基于应对极端降雨事件的绿色规划策略分析

李 畅

(北京市首都规划设计工程咨询开发有限公司,城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室,北京 100037)

目前,在我国城市规模不断扩张且增速逐渐放缓的时代背景下,城市规划发展思路由原来的增量规划逐渐向存量规划转变。伴随着城市的发展,极端天气的发生对城市的影响也在逐渐增加,其中由以极端降雨事件所引发的城市灾害给我国许多城市带来的经济损失和人员伤亡较为突出。近些年,我国在面对这一问题从政策的顶层设计进行了推进。国家发展改革委和住房城乡建设部联合发布了《关于印发气候适应型城市建设试点的通知》(发改气候〔2016〕1687号文件)[1];住房城乡建设部和国家发展改革委联合发布了《关于做好城市排水防涝补短板建设的通知》(建办城函〔2017〕43号文件)[2];住房和城乡建设部办公厅发布了《关于进一步明确海绵城市建设工作有关要求的通知》(建办城〔2022〕17号文件)[3]。当前我国各大城市已编和在编的城市各项规划中也逐渐融入了提升城市韧性的规划理念,如许多城市编制的海绵城市规划以及排水防涝规划中也对极端降雨事件提出了应对策略。

绿色规划策略指的是通过建设绿色基础设施,来提升城市应对极端降雨事件的韧性。他山之石,可以攻玉。本文通过对比几个具有代表性城市的绿色规划策略以及对一些实际的工程案例进行分析,以期为我国在提升城市韧性方面的经验更加完备。

1 相关概念

1.1 极端降雨事件

近些年,由于极端降雨事件所引发的城市洪涝灾害给城市正常运转造成了极大冲击,当前对极端降雨事件的划分多采用世界气象组织(World Meteorological Organization,WMO)的定义标准,即与历史同期相比,出现较少的小概率降雨事件,其特点是危害性高和突发性强等[4],如海河流域“23·7”特大暴雨,其出现了大面积的房屋、道路、河道等被冲毁情况,如图1所示。世界经济论坛每年都发布最近两年最可能发生的风险事件。从表1[5]中可以看出,2016—2022年,极端天气事件的发生概率之大在全球已经形成了共识,而极端降雨事件是极端天气事件的主要表现形式之一。

表1 近5年全球最可能发生的风险事件汇总[5]

图1 “23·7”特大暴雨导致的房屋及道路损毁情况

1.2 韧性

韧性来源于拉丁语“resi-lire”,意思是弹回。Holling[6]将韧性概念引申到生态学,将生态系统韧性描述为吸收外界干扰保持存在的能力。不同学科的学者均认为,韧性最基本的含义是系统所拥有化解外来冲击、并在危机出现时仍能维持其主要功能运转的能力。不过,不同学科的研究侧重点不同[7],有的学者强调应对冲击的吸纳、适应和反应能力,有的则强调灾后恢复的速度[8]。

1.3 绿色基础设施

绿色基础设施有广义和狭义之分。广义的绿色基础设施(green infrastructure,GI)为“具有自然生态系统功能的、能够维持空气与水环境质量,并能够为人类和野生动物提供多种利益的自然区域和其他开放空间的集合体”[9]。狭义的绿色基础设施如美国规划协会在一份报告中的定义:“它是一种由诸如林荫街道、湿地、公园、林地、自然植被区等开放空间和自然区域组成的相互联系的网络,能够以自然的方式控制城市雨水径流、减少城市洪涝灾害、控制径流污染、保护水环境”[10]。由此可见,不论是广义的还是狭义的绿色基础设施,都对缓解极端降雨所造成的城市内涝,提升城市韧性具有积极意义。

2 韧性视角下的绿色基础设施

2.1 绿色基础设施的韧性内涵

在探讨基础设施韧性内涵时,可以参考地震工程部门构建的城市基础设施的韧性理论框架,并用快速性和坚固性这两项指标来反映城市基础设施的韧性,如图2[13]所示。坚固性代表整个基础设施系统的刚性;而快速性则代表系统为减少损失以及避免未来系统功能紊乱,在最短时间内的应急能力。绿色基础设施的韧性特征常常体现在其对城市雨洪问题的贡献上[14],绿色基础设施在面对极端降雨事件时具有一定的韧性。

①号虚线代表极端降雨事件对绿色基础设施系统一开始的冲击;②号虚线代表极端降雨事件对绿色基础设施系统后阶段的冲击;③号实线代表极端降雨事件对灰色基础设施的冲击;①号和②号虚线之间区域代表绿色基础设施在极端降雨事件来临初期和末期的韧性;②号虚线和③号实线之间区域代表整个极端降雨事件冲击过程中绿色基础设施的韧性

2.2 绿色基础设施的韧性特征

Ahren[15]曾总结过绿色基础设施的韧性通过5个方面的特性来体现:多样性、多尺度、多功能、模块化和适应性,并对5个特性进行了细化分解,具体如图3[14]所示。生物多样性表现在原有生态系统受到外界冲击后,其能够保持一个相对完整的食物链系统;功能多样性体现在绿色基础设施不仅提升城市景观,降低热岛效应等功能,还具有如给居民提供休憩娱乐场所[16],甚至具有作为学校的野外教育场所的功能;反馈多样性体现在不同绿色基础设施可以给居民带来不同的感受,如可以提高房价,降低区域的犯罪率等[9];多尺度体现在城市、街区和场地等不同尺度条件下的绿色基础设施串联起来形成一种城市绿网;多功能性主要体现在其不仅具有城市绿化的功能,还能承担一部分诸如城市滞蓄排水的功能;模块化的可拼接性和灵活性主要体现在其可以随着城市建设的发展,由于其具有易改造性的特点,其可与城市其他系统进行灵活耦合,从而发挥新的功能;适应性主要体现在受到极端降雨事件冲击时,其可以具有一定的自我调整、自我恢复以及由一种平衡向另一种平衡转变的能力[17]。

图3 绿色基础设施的韧性特征[14]

因此,绿色基础设施所具有的韧性在提升城市韧性方面的贡献可以概括为对外部冲击的应对能力,以及为城市空间及城市基础设施的功能留有余力和灾害来临后的恢复能力。

3 应对极端降雨事件的案例分析

3.1 应对极端降雨事件的规划案例分析

国内外许多城市编制了城市未来20年及以上时间尺度的战略性远景规划,如北京、上海、纽约和墨尔本。这些远景规划在应对极端降雨事件问题上,均提出了类似的应对策略,即采用提高城市韧性的规划策略,并且韧性策略也均与绿色基础设施的建设紧密相关,见表2[18-21]。

表2 国内外城市远景规划对提升城市韧性的阐述[18-21]

3.2 应对极端降雨事件的工程案例分析

由于城市化的快速发展,且在全球气候变化的大环境下,城市的发展伴随着很多不确定因素,极端降雨事件的不断发生已经成为城市运行难以避免的新常态。因此为了能够更好地适应这种新常态,不同尺度的城市建设方案将提升城市韧性理念融入其中是必要的[22]。

3.2.1 城市尺度

纽约作为一个沿海城市,一直面临着极端降雨和高位潮水带来的水安全问题,如纽约拥有7.15万栋建筑和40万居民居住的洪泛区,每年有1%的可能性会被淹没[13]。在遭受飓风桑迪及伴随的极端降雨事件侵袭后,为减缓未来极端天气事件对城市的冲击,纽约采用以建设一系列的防护性措施的大U方案,从而提升城市的韧性。从西54街到东40街,以建设结合地表竖向条件的生态堤岸、植被浅沟和雨水花园等绿色基础设施成为大U理念的重要组成部分。

3.2.2 公园尺度

借助热力学平衡方法和工艺模拟，可更为方便、经济地获得生物质化学链气化系统的运行参数和可能限度。本文在前人研究的基础上，对以 Fe2O3为载氧体的生物质化学链气化系统开展热力学平衡分析，并在燃料反应器中加入CaO，模拟捕集固体气化产生的CO2，提高合成气中H2和CO含量。研究燃料反应器主要操作参数-温度（TFR）、载氧体Fe2O3与生物质碳摩尔比（Fe2O3/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等条件对合成气制备性能的影响，从而得到该CLG系统运行的优化平衡条件，为实验研究和工程放大提供基本理论参考和数据支持。

浙江的金华燕尾洲公园规划设计方案构建了一个具有韧性的绿色基础设施系统,即河道的断面、河岸和岸上三者协同。①河道断面:将河岸设计为可淹没的梯级绿色基础设施,这种做法既增加了河道的行洪断面,降低了水流速度,又一定程度上缓解了对岸城市一侧的防洪压力。②河岸区域:种植植物的梯级河岸将来自陆地的面源污染进行拦截和净化,从而降低了地表径流对河道造成污染的风险。③岸上区域:公园场地采用了可渗透的透水铺装和与植物相结合的雨水收集池[23]。该规划设计方案通过采用绿色基础设施使公园水系统的微循环(河道-河岸-岸上)得以实现,从而保障了河道的水量和水质两个层面的韧性功能。

3.2.3 街道尺度

丹麦哥本哈根排水防涝规划中腓特烈斯贝林荫路的暴雨街道规划,其暴雨街道规划是通过改变道路的整体竖向设计,在道路中央创建大容量具有雨水滞留功能的绿色基础设施。在极端降雨事件情境下,当地表径流量超过市政管网承载力时,雨水能够从周边的不透水面流向该绿色基础设施滞留空间,该绿色基础设施空间能够容纳每秒3 300 L的径流量。在常规降雨和非降雨天气时,该绿色空间也可以作为周边市民的休闲娱乐场所,同时还可以起到一部分缓解城市热岛效应的作用[24]。腓特烈斯贝林荫路的规划理念也是发挥绿色基础设施韧性的功能来提升城市面对极端降雨事件的抗冲击能力,与此同时还带来了提升生物多样性指数、调节城市环境微气候以及提供游憩嬉戏场所等附加价值。

在当下极端降雨事件不断发生的背景下,越来越多的规划突破传统刚性灰色设施的建设理念,而转向打造韧性城市的规划策略。在城市建设过程中的不同尺度,如城市尺度、公园尺度和街道尺度中融入韧性规划理念,对提升城市应对极端降雨事件的能力都具有重大意义。

4 绿色规划策略的实施过程

4.1 实施过程中的挑战

在我国许多城市推行绿色规划策略实施的过程中,从地上到地下空间都遇到了不同程度的挑战,见表3[12,25]。

表3 绿色规划实施过程中的挑战[12,25]

此外,还有一些其他因素,如居民对工程建设的阻碍、市政管网上下游建设时序不匹配和资金来源不明确等问题,均给工程推进造成极大的挑战。

4.2 针对挑战的应对策略

为了提升城市在应当对极端降雨事件时所具有的韧性,国内外的许多城市在规划策略实施过程中也遇到了诸多挑战,而突破挑战主要采用工程措施和非工程措施相结合的方式来解决。

4.2.1 工程措施

(1)市政专业。在新开发区域,提高城市排水设施的设计标准。通过适当的材料和设计,来提升建筑物和基础设施的防洪排涝能力,在旧城改造区域,采用雨污分流制的排水体制,建立临时或长期调蓄设施,开发能够适应老城地上空间紧凑的新型绿色基础设施,在地下空间紧张的区域建造绿色基础设施,使雨水流经绿色基础设施再进入雨水管道,延缓雨水径流汇集时间,降低管道峰值流量[26],从而提升城市排水系统韧性。

(2)城乡规划专业。在新开发区域,规划集中组团式绿地、使绿地系统得以连通,保留天然的蓄滞洪区和山水林田湖草,建立城市绿地网络;在旧城改造区域,规划充分利用建筑间不规则边角区域开发成绿色空间,规划新建街边绿地、口袋公园等提升旧城绿化率,降低旧城不渗透百分比。

(3)交通专业。在新开发区域,规划协调好建设用地、道路、绿地系统的开发边界关系,使绿地得以连通成片,规划严格约束道路横断面的绿带比例,使道路的线性绿地空间得以保障;在旧城改造区域,合理规划城市慢行系统和单行系统,使有限的城市空间绿化率得到最大化。

4.2.2 非工程措施

转变以往建设用地优先的固有城市规划思路,在城市发展的萌芽期、成长期和成熟期的规划工作中,均有意识地建立具有韧性的绿地系统布局,形成“将城市建设在公园里”的城市建设理念。

搭建并发布洪水风险地图和信息,建立健全极端降雨事件的预测和预警系统,提高城乡居民对洪涝的认知,完善财产赔偿损害保险制度,科学规划选址,修订标准规范,合理搬迁腾退,优化施工过程,明确建设资金来源等措施多管齐下破解城乡建设中带来的诸多挑战[10]。

通过研究国内外诸多城市绿色规划策略实施过程中应对挑战的解决方案可以得出,工程和非工程措施协同推进是当下城市建设的共识,其中许多应对挑战的解决思路与我国正在或将要推行的理念是一致的。

5 对我国城市规划策略的启示

随着我国城市化过程的不断演进,城市资产密集度达到了空前的高度,城市应对极端天气的脆弱性问题逐渐显现了出来。我国在海绵城市建设的10年中,通过一系列工程和非工程的组合拳治理措施,促使我国城市在应对极端降雨事件的韧性有了一定的提升。与此同时,在这10年的治水热潮中,我国松懈了对城市外围水问题的治理,而城市外围区域极易由极端降雨引发洪水问题,进而威胁城市的排水安全。

当前我国的各层级国土空间规划和工程建设经验在应对城乡全域空间的极端降雨问题层面上还处于初级阶段,因此在城乡全域空间建设的各个环节要不断融入韧性建设理念,采用绿色基础设施来提升城乡全域空间的韧性。由于韧性城市内涵的丰富性,其涉及的学科庞杂且主管部门较多,因此在方案制定及工程实施阶段面临着诸多问题和挑战。在受极端天气影响较为严重的我国来开展极端降雨事件的绿色规划理论和实践研究,不仅有助于完善我国城乡绿色规划策略的理论体系和方法论基础,而且将减小未来极端天气对我国的影响,增强我国全域应对极端降雨事件的能力。