劉 銘

（廣州大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510006）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化率增速也在迅速上升。城市擴(kuò)張開發(fā)改變了原本的土地利用方式，導(dǎo)致不透水面面積劇增，地表徑流系數(shù)變大，暴雨期間易產(chǎn)生過(guò)量徑流，增加洪泛隱患[1]。由于城市下墊面變化破壞了原有區(qū)域自然水循環(huán)機(jī)制與系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)城市區(qū)域的地表徑流在未經(jīng)合理管控的情況下會(huì)攜帶著大量污染物，使水體水質(zhì)降低，水資源難以得到妥善地回收與利用[2]。在氣候變化的作用下，極端降雨事件發(fā)生的頻次正在增加，傳統(tǒng)高度依賴灰色基礎(chǔ)設(shè)施的雨洪管理在應(yīng)對(duì)氣候變化持續(xù)影響時(shí)表現(xiàn)也不夠理想[3]。國(guó)外對(duì)各種雨洪管理措施與技術(shù)探索與實(shí)踐較早，已經(jīng)具備體系較為成熟的雨洪管理技術(shù)，如美國(guó)的低影響開發(fā)(Low Impact Development,LID)和最佳管理措施(Best Management Practices,BMPs)[4]、澳大利亞的水敏感性城市設(shè)計(jì)[5]、新西蘭的低影響城市設(shè)計(jì)與開發(fā)[6]等。目前我國(guó)正處于新時(shí)期城鎮(zhèn)化高質(zhì)量發(fā)展階段，急需探索適合我國(guó)國(guó)情的雨洪管理方法。

1 海綿城市理念

海綿城市是在生態(tài)文明戰(zhàn)略背景下，通過(guò)人工與自然的方式對(duì)徑流進(jìn)行合理控制，實(shí)現(xiàn)城市水資源開發(fā)與利用可持續(xù)發(fā)展的手段措施。2014年，我國(guó)在《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中提出，海綿城市是指通過(guò)加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理，充分發(fā)揮建筑、道路和綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式[7]。優(yōu)先利用綠色基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)結(jié)合灰色雨水基礎(chǔ)設(shè)施，基于灰綠生態(tài)要素對(duì)雨水徑流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水徑流的“滲、滯、蓄、凈、用、排”，以應(yīng)對(duì)極端降雨事件引發(fā)的城市洪澇災(zāi)害以及促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

2 海綿城市與風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)合的必要性

風(fēng)景園林有著悠久的發(fā)展歷史，其本質(zhì)是對(duì)于人地關(guān)系的處理，運(yùn)用各種設(shè)計(jì)手段結(jié)合設(shè)計(jì)要素對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行改造或再利用，創(chuàng)造更加宜人的環(huán)境[8]。從概念角度，風(fēng)景園林設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)與海綿城市的規(guī)劃目標(biāo)都以更有效、更生態(tài)的手段，協(xié)調(diào)人與自然的關(guān)系，提升環(huán)境水平。海綿城市理念的提出，為風(fēng)景園林設(shè)計(jì)提供了更多的可能性，豐富了風(fēng)景園林學(xué)科的專業(yè)內(nèi)涵，海綿城市采用的措施與風(fēng)景園林造景手段能夠較好地融合，具有高度契合的特征。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)是海綿城市建設(shè)中的重要一環(huán)，實(shí)現(xiàn)海綿城市理念與風(fēng)景園林設(shè)計(jì)的高度融合，將綠色基礎(chǔ)設(shè)施耦合灰色基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行海綿城市建設(shè)，有利于雨水資源的滲透、積蓄與再利用，實(shí)現(xiàn)區(qū)域景觀可持續(xù)發(fā)展。

3 海綿城市理念導(dǎo)向下的規(guī)劃設(shè)計(jì)趨勢(shì)

3.1 基于GIS的地形智能分析

在海綿城市理念下，地形塑造是雨水徑流初期進(jìn)行調(diào)蓄與緩解地表徑流的手段之一?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)(Geographic Information System,GIS)的智能分析技術(shù)發(fā)展迅速。ArcGIS軟件開發(fā)公司在軟件中集成了一系列水文分析輔助工具，能夠輔助相關(guān)從業(yè)者實(shí)現(xiàn)水文分析模型的構(gòu)建。在與河流分布關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的城市區(qū)域，可以基于場(chǎng)地的高程數(shù)據(jù)，對(duì)場(chǎng)地坡度、坡向等信息綜合考量，進(jìn)行場(chǎng)地的集水區(qū)劃分和進(jìn)一步分析；在道路密集的城市區(qū)域，可基于路網(wǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行集水區(qū)劃分，結(jié)合下墊面不透水率等數(shù)據(jù)展開進(jìn)一步分析。智能化輔助技術(shù)的發(fā)展，為場(chǎng)地的地形塑造提供了科學(xué)的分析基礎(chǔ)，為場(chǎng)地后續(xù)的水文模型構(gòu)建和規(guī)劃設(shè)計(jì)推敲提供更為精準(zhǔn)的場(chǎng)地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與地形情況。ArcGIS水文分析工具及其功能如圖1所示。

圖1 ArcGIS水文分析工具及其功能

3.2 物聯(lián)網(wǎng)支持下的綠色屋頂改造

綠色屋頂也稱為植被覆蓋屋頂，是一種通過(guò)在建筑屋頂進(jìn)行植物種植綠化，利用雨水回收處理系統(tǒng)削減屋面雨水徑流的海綿城市建設(shè)措施之一。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷更新迭代，物聯(lián)網(wǎng)利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將各類智能設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)連接，成為在線運(yùn)算與實(shí)時(shí)檢測(cè)相結(jié)合的信息管理系統(tǒng)。利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和信息傳感器可以檢測(cè)綠色屋頂?shù)恼w水文情況以及資源、能源轉(zhuǎn)化情況，相比以往的自然收集，物聯(lián)網(wǎng)支持下的綠色屋頂具有高效性與智能性。綠色屋頂在海綿城市規(guī)劃中面積較小，但承擔(dān)著重要雨水處理作用，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，能夠更好地發(fā)揮對(duì)雨水的回收、儲(chǔ)存與再利用效能，實(shí)現(xiàn)更為智能的監(jiān)測(cè)與管理，為海綿城市的建設(shè)注入新的活力與動(dòng)力。

3.3 數(shù)字孿生下的下墊面改造

數(shù)字孿生是利用數(shù)字化手段對(duì)真實(shí)物理世界的映射，即在虛擬環(huán)境中投射真實(shí)的場(chǎng)景，便于實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的變化。數(shù)字孿生技術(shù)在海綿城市中的應(yīng)用可以融合視頻數(shù)據(jù)、地圖矢量數(shù)據(jù)和遙感影像等信息，實(shí)現(xiàn)自然資源的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)服務(wù)，獲取城市不透水面的實(shí)時(shí)變化。在獲取城市不透水面的位置和面積的基礎(chǔ)上，能夠?qū)υO(shè)計(jì)范圍內(nèi)的下墊面屬性進(jìn)行分類。在不透水率較高的區(qū)域，對(duì)于道路路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求較低的路面或廣場(chǎng)地面進(jìn)行鋪裝設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能考慮使用透水性較好的透水鋪裝。采用透水材質(zhì)鋪裝，能夠改善由于地表不透水特征引發(fā)的地表徑流量快速達(dá)到峰值的問(wèn)題，使部分雨水能夠通過(guò)透水鋪裝快速下滲至地下補(bǔ)充水資源或經(jīng)地下排水設(shè)施排出，緩解城市淹水問(wèn)題。

3.4 灰綠基礎(chǔ)設(shè)施智能化布局

以綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝等為代表的海綿設(shè)施對(duì)地表徑流和污染物濃度等均有一定的控制效果。不同的設(shè)施在滲透、存儲(chǔ)、截污凈化與調(diào)節(jié)等功能上表現(xiàn)出不同的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)實(shí)際工程的需求和規(guī)劃的控制目標(biāo)，對(duì)海綿設(shè)施的布置位置、面積和組合方式等進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊?guī)劃配置，才能在有限的成本和資源中充分發(fā)揮海綿設(shè)施的效益。近年來(lái)涌現(xiàn)了一批智能化的布局優(yōu)化成果，Lee等[9]利用城市暴雨處理及分析集成模型系統(tǒng)(System for Urban Stormwater Treatment and Analysis Integration Model,SUSTAIM)評(píng)估得到BMPs的最優(yōu)布局位置、類型和成本；Bakhshipour 等[10]利用遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)減少灰色基礎(chǔ)設(shè)施和綠色基礎(chǔ)設(shè)施耦合方案生命周期成本；Yao等[11]提出了一種多目標(biāo)優(yōu)化框架，利用二代非支配排序遺傳算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm -II,NSGA-Ⅱ)搜索能夠平衡生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的灰綠基礎(chǔ)設(shè)施耦合布局。智能化的工具和算法為風(fēng)景園林設(shè)計(jì)師的規(guī)劃設(shè)計(jì)注入了更多的理性思考，輔助設(shè)計(jì)人員以便捷、高效的方式，多角度提升規(guī)劃設(shè)計(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

海綿城市理念的提出是處理人地水關(guān)系失衡問(wèn)題上的一大重要舉措，我國(guó)以保護(hù)水資源，強(qiáng)調(diào)功能綜合為前提，提出海綿城市建設(shè)戰(zhàn)略。這一理念的實(shí)現(xiàn)依靠整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)以及多部門、多專業(yè)、多學(xué)科的協(xié)同規(guī)劃與設(shè)計(jì)。風(fēng)景園林專業(yè)與園林相關(guān)部門在海綿城市建設(shè)中具有至關(guān)重要的作用。在海綿城市建設(shè)的指引下，以海綿城市理念為主導(dǎo)，充分發(fā)揮海綿設(shè)施在利用和保護(hù)水資源中的重要作用，能夠優(yōu)化園林景觀生態(tài)環(huán)境，兩者的相互協(xié)調(diào)和有機(jī)結(jié)合將會(huì)在未來(lái)城市生態(tài)發(fā)展中發(fā)揮可持續(xù)的、積極良好的生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)作用。

我國(guó)目前的海綿城市建設(shè)進(jìn)展迅速，但仍存在部分問(wèn)題。城市中綠色基礎(chǔ)設(shè)施分布不均，在削減雨水徑流、改善地表水污染情況與水量管理優(yōu)化等方面的功能還需進(jìn)一步探索，對(duì)于綠色基礎(chǔ)設(shè)施如何基于景觀水文過(guò)程原理，結(jié)合滯蓄雨水、凈化水質(zhì)、改善生態(tài)等建設(shè)目標(biāo)，更智能化且有創(chuàng)意地實(shí)現(xiàn)相關(guān)“海綿體”功能，兼顧社會(huì)、美學(xué)等其他功能也亟待探索。風(fēng)景園林學(xué)科是海綿城市建設(shè)的參與者，二者之間聯(lián)系密切，具有高度的戰(zhàn)略一致性。風(fēng)景園林不應(yīng)局限于單純的綠地改造上，應(yīng)結(jié)合自身學(xué)科內(nèi)涵與中國(guó)特色，提出更具前瞻性、科學(xué)性和多種功能的海綿城市建設(shè)策略，在實(shí)踐建設(shè)中解決具體問(wèn)題。