基于智慧—韌性理念的濱海城市雨洪災害防控規劃方法*

田 健 曾穗平 曾 堅 丁鍶湲 王倩雯

0 引言

全球氣候變化帶來的臺風、雨澇、高溫等不確定風險，對城市災害風險管理提出了新的挑戰，積極探索應對極端氣候災害的韌性城市規劃，已成為世界范圍的重要課題[1]。在濱海城市的災害類型中，雨洪災害最為典型，由于復雜的陸海交錯的環境影響，往往導致海潮、內陸洪水以及城市暴雨內澇多災害耦合的現象，對于濱海高密度城市而言，它不僅孕災機制復雜，風險暴露度高，且承載體脆弱，亟待通過雨洪災害的精準識別及有效治理研究，確保濱海城市安全、健康、高質量發展。既有研究在雨洪災害情景模擬[2]、風險量化評估及應對災害的基礎設施建設[3]、藍綠生態網絡格局構建[4]、避災場所布局[5]等方面取得豐富的成果，數字化技術和韌性理念的應用，為濱海城市雨洪災害防控提供了新思路與新方法。但既有研究缺少了對城市雨洪災害智慧識別技術、韌性規劃方法的系統梳理，忽視了宏觀—中觀—微觀多尺度下濱海城市雨洪災害防控的差異性和協同性，因此，本研究基于智慧—韌性理念，從多尺度協同角度，系統化建構濱海城市雨洪災害的韌性防控規劃方法。

1 濱海城市雨洪災害特征與研究進展

1.1 濱海城市雨洪災害特征

濱海城市雨洪災害具有“災種復雜、暴露度大、承災體脆弱”等典型特征，需要在災害識別、災害防控規劃等方面采取針對性措施。

第一，多災種耦合。由于受到陸地與海域災害的雙重影響，濱海城市面臨臺風、暴雨和洪水等復雜自然災害類型帶來的多重風險。風暴潮帶來的瞬時強降雨與來自河流上游的洪水相耦合，對濱海城市產生巨大的破壞力。多災種耦合放大了風險效應，加劇了雨洪災害的危害，需要災害風險識別中考慮多災種耦合的特征，進行災害參數的有效篩選，同時對城市災害防控能力也提出了更高要求。

第二，暴露度大。獨特的地理區位優勢和資源優勢，造就了濱海城市發達的經濟和文化，濱海地區集中全國40%以上的城市人口和城鎮建成區面積，產出了60%以上的國民生產總值，并形成人口與經濟的高密度集聚區。因此，濱海城市雨洪災害暴露度大，受災人口多、經濟損失大，威脅國家社會、經濟發展命脈，對災害識別與防控的精準度提出較高的要求。

第三，承災體脆弱。人口與產業高度集聚，帶來濱海城市建成區的高密度、高強度建設，形成建筑高密度聚集區，嚴重擠壓了生態空間，導致地表透水比例低、自然生態調蓄能力弱。因此，相比于其它地域的城市，濱海城市承災體更脆弱，應對雨洪災害的韌性水平較低，需要從更大時空尺度的范圍內，協調雨洪災害防控體系，化解自身脆弱性較高、抗風險能力不足的問題。

1.2 濱海城市雨洪災害研究進展

當前，濱海城市雨洪災害研究內容與技術方法，逐漸從傳統的指標評估和防災設施建設，走向數字化模擬識別與海綿韌性規劃布局。

在雨洪災害識別方面，數字模擬中考慮的風險類型更加全面化、系統化，技術方法更加智能化，如運用高分辨率風暴潮漫灘數值，模擬不同強度下濱海風暴潮最大淹沒范圍[6]，提高風險區識別精度；綜合利用SCS-CN水文模型與GIS空間模型分析，識別城市暴雨淹沒區的位置[7]，并基于GIS空間緩沖區分析，評價河流水域的安全性等級[8]，為雨洪安全格局建構提供支持；運用BP神經網絡模型等人工智能方法，分析雨洪災害威脅下的濱海河口、灣區的生態—人口—經濟多元風險空間分布[9]，拓展雨洪災害識別的范圍；運用SWMM技術構建降雨—徑流模型，識別城市不同重現期的內澇隱患點分布[10]，為風險的精準治理提供依據。

在雨洪災害防控方面，逐漸形成以生態韌性防控為主、藍—綠—灰色基礎設施綜合布局的海綿韌性防控規劃方法，如基于雨洪災害防控，提出城市水系空間韌性布局[11]和綠地系統規劃方法[12]；通過城市土地利用與生態海綿空間協同布局，有效化解城市雨洪災害風險[13]；從致災危險性、人口暴露性、疏散系統的脆弱性等角度，提出濱海城市雨洪災害避難場所適應性布局策略[14]；以及從總體規劃—詳細規劃—規劃實施等各層面，將海綿城市理念融入國土空間規劃體系[15]，確保城市雨洪災害防控策略于現行空間規劃框架內順利實施。

既有的研究為濱海城市雨洪災害識別、機理解析和防控管理提供了比較豐富的技術手段與理論研究素材。但由于既有的雨洪災害識別及災害防控方法多基于水利學科的研究視角，其成果有待于在陸海統籌的國土空間規劃中，強化其適用性與系統化研究；一些海綿城市的研究尺度偏重于中微觀層面，忽視了不同尺度下的風險識別及災害防控方法的差異性，缺乏多尺度協同下的濱海城市雨洪災害的全面識別與綜合治理。因此，有必要從多尺度視角下，系統梳理并智慧識別濱海城市的雨洪災害風險，進而建構韌性防控規劃方法，為我國濱海城市雨洪災害防控規劃提供系統的理論研究框架與技術探索。

2 濱海城市雨洪災害的智慧—韌性規劃防控理念

2.1 濱海城市雨洪災害的智慧識別

針對濱海城市雨洪災害的多災種耦合、承災體相對脆弱等特征，需要綜合運用多種數字模擬技術，精準識別雨洪災害風險區域，從而在相對有限的濱海城市空間內，精細劃分雨洪災害防控分區，為城市雨洪基礎設施布局、雨洪生態安全格局的建構提供依據。濱海城市雨洪災害的智慧識別技術，包括基于多源數據的雨洪災害數據收集與處理、基于智能分析的雨洪風險計算與災情特征歸納等內容（圖1）。

圖1 濱海城市雨洪災害的智慧識別技術Fig.1 technology for intelligent identification of flood damage in coastal cities

首先是基于多源數據，收集與處理濱海城市雨洪災害數據。通過DEM數據、水文數據等綜合計算，劃分匯水分區，并結合土壤下墊面數據庫、濱海雨洪氣象數據庫，綜合建構包含致災因子、孕災環境和承載體特征的匯水區及水文響應單元數據庫。然后基于智能分析技術，計算濱海城市雨洪風險等級并歸納特征：通過將地表、地形、水文、海洋氣象、水源、社會經濟及生態服務價值等多因子數據疊加分析，在數據網格化統一和共線性檢測后，運用機器學習等方法訓練計算多因子數據與相關文獻、歷史災害數據的關聯模型，進而預測評估同類型區域城市雨洪災害風險等級，并解析雨洪災害風險的各影響因子[16]，從而基于GIS平臺分析濱海城市雨洪災害風險空間特征及成因規律（圖2）。

圖2 引入多源數據與智能分析技術的濱海城市雨洪災害風險識別Fig.2 multi-source data and intelligent analysis technology introduced to identify flood risk in coastal cities

2.2 濱海城市雨洪災害的韌性規劃防控

由于濱海城市雨洪災害沖擊力強、風險暴露度高，因而僅依靠傳統的城市排水基礎設施難以滿足雨洪高峰時的城市防洪排澇需求。海綿城市建設已成為當前防控城市雨洪災害的重要途徑，即遵循生態優先等原則，將藍綠空間布局、雨水花園、下沉式綠地等不同尺度的生態方法與人工措施相結合，提升城市抵御洪水內澇的韌性水平。

濱海城市雨洪災害的韌性防控，主要包含三方面內容：一是“山—水—海—城”生態安全格局建構，即加強上游“山—水”生態涵養，提升流域蓄水調水能力；協調“城—水”空間關系，保護城市原有的河湖、濕地、坑塘、溝渠，完善城市藍綠生態網絡；改善“城—?！笨臻g關系，保護并優化濱海濕地、沙灘等自然生態緩沖空間，減少城鎮建設用地對海岸帶的壓迫。二是以城市建筑、社區、道路、綠地與廣場等建設為載體，通過植草溝、雨水花園、下沉式綠地、屋頂綠化等半自然化處理，提升城市內部空間的雨洪調蓄能力。三是提升城市排水系統的設計標準，在雨洪風險高值地段，通過排水管網建設、泵站外排等人工輔助措施，提高局部地段的排水能力。此外，還包括支持海綿城市管理與風險監測的信息平臺建設等。

濱海城市雨洪災害的韌性防控理念，需要通過指標體系、空間布局、系統優化和實施建設，轉化為韌性規劃方法路徑，從而實現雨洪災害的韌性防控目標。具體可總結為“理念指標化、指標空間化、空間系統化、系統建設實施”[10]：理念指標化是在空間規劃指標中增加控制生態安全格局、道路海綿、社區海綿等多尺度海綿城市建設的相關指標；指標空間化是結合指標及雨洪災害智慧識別結果，形成各層級的海綿設施布局方案；空間系統化是將各類海綿設施與城市建設用地、基礎設施系統、公共服務設施系統相協調，優化系統布局；系統建設實施是落腳點，應結合詳細規劃、近期建設規劃，落實海綿設施建設項目，并強化設施運營效果評估及反饋（圖3）。

圖3 濱海城市雨洪韌性理念的海綿規劃實施轉化Fig.3 implementation and transformation of sponge planning of flood resilience concept in coastal cities

通過引入雨洪災害的韌性防控理念，從區域生態安全格局建構、城市空間半自然化處理、排水系統設計標準精準調整和管理監測信息平臺建設等方面，提升雨洪災害防控策略的前瞻性；通過將韌性理念指標化、空間化、系統化并提出建設實施抓手，提升規劃策略的可落地實施性與有效性。

2.3 濱海城市雨洪災害的多尺度韌性協同治理

濱海城市雨洪災害的多災種耦合特征及濱海城市自身的脆弱性問題，決定了其災害治理不能局限于城市內部，而是需要結合宏觀氣候調節、流域生態涵養、海岸帶生態安全格局建構等宏觀尺度措施，以流域災害防控及生態協同治理的方法，降低雨洪的沖擊力。同時，結合中觀、微觀不同尺度下災害風險識別精度、對應空間規劃層級等方面存在的差異，分別形成針對性的雨洪災害風險識別和韌性規劃內容，通過多尺度協同治理，提升濱海城市雨洪災害防控能力（圖4）。

圖4 多尺度的濱海城市雨洪韌性海綿設施布局內容Fig.4 multi-scale layout of storm flood resilient sponge facilities in coastal cities

宏觀層面，是指在流域及城市群大尺度范圍，基于雨洪安全需求，識別并建構區域生態安全格局，研究重點是以海岸帶、灘涂、河口三角洲、蓄滯洪區、生態涵養區為代表的自然生態海綿空間，目標在于改善局域氣候，提升區域的雨洪調蓄能力，降低雨洪災害對濱海城市的沖擊力。

中觀層面，是指在市域及中心城區的中尺度范圍，識別雨洪風險區域，結合城市建設用地布局、基礎設施及公共服務設施系統布局，構建城市海綿設施體系，研究重點是以城市公園、水渠、雨水管網為代表的人工與生態海綿空間，目標在于基于城市雨洪災害分布特征，完善城市雨洪韌性防控體系，緩解濱海城市面對雨洪風險的脆弱性。

微觀層面，是指在城市片區及社區的小尺度范圍，結合城市雨洪災害的精準識別結果，精細化布局海綿設施，研究重點是以下沉綠地、可滲透路面、雨水花園、屋頂綠化、積水感應—排水管控智慧模型、信息管理平臺為代表的立體與智慧海綿，目標在于從城市細胞單元空間入手提升城市雨洪防控韌性，傳導落實宏觀與中觀層面的韌性布局方案。

3 濱海城市雨洪災害多尺度智慧—韌性規劃方法及應用

濱海城市雨洪災害的智慧識別與韌性防控規劃方法，在不同空間尺度上，因規劃對象資源稟賦、管控精度及目標不同，規劃技術內容有所差異。研究以我國典型濱海地區——閩三角城市群為例，系統梳理和應用“宏觀（閩三角城市群）—中觀（廈門市及城區）—微觀（廈門杏林灣街區）”多尺度下的濱海城市雨洪災害智慧識別與韌性防控規劃方法。閩三角城市群位于福建省南部沿海，包括廈門、泉州、漳州三市，臺風高發、暴雨頻繁，山體距離海岸較近，濱海緩沖空間狹促，在“山—城—?！苯诲e格局下，極易產生山洪與風暴潮引發的城市雨澇災害，亟待從多尺度協同角度提升雨洪災害防控的系統韌性。

3.1 宏觀城市群—流域尺度雨洪災害智慧—韌性規劃

區域生態系統的水文調節服務功能，對濱海城市的雨洪災害防控影響巨大。如漫灘濕地表面的蓄水可通過滲透到土壤中，儲存大量雨洪；茂密的植被可抑制洪水流速、捕獲沉積物，特別是洪泛區森林通過摩擦效應，延遲了地表洪水的釋放，增強了洪泛區的蓄水能力。在流域生態系統中，受快速城鎮化的影響，上游地區由于森林植被不斷被破壞，沉積物的轉移導致河道淤積；大量的生態用地及自然河湖坑塘水系轉變為城市建設用地，不透水地面的大量增加導致城市內水流流速及地表徑流的增大，增加了下游城市的雨洪災害風險。

因此，城市群—流域尺度下，濱海城市雨洪災害的韌性防控主要集中于區域生態海綿系統格局規劃，其中涉及規劃編制的技術流程的制定和雨洪韌性提升及災害的適應性管理。其規劃技術流程首先為風險的智慧識別，如劃分流域尺度的研究單元，基于孕災環境與致災因子計算、承災體脆弱性分析、雨洪路徑分析等，確定淹沒范圍和劃定風險等級；進而通過重構水安全格局、地質安全格局、生物安全格局等，強化區域水生態涵養與調蓄的系統功能，提升濱海城市承洪韌性的性能（圖5）。

圖5 宏觀城市群—流域尺度雨洪災害智慧—韌性規劃框架Fig.5 macro-urban agglomeration-catchment-scale rainfall-flood disaster intelligenceresilience planning framework

在濱海區域雨洪韌性的適應性管理方面，是應用生態適應性管理手段，協同河流整治與城市空間治理，制定與流域相關的徑流控制法規，提升氣候及承洪韌性，重構流域與城市群發展的生態安全格局。具體內容包括：劃定藍綠生態紅線，強化生態保育和景觀修復工程，修復受損的生態景觀；利用山水林田湖草等自然生態空間，提升生態系統水文服務功能；結合不同功能用地的雨澇敏感性和韌性承災能力，進行開發內容及開發強度管控；考慮平災結合的原則，布置休閑慢行系統以及游憩觀光等功能。同時，培育經濟發展韌性，形成城市可持續發展的空間導引和開發管控措施，實現社會、經濟和空間相協同的綠色、低碳、安全的發展目標。

以閩三角城市群為例，首先是雨洪災害智慧識別，基于河流、匯水點、匯水區、水文響應單元分析，劃分流域尺度的格柵研究單元，然后分別計算孕災環境（地表粗糙度、坡度、徑流量、淹沒區等）、致災因子（降雨強度等）、承災體脆弱性（人口、GDP、生物多樣性價值等），識別區域雨洪風險等級和分布特征；在建構區域生態海綿韌性安全格局層面，通過分析水安全格局、地質安全格局、經濟社會安全格局等，劃定應對雨洪災害的區域最優、緩沖及底線安全格局；在此基礎上，有效協同區域性藍、綠、灰基礎設施建設，即根據濱海地區洪水流速與淹沒深度的時空分布特點，構建蓄洪區，組織泄洪通道，提升濱海灘涂及自然洪泛區的減災功能；同時，利用濱海自然海綿空間的生態功能，強化生態保育和景觀修復工程，發揮流域與城市群生態系統的雨洪調節作用。

3.2 中觀城市整體尺度雨洪災害智慧—韌性規劃

中觀尺度下濱海城市的雨洪災害智慧識別與韌性防控，主要包括結合城市功能的承洪脆弱性評價、基于韌性防洪的空間結構布局與城市匯水單位智慧劃分、結合承洪敏感性的土地利用規劃與避災場所布局（圖6）。

圖6 中觀尺度濱海城市雨洪災害智慧-韌性規劃框架Fig.6 a mesoscale intelligent and resilient planning framework for coastal urban rain and flood damage

第一，城市尺度雨洪風險評估與結合功能的承洪脆弱性評價。首先在城市尺度孕災環境層面，預測洪澇風險源，通過評價生境質量、水源涵養能力、雨澇調蓄能力和土壤保持能力等，結合人口密度與脆弱性人群時空分布特點，識別高風險區域，進行雨澇風險敏感區分級，制作洪澇風險地圖，標注高風險地區和受威脅人口，為制定高風險城區雨澇風險管理計劃提供依據。

第二，基于韌性防洪的空間結構布局與城市匯水單位分類治理。從雨洪災害的韌性防護角度，對城市空間進行防災分區規劃，并劃定城市防災空間結構，構筑防災軸線，設計城市內澇防控的智慧應急疏散場所。如通過優化山水湖田林草等城市生態環境系統，增加冗余、多樣性和靈活性功能；設計與自然雨水管理結合的景觀系統，保護濱海紅樹林、灘涂濕地等自然海綿空間。同時，應用遙感和GIS技術，分析城市韌性承洪安全格局，劃分城市匯水單位，結合城市的地勢與坡度特點，分析各區域的地表徑流路徑、交匯點、分支點及匯水單位，將匯水單位劃分為源頭、路徑、末端3種類型：對源頭類水文區域，選擇截留、促滲的手段，達到就地消解雨水的目的；對徑流路徑類水文單元，則適當增加雨水在的滯留時間，除了采取截留手段外，以調蓄、凈化的處理手段為主；而對洪水滯留這一末端類用地，需要重點設置防洪基礎設施處理[17]。

第三，結合可浸土地的土地利用規劃與承洪韌性空間管控規劃。韌性承洪的可浸土地是指能儲存或輸送洪水和沉積物，而不會受到損害或轉移災害的土地，城市可浸土地越多，韌性承洪的能力就越高。韌性城市必須具有自組織和自適應能力，保持洪水期間的有序秩序，因此，結合承洪敏感性評估，科學提高可浸面積百分比，增強承洪適災能力。同時，基于雨洪風險適應性管理理念，提出空間韌性管控規劃方案，如針對高風險淹沒區域，劃定城市“藍線”“綠線”邊界和保護區域；對高風險區域進行詳細規劃，進行防災空間指引，規劃城市智慧防洪空間，采取引、避、退等多元措施，提出國土空間用地布局的智慧防災指引。

以廈門市為例，通過生境質量、水源涵養、雨澇調蓄、植被覆蓋等生態海綿基礎評價和雨洪淹沒區分析，綜合判斷城市重點災害空間，進而劃定城市一級防災分區，提出城市生命安全格局，以此為基礎建構城市雨洪韌性防災空間結構，布局適應高密度濱海城市的災害避難場所，提出雨洪韌性防災空間布局指引，為城市生態海綿空間布局、“藍線”“綠線”空間劃定、避難場所系統布局提供支持[18]。中觀層面城市雨洪災害智慧識別與承洪韌性規劃方案，為微觀層面街區的排水管網設計、雨水回用設施的標準分區實施、雨水花園布局建設等內容提供上位規劃依據。

3.3 微觀城市街區尺度雨洪災害智慧-韌性規劃

微觀尺度下濱海城市街區的雨洪災害智慧—韌性規劃內容，主要包括街區內的分區承洪韌性規劃設計、街區雨洪災害的風險智慧管控等內容（圖7）。

圖7 微觀尺度濱海城市街區的雨洪災害智慧-韌性規劃框架Fig.7 intelligent and resilient planning framework for flood damage in coastal city blocks at micro scale

第一，基于低沖擊開發的分區承洪韌性規劃設計。在城市片區或街區尺度范圍，劃分匯水分區，以自然水文條件及水循環過程為依據，通過組織系列的街區和社區生態化景觀設施，結合濕地、景觀水體與雨水回用設施，打造生態旱溪、植草溝等平災結合設施，實現水安全、水生態、水文化及水景觀的有機耦合。根據雨洪災害風險精細化識別結果和匯水空間單元，分區制定下凹綠地、屋頂綠化、生物滯留層、雨水鋪裝等低影響開發的建設標準，有針對性地修復街區生態環境，恢復生態雨洪調蓄功能，減少地表徑流量、徑流速率，控制徑流污染，實現雨水的滲透、吸收和凈化及自然蒸發的韌性防控目標[19]。

第二，街區層級的雨洪災害的風險智慧管控。微觀空間尺度下，基于智慧技術的雨洪災害管理，是保障多尺度承洪韌性規劃實施效果的關鍵。按照源頭治理、中間削減、系統治理的海綿城市技術理念，優化豎向標高設計，協同建筑、道路、綠地等收集的雨水銜接，收集自然水體及雨水溢流并資源化利用，解決雨污水管網混接、錯接等問題。同時，建立險情實時智慧信息系統，監測地表徑流量和淹沒區范圍，智慧導控排水管渠等內澇防治設施，利用智能管網實時收集雨水數據，有效分享洪澇信息，檢修高風險區域的防洪設施，提升人工排水系統的工程韌性，并疏導災時交通系統，完善受災救助機制和雨洪災害防控宣傳機制，提高社區和個人的洪澇防范和應急意識。

以廈門市杏林灣片區為例，在中觀層面城市土地利用規劃布局、生態海綿空間格局、一級防災分區等上位方案指導下，基于微觀層面的雨洪災害風險精細化識別和杏林灣片區匯水分區劃分結果，在街區內制定不同匯水單元的差異化的低沖擊承洪韌性規劃策略：如加強老舊社區屋頂綠化和透水鋪裝改造的標準，提升新建社區下凹綠地和雨水花園的建設標準，制定濱水開放空間的生物滯留層建設標準則等。同時，建立片區的雨洪災害智慧信息系統，并通過雨洪管理模型（SWMM），進行5年一遇暴雨情景下的管線優化模擬，實踐表明，在5年一遇情境下，通過精準化的海綿設施改造，杏林灣片區的暴雨徑流比未改造前降低了62.8%，有效的降低了雨澇災害風險（圖8）。

圖8 廈門市杏林灣片區匯水區劃分及分區承洪韌性規劃設計Fig.8 division of catchment area and design of flood bearing resilience in Xinglinwan District, Xiamen

4 結語

濱海城市雨洪災害具有孕災機制復雜、風險暴露度高、承載體脆弱等典型特征。應用數字化技術精準化智慧識別風險空間，運用多尺度智慧海綿理念實現雨洪災害的韌性防控，已成為必然趨勢。其中，在雨洪災害的智慧識別方面，多源數據與智能化分析技術為雨洪災害模擬中解決復雜災害風險耦合問題提供支持，使風險識別更加全面化、系統化；在雨洪災害的韌性防控方面，需要與空間規劃緊密結合，路徑為理念指標化—指標空間化—空間系統化—系統建設實施。

提出精準化的多尺度智慧—韌性規劃目標與技術方法，實現宏觀—中觀—微觀多尺度的雨洪災害智慧識別與韌性規劃協同，是有效化解濱海城市雨洪災害風險的關鍵。其中，宏觀流域—城市群尺度下，重點是解析區域孕災環境特征，分析承載體脆弱性，致力于改善流域雨洪調蓄能力，建構區域生態海綿系統格局；中觀城市尺度下，側重于城市雨洪脆弱性評價、承洪韌性空間結構布局與城市匯水單位劃分，并結合不同功能區的承洪敏感性，進行土地利用規劃，合理布置防災空間與避災場所；微觀城市街區尺度下，側重于基于低沖擊開發的分匯水單元的承洪韌性規劃設計、基于智能管理技術的街區雨洪風險監測與導控。研究結合閩三角城市群—廈門市—杏林灣片區的特點，進行了多尺度雨洪災害智慧—韌性規劃理論研究與實踐探索，為新時期下我國濱海城市系統化、多尺度的雨洪韌性防控提供借鑒。

圖片來源:

圖2：改繪自王倩雯, 曾堅, 楊斌.城市用地形態對城市積水的影響研究[J].城市發展研究, 2021, 28(8): 17-24.

圖3-7：作者繪制

圖8：改繪自丁鍶湲, 曾堅.基于SWMM模型與低影響開發模式的濱水地區內澇防控方案——以廈門市杏林灣選區為例[J].中國園林,2020, 36(9): 70-75.