度上的統(tǒng)一協(xié)調(diào),NbS的有效性存在較大的不確定性,可能導(dǎo)致NbS的框架缺乏有效性與可持續(xù)性。

在NbS實(shí)施過程中,也存在諸多挑戰(zhàn)。目前NbS實(shí)施方法層出不窮,但Wamsler和Pauleit[105]認(rèn)為當(dāng)下零散的NbS方法可能會減緩NbS推廣的進(jìn)展。Kabisch等[107]也認(rèn)為在實(shí)施過程中,需要明確哪些類型的NbS滿足可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),具有最佳的成本效益。同時(shí),NbS在許多情況下,也同樣面臨社會層面上不同機(jī)構(gòu)、社區(qū)的目標(biāo)矛盾的問題。如何權(quán)衡NbS帶來的多方利益,同時(shí)在更大尺度上維護(hù)城市的公平,是NbS面臨的更深層次的挑戰(zhàn)。

而NbS在我國的落地實(shí)施,還需要克服根深蒂固的工程化思維,需要更高效的行政體制。長期以來,我國在城市規(guī)劃決策中更偏向于選擇簡單、可復(fù)制、可預(yù)測的解決策略,例如加高河堤來防范未來洪水災(zāi)害[108],灰色基礎(chǔ)設(shè)施在公共政策和城市建設(shè)法律體系中依然占主流,對于NbS的質(zhì)疑和排斥依然存在,以至于影響了大多數(shù)決策者的傾向和公眾的態(tài)度。此外,NbS作為多目標(biāo)協(xié)同的可持續(xù)措施,通常需要多部門協(xié)調(diào)規(guī)劃以及長期的監(jiān)測維護(hù)[109]。而現(xiàn)行行政體制中對短期績效的重視,容易忽略公共項(xiàng)目的長期效益。多部門的合作和不同層級執(zhí)行的一致性將是我國開展NbS的規(guī)劃實(shí)踐將面對的嚴(yán)峻問題。

4.2.3專業(yè)人才與本土研究缺失

NbS在我國的廣泛運(yùn)用還受制于專業(yè)人才的缺失。目前大多數(shù)的研究成果起源于歐美,將其應(yīng)用于我國的社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)可能會出現(xiàn)“水土不服”,因此還需要根據(jù)我國不同區(qū)域特點(diǎn)和擬解決的問題研發(fā)本土化的成果,因地制宜。然而,借鑒西方先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的過程中,不管是現(xiàn)有的高校教育系統(tǒng),還是國家層面的專業(yè)再教育的體系,都缺失諸如NbS這類新理念的內(nèi)容傳授,新概念推行的早期,項(xiàng)目的執(zhí)行可能會遇到人才匱乏的問題。但隨著中國成為NbS全球行動的牽頭國家之一,相信會有更多專業(yè)人才涌現(xiàn),推動NbS理念在我國“落地開花”,并推動NbS在全球的應(yīng)用實(shí)踐,為美麗中國和全球命運(yùn)共同體的建設(shè),發(fā)揮重要作用。