规划笔记 | 夏福君:基于用地规划视角的海绵城市建设绩效研究——以梧州苍海新区为例

同济城市评估与开发研究中心 2018-11-27 13:06:54
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摘要:我国城市水环境目前仍有恶化趋势,暴雨内涝灾害仍多发。除了雨洪管理观念比较落后外,总体规划中的用地规划与道路规划、绿地系统规划等专项规划也并未有机结合,缺少快速高效的反馈机制。同时,住建部颁发的《海绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》亦偏重事后评价与考核,无法在初期的规划阶段进行有效评估。 基

摘要:我国城市水环境目前仍有恶化趋势,暴雨内涝灾害仍多发。除了雨洪管理观念比较落后外,总体规划中的用地规划与道路规划、绿地系统规划等专项规划也并未有机结合,缺少快速高效的反馈机制。同时,住建部颁发的《海绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》亦偏重事后评价与考核,无法在初期的规划阶段进行有效评估。

基于上述问题,本文从用地规划的视角,探索在用地规划阶段进行绩效评估的方法,对规划前期多方案进行比较评估,并提出提高海绵城市建设绩效的若干策略。本文选取与用地规划关系密切的城市暴雨内涝灾害防治及地表径流两个方面为主要研究对象,对海绵城市建设绩效进行了概念界定、选取具体评估指标、并提出计算函数,采用典型案例研究、空间模型模拟量化分析、统计学分析等研究方法,通过GIS分析、PCSWMM建模、实际案例与理想模型比较研究等技术手段,对海绵城市建设绩效进行了定性与定量研究,并以定量研究为主。本研究主要有两方面成果:通过应用评估模型,初步探索形成一套基于用地规划视角的量化研究海绵城市建设绩效的方法;基于用地规划视角,提出提高海绵城市建设绩效的若干策略。

关键词:海绵城市建设绩效,用地规划,模型模拟,苍海新区

当今中国绝大部分城市均面临着各式各样的水危机:水资源短缺、水质污染、城市暴雨内涝灾害、地表径流增加、地下水位下降、水生生物栖息地不断缩小乃至丧失等问题。这些问题具有系统性、综合性,并不是单一的水利部门或某一职能部门失责所致,而若想解决这些“水问题”,我们需要一个更加系统、综合的方案。“海绵城市”理论的提出,正是基于我国水情基本特征及所面临的“水问题”。海绵城市建设中,规划领域真正能够做些什么,能够做出何种贡献,尚不明晰。2015年7月10日,我国住房城乡建设部颁发的《海绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》也主要是对我国海绵城市建设绩效进行事后评估。城市一经建设便成事实,事后的评估只能评价前期规划的好坏,却没有办法改变既有事实。因而,在城市建设之前,对不同规划方案事前进行有效可靠的评估,从中选取较好方案并进一步优化,显得尤为重要。

1海绵城市建设绩效评估方法与模拟

1.1 海绵城市建设绩效概念界定

本文所做研究其绩效考核内容主要在城市总体规划用地规划方面,属于规划实施前的方案评估,选取指标为城市暴雨内涝灾害防治及地表径流两项,海绵城市建设绩效概念的界定即基于以上考虑,其概念可界定为:用地规划方案防治城市暴雨内涝灾害及控制地表径流的综合能力。

表1 海绵城市建设指标与城市规划及本文关系

资料来源:《海绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》

1.2 海绵城市建设绩效评估函数

海绵城市建设绩效评估包含城市暴雨内涝灾害防治与地表径流两项大指标,而城市暴雨内涝灾害防治又包含是否发生暴雨内涝,以及发生暴雨内涝中积水点总积水时间与总积水量两项分指标,本研究采用层次分析法对最终海绵城市建设绩效的评估进行定性与定量的评估与决策。海绵城市建设绩效层次结构如图1所示。

图1 海绵城市建设绩效层次结构图

资料来源:笔者自绘

1.3 实验平台和工具(PCSWMM软件)

EPA开发的SWMM是一个动态的降水-径流模拟模型,主要用于模拟城市某一降水时间或长期的水量和水质模拟。本研究所选用的评估模拟软件PCSWMM是加拿大电子水利研究所基于SWMM模型开发的商业化软件。

1.4 海绵城市建设绩效多方案模型模拟方法及流程

本研究通过模型模型,在规划前期,建立一套行之有效的方法对用地规划多方案进行观察比较分析,尽可能真实地反应不同用地方案海绵城市建设绩效的差异,以便从中选取较优方案并加以优化。

1.4.1 建立多方案模型

建立多方案模型首先需要基础数据的导入,包括地质数据、气候数据(包括温度、蒸发量、风速等)、水文数据(包括降雨量、蒸发量等)、地形数据等多种数据。其次是将不同用地规划方案导入模型。

1.4.2 模型模拟输出数据分析

对每个用地方案地表径流总量、暴雨内涝灾害总时间及洪水总量进行对比,从而得到海绵城市建设绩效指标排序,进而通过海绵城市建设绩效评估函数对各方案进行比较与评分,从中选取较优方案并进行进一步优化。

图2 建模流程示意图

资料来源:笔者自绘

2海绵城市建设绩效模拟与评估实证研究

2.1 案例概况

梧州位于广西东部,地处珠江流域中游,面积12585平方公里,人口340万。本文研究对象梧州苍海新区位于梧州市苍梧县城区南侧,具体位置如图3所示,多年来一直遭受暴雨、洪水等的侵扰。

 

 

图3 研究范围区位图

资料来源:笔者自绘

本文研究主要针对不同降雨日研究区范围内城市洪涝灾害防治情况及地表径流量大小,尤其是暴雨或大暴雨日,不同用地规划方案海绵城市建设绩效的评估,因而研究区范围内历史降雨量数据则对本研究尤为重要。对研究区范围内1959年~2010年降雨量数据统计(因资料涉密,故不列出具体数据),统计如图4所示。

图4 1959~2010年下小河步水文站年降雨量&流量统计图

资料来源:下小河步水文站

2.2 海绵城市建设绩效模型模拟

本文选取两组极有代表性的梧州降雨日(暴雨日与小雨日)降雨量数据进行模拟,并将两个降雨日24小时降雨数据录入三版不同时期用地规划模型中,得到6个不同场景。

表2 两个降雨日24小时降雨量

场景1为方案1在2014年3月30日暴雨日模型模拟场景,场景2为方案1在2014年4月22日小雨日模型模拟场景;场景3为方案2在2014年3月30日暴雨日模型模拟场景,场景4为方案2在2014年4月22日小雨日模型模拟场景;场景5为方案3在2014年3月30日暴雨日模型模拟场景,场景6为方案3在2014年4月22日小雨日模型模拟场景。

图5 场景1、2初始态

图6 场景3、4初始态

图7 场景5、6初始态

资料来源:笔者自绘 

根据本文海绵城市建设绩效评估指标及研究需要,选取总绿地面积、绿地率、总水域面积、水域面积百分比、总降雨量、地表径流总量、平均蓄水体积、较大蓄水体积、暴雨灾害内涝点数量、最长暴雨内涝灾害点时间、平均暴雨内涝灾害时间、暴雨内涝灾害总时间、暴雨内涝灾害总洪水量、暴雨内涝灾害点平均洪水量为比较参数。

表3 不同场景数据统计

2.3 模型模拟运行结果分析

①不同用地方案,在海绵城市建设绩效方面,的确存在差异;

②高绿地率并不一定代表低地表径流;

③在暴雨内涝灾害防治方面,绿地面积所起作用并不明显;

④水域面积的大小,对暴雨内涝灾害防治方面,并不一定起决定性作用;

⑤水网密度对于暴雨内涝灾害防治方面作用极大。

3城市用地优化策略

3.1 建立理想模型

本文研究区范围极大,用地类型也比较多,地质情况亦十分复杂,因而模型模拟后得到的地表径流量,暴雨内涝灾害时间、洪水总量等数据是一个受很多因素共同作用而得出的结果,很难确定具体哪一方面因素对某一结果起决定性作用。

现建立一系列理想模型,即不考虑地形的变化、土壤特性、地下水状况及侵蚀作用等因素,只针对欲研究的变量做出一定预设与变化,根据研究目的,对模型输出数据进行整理与分析,试图找出其中关系。根据研究需要,建立三组理想模型,分别用以研究场地开发前与开发后变化,绿地系统的作用以及城市各功能用地的区别。

图8 理想模型图

资料来源:笔者自绘

3.2 引入LID(低影响开发)控制技术

选取生态滞留单元、绿色屋顶及雨水花园三种LID技术措施,引入方案3,建立模型模拟,用以比较加入LID控制措施后对于海绵城市建设绩效有何效果。

图9 引入LID前后对比图

资料来源:笔者自绘

3.3 模型模拟结论及用地优化策略

3.3.1 模型模拟结论

①在温度、风速、用地结构等因素不变的情况下,LID控制技术措施对于蒸发量及下渗量并无明显影响。

②LID控制技术措施可极大程度控制地表径流总量,在小雨日作用更为明显。

③城市经开发建设后,因地表不透水率的增加,会提高地表径流,但若合理引入LID控制技术措施,也可一定程度上减少地表径流甚至有可能低于开发前。 

④城市各功能用地面积比例的不同会对地表径流、城市暴雨内涝灾害防治能力有影响,因而城市各功能用地面积比例对海绵城市建设绩效有影响。

⑤城市各功能用地因不透水率的不同,对蒸发量影响很小,但是对下渗量、地表径流、洪水总量有影响,且随着不透水率的增加,下渗量减少、地表径流增加、洪水总量增加。

⑥绿地更有利于提高下渗量,减少地表径流总量,提高控制地表径流能力;但在暴雨内涝灾害防治方面,绿地率所起作用并不明显;在绿地系统布局中,集中式布局与分散式布局各有优缺点。

3.3.2 用地优化策略

滞纳水体可有效提高海绵城市建设绩效,规划中应尽量利用天然河流湖泊或人工挖掘,但同时应合理提高城市河网水系密度。

在排水规划中,尽量让雨水快速排入自然水体;在经费允许、规划有可行性的情况下,尽量增加雨水管管径,并引入LID技术措施;

城市规划中并不一定要一味追求高绿地率;在绿地系统布局中,集中式布局与分散式布局各有优缺点。

4研究成果与应用

4.1 理论成果

本研究主要有两方面理论成果:初步探索基于用地规划视角的海绵城市建设绩效评估方法,并进行实证性研究,通过给出海绵城市建设绩效评估的具体指标,以及海绵城市建设绩效评估模型的应用,形成一套量化研究海绵城市建设绩效的方法,使得对海绵城市的研究更加理性化;提出基于用地规划视角下提高海绵城市建设绩效的策略。

4.2 研究应用

本文关注海绵城市建设中城市规划阶段,聚焦于城市规划中的总体规划用地规划层面,通过模拟模型的构建与运行,尝试提出一种可以量化研究并评估海绵城市建设绩效的方法,并藉此分析选取较优方案;本文提出了基于用地规划视角的提高海绵城市建设绩效的策略,可用于用地规划方案设计阶段方案的优化。

(节选自第54届ISOCARP会议入选论文)

作者简介

夏福君

硕士 工程师 

上海同济城市规划设计研究院有限公司 助理规划师

往期回顾

《 规划笔记 | 俞屹东 蒋希冀:上海海绵城市规划建设实践——经验与借鉴 》

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