氣候變化背景下城市綜合防災規劃自適應研究＊

歐陽麗,戴慎志,包存寬,王曉明

(1.同濟大學建筑與城市規劃學院,上海 200092;2.同濟大學環境科學與工程學院,上海 200092;3.美國麥王環保能源集團麥王環保工程技術有限公司,上海 200135)

0 引言

氣候變化是21世紀全球面臨的最嚴峻挑戰之一。隨著氣候變化的加劇,干旱、洪澇、雷暴、冰雹、風暴、高溫和沙塵暴等極端天氣越來越頻繁、越來越激烈,與氣象相關的災害越來越多。直接導致各常規災種發生的頻度、強度增加,影響范圍擴大,并發生各地域有史以來鮮見的新災種和各類次生災害。如:氣候變化帶來的糧食、能源和水資源短缺會導致以爭奪食物、水和能源為目的的侵略戰爭更容易爆發;更多貧困、失業和環境難民易導致恐怖主義和威脅生命的疾病傳播。當前,氣候變化對農業、漁業、林業、旅游、交通、沿海地區、農村和城市社區、生態系統、食物供應、水資源等方面的影響以及適應性研究已在國內外廣泛展開。

城市綜合防災規劃是城市總體規劃的重要組成部分,其作為針對城市安全的公共政策[1],亟需積極應對氣候變化對城市安全的威脅,吸收各行業已有的研究成果,調整氣候變化背景下城市綜合防災規劃的技術路線和編制方法,改變目前在面對氣候變化帶來的嚴重威脅面前反應不及,應對無方的現實狀況,采取自適應的規劃策略。

1 研究背景

目前,常規的城市綜合防災規劃仍主要呈現為各單災種規劃集合體的形式,包括:城市消防規劃、城市防災減震規劃、城市地質災害減災規劃、城市水安全規劃、城市氣象減災規劃、城市生命線防災規劃、地下空間與防空防災規劃、應急交通規劃、安全生產與安全生活規劃、森林安全防災規劃、城市救災規劃、城市防疫規劃、避險場所規劃等基本內容[2],涉及災前預防、災中應急和災后重建等三個層面。

雖然,城市綜合防災規劃在目前的城市總體規劃編制體系中是作為單獨章節出現,但城市規劃界相關學者已日益認識到:更有效的促進和推動防災減災理念、策略和政策實現的方法是將它們徹底整合到城市總體規劃已有的其它規劃要素中。在規劃成果中未必需要單獨的防災篇章。防災減災的理念、策略、政策及至方法、措施應出現在整個規劃成果中各個合適的位置[3]。對于氣候變化背景下自適應的城市防災減災規劃策略更應全面滲透到城市總體規劃的各個規劃要素,尤其是土地使用規劃中,而不應僅僅提出一些孤立的應對措施。

本論文開展的氣候變化背景下的城市綜合防災規劃的自適應研究旨在探索城市總體規劃關鍵規劃要素全面、整體性的氣候變化應對策略。

適應(adaptation)的概念源于生物學領域,目前被廣泛應用到氣候變化應對中。在生物學中,適應是反映生物與環境之間關系的最基本概念。對生物種群來說,適應是指種群在環境選擇壓力下形成的累積性基因反應,包括形態特征、生理特征和行為特征等形式。聯合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel On Climate Change,IPCC)的報告中定義“適應”為:對受氣候變化影響的自然和人類系統進行的調整,這些調整能緩沖危害或利用有利機會,并減少脆弱性。適應氣候變化表現在科學、技術、行為、政策和經費等方面[4]。

2 土地使用規劃的自適應調整

氣候變化會導致潛在不適宜開發建設的用地范圍大幅增加。在進行城市總規的土地使用規劃前的用地適用性評價階段,應加強論證氣候變化對用地適宜性的影響,識別極端氣象條件下存在安全隱患的用地范圍,將城市建設用地選址于不會發生各類氣象災害及次生災害的區域。氣候變化在全球已持續若干年,城市規劃技術人員,尤其是負責城市綜合防災規劃的設計人員應注重收集近年在國內外各城市已發生的各類氣象災害及連鎖次生災害的起因、過程、損失程度、防災、救災的經驗和教訓等歷史信息和相關數據,進行深入的案例剖析,為所規劃城市的建設用地選址和用地布局提供借鑒。因為目前的規劃設計規范和技術標準尚未針對氣候變化進行針對性地調整和應對,如果僅僅按部就班沿用傳統的規劃技術路線和設計方法,往往無法全面識別極端氣象事件的嚴重后果,也無法提出有效的規劃策略。

2.1 干旱和強降水交替的影響及自適應規劃

暴雨頻度和暴雨強度增大更易誘發地質災害,尤其與嚴重干旱交替出現,易導致地質災害高易發區和中易發區面積擴大。

地質災害易發區通常劃分為高易發區、中易發區、低易發區和不發育區四類。在開展城市總規編制時,需要獲取“地質災害易發分區圖”作為用地適用性評價的基礎。在氣候變化條件下,滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質災害發生區域的分布范圍和發生頻度會突破以往的經驗預測和判斷,需要審慎識別氣候變化帶來的不利影響,對易發區的劃定進行重新論證,篩查不安全建設用地。如:2010年我國大部分地方遭遇嚴重干旱,使得巖體、土體收縮,裂縫暴露出來,遇到強降雨,雨水容易進入山縫隙,形成地質災害。發生在2010年8月甘肅省舟曲縣的山洪泥石流災害和汶川地震重建新區的泥石流災害就是最典型的案例。2008年發生的汶川8級地震對震區山體產生了晃動和搖擺,表面的土體更加松散、巖體開裂,形成不穩定結構面,為山體崩塌和滑坡埋下了隱患。2010年的持續高溫干旱天氣使震區山體愈發松動干裂,形成了可啟動的松散物源,而強降雨則最終誘發了地震災區的特大泥石流災害。

因此,在氣候變化背景下,在生態環境脆弱,地質結構復雜區域進行建設用地選址必須慎之又慎,否則會出現災后重建的新城區和新住宅入住不到1年又被新的地質災害所毀滅的情形。另一早期典型案例是:2006年飽受百年不遇干旱高溫煎熬的重慶市,在2007年又逢百年不遇的特大暴雨,萬噸泥石流傾瀉市區,致42人死亡[5]。城市土地使用規劃必須吸取前車之鑒。

2.2 海平面上升的影響及自適應規劃

海平面上升導致濱海地區遭受洪水泛濫的機會增大,遭受風暴潮影響的程度和嚴重性加大。在全球氣溫升高、氣候變化背景下,沿海岸線一帶地勢低洼的區域常會被淹沒。同時,內河發生海水倒灌,濱海土地鹽漬化加劇。近年,澳大利亞、美國、歐盟國家的各濱海城市陸續編制“氣候變化管理專項規劃”以應對海平面上升等氣候變化現象導致的不利影響。如:澳大利亞東南昆士蘭州在2009年著手編制了《東南昆士蘭氣候變化管理規劃(South East Queensland Climate Change Management Plan)》,其中專門識別了由氣候變化引發的各類海岸帶災害,并提出適應性政策、措施。

近年,國內沿海布局了大量的濱海工業新區,大規模的如天津濱海新區、小規模的如臺州和溫州等地的濱海工業園區;而在沿海則布局了大量的石油化工產業,從遼寧的大連、營口延伸到廣西的北海、欽州,石化項目遍布黃、渤、南海[6]。在進行上述產業園區規劃,尤其是重污染行業規劃時均沒有審慎考慮氣候變化背景下,海平面上升和海洋氣象災害加劇可能引發的重大災害和環境影響。

在氣候變化背景下,緊鄰海岸建設大量人工建筑物和構筑物極易遭受毀滅性的打擊。為了免遭氣象災害的威脅,應擴大濱海區域不適宜開發建設用地的范圍。濱海地區應審慎開發,不宜進行大規模工業建設、房地產開發或農業生產,否則即使投入大量的救災和應急裝備也無濟于事。

2.3 生態服務功能用地的自適應規劃

近年國內各地已發生的各類氣象災害已充分證實:自然生態系統人為破壞越嚴重、生態越脆弱的區域,受到氣象災害威脅和損失的程度越大,所謂“天災加人禍”共同形成了毀滅性的災難。仍以舟曲泥石流為例,長期過度森林砍伐、過度開發水電站、過度在沿江城鎮開發房地產(大量的房子和公路修建在不適合建設的地方),逐步使舟曲的自然生態系統發生惡性變化。20世紀50年代,舟曲山清水秀,被喻為“隴上江南”,但從1950年代到1990年代,當地累計采伐森林12.65萬hm2,植被破壞相當嚴重,導致水源涵養能力下降,水土難固,失去植被的山體逐漸風化流失。遍地開花的水電工程和房地產項目加劇了對地形、地貌、植被的破壞,增加了地質災害發生的頻率和規模,最終釀成了特大泥石流災難[7]。

2002年9月1 日實施的《生態功能區劃暫行規程》對生態服務功能的定義是:生態系統及其生態過程所形成的有利于人類生存與發展的生態環境條件與效用。例如森林生態系統的水源涵養功能、土壤保持功能、氣候調節功能、環境凈化功能等。承載生態服務功能的用地包括:森林、濕地、湖泊等自然生境和人工植被等。可見,具有生態服務功能的用地本身具有碳匯功能,能減少溫室氣體的排放,對氣候變化起到逆轉和緩解作用。因此,修復自然生態系統,擴增生態服務功能用地是應對極端氣象災害的“治本”之舉。與其把大筆的資金投入到災害應急救助設施和災后重建設施,不如對自然生態系統進行全面修復,這是氣候變化背景下城市綜合防災的根本應對策略。尤其是國內經過近半個世紀的持續高強度開發,具有生態服務功能的用地大量被城市建設用地侵占,很多在在城市總體規劃成果中劃定的空間管制禁建區和限建區并沒有得到很好的控制,建設用地的選址較為隨意,這樣的勢頭至今仍在延續,造成天災和人禍交織。1998年大洪水后,為根治水患,國務院及時提出了封山植樹、退耕還林、平垸行洪、退田還湖等方針,就是為了修復長期遭破壞的生態服務功能用地[8]。

另外,氣候變化對人類以外的其它動植物的生存也帶來了威脅,甚至是滅頂之災。氣候變化對生物多樣性的維持帶來了嚴峻挑戰,廣義的綜合防災規劃的保護目標應包括人類以外的各種生命體。因此,應積極采取人為適應對策避免氣候變化對生物多樣性帶來的不利影響。其中涉及空間規劃的內容即是自然保護區的規劃設計和范圍劃定。氣候變化可能使物種不能再在原保護區范圍內適宜,因此應擴大保護區范圍,在原自然保護區周圍創造和恢復緩沖區,有利于動植物長距離遷徙,并確保新適宜范圍與以前適宜范圍的連通性。這些措施均可減少氣候變化對自然保護區物種的威脅,增加生物多樣性的彈性,幫助物種自然適應[4],而自然保護區是生態服務功能用地的重要組成部分。因此,從氣候變化條件下維持生物多樣性的目標出發也需要擴大生態服務功能用地。

因此嚴格保護尚存的生態服務功能用地,并對已破壞生態系統進行積極修復并擴增生態服務功能用地面積,是積極應對氣候變化的必須策略和舉措。雖然這項舉措在我國現階段執行仍有很大阻力,但仍應大力推進和強化。合理的土地使用規劃,適應氣候變化的需要進行空間管制,適度擴大禁建區和限建區的范圍,是有效預防各類氣象災害及次生災害的基本前提。

3 各專業系統規劃技術方案的自適應調整

3.1 預防不適應氣候變化的已建人工構筑物成為事故災害源

目前,大量已建成的基礎設施所執行的設計標準和施工技術規范,都不足以應對氣候變化,沒有預先考慮如何適應極端氣象條件。如:2008年1月中旬至2月初,低溫雨雪冰凍災害侵襲我國湖南、貴州、江西、廣西、湖北、安徽、浙江等南方省區,由于輸電線路覆冰嚴重,多條輸電線路鐵塔、導線、絕緣子、金具等遭到損害。其原因之一就是按照原有設計規范,線路桿塔的抗覆冰過載能力不能適應極端低溫下的冰荷載[10],而電力行業管理部門也未制定應對氣候變化的有效應急預案。軟、硬件的缺陷導致電力、通信、交通、供水等基礎設施系統在極端氣象災害面前顯得極其脆弱。

因此,對于已建成的各類人工建筑物和構筑物,需要進行全面、系統地評估,考察其氣候適應能力,對在極端氣象條件下存在安全隱患的,經過技術經濟比較,按照輕重緩急,提出規劃應對策略。有必要對部分已有的基礎設施進行修補、升級和調整,避免其引發一系列安全隱患和災害事故。對于受技術和經濟條件制約,難以采取修補、升級措施的,需要對其可能引發的災害事故提前預見并充分評估,提出針對性的規劃措施,最大限度避免在氣候變化背景下,已建人工構筑物成為災害事故源。以水庫大壩等水利工程為例,據2006年底統計,目前全國約有各類病險水庫3.7萬座,約占水庫大壩總數的40%。這些病險水庫在全球氣候變化背景下已成為安全度汛的薄弱環節和心腹之患。氣候變化對水利工程自身安全的影響主要體現在水利工程的服役環境發生了明顯惡化:①極端低溫使得工程材料的抗凍融指標出現不足,從而引發嚴重的破壞;②持續干旱高溫導致水利工程的應力變化和趨勢性變形;③江河徑流量減少和海平面上升導致沿海和河口地區水體鹽度及導電率增加,大氣中二氧化硫等酸性氣體含量增高等對水利工程的腐蝕破壞等[11]。

因此,城市規劃者應全面識別所規劃城市已有大型基礎設施在氣候變化背景下存在的安全隱患,趨利避害。如:城市新區規劃時應嚴禁選址在病險水庫下游,避免“頭頂一盆水”的危險局面[11]。

3.2 規劃新區的各專業系統規劃設計應進行自適應調整

鑒于巨型人工構筑物在氣候變化條件下的脆弱性并可能成為災害事故源,因此在進行各個專業系統規劃設計時,應謹慎評估所采用的系統方案能否抵御極端氣象事件,盡量采用相對安全可靠的系統設計,應盡量限制規劃建設對自然生態系統帶來嚴重擾動的巨型工程設施。如:正在實施的南水北調工程,其由大型節點工程與面廣量大呈串聯狀態分布的中小工程組成。一旦遭遇極端天氣氣候事件而導致串聯線上的任一輸水建筑物損壞,勢必引發嚴重的運行事故甚至是波及范圍甚廣的系列災害。南水北調工程綿延上千公里,沿線氣候環境條件差異顯著,遭遇極端天氣氣候事件襲擊的概率大,因而對氣候變化更為敏感與脆弱[5]。

又如,對于電力系統、供水系統而言,雖然高度集中供應的大型網絡系統運行經濟性優于分散供應的小型網絡系統,但一旦發生極端氣象災害或戰爭類意外沖擊,集中供應模式的脆弱性就顯現無遺,因此分布式、分散供給的供水、供電、燃氣等系統在進行規劃方案比選時不宜完全拋棄。小型分散供應系統由于具有相對獨立性和靈活性,在氣象災害頻發的環境下更具有優越性。

另外,氣候變化劇烈導致暖冬和持續低溫交替、極端干旱和強降水交替出現等現象使各專業系統負荷預測不確定性大,實際需求量和實際可供給量波動大。如:持續干旱導致飲用水、農業用水和生態用水的安全供應出現困難;夏季高溫異常導致城市系統用電量猛增出現“電荒”[12];2010年春季氣溫持續走低,導致北方多個城市延期供暖。然而,目前國內指導城市規劃、建設、運營的專業技術規范修訂周期長,長期沿用過時、陳舊的技術標準,既不適應時代發展的最新要求,也無法對已出現并將長期延續的氣候變化趨勢進行有預見性地積極應對,既易導致一系列的安全隱患和災害事故,也造成一定的浪費。以供熱工程為例,近年氣候變暖本應使采暖期變短、采暖能耗降低,但國內很多北方城市實際采暖期幾十年來固定不變,供熱工程系統無論是從規劃設計、到建設運營都沒有充分考慮氣候變化帶來的節能機遇,造成能源浪費[13]。因此,各專業技術規范應加緊修訂,以適應氣候變化,并應突破傳統思維,不能完全孤立地考慮單一的規劃目標。如:氣候適應性設計中的“防止城市洪水發生”并非傳統意義上的防洪規劃,而是指當城市遭遇暴雨等極端氣候的情況下,通過具體的技術和政策手段降低雨水進入城市排水系統的速度,使雨水保留在土地及建筑中,以減少城市遭遇洪澇災害的幾率,促進水的良性循環。

4 小結

應對氣候變化不只是氣象部門的事情,各相關部門及其專業系統規劃設計、建設、運營都要積極應對。在進行城市土地使用規劃和各專業系統規劃建設中,都要統籌考慮規劃方案的氣候適應性及遭遇氣象災害的可能性,從源頭上增強城市適應氣候變化的能力。

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