城市水文管理與城市設計探析

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【摘要】近年來我國在城市開發建設中出現了諸如城市內澇等水生態安全問題。在此背景下，城市設計面對的不再是單一導向的城市開發建設問題，而是逐漸轉向將城市水文管理相關空間要素和方法置入城市設計的流程中，從而實現城市水文管理與城市設計的耦合?；谠鰪娝芾眄g性為目標，綜合分析國內外雨水管理的理念與實踐，探討其與城市設計耦合的途徑，為城市設計的進一步發展提供相應的策略。

【關鍵詞】城市水文管理；城市設計；城市內澇；耦合關系

1引言

1.1我國城市建設中的水文問題現狀

1.1.1城市化對城市水文帶來的不利影響在中國城市的快速發展過程中，大量的開發建設對城市下墊面造成了較大的改變。具有自然蓄水、調洪等功能的自然水體被破壞以滿足建設需求，使城市地表徑流系數加大，導致原有的自然水文循環過程受干擾。伴隨著城市化的發展，在土地和經濟利益的交互影響下，現代城市建設多將開發建設蔓延向地平高程相對較低且建設適宜性較差的區域[1]。因此在城市開發建設中，引發了諸如洪災、城市內澇、地下水位下降等水生態安全問題，所以處理好城市開發建設與水文保護之間關系的任務較為突出。從應急管理部2021年發布的全國自然災害基本情況可知，河南、四川、山西、河北、湖北、陜西等地相繼遭受嚴重暴雨洪澇災害，內澇造成了較大的直接經濟損失。就鄭州2021年特大暴雨而言，從城市用地及建設角度分析，鄭州市從2000年到2020年，其建設用地面積不斷從中心城區向外擴張（見圖1），下墊面不透水面積從373km2增加到1147km2。在地表天然的產匯流條件被人為改變、不透水地面比例急劇增加等情況下，地表產流量增大，匯流速度也加快。在本次大暴雨中，鄭州京廣快速通道隧道由最大1h降雨從開始至完全淹沒僅1.5h。因此在面對突發性強的洪災時，城市建設導致建成區排蓄水能力減弱，進一步加劇了城市內澇的風險。

1.1.2城市規劃缺乏對于水系統的合理安排隨著人類社會的發展，人們普遍依賴工程性建設并將其視為解決方案，如建造防洪堤和海堤保護社區免受洪水和沿海風暴的影響，保護城市免遭洪澇災害等[2]。因此在城市發展中，對于水系統的建造、運營、維護和更新的重點關注對象多為灰色基礎設施，而在如何將灰綠設施進行耦合的實踐中相對滯后。自然水體的梳理、雨洪組織及地表徑流的消減與城市設計有著較強相關性，處理不當會成為城市水患的誘因抑或加劇水環境問題[1]?；仡櫸覈喑鞘刑岢龅男藿ㄐ栽敿氁巹?、控制性詳細規劃、總體規劃，較少關注到城市設計與水文管理的關系，而容易忽略在城市設計中將建設與水環境進行協調。

1.2城市水文管理與城市設計相互協調的必要性

1.2.1城市設計對城市水文條件的影響城市雨洪內澇災害與城市水文環境和水循環過程密不可分[3]，而作為城鎮建設學科之一，城市設計是干預城市空間的重要手段，對城市水生態環境具有重大影響[4]。城市設計容易忽視自然水系的生態效益，而對城市水環境造成影響主要為以下三方面：①把設計重心放在城市形態、開發建設強度等方面，導致硬質鋪裝增多和原有植被系統被破壞，降低下墊面透水性，從而加劇地表徑流量。②強調高效的交通組織，一定程度上破壞原有的自然水文布局，進而影響自然排水系統的作用效果。③公共空間強調人群使用的便捷性，進而加入大量不滲水鋪裝，削弱了自然水體的排蓄水功能。因此，如何從城市設計的角度統籌協調城市水環境與城市空間形態，是城市設計不斷發展的重要議題。

1.2.2城市水環境作為景觀要素，有助于優化城市設計在城市形態方面，考量中國的城市發展史，可知水是影響城市形態、促進城市形成的最普遍且重要的因素。人們為了生產、生活用水的便利，許多城市沿水系逐步發展起來并向其四周擴張[5]。在城市公共空間塑造方面，水系作為城市空間中重要的組成部分，其景觀性與人為塑造的物質空間形成良好的關系，進而有助于優化城市設計。

2城市水文管理與城市設計相關概念闡釋

2.1城市水文管理

城市水文管理涉及給水、城市排水、污水處理與污泥處理等領域，是對城市水資源開發、利用、節約和保護的組織、協調、監督和調度等，運用法律、經濟以及技術等手段處理開發利用與經濟發展之間的關系。城市水管理是一個集自然資源系統與社會經濟系統的復合系統，具有耦合性、整體性、層次性和動態性等4個方面特征，包括水災害管理、水資源管理、水服務管制以及水環境管理[6-7]。

2.2城市設計

城市設計是指人們為某種特定的城市建設目標所進行的，對城市外部空間和形體環境的設計和組織，正是城市設計塑造的這種空間和環境，形成了整個城市的藝術和生活格調，建立了城市的品質和特點[8]。城市設計是對城市環境形態所做的各種合理處理和藝術安排，它不僅僅局限于詳細規劃的范圍，而是在城市總體規劃、分區規劃和詳細規劃中都體現[9]，而且城市設計廣泛地涉及城市社會因素、經濟因素、生態環境、實施政策和經濟決策等，它的目的是“使城市能夠建立良好的‘形體秩序’或者‘有機秩序’”[10]。有學者將2000年后收集到的城市設計和實踐主題分類，提出注重生態優先的城市設計是城市設計概念發展的四大趨勢之一，從生態文明建設的角度看，城市設計的核心價值是全面考慮人與自然的和諧與共生發展，即城市設計應體現自然環境與人工環境的共生結合，在此基礎上，將綠色基礎設施概念引入城市設計中[11-12]。隨著世界各國面臨的水文問題日益突出，從城市設計視角關注水生態安全逐漸成為各種理論嘗試和關注的熱點。美國、澳大利亞以及歐洲等國的城市水資源利用管理的實踐起步較早，他們提出的“低影響開發技術”、“水敏性城市設計”、“水資源綜合管理”等理念，在城市規劃設計中得到了很好的應用[13]。而我國借鑒國外經驗，推進海綿城市建設，使之成為注重生態優先的城市設計中極為重要的一部分[14]，希望通過用海綿城市的建設理念融合城市設計來解決城市中水資源與環境協調問題。

3國內外雨水管理理念與實踐

3.1澳大利亞-水敏性城市設計（WSUD）

水敏性城市設計理念（WaterSensitiveUrbanDesign，WSUD）起源于20世紀90年代的澳大利亞，源自對傳統城市開發和暴雨管理模式對城市水環境的負面影響的反思，旨在回應長期干旱情況下日益突出的雨水管理問題[15]。該理念將雨水管理與城市設計有機結合起來，通過優化城市開放空間、美化景觀和水循環的關系，綜合實現了水體的生態、社會、文化和美學價值。其關鍵性原則為：①保護現有的自然特征和生態；②維持集水區的自然水文條件；③保護地表和地下水水質；④降低供水管網系統的需求；⑤減少排放到自然環境中的污水量；⑥將雨、污水與景觀相結合來提高視覺、社會、文化和生態的價值[16-18]。由此可見，WSUD綜合涵蓋了對城市水生生態系統的考慮，同時也將城市開放空間的規劃布局和景觀處理與暴雨排泄路線及暴雨管理措施相結合，在城市設計過程中整合雨水管理、野生生物棲息、公共休閑等功能，最大限度地實現水體的多重價值。如在公共開放空間中，通過利用人工濕地、洼地及水面等對雨水進行滯留處理[15]。其中悉尼公園水資源再利用項目充分體現了對WSUD理念的應用，在改善當地雨水系統的基礎上，增加了生物棲息地的面積，同時提升公園的娛樂價值。該項目涵蓋三個目標：①水資源管理；②景觀與棲息地；③展示與解說，最終呈現出一個集水資源再利用設施、娛樂和棲息地為一體的復雜系統（見圖2、圖3）[18]。

3.2美國-雨水最佳管理實踐（BMPs）和低影響開發（LID）

3.2.1雨水最佳管理實踐雨水最佳管理實踐（BestManagementPractices，BMPs）為1972年美國聯邦水污染控制法及其后來的修正案中第一次提出的理念。其最初主要應用于控制非點源污染，經過發展，開始對面源污染進行控制，注重利用綜合措施來解決水質、水量和生態等問題[16]。通過減少不透水區域的面積，增加滲透和徑流儲蓄，開發低影響景觀等綜合措施來增強集水區域內雨水的調蓄能力，強調生態設計和非工程管理與自然條件（植物和水）的結合[19-20]。

3.2.2低影響開發低影響開發（Low-impactDevelopment，LID）是在20世紀90年代由美國馬里蘭州最先提出，并被實踐于美國馬里蘭州喬治王子縣[21]。該理論旨在城市開發建設的過程中采用多種手段并結合滲、滯、蓄、凈、用、排等相關技術，盡可能維持城市的水文特征與開發前一致[22]，其綜合性措施體現在圖4五個方面。美國在出版《低影響開發文獻綜述》后，美國自然資源保護協會強調低影響開發在當前的雨水管理中具有重要的作用，表現在它實現了綠地、原生景觀、自然水文等多種元素與技術之間的結合，凸顯其在雨水管理中的高效性、經濟性和簡單性（見圖4）[23]。圖4LID方法的主要組成[16]BMPs和LID都是以尊重自然、恢復自然機制在城市中的作用為出發點，極力拓展“雨水調蓄”的空間和容量，盡可能在集水區內部吸納相當數量的雨水，以減輕城市化和城市發展對水體的影響[20,24-25]。在城市開發建設時，從宏觀角度上常以BMPs為基礎對城市水流狀況進行模擬，以分析出城市水環境建設標準，然后結合城市規劃及城市設計等確定不影響雨水徑流的可建設場地；在微觀場地或設施基礎上，基于LID理念建立與雨水管理能力和景觀設計領域結合雨水設施，從源頭管理端減少對自然水文條件的影響。

3.3英國-可持續性城市排水系統（SUDS）

可持續排水系統（SustainableUrbanDrainageSystems，SUDS）為英國于1999年提出了新型雨洪管理策略，它摒棄了傳統以排放為核心的排水系統，從地表水處理與排放的水流量、水質以及環境舒適度三方面綜合考慮旨在建立能夠平衡經濟發展和環境保護、維持良性水循環的可持續的排水體系[20,24]。它從宏觀角度對集水區域進行體系優化，通過雨水源頭控制、雨水運輸控制和雨水匯集控制三個層次對雨水進行管理，從而改善城市整體水循環。與傳統排水系統相比，SUDS具有以下特點：①從傳統的排水系統上升到維持良性水循環高度的可持續排水系統，對徑流流量進行科學管理，盡可能減少城市化給自然水體帶來的影響；②排水系統與環境格局協調并符合當地社區的需求；③在城市水道中為野生生物提供棲息地；④綜合考慮徑流的水質、水量、景觀潛力和生態價值，充分激發其作為城市景觀的潛力（見圖5）。

3.4中國-海綿城市

海綿城市概念為新一代城市雨洪管理概念，指城市在適應環境改變和雨水等自然災害面前具有良好“彈性”，也可稱之為“水彈性城市”[26]。建設海綿城市，即構建低影響開發雨水系統，主要是指通過“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術途徑，實現城市良性水文循環，提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力，維持或恢復城市的“海綿”功能[27]。海綿城市是以自然積存、自然滲透、自然凈化為特征，從生態系統服務出發，通過跨尺度構建水生態基礎設施，并結合多類具體技術建設水生態基礎設施，是海綿城市的核心。海綿城市的建設需要從多尺度綜合考慮：在城市的宏觀層面需要重點對區域中的空間格局進行關注，在分析流域的水生態安全格局基礎上將其落實在城市總體規劃中，使綜合水安全格局成為開發建設的前提；在城區、鄉鎮等的中觀層面，重點關注如何利用區域內的河道、坑塘等自然水體，將其集合并規劃形成實體的“城鎮海綿系統”。并落實到控制性詳細規劃和城市設計中；在城市公園等區域或局域集水單元的微觀層面，需要考慮落實到空間中具體的“海綿體”及其相對應的技術[28]。

3.5小結

國內外的多種雨水管理理念從城市內澇預防、非點源污染治理、城市雨水收集與再利用、源頭控制徑流量以及城市環境美化等角度進行切入，根據國家的實際情況如自然條件、人文需求塑造等需求，在水管理模式上各有側重[24]。雖然各種模式的出發點各異，但目標大都為盡量減少人為活動對自然水生的干擾，且其對于城市雨水的態度及觀念較傳統排水的觀念發生了轉變，模式也從功能分割、單一向綜合性發展。從國際上對于雨水管理的模式可以看出，其發展除了關注水文安全外，還逐漸考慮更高層次的水量、水質、水循環生態系統和城市景觀，實現了跨專業、多系統的配合以充分發揮城市水系統的作用。其中也漸漸關注到城市規劃、城市設計等對城市水文管理的關鍵性作用，使城市自然水體與城市活動場地有機結合。

4城市水文管理與城市設計耦合途徑及空間策略

4.1點-城市設施層面

4.1.1提高基礎設施的韌性提高基礎設施的韌性，發揮綠色基礎設施的景觀性現今大多國家已在雨洪管理模式和技術上作出新的嘗試，一般可以劃分為以下三種方式：①城市集中布局大規模的雨水管網等排水設施；②在城市中建設分散的綠色基礎設施；③灰色基礎設施與綠色基礎設施進行耦合設置，以提高設施的韌性[29-30]。傳統灰色基礎設施因其對雨水處理具有較為快速和明顯的效果得到大多國家廣泛應用，以應對隨人類社會發展帶來的城市環境變化，保護城市免遭洪澇等災害影響。然而灰色基礎設施在建造、運營、維護和更新中需要較大的資金投入[31]，且存在建造可能會對城市自然環境造成破壞、雨水調節的服務功能飽和而導致設施系統面臨失效等問題，因此雨水基礎設施面臨著韌性提升的局面。隨著綠色基礎設施（GreenInfrastructure，GI）的提出與應用，其對于維持生態系統健康及對人類健康福祉的作用[32]愈發受學界、工業界和政府部門的重視。與傳統灰色基礎設施相比，綠色基礎設施在技術、環境、社會、經濟等多個方面有明顯的優點，可以補充、增強或取代灰色基礎設施的相關服務功能[33]?？紤]綠色基礎設施擁有灰色基礎設施所欠缺的景觀性等特點，許多國家逐漸重視將灰色基礎設施與綠色基礎設施進行耦合，使對城市的水管理與城市設計、城市規劃等進行結合。

4.1.2城市設計中促進城市重要公共空間中灰綠系統耦合綠色基礎設施主要包括生物滯留池、雨水花園、滲透鋪裝、綠色屋頂、蓄水池、綠地、植物淺溝等[33]。該技術設施能夠以點狀或線狀的形式置入到城市公共空間中，通過滲透利用和儲存利用兩種途徑實現對雨水的管理，同時使公共空間成為塑造城市景象的要素。如荷蘭的霍夫博根公園，它位于改造廢棄的高架鐵路“Hofbogen”上。該公園在改造過程實現了灰綠基礎設施耦合，將其打造成為有助于城市適應不斷變化的氣候的智能循環供水系統，（見圖6）同時成為居民日?；顒拥闹匾獔鏊统鞘兄匾坝^節點，是城市設計與城市水文管理充分結合的有效嘗試。

4.2線-城市街道空間層面

4.2.1街道空間置入綠色基礎設施城市街道是城市公共生活環境的重要組成部分，同時也是雨水徑流、雨水污染重要的發生地、匯集地與排放地[34]。城市設計中對街道的設計趨勢之一為保持生態的可持續性，即要求街道設計應該與自然環境和諧共生[35]。鑒于街道空間在城市總面積中占比較大，具有面積大、人群使用率高等特點，因此借助街道進行城市雨洪管理以實現街道空間的生態性，是多個國家和地區的發展與研究方向[36]。其中美國國家城市交通協會在原有的基礎設施難以抵御的背景，針對越來越頻發、強度越來越大的風暴事件，頒布了《城市街道雨水指南》[37]。該指南將街道作為一個生態系統，在對街道類型進行分類的基礎上作出雨水規劃并建立雨水基礎設施的類型，將綠色基礎設施與人們日?；顒訄鏊Y合在一起（見圖7），打造生態、舒適且觀賞性強的城市空間。

4.2.2結合綠色基礎設施建立街道的可識別性景觀在城市街道景觀設計方面，由于未能完全擺脫傳統的標準化設計方式[34]，導致不同地域的街道可識別性較弱。因此在城市設計階段對于街道的設計應充分遵守因地制宜等原則，結合不同城市季節條件降雨情況的影響，對街道的景觀植物進行篩選。一方面保證綠色基礎設施在不同地域創造出良好的植物景觀效果，減少植物景觀維護成本的同時突出城市景觀特色；另一方面保證植物材料對雨水水量與水質管理能力的發揮[38]。

4.3面-城市街區層面

4.3.1構建以水文管理韌性增強為導向的街區城市設計體系街區是城市設計的重點關注對象，其空間環境與城市的發展及居民的生活有著密切的聯系[39]。將城市水文管理與城市街區的設計結合起來，可為我國城市設計向生態建設轉型提供具體路徑與技術，對尋求城市空間可持續發展途徑與具有實踐指導意義。對于構建以城市水文管理韌性增強為導向的現有城市設計研究常將街區空間要素劃分為三類：城市水域空間、城市綠地系統、城市道路交通[40]。因此在街區城市設計體系構建時，需要將三大類空間要素逐一與生態水文思想的相關內容進行融合考慮。

4.3.2明確街區城市設計的目標與原則在街區層面實現城市水文管理與城市設計的耦合，需要明確街區設計過程中的生態優先原則、因地制宜原則、系統整合原則、創新原則等，并以創造有助于雨水管理的街區空間為導向，將綠地、街道、水域空間等進行整合，以建造良好的街區空間的同時，發揮街區對于城市景象優化的正向作用。

5結語

綜上所述，城市設計作為對自然水體干預較為直接的手段，探究其與城市水環境的協調關系是城市設計的重要研究課題之一。利用城市設計作為上層制度，將多樣化的城市水環境視為城市景觀特色的重要組成部分與城市水文管理的重要載體，并從城市設計的角度統籌城市水環境和空間形態，是城市設計發展與城市水文管理的重要趨勢。

參考文獻

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[2]徐愛霞.加強綠色與灰色結合的水利基礎設施建設[J].水利規劃與設計，2020（1）：12-15.

[3]蔡凱臻.緩解雨洪內澇災害的城市設計策略——基于街區層面的暴雨徑流過程調控[J].建筑學報，2015（10）：73-78.

作者:周文婷 鄭穎亮 單位:廣州大學