山地海绵城市的水系特征、建设问题及规划路径

海绵城市论文范文第四篇：山地海绵城市的水系特征、建设问题及规划路径

　　摘要：山地城市水系在资源特色、空间特征、生态服务、自然灾害等方面具有异于平原城市的特性，也因此带来系统破碎、用地割裂、生态防护不足等问题。山地城市水系规划对促进山地"海绵城市"建设具有重要的意义。文章针对山地城市水系特征及建设面临的问题，从城市规划区、小流域、河段三个空间尺度提出山地城市水系规划方法，探索山地城市水系在系统组织、土地利用和生态建设中的规划路径。

　　关键词：山地城市；海绵城市；水系统；关联区；河岸带；

　　作者简介：陈灵凤（1988-），女，硕士，重庆市规划设计研究院助理规划师。；

　　Abstract:The water system of mountainous cities are different from plain cities in terms of resource characteristics, spatial characteristics, ecological service, natural disaster, which lead to the problems of broken system, dissevered land use, vulnerable ecological protection. The planning of water system in mountainous cities is of great significance to the construction of "sponge cities" in mountainous area. Regarding the characteristics of water system in mountainous cities and the problems existing in construction of the system, this paper puts forward the planning method of water system in mountainous cities from three spatial dimensions including urban planning area, small watershed and river section, in order to explore the planning path on system organization, land use and ecological construction of water system in mountainous cities.

　　Keyword:mountainous city; sponge city; water system; association area; riparian zone;

　　先人"逐水而居",因水"耕渔、饮用、去恶、舟楫之利".今天，水对城市的功用已然超出生命支撑与交通运输的范畴，加上了文化、审美与生态需求的烙印。许多城市在经历了掠夺式的硬质化建设之后，陷入"失水"和"治水"的泥潭。"上医治未病",海绵城市的规划设计理念遵循"渗、滞、蓄、净、用、排"的六字方针[1],提倡"慢排缓释"和"源头分散式"控制的"理水"方式[2],实现了城市雨水资源化管理、雨洪管控等多重目标。目前，海绵城市的规划理论已经得到了广泛的实践证明，但是，对于具有复杂地形地貌的山地城市来说，海绵城市还处于探索阶段。山地城市水系在资源特点、空间特征、生态服务和灾害防治等方面都有区别于平原城市水系的特性，本文以海绵城市理论为支撑，针对山地城市水系特性和关键性问题，提出山地城市水系规划系统框架，分尺度、分重点地指导山地海绵城市的建设与实施。

　　1 山地城市水系特性

　　1.1 资源特点--水文特征独具山地特色

　　受起伏变化的地形地貌及山地气候的影响，山地城市水系在水位、流量以及季节性变化上都表现出明显的山地特色。顺应地形的高差变化，水系水位落差大，水流速度快，容易形成山涧、瀑流等特色水系；地势陡峭、坡度较大，地表径流流速快，缩短了暴雨时期主干河流洪峰时期，表现出水位涨幅大、流量大的特征。山地水系还表现出明显的季节性特征，随着枯水期到丰水期的过渡，河流生态系统和水系景观表现出不同的状态，最具有代表性的是山地城镇消落带的空间特征。

　　1.2 空间特征--流域空间和形态结构复杂多变

　　在城市规划领域，根据流域管理与评估的范围，可以将流域空间单元分为五个等级，即流域、子流域、流域单元、子流域单元、集水区。在一个流域空间里，相同等级的流域管理单元在空间上是并列关系，而相邻两个等级的流域管理单元在空间上则是包含关系（图1）[3].

　　在自然水系的汇水过程中，山地水系表现出明显的多层级流域空间特性。大山大水下的中山中山、小山小水可以划分出不同等级的汇水单元。以重庆市渝北区为例，在渝北区行政范围内，以流入长江的次级河流出口断面及分水岭为界划分子流域，可划分出11个子流域（图2），这些子流域面积大小不一、形态特征各异。若以子流域中的次级河流出口断面及分水岭为界则可划分流域单元，再至子流域单元、集水区。多层级的汇水结构衍生出复杂多变的水网结构，山地河流也因此表现出河道形态蜿蜒曲折、收放不一、高低变化的特征。

　　图1 汇水单元等级划分关系Fig.1 Hierarchy and relationship of watershed management units

　　资料来源：根据参考文献3改绘。

　　图2 重庆市渝北区次级河流流域划分Fig.2 Area of watershed of secondary rivers in Yubei District of Chongqing

　　资料来源：重庆市渝北区美丽山水城市规划资料。

　　1.3 生态服务--生态功能地位突出

　　河流廊道自身具有提供水源、调节小气候、维持生物多样性、净化环境等生态服务功能，山地城市因其独特的地理环境与地质条件，水系在生态调节、水土保持、生境维护等生态服务功能上较为突出。河流廊道的生态功能主要体现在河岸植被带上，不同宽度的河岸带发挥不同的功能效益。

　　1.4 自然灾害--灾害破坏力度大

　　快速集聚的大量地表径流作用于地质条件松弛的河岸、沟谷、山坡，会引发山洪、滑坡、泥石流等破坏力度大的雨洪灾害，这一类灾害在后续发展过程中会侵蚀河道、增加水系泥沙含量，造成河床受损、河道淤堵继而引发二次灾害。

　　2 山地城市水系的关键性问题与规划诉求

　　2.1 山地城市水系的关键性问题

　　2.1.1 河湖堵塞、系统破碎

　　山地城市水系统破碎化主要表现在两个方面。一是山地城市湖库系统复杂多样，上游区域河流性水库及坑塘虽然在一定程度上提高了河湖调蓄功能，但是也加剧了水系统的片段化，导致下游河道脱水、水量不足，影响水系纵向连通度；二是城市化的发展对自然水系的破坏，尤其是用地局促的山地城市，许多径流通道、湖库坑塘被改道、截弯取直、封闭化甚至是填埋，造成系统破碎、阻碍水系连通、减小流动补水、降低水质、影响水生态环境。

　　2.1.2 关联区用地割裂不均

　　水系关联区是对水系产生最直接影响的空间。山地城市受地形条件的限制，城市用地被山脉、江河所分割，建设用地结构呈有机分散的布局模式。由于雨水的冲刷，以冲沟为地貌特征的山地城市用地被割裂，影响城市土地的集约利用与功能之间的衔接。

　　2.1.3 河岸生态功能不足

　　一方面，山地城市为了满足建设发展的需求，河岸用地蚕食、湖库坑塘围筑现象严重，防洪护岸工程多以硬质化建设为主；另一方面，山地城市河岸空间极易受到暴雨、洪水的侵蚀，脆弱性较明显。山地城市水系河岸带呈现出生态脆弱、侵占过度、防护僵硬的特征，生态功能严重不足。

　　2.2 城市水系的规划诉求

　　城市水系规划的实质是对城市中自然和人工的水系统进行再认识的过程，并在这一过程中梳理水系统结构、组织水系功能、保护水生态空间、控制影响水系健康发展的河岸用地开发建设。由此可见，开展城市水系规划不但能够缓解城市当前所面临的水问题，还能够提高城市生态文明，指导海绵城市的系统建设。

　　2.2.1 水系规划是解决水系问题的基本路径

　　一直以来城市水系都面临着水污染、水灾害、水生态环境恶化等困境，由城市各主管部门指导编制的相关规划，如水环境整治规划、水景观规划等，往往存在系统分散、目标单一、空间局限、平衡失调等问题。城市水系规划，必须协同相关管理单位，以水生态、水安全、水景观、水文化、水环境复合型目标为导向，对不同自然条件下的城市水系，提出具有针对性的策略，才能从根源上解决城市水系问题。

　　2.2.2 水系规划是促进生态文明的重要举措

　　生态文明建设是人类可持续发展的必然趋势。党的十八大将生态文明建设置入新的高度，提出"美丽中国"的宏伟目标，坚持绿色发展、自然恢复，要求建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市。水系规划的总体目标是构建以水为核心的生态安全格局，是促进生态文明的重要举措。

　　2.2.3 水系规划是建设海绵城市的系统方法

　　海绵城市是城市建设理念的重大转变。海绵城市的规划理论与方法已经成功地应用于各大城市的生态基础设施建设当中（表1）。构建具有"弹性"的"海绵系统"是当前海绵城市创建的核心框架。城市水系规划是一个巨型"海绵系统",城市水系规划的过程是运用系统的方法组织海绵体的构建，实现整个城市水系空间的弹性控制。

　　3 山地城市水系规划的系统框架

　　山地城市水系规划可以从城市空间、关联区空间以及河岸带三个层面构建系统框架（图3），分别研究河网系统、土地利用以及生态建设的相关内容。

　　3.1 城市空间--河网系统的构建

　　在城市空间范围内研究水生态系统组成与构建，梳理并组织河湖坑塘系统、自然-人工排水系统、水景观系统等子系统，完善水系功能划分，保护水安全生态格局，建立水系"点、线、面"的三维空间结构模型。

　　3.2 关联区空间--环境协调与土地利用

　　在水系关联区即小流域范围内，研究环境要素与建设用地之间相互制约和相互作用的机制，以自然生态保护为准则，合理布局城市用地、优化和控制土地开发、提高关联区域水环境绩效。

　　3.3 河岸带层面--生态保护与设施建设

　　在河段和湖泊河岸带的范围内，研究生态保护与控制的问题，重点提出河岸带整体要素控制、生态修复、植被保护以及生态基础设施建设的方法。

　　山地城市水系规划系统框架：以城市空间尺度下的水系格局为系统指导，以关联区空间尺度下的用地协调为控制依据，以河岸带空间尺度下的生态建设为时间途径，实现山地城市水系规划的总体目标（图4）。

　　表1 海绵城市规划理论的实践Tab.1 Demonstration cities of the sponge city theory   

　　图3 城市水系规划三个层面研究重点示意Fig.3 Research emphasis of three levels of water system planning in city 

　　图4 不同层面水系规划重点及其关系Fig.4 Focuses of water system planning at different levels and their relationships

　　4 山地城市水系规划路径

　　4.1 系统组织：城市空间水系统梳理与体系搭建

　　水不是人类创造出来的，水系规划不是传统意义上的"规划",而是在充分认识水系自然运动过程的基础上，对其进行"再组织"的过程，一方面要对自然水系进行良性引导，减小社会活动的干扰，另一方面又要提高水系在城市中的社会、经济、文化、生态效益。水系规划应着力在城市空间层面，耦合水系与城市生态格局、绿地系统等环境要素的关系，共建"水-城-绿"一体化的城市空间格局（图5）。

　　图5"水-城-绿"一体化的城市空间格局示意Fig.5 City space model of"water-city-green land"

　　图6 眉山市岷东区潜在地表径流通道提取Fig.6 Natural runoff channel of Mindong District of Meishan City

　　资料来源：眉山市岷东新区水系专项规划资料。

　　4.1.1 梳理系统结构，恢复河湖连通性

　　良好的河湖连通性，保障了物质流、信息流和物种流的畅通[4].首先，需要对规划区内水系结构进行一定的认知和梳理，找到水网脉络的"断点".这些症结往往是由于自然河道被建闸、加盖所产生的，也有的是自然状态下的泥沙堆积而成。水系就城市而言就像人体的血液，长期淤堵就会失去活力，并逐渐沼泽化。

　　从城市规划的角度恢复河湖连通性的主要方式是保护现状水系统，清除河道行洪障碍，连通、疏浚、退田还湖、增加河网与湖泊的联系。值得一提的是，需要保护的水系除了等级高、流量大的水系通道外，还应保护具有重要生态功能的潜在地表径流通道。例如，在眉山市岷东新区境内常年有水的河流不多，大部分水系是就势而生的潜在地表径流通道，这一类水系呈现出明显的季节性特征，分布于小流域的汇水区域，不易感知和察觉（图6）。潜在地表径流通道分布分散、时空变化率大，但对于连通规划区水网具有极大的作用，是增加河湖连通性、疏通区域水网、提高城市水系弹性的必要组成部分。2014年推出的《海绵城市建设技术指南》①提倡优先利用自然排水系统，实现城市径流雨水源头减排的目标。水网系统梳理正是基于对自然水文运动的认知，以恢复河湖连通性为原则，提出水系保护对象的过程。

　　4.1.2 构建水生态斑块，提高生态调蓄功能

　　海绵城市的核心价值是构建具有雨洪调蓄能力的城市水系统。城市中大大小小独立散落的水生态斑块，如水库、湿地等，是常年蓄水的主体空间，是水系统中重要的"海绵体".增加城市水生态斑块的含有量，不仅可以减缓暴雨时期径流速度、调节雨洪、加强水系统弹性，还可以提高城市水面率，为城市提供生态、景观等服务功能。构建水生态斑块，需结合水网系统整体考量，根据不同的空间、功能需求，利用现状或潜在的地表坑塘，构建不同等级规模的坑塘体系。例如，重庆市璧山区水系规划，构建"一河三湖九湿地"的水系格局，划定河、库、湖、堰、溪、泽的保护控制线，重点保护具有重要生态功能的现状或潜在坑塘，既能提高其在丰水期的蓄水能力，又能在枯水期补充水源；另外，在建设区外围有目的地构建具有调蓄和净化功能的湿地系统，不但提高水系的生态服务功能，还提升城市景观品质（图7）。

　　4.1.3 组织搭建各级体系，完善水系整体框架

　　（1）生态廊道构建。

　　水系生态廊道不能简单理解为河流或滨河绿化，而应该是一种多功能复合型的廊道，具有自然和人工双重内涵。城市水生态廊道是由河流生态廊道、城市绿道、农林生态廊道等相关的因子叠加而成的复合型生态廊道网络，具有整体性、系统性和高度关联性。城市水生态廊道可以根据现状生态条件和生态功能需求划分不同的等级，如重庆市渝北区水系结合周边公园用地、组团隔离带、自然林地等生态要素形成等级明了、宽度不均的水生态廊道系统（图8）。

　　（2）整体功能布局。

　　城市水系功能布局主要基于水体在不同区域所承担的主体功能类别来划分。城市水系功能大多都是复合型的，包括：饮用、运输、生态、景观、防洪等，城市水系功能划分主要是在系统组织的基础上，强调上游利防洪、中游趋景观、下游重净化的整体布局。

　　（3）景观特色组织。

　　城市空间尺度下的水系景观特色组织是指导城市不同河段、不同区域的水景观风貌建设的系统依据。水系景观按水系关联空间的类型可以分为商业类、生活休闲类、文化类、近自然类水系；山地城市水系随季节变化的特征还可以划分为常年有水型景观、季节性有水型景观和干旱型水景观。

　　（4）安全体系保障。

　　维系城市水系可持续发展，还需要对水源和排水系统提出安全保障措施。水源保护主要包括饮用水源及其涵养区域的保护、城市景观用水保障、水利设施规划等；雨水排放系统是保障城市水安全的另一重要措施。海绵城市建设的一大目标就是提高城市排水防涝水平，这就需要将地表雨水径流系统与工程排水系统进行空间上的衔接，如福州市通过人工作用，加强自然与人工河道之间的沟通，并如香港、台北等地，在内涝"黑点"地区设置蓄水池、雨水花园等生态设施，减轻工程排水系统的负荷。

　　4.2 土地优化：联动关联建设区与环境区的整体用地考量

　　理想地讲，城市地区最好有两种系统，一种是按自然的演进过程保护的开放空间系统，另一种是城市发展的系统，如果这两种系统结合在一起，就可以为全体居民提供满意的开放空间[5].城市发展改变了自然状态下的汇水单元，研究城市水系必须耦合汇水单元内的建设用地与非建设用地，维护完整的生态空间单元（图9）。

　　4.2.1 关联区土地利用特征

　　将建设区内的公园绿地、防护绿地等环境用地与非建设区内的森林、草地等都纳入环境区的大类中，则水系关联区主要可以分为环境区和建设区两大类，关联区土地利用类型及其主要特征如表2所示。

　　图7 重庆市璧山区绿岛新区水系专项规划Fig.7 Special plan of water system of Lüdao New Zone in Bishan District of Chongqing City

　　资料来源：璧山绿岛新区水系专项规划资料。

　　图8 重庆市渝北区水生态廊道结构Fig.8 Structure of water ecological corridor in Yubei District of Chongqing City

　　资料来源：重庆市渝北区美丽山水城市规划资料。

　　图9 一个汇水单元内建设区与非建设区空间关系Fig.9 Spatial relationship between construction area and non-construction area within a watershed unit

　　4.2.2 关联环境区土地优化利用

　　关联环境区的土地利用方法主要是通过环境区生态敏感性分析，保护区域地形地貌以及重要的自然生态斑块，结合城市水生态廊道系统，组织环境区廊道保护与生态建设，利用现状的植物群落，构建农田林网、植被缓冲带等生态设施。还可结合城市绿地系统规划，构建内外统一的水绿网络格局，引导城市生态良性循环、提高城市景观品质（图10）。

　　4.2.3 关联建设区土地优化利用

　　关联建设区主要分为生产类用地和生活类用地。水系关联的生产类用地包括码头、港口、工业、仓储等建设用地。其中，港口、码头等交通类的建设用地都有其独特的用地选址和规划要求，水系规划研究关联区生产类用地优化主要是通过滨水工业用地的转移，工业遗址的更新和利用，减少污染、改善滨水用地类型来实现；水系关联的生活类用地则以居住、商业、娱乐等用地为主。城市规划往往将这些用地划分为独立的用地片区，如居住区、商业区等。因此，生活类用地需要通过优化土地利用类型、丰富土地使用形态、控制地块开发强度、提高土地利用生态效能、加强公共空间的利用来实现关联空间土地的控制与优化利用（图11）[6].

　　图1 0 关联环境区土地利用与规划控制Fig.10 Land use and planning control of association environmental area

　　表2 关联区土地利用类型及其主要特征Tab.2 Land use types and the main features of association areaa

　　4.3 生态建设：河岸带生态保护与海绵系统建设

　　4.3.1 明确河岸带生态保护宽度

　　河岸带具有四维结构特征，即纵向、横向、垂直方向和时间变化四个方向的结构[7].河岸带横向结构又分为三个部分：近岸地带、中间地带、外部地带。河岸带对流域水文、地貌和生态均有较大的影响。保护河岸带须清楚不同河岸带宽度的景观功能特征[8],明确保护河段的水系主导功能，进一步确定其保护宽度。

　　4.3.2 空间分解与工作重心

　　横向分解河岸带系统空间并明确各空间层次生态保护重点是实现河岸带整体保护与控制的有效途径。近岸地带的工作重点是河道的自然修复，主要包括对截弯取直的河道进行自然恢复、对河岸渠化的近自然修复等；中间地带的工作重点是保护河岸自然植被，选择正确的河岸植被搭配方式，提升河岸带的生态景观功能；外部地带是河岸带与城市建设区的过渡区域，工作重点是过滤城市生活给河岸带带来的环境压力，同时又能提供城市休闲娱乐空间，利用城市绿道系统、公共空间体系，结合生态基础设施布局，形成综合型河岸带空间。

　　4.3.3 构建城市水生态基础设施

　　《海绵城市建设技术指南》为海绵城市建设提出一个总体的目标值，而通过不同水生态基础设施的组合来实现海绵城市目标的途径则很多，因此城市水生态基础设施又被称为"海绵系统"[9] .河岸带生态空间是水生态基础设施布局的重要区域，尤其是位于下游的河岸生态空间是海绵系统中的末端空间，具有调节和控制总体径流及其污染物的重要功能。水生态基础设施的构建原则是选取具有重要生态功能的河段、节点，选择适应河段保护宽度和关联区土地利用发展的水生态基础设施进行实施，以求达到生态效益的最大化。

　　（本文荣获首届全国青年工程规划师论文竞赛二等奖，竞赛一等奖空缺。感谢重庆大学建筑

　　图1 1 重庆市盘溪河关联用地公共空间规划Fig.11 Public space planning of associated area of Panxi River in Chongqing City

　　资料来源：重庆市主城区美丽山水城市规划资料整理。

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　　注释

　　11中华人民共和国住房和城乡建设部组织编制，北京建筑大学、住房和城乡建设部城镇水务管理办公室、中国城市规划设计研究院等单位联合编制的指导海绵城市建设的技术性文件，于2014年10月开始试行。