陳廣宇，柳 楊，馮中華，粟一帆，謝 忱，范子武

(1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029;2.水利部太湖流域水治理重點實驗室，江蘇 南京 210029)

城市水系是城市發(fā)展進程中的生存之本、文明之源，在緩解城市熱島效應(yīng)[1- 2]、提升城市碳“匯”能力[3]及彰顯城市景觀文化[4]方面作用巨大。如何以建設(shè)水災(zāi)害防控、水資源調(diào)配、水生態(tài)保護一體化的城市新區(qū)水網(wǎng)為核心，形成一套綜合城市河湖水系、濕地等藍色空間以及城市綠地、河道緩沖帶等綠色空間與排水管網(wǎng)、泵站、凈水廠、一體化設(shè)備等灰色基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同的城市新區(qū)藍綠灰水系統(tǒng)規(guī)劃方案，受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。

通過構(gòu)建城市藍綠灰空間布局評價指標體系，評估城市發(fā)展過程中水系格局建設(shè)合理性，是維系城市化進程中“人水和諧”的重要抓手[5- 6]。國外針對城市藍綠灰空間布局做了大量研究，得出一批顯著成果[7- 8]。歐盟基于自然景觀設(shè)計學(xué)，提出藍綠系統(tǒng)方法(Blue Green Solutions，BGSs)，通過構(gòu)建城市藍色空間(水資源)與綠色空間(城市植被)綜合評價體系，量化城市藍綠布局的生態(tài)價值[9]。澳大利亞從社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益出發(fā)，統(tǒng)籌城市藍色空間(河道保護)與灰色空間(污水處理)，提出水敏感性城市設(shè)計的理念(Water Sensitive Urban Design，WSUD)[10]。美國通過綜合考慮城市匯水能力、綠色植被覆蓋及污水溢流等灰色空間，有力提升紐約市水安全保障能力[11]。國內(nèi)學(xué)者在充分借鑒國外突出案例的基礎(chǔ)上，針對我國城市化進程的突出問題，提出了針對性的城市藍綠灰空間布局評價體系。李柳意等[12]從經(jīng)濟、社交、生態(tài)、美學(xué)和設(shè)施5個方面建立城市藍綠空間健康評價體系，汪潔等[13]基于“城市雙修”理念提出針對武漢長江主軸藍綠空間的修補策略，成雅田等[14]基于城市局地氣候的角度，提出城市藍綠空間規(guī)劃途徑的相關(guān)措施。

綜上所述，國內(nèi)外針對城市發(fā)展過程中面臨的水資源短缺、水安全防護、水生態(tài)修復(fù)、水環(huán)境治理等關(guān)鍵問題，從藍綠灰空間布局角度出發(fā)，提出了相應(yīng)的理論評價體系，但針對區(qū)域水系尚待建設(shè)的城市新區(qū)，如何合理布設(shè)藍綠灰格局的研究較少，本文因此采用文獻檢索、非度量多維標度排序、模糊邏輯等方法構(gòu)建了城市藍、綠、灰空間3個準則層的評價指標體系，并選擇上海市臨港新城核心區(qū)作為典型新城區(qū)進行藍綠灰空間布局評價，本文的研究成果可為城市水系規(guī)劃及城市開發(fā)建設(shè)提供理論支撐。

1 研究方法

1.1 評價指標選取方法

1.1.1城市藍綠灰空間布局內(nèi)涵

城市發(fā)展是提升我國現(xiàn)代化水平，增強我國經(jīng)濟實力的重要抓手。上海臨港新片區(qū)是中國面向世界、面向未來的橋頭堡，將肩負支撐中國全方位高水平對外開放，提升國際影響力，參與全球經(jīng)濟新秩序的戰(zhàn)略任務(wù)。新片區(qū)自批準成立以來，大力發(fā)展城市經(jīng)濟，取得了一定的成果。但區(qū)域水資源時空分布和量能輸入往往與經(jīng)濟社會發(fā)展需求用水、城市居民生產(chǎn)生活景觀用水不相適應(yīng)，需要從“空間均衡”的角度，統(tǒng)籌城市水體等藍色空間、綠地等綠色空間、水利設(shè)施等灰色空間，定義合理的準則層與指標層，構(gòu)建面向城市新區(qū)水網(wǎng)構(gòu)建的藍綠灰空間布局評價體系，以期指導(dǎo)規(guī)劃適宜的城市新區(qū)水網(wǎng)格局，實現(xiàn)水清岸綠、碧水繞城的美麗城市建設(shè)目標。

藍色空間。城市藍色空間指城市水體部分，既包含河網(wǎng)、湖泊、濕地、河漫灘、洼地等自然水域，又包括渠道、水庫等人工水域，是“自然—人工”復(fù)合構(gòu)成的保證城市供水、灌溉、景觀、通航等多目標要求的系統(tǒng)。

綠色空間。城市綠色空間指城市綠地部分，包含城市濱水廊道、生態(tài)岸線、城市林園、綠地森林、親水平臺等涉水綠色空間，具有涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候，緩解城市熱島效應(yīng)、增強區(qū)域景觀文化等復(fù)合功能。

灰色空間。城市灰色空間指城市水利基礎(chǔ)設(shè)施部分，包含城市排水管網(wǎng)、閘門泵站、凈水廠、海綿城市設(shè)施等水安全保障設(shè)施，是保證城市承受洪澇沖擊，快速應(yīng)對、恢復(fù)，保持城市功能正常運行，提升城市韌性的重要空間。

1.1.2評價指標選擇與篩選

檢索并分析Web of Science，CNKI等國內(nèi)外權(quán)威數(shù)據(jù)庫關(guān)于城市新區(qū)、城市水網(wǎng)、藍綠灰空間等相關(guān)的期刊文獻，本文采用的文獻檢索關(guān)鍵詞法收集整理與城市新區(qū)水網(wǎng)重構(gòu)、城市藍綠灰空間分布相關(guān)的評價指標。

對每個評價指標在期刊論文中出現(xiàn)的頻次計數(shù)，并進行非度量多維標度排序(Non-matric multidimensional scaling，NMDS)[15- 16]，識別不同評價指標的差異性并進行分類，通過獨立性分析[17]進行指標顯著分析。非度量多維標度排序的基本原理是基于相異矩陣或距離矩陣進行排序的間接梯度分析方法，將原始的距離矩陣轉(zhuǎn)化為秩矩陣再進行降維分析，同時弱化距離矩陣中具體值的大小，更注重其排序關(guān)系。本文使用NMDS將城市藍綠灰空間下的要素指標進行評價分析，適用于排序目的無需最大限度地保留對象間實際的距離，而只反映對象間的順序關(guān)系，可以將研究區(qū)域內(nèi)藍綠灰的評價指標以點與點之間的距離形式表現(xiàn)出來。

1.2 評價指標權(quán)重分析方法

采用模糊邏輯法(Fuzzy logic model，F(xiàn)LM)[18- 19]計算各評價指標權(quán)重。模糊邏輯法的核心是通過構(gòu)建模糊集和模糊規(guī)則，確定指標間隸屬度。利用[0～1]之間的數(shù)值表示對象對于模糊集的隸屬度，0表示對象完全不屬于此模糊集，1表示對象完全屬于此模糊集，0～1之間表示對象部分屬于此模糊集。定義非常合理、合理、普通、不合理、無效的模糊準則，來建立各評價指標的模糊集。通過構(gòu)建的模糊集、模糊規(guī)則，確定各評價指標權(quán)重，例如某一評價指標對城市藍綠灰空間布局的合理性影響能力為普通，則權(quán)重為0.6。

1.3 評價賦分標準

利用四分法[20- 23]確定各指標對城市河流水網(wǎng)構(gòu)建過程中的藍綠灰空間布局合理性等級，四分法賦分標準見表1。四分法屬于評價體系中的一種賦分法，基本原理是將賦分值區(qū)間[0，1]總分為5等分，分值從大到小依次分別代表空間布局合理等級為非常合理、合理、普通、不合理和無效。

表1 四分法賦分表

根據(jù)構(gòu)建的賦分標準，采用累積加權(quán)法計算藍綠灰空間布局合理性指數(shù)，指數(shù)計算方法如式(1)：

(1)

式中，E—藍綠灰空間布局合理性指數(shù)；Wi—評價指標權(quán)重；Ii—評價指標賦分值。

2 城市藍綠灰空間布局評價指標體系構(gòu)建

2.1 評價指標選擇

通過查閱國內(nèi)外權(quán)威學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫的文獻，將藍、綠、灰各自對應(yīng)的要素層指標按比例從大到小的順序繪制餅狀圖，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)(如圖1所示)，使用率超過1%的指標共有21個。

圖1 評價指標統(tǒng)計分析

采用非度量多維標度排序識別不同指標間的差異性并進行指標分類，結(jié)果如圖2所示。對城市藍色空間影響較大的指標共有6個，分別為河湖水面率、生態(tài)生活岸線占比、河網(wǎng)密度、河湖連通率、河道渠化率、河岸硬質(zhì)率。對城市綠色空間影響較大的指標共有8個，包含生態(tài)空間用地占比、森林覆蓋率、骨干綠道長度、人均公園綠地面積、公園綠地連通度、小微濕地、口袋公園占比、人口綠地耦合度、公園開放度。對城市灰色空間影響較大的指標共有7個，包括主海塘防御標準、排水管網(wǎng)更新改造率、閘泵站建設(shè)合理率、排水管網(wǎng)與河網(wǎng)連通度、排水設(shè)施初期雨水收集率、凈水廠建設(shè)改造率、凈水廠處理能力達標率。

圖2 評價指標分類

對21個評價指標進行獨立性分析，利用Pearson分析和Spearman分析法分別對符合正態(tài)分布與不符合正態(tài)的指標施行相關(guān)性檢驗，設(shè)置相關(guān)系數(shù)|R|>0.75為檢驗閾值，檢驗結(jié)果見表2。

獨立性檢驗結(jié)果顯示，河道渠化率與河湖水面率、河岸硬質(zhì)率與生態(tài)生活岸線占比、小微濕地、口袋公園占比與森林覆蓋率、人口綠地耦合度，公園開放度與人均公園綠地面積、排水設(shè)施初期雨水收集率與排水管網(wǎng)更新改造率、凈水廠處理能力達標率與凈水廠建設(shè)改造率相關(guān)系數(shù)均大于0.75，指標間含義重復(fù)率較高。從指標數(shù)據(jù)可獲得性、指標利用管理等角度出發(fā)，剔除L14、L15、L17、L18、L19、L20、L21這7個指標。城市藍綠灰空間布局評價指標體系見表3。

表3 城市藍綠灰空間布局評價指標體系

2.2 評價指標權(quán)重設(shè)置

采用模糊邏輯法計算各指標權(quán)重，權(quán)重計算結(jié)果見表4。針對城市新區(qū)水網(wǎng)構(gòu)建的藍綠灰空間布局合理性指標權(quán)重結(jié)果顯示，藍色空間>灰色空間>綠色空間，藍色空間等涉水指標在評價過程中起主要限制性作用。

表4 評價指標權(quán)重

3 上海臨港核心區(qū)藍綠灰空間布局評價及重構(gòu)建議

3.1 研究區(qū)域概況

上海臨港新片區(qū)成立于2019年，位于上海東南，包含上海大治河以南、金匯港以東以及小洋山島、浦東國際機場南側(cè)區(qū)域。全域面積共873km2，主體部分為大治河以南、金匯港以東地區(qū)，面積約819km2。滴水湖核心區(qū)面積約72.09km2，位于新片區(qū)東南部(如圖3(a)所示)，是新片區(qū)的中央活動區(qū)、國際創(chuàng)新協(xié)同區(qū)和生活居住區(qū)，具有重要的戰(zhàn)略地位和生態(tài)屏障意義。本研究選擇滴水湖核心區(qū)為研究對象，區(qū)域現(xiàn)狀水系尚待建設(shè)，河網(wǎng)、濕地、自然洼地等藍色空間與山體、綠地、公園等綠色空間以及排水管網(wǎng)、閘泵、凈水廠等灰色空間格局尚待規(guī)劃，亟待整合城市藍綠灰空間，構(gòu)建區(qū)域骨干水網(wǎng)，實現(xiàn)有河有水、有魚有草、人水和諧的生態(tài)環(huán)境保護目標。

滴水湖核心片區(qū)已基本形成“一湖—四漣—七射”的水網(wǎng)格局，其中滴水湖為“一湖”，“四漣”為春漣河、夏漣河、秋漣河、冬漣河，“七射”包含赤風(fēng)港、橙和港、黃日港、綠麗港、青祥港、藍云港、紫飛港，主要河道位置及具體參數(shù)如圖3(b)所示。滴水湖是南匯新城水系的核心，按照《臨港十四五規(guī)劃》，滴水湖基于城市功能布局和已有的水系格局，綜合考慮防洪、排澇、調(diào)水等方面的要求構(gòu)建水系格局。臨港新片區(qū)現(xiàn)狀處于海、河的水敏感區(qū)域，水生態(tài)環(huán)境脆弱，地勢低平、骨干河網(wǎng)尚未建成，水系連通性較差，水動力與河道自凈能力弱，水生態(tài)環(huán)境形勢嚴峻，規(guī)劃后的水系形成較為完整的骨干水系，提高了整體的水系連通性，有利于改善整體區(qū)域水生態(tài)的抗擾動彈性(如圖3(c)所示)。

圖3 臨港新片區(qū)水系圖

3.2 評價數(shù)據(jù)來源

本文評價臨港核心區(qū)藍綠灰空間布局評價指標所需數(shù)據(jù)主要來源于《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二○三五年遠景目標的建議》《關(guān)于開展河道生態(tài)治理試點工作的實施意見(暫行)》《上海市河道生態(tài)治理設(shè)計指南(試行)》《河湖健康評價指南(試行)》《生態(tài)河道評價驗收指標體系》《上海市河湖健康評估指南》和臨港新片區(qū)水系監(jiān)測斷面的多年站點數(shù)據(jù)。

3.3 評價結(jié)果及分析

3.3.1評價結(jié)果

臨港新片區(qū)核心區(qū)現(xiàn)狀水網(wǎng)與規(guī)劃水網(wǎng)狀態(tài)下，城市藍綠灰空間布局合理性評價結(jié)果如圖4所示，圖中的分值代表目標層的計算結(jié)果。該結(jié)果以區(qū)域內(nèi)多個典型區(qū)藍綠灰空間評價分值作為依據(jù)，通過對整個臨港核心區(qū)域進行插值計算，合理性結(jié)果比例見表5。臨港核心區(qū)現(xiàn)狀水網(wǎng)格局狀態(tài)下藍綠灰空間布局評價結(jié)果如圖4(a)所示，評分處于合理范圍以上(E>0.6)的區(qū)域面積占總面積的63.7%，中部區(qū)域及滴水湖周邊合理性評價結(jié)果較高，西部區(qū)域部分節(jié)點評分相對較低，越靠近東部，藍綠灰空間布局合理性越差。核心區(qū)規(guī)劃水網(wǎng)格局下的藍綠灰空間布局評價結(jié)果如圖4(b)所示，評分處于合理范圍以上(E>0.6)的區(qū)域面積占總面積的71.5%，較構(gòu)建前區(qū)域藍綠灰空間布局合理性提升7.6%，西部與中部區(qū)域基本處于合理范圍，東部區(qū)域合理性依舊較低。

表5 城市藍綠灰空間布局合理性結(jié)果表

圖4 城市藍綠灰空間布局合理性評價結(jié)果

3.3.2結(jié)果分析

臨港核心區(qū)城市藍綠灰空間布局合理性評價結(jié)果顯示，核心區(qū)空間布局合理性空間異質(zhì)性較明顯，西部及中部地區(qū)的合理性明顯高于東部區(qū)域。臨港新片區(qū)、東臨長江口、南瀕杭州灣，處在太湖流域蝶形洼地的邊緣，地面高程3.5～4.5m(上海吳淞高程)，全區(qū)地勢較為平坦，整體上西部高東南低，區(qū)域污水、澇水為西引東排之勢。西部及中部水源為黃浦江來水，水質(zhì)好水量足，是核心區(qū)主要的人類聚集區(qū)與商業(yè)區(qū)[24- 25]。依托于臨港“海派文化”的發(fā)展格局，核心區(qū)西部與中部在發(fā)展進程中注重人—水和諧的發(fā)展理念，大力開展城市綠林建設(shè)[26- 27]、生態(tài)岸線建設(shè)[28]、再生水廠[29]建設(shè)等工程，極大增加了區(qū)域藍綠灰空間布局合理性與城市水安全等級[30- 32]。區(qū)域東部地塊尚處于開發(fā)建設(shè)過程中，因河道開挖、水系構(gòu)建等工程的影響，河道斷點卡扣較多，水體連通性較差；同時東部區(qū)域靠近東海、杭州灣區(qū)域，受海水倒灌影響，土壤鹽度較高，不利于喬木、灌木等植物生長，綠色空間布局較差；此外該區(qū)域大多以永久農(nóng)業(yè)區(qū)為主，農(nóng)業(yè)種植及灌溉多依賴傳統(tǒng)澆灌手段，排水管網(wǎng)、雨污分離設(shè)施、集中式污水處理措施等配套工程較缺乏，因此東部區(qū)域藍綠灰空間布局合理性較差。臨港核心區(qū)水系構(gòu)建前后城市藍綠灰空間布局合理性評價對比結(jié)果顯示，通過疏通區(qū)域水網(wǎng)斷點卡口，構(gòu)建區(qū)域防洪排澇骨干水網(wǎng)，有利于提升區(qū)域藍綠灰空間布局合理性。與水系構(gòu)建前相比，通過構(gòu)建東引河—西引河—北護城3級的引清廊道，有利于增加區(qū)域水面率，提升區(qū)域水系連通性，增大藍色空間布局合理性；通過晚上核心區(qū)“四漣七射”水網(wǎng)格局，形成分時分區(qū)內(nèi)循環(huán)模式，有利于增大區(qū)域骨干綠道長度，提升人均公園綠地面積占比，增大綠色空間布局合理性；通過改造與新增區(qū)域閘泵站數(shù)量與調(diào)控能力，依托海綿城市理念[32- 33]，提升區(qū)域雨污分流能力，增大灰色空間布局合理性。

3.4 水系重構(gòu)建議

水系作為城市自然環(huán)境的重要因素之一，具有排澇減災(zāi)、調(diào)節(jié)氣候、景觀文化等眾多作用，同時也是城市建設(shè)的骨架網(wǎng)絡(luò)重要組成部分，影響著城市的性質(zhì)、用地布局乃至發(fā)展方向。針對臨港新片區(qū)面臨的藍綠灰空間布局問題，應(yīng)以近自然工法為核心，恢復(fù)水系自然形態(tài)、增大區(qū)域水域面積，提升城市水安全保障能力，具體建議為：

(1)水體形態(tài)重塑。臨港新片區(qū)在快速的城市化開發(fā)建設(shè)中，由于豎向管控不到位，片面追求場地平整，東引河、北護城河、七條射河等河流河道順直、形態(tài)單一，致使河流生境均質(zhì)化，生物多樣性低，生態(tài)系統(tǒng)抗擾動彈性脆弱，水環(huán)境惡化風(fēng)險嚴峻。因此在臨港新片區(qū)水環(huán)境提升中，對于新挖河道或尚在規(guī)劃的河道，通過適度調(diào)整河道藍線，采用人工修復(fù)工程將順直河道改變?yōu)橛羞m度彎曲的連續(xù)河灣，增大河道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，使得河流形成主流、支流、河灣、沼澤、急流和淺灘等豐富多樣的生境和水力條件，重塑河湖生境與生態(tài)空間。對于無法調(diào)整河道藍線的順直河道，通過對河流駁岸形態(tài)和底部構(gòu)造進行重塑，恢復(fù)河流蜿蜒性。

(2)水系動脈重構(gòu)。臨港新片區(qū)受開發(fā)建設(shè)以及行政區(qū)劃調(diào)整的影響，骨干河網(wǎng)格局尚未形成，南匯新城343m2范圍內(nèi)有39條河道涉及斷堵點，未按規(guī)實施需新開河道39條。區(qū)域水系雜亂，連通性差，水體物質(zhì)、能量、信息交換能力弱，水環(huán)境質(zhì)量低。對區(qū)域雜亂無規(guī)水系格局進行合理重構(gòu)，消除斷頭浜、增大水面率，提升水體交換能力，是提升臨港新片區(qū)水環(huán)境質(zhì)量的又一重要措施。通過填滿難以打通的斷頭浜，修剪零星水網(wǎng)旁支；通過打通因開發(fā)建設(shè)造成的河道斷堵點、開挖規(guī)劃河道，形成骨干水系格局；最終通過開挖景觀湖置換水面率，將區(qū)域雜亂水網(wǎng)、孤立濕地與湖泊進行整合，形成大水面水域的城市“水心臟”，縮短水體停留時間，提升水體置換能力與自凈能力，起到向心臟一樣的凈化污水—釋放源水的新型雙重水環(huán)境治理模式。

4 結(jié)論

(1)文章從“空間均衡”的角度，統(tǒng)籌城市水體等藍色空間、綠地等綠色空間、水利設(shè)施等灰色空間，構(gòu)建包含河湖水面率、生態(tài)生活岸線占比河網(wǎng)密度等14個城市藍綠灰空間布局合理性評價指標體系，有利于實現(xiàn)城市化進程中的“人水和諧共生”。

(2)評價結(jié)果顯示臨港核心區(qū)藍綠灰空間布局合理性空間異質(zhì)性明顯，西部及中部區(qū)域明顯優(yōu)于東部，且水系構(gòu)建有利于提升區(qū)域藍綠灰空間布局合理性。

(3)以近自然工法為核心，提出包含水體形態(tài)重塑、水系動脈重構(gòu)等藍綠灰空間布局合理性提升技術(shù)，恢復(fù)水系自然形態(tài)、增大區(qū)域水域面積，提升城市水安全保障能力。