多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索

北极星水处理网讯:作者桂林市城市规划设计研究院蒋鸿业、邓苏衡、祝慰在《规划师》2019年第21期撰文,作为海绵城市建设的顶层设计,海绵城市专项规划是有序合理地指引和推进海绵城市建设的科学纲领。文章对已经开展的桂林市海绵城市规划实践工作进行归纳整理,探讨以GIS为辅助定量与定性结合的多因子综合评价法在构建海绵城市建设生态安全格局、划定海绵城市建设功能分区及差异化确定分区管控指标方面的应用,以期提高规划的科学性、合理性和可落地性。

[关键词]海绵生态安全格局;海绵建设功能分区;海绵分区管控指标;多因子综合评价法

一 海绵城市建设分区指引

(一)技术路线

海绵城市建设分区的划定,首先,应对城市的山、水、林、田、湖等自然本底进行全面摸底,识别生态敏感性较高、需要管控的海绵空间,构建海绵城市的自然生态空间格局;其次,针对生态环境敏感性较低的城市建设空间,分析其海绵城市建设的发展目标及现状问题;最后,通过生态空间格局与城市建设空间的对接,综合考虑划定海绵城市建设分区,提出不同的策略和指引,如对生态区提出保育、涵养与缓冲要求,对建设区提出功能提升、强化、优化要求等。

(二)海绵生态基底识别

从海绵城市的角度出发,选取对城市降雨能够起到直接滞留、调蓄等控制作用的山、水、林、田、湖5类自然要素,作为主要的海绵生态基底进行识别。

桂林市本底条件优良,地貌特征丰富,山、水、林、田、湖等海绵基底资源分布广泛。桂林市地势西北高、东南低,主城位于桂林—阳朔石灰岩溶蚀盆地的北端中部,盆地内峰丛林立,洼地绵延,是典型的岩溶地貌,分布广、类型全及发育好。市域内江河纵横、溪流遍布,地表水资源丰富,市域内主要湿地有会仙湿地、清水塘湿地;主城区内河流、湖泊、湿地和沟渠众多,主要河流有漓江、小东江和桃花江等40条重要河流;面积较大的湖塘有榕湖、杉湖、桂湖、木龙湖和八角塘等,具有一定的雨水调蓄作用。桂林市属于亚热带常绿林带范围的南缘,森林覆盖率达66.46%,绿化程度达98.04%,居全国先进水平。主城区域外耕地分布范围广、保有量高。

(三)生态环境敏感性分析

生态环境敏感性是指生态系统对区域内自然和人类活动干扰的敏感程度,它反映区域生态系统在遇到干扰时,发生生态环境问题的难易程度和可能性的大小,并用来表征外界干扰可能造成的后果。可以由此确定生态环境影响最敏感的地区和最具有保护价值的地区,为海绵生态功能区的划分和建设指引的提出提供可靠依据。

首先,筛选并针对不同的特定生态要素(即敏感因子)分别进行评价;其次,对多种生态要素的敏感性进行不同权重的加权叠加,对空间叠加计算结果进行定性评估,明确区域生态环境敏感性的分布特征。

从海绵城市的角度出发,选取与降雨径流产生过程最为相关的水敏感因子、地质敏感因子和生物敏感因子进行海绵生态环境敏感性分析。敏感性统一定为5级,分别为高敏感、较高敏感、中敏感、较低敏感、低敏感,对应赋值5、4、3、2、1 的分值。

(1) 水敏感因子。

桂林市水敏感性评价主要考虑两个方面的目标:一是保护河流、水库、湿地、坑塘等自然水环境,修复水生态,恢复水的活力;二是保护水源保护区(含水域范围和陆域范围),实现对水资源的保护。依据桂林市国土资源局提供的地理信息资料提取出桂林市中心城区现有的水库、湖泊及河流等水基底资料,并结合《关于桂林市市区饮用水水源保护区划定方案的批复》中的水源保护区划定方案提取出水源地一级和二级保护区,利用GIS平台,根据表1的评分标准对全市水敏感性进行定量评价。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第1张

从水敏感性评价结果可知:高敏感区主要分布于重要的水源保护区和水源涵养区,如漓江取水口上游、会仙湿地等;较高敏感区主要包括河流、水库,如漓江中下游、桃花江和良丰河等;中低敏感区主要包括主要河流、水库的缓冲区。

(2) 地质敏感因子。

在“山水林田湖” 海绵共同体建设中,山体主要发挥水源涵养、上游水质净化和生物多样性保护等功能。但山体同时也是地质灾害的高发区,特别是无序开山采石、不合理支护及缺乏维护管理形成的隐患,容易在强降雨的诱发下产生灾害。因此,海绵城市建设中需要重点防范地质风险,维护地质安全,重点考虑水土流失、崩塌、滑坡、泥石流及地震等地质灾害易发区的修复。

根据《桂林市城市总体规划(2011—2020 年)》中的统计数据,桂林市主要的地质灾害类型有地面塌陷、地面沉降等。根据统计评估的地质灾害易发区、地质灾害隐患点等,结合有关地理信息资料和地形DEM数据,利用GIS平台,根据表2的评分标准对全市地质敏感性进行定量评价。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第2张

从地质敏感性评价结果可知:高敏感区主要分布于桂林市中部坡度大的山区,较高敏感区主要包括东南部和东北部低山丘陵区,平原地区地质敏感性较低。

(3) 生物敏感因子。

水域、耕地和林地是自然海绵共同体的重要组成部分,发挥着滞蓄洪峰、涵养水源等重要功能。植被覆盖度较高的山区、公园、绿廊和绿道具有重要的生态保护价值,采用归一化植被指数(NDVI)反映地区灌木、乔木等植被的覆盖程度。因此,海绵城市建设的目标包括保护和修复水域、耕地和林地等自然海绵体,保障桂林漓江风景名胜资源及其生态环境的真实性和完整性不受破坏。

依据《桂林市城市总体规划(2011—2020 年)》《桂林市土地利用总体规划(2006—2020 年)》中划定的土地利用类型,《桂林市城市绿地系统规划(2010—2020 年)》《桂林漓江风景名胜区总体规划(2013—2025 年)》中划定的保护区等级和范围,结合有关地理信息资料和卫星遥感影像的解译,利用GIS平台,根据表3中的评分标准对全市生物敏感性进行定量评价。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第3张

生物高敏感区主要分布于植被覆盖度较高的山区、林地和水域,如芦笛生态景区、漓江风景保护区、凤凰林场、龙泉景区和会仙湿地等;较高敏感区主要分布于植被覆盖度稍低的山区、林地和重要水库、河流等水域,如尧山景区、桂海景区等;中敏感区包括园地、草地和农田等。

(4) 生态环境敏感性。

基于上述三大敏感因子的定量打分和评级结果,利用GIS平台的空间叠加工具按生态敏感因子权重0.4、地质敏感因子权重0.25、水敏感因子权重0.35来进行栅格加权运算,得到海绵生态敏感性综合评价成果;将其依敏感性综合评分由低到高划分为低敏感、较低敏感、一般敏感、较高敏感和高敏感5类区块,为构建海绵生态安全格局及划定海绵城市功能分区提供理论基础(图1)。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第4张

生态环境高敏感区涵盖桂林市主要的山区、水源保护区等区域,土地利用类型主要为重要林地、重要水域和风景名胜保护区。生态环境高敏感区具有极高生态服务功能,对桂林市的生态环境质量具有决定性、实质性的作用,承担着水土保持、动物栖息地保护功能,为区域供给持续生态功能的最低保障,是开发不可逾越的基本底线,应严格控制在该区域内的开发建设。本区的海绵城市建设应以生态保育为主。

生态环境较高敏感区主要是坡度较大、植被覆盖度高的浅山地区、湖泊河流湿地及中心城区范围内的漓江风景名胜一级保护区(含水域范围和陆域范围)等,土地利用类型主要为林地、水域和滩涂。该区具有较高的生态服务功能,应采取较为严格的手段控制开发强度和规模。该区的海绵城市建设应以生态涵养为主。

生态环境中敏感区主要包括园地、草地、耕地、坡度较小的林地及中心城区范围内的漓江风景名胜二、三级保护区(含水域范围和陆域范围) 等,该区以生态修复和水土保持为主,注重保障生态服务的可持续性。

生态低敏感区及较低敏感区中,土地利用类型主要是城市建设用地或村庄,主要分布在地势平缓且适于建设开发活动的区域,城市建设过程中需要做好人工海绵体建设,以缓解城市内涝、水体黑臭等问题。

(四)海绵空间格局构建

运用景观生态学的“基质—廊道—斑块”的景观格局分析法,在城市生态安全格局基础上结合绿地格局和水系格局构建由“海绵生态基质—海绵生态廊道—海绵生态斑块”构成的海绵空间格局。

根据桂林市海绵基底分布现状,以及通过生态环境敏感性分析识别出来的敏感性较高的区域分布特征,再结合桂林市“强中心、多组团”的组团式城市发展布局、生态控制线划定成果等相关因素,构建桂林市“一轴、三核、五区、多廊道、多斑块”的海绵空间结构(图2)。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第5张

(1) 海绵生态基质是区域大面积山、水、林元素的有机组合,以自然生态空间为核心,承担着区域生态系统中重要的生态保育及涵养功能,是整个城市的自然海绵主体和城市开发建设中严禁逾越的生态底线。

桂林市的海绵生态基质主要为“一轴、三核、五区”。其中,“一轴”指由在空间上紧紧相连、在功能上息息相关的3个生态绿核构成的桂林市中心城区的生态绿轴。“三核”指芦笛生态绿核、龙泉生态绿核及会仙生态绿核—分别以芦笛溶洞、龙泉林场和会仙湿地为核心,通过与周边山体、水系在空间上的联系,构建城市生态绿核。生态绿核是全市重要的水源涵养地、森林资源集中分布地,是改善城市生态环境、保持生物多样性的动力之源。“五区”指东北部山林生态区、东南部山林生态区、西部农林生态区、中部山林生态区和南部湿地生态区。东北部山林生态区包含尧山景区、桂海景区、朝阳河等,岗峦起伏、山林茂密,人文、自然旅游资源丰富。东南部山林生态区包含奇峰景区、古东景区和漓江景区,植被丰茂、水源充沛。西部农林生态区包含部分凤凰林场、胡家田、白竹田和水口村等多处以水田和耕地为主的村庄,区内河网交织、物产丰富。中部山林生态区包含芦笛景区、黑山植物园和龙泉林场等,山林茂密,物种丰富、山清水秀。南部湿地生态区包含清水塘湿地、会仙湿地和桂柳古运河等,水系丰富、风景宜人。保护生态区就是最大限度地保存了桂林市中心城区的自然生态环境,为城市的可持续发展提供物质基础保障。

(2) 桂林市的海绵生态廊道为“多廊道”和“多节点”,包括河流水系生态廊道和绿色节点生态廊道,“多廊道”和“多节点”共同构成了城市生态网络骨架,成为遏制组团蔓延的重要工具。

“多廊道”指漓江水道、桃花江—道光河水道、南溪河水道、朝阳河水道、小东江—灵剑溪水道、桂柳古运河—良丰河水道和相思江—太平河—四塘河水道等。桂林市域水系纵横交错,构成城市生态廊道。各个水道相互贯通,构成河网交织的空间格局。

“多节点”指生态区之间及生态区内部通过生态廊道加强连接,并沿着生态廊道打造多样性的生态斑块和生态缓冲区,以保证生态区域之间的沟通性,对城市生态安全格局的系统性起到战略作用,保证城市组团的良性发展。

海绵生态斑块由城市内的湖塘、湿地和绿地公园等组成,是城市内部雨洪滞蓄和生物栖息的主要自然载体,对城市水环境改善和微气候调节有一定作用,是城市点状和面状海绵体的重要组成部分。

桂林市中心城区的海绵生态斑块包括湖塘湿地斑块、绿地公园斑块,如清水塘湿地、黑山植物园和榕湖杉湖景区等,种类和形式多种多样。

(五)海绵城市功能分区与建设指引

本规划中海绵城市功能分区的划定,主要基于桂林市海绵生态基底的识别与生态环境敏感性分析、城市建设区的空间分析:对于自然生态本底优良、生态环境敏感性较高的区域,在制定海绵生态安全格局的基础上,依据敏感性的高低,分别划分为海绵生态保育区、海绵生态涵养区及海绵生态缓冲区;对于城市开发建设集中、生态敏感性较低的区域,分析了区域海绵城市发展的目标与存在的问题,依据目标导向或问题导向,划分为海绵功能提升区、海绵功能强化区及海绵功能优化区(图3)。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第6张

由此得到桂林市的海绵城市建设功能分区共6 类,分区的建设策略与指引如下:

(1) 海绵生态保育区。

海绵生态保育区面积为95.24 km²,占全市面积的10.43%。海绵生态保育区大部分位于生态环境高敏感区域,是在海绵城市中对水生态、水安全、水资源等具有极为重要的生态功能的区域,包含海拔高300m以上的山区、水源保护地、生态价值极高的水体、林地、基本农田及水源地保护区等。对此类区域应采取最严格的海绵保护管理措施,原则上禁止任何城镇开发建设行为,严格禁止对区域内水体空间的侵占和破坏行为,保证基本农田与优质林地不受侵占。

(2) 海绵生态涵养区。

海绵生态涵养区面积为278.07km²,占全市面积的30.44%。海绵生态涵养区大部分位于生态环境较高敏感区域,是对水生态、水安全、水资源具有较高重要性且具备生态涵养功能的区域。海绵生态涵养区大部分紧邻海绵生态保育区,具有较强的水资源保护、水环境保障和生态维护功能,主要分布于海拔为160~300m的山区、非水源地保护区的主要河流及漓江风景名胜特级保护区。

在海绵生态涵养区内,禁止建设除公园、旅游设施、市政公用设施及重大道路交通设施之外的项目,但建设此类重大项目应依法通过可行性研究、环境影响评价及规划选址论证。开发此区域必须经严格的法定程序审批,并符合基本生态控制线及城市蓝线管理相关法规和规定;对项目的开发功能和开发强度都必须进行严格的限制。

(3) 海绵生态缓冲区。

海绵生态缓冲区面积为285.76 km²,占全市面积的31.28%。海绵生态缓冲区是衔接海绵生态保育区或海绵生态涵养区与城市建设用地的区域,生态本底条件良好,应以生态修复为主,强化生态廊道修护和生态斑块打造,恢复生态调蓄和环境自净能力。该区包括植被覆盖较好的浅山区、基本农田、水库缓冲带、河流缓冲带、城市绿地及漓江风景名胜一、二级保护区等。

海绵生态缓冲区亦应采取较为严格的机制控制有损生态系统的开发建设活动。除海绵生态保育区和涵养区规定的可建项目、生态型休闲旅游度假项目、必要的农业生产及农村生活、服务设施,垦殖生产基础设施、必要的公益性服务设施及其他经市生态控制线管理协调工作小组认定的,与生态保护不相抵触、资源消耗低、环境影响小的项目外,不得进行其他项目建设。

为了提高土地的综合利用率、减少自然灾害和水土流失的发生,应有计划、有步骤地对该区域内的水体、裸地、荒草地等进行生态修复。通过河流、湖泊等水体的修复,提高水环境与水安全质量;通过改造人工速生林的结构,加强林地管理,优化海绵生态缓冲区的生态组分结构,提高人工速生林和已毁林地园地的生态功能,恢复和提高海绵调蓄和自净功能。

(4) 海绵功能提升区。

海绵功能提升区面积为160.32 km²,占全市面积的2.37%。海绵建设先行区包括近期新建、更新的地块,海绵建设实操基础良好,海绵设施选用适宜性高、适宜广泛推动海绵城市建设。具体包括临桂新区、雁山区及七星高新产业园区的部分区域。按照海绵城市建设的要求,合理确定建设项目海绵建设的指标,积极开展新、改、扩建设项目的规划建设管控。

(5) 海绵功能强化区。

海绵功能强化区面积为21.64 km²,占全市面积的2.55%。海绵功能强化区主要集中在中心城区,包括内涝问题突出的街道和黑臭水体的排水分区,如象山区、秀峰区内的部分街道区块。该区的水安全、水环境和水生态问题较为严峻,可积极推进河道生态化改造、增加调蓄设施等,改善黑臭水体和城市内涝问题。

(6) 海绵功能优化区。

海绵功能优化区面积为72.45km²,占全市面积的7.93%。海绵功能优化区包括现状在水安全、水环境方面问题较少的城市建设区和村庄建设用地,属于已开发区域。根据“老城区以问题为导向”的策略,并为使得投入的有限资源能尽可能解决现状市民普遍关注的问题,海绵功能优化区在近期可暂时不作为重点关注的区域,其海绵城市的建设主要随城市更新和项目的改、扩建同步进行。

二 分区管控指标的分解

(一)技术路线

年径流总量控制率是海绵城市建设的核心指标,能综合反映水系统的问题。径流污染削减率(用年SS 总量去除率表征)也是低影响开发雨水系统控制的重要目标之一。而年SS总量去除率与年径流总量控制率相关性较强,所以两类指标的分区分解方法类似,具体技术路线如图4 所示:

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第7张

首先整合碎片化的控制性详细规划单元,收集地形、水系、路网结构及雨水管网等资料,结合行政分区、排水分区的划分,把桂林市中心城区划分为64个管控分区并分别编号。

其次,收集整理各个管控分区的用地现状、用地规划、建设程度、内涝点分布特征及黑臭水体分布特征等资料,因地制宜地评估管控分区海绵建设条件,最终筛选出5项基础评价因子:内涝风险、水环境质量、建设密度、建设阶段和地下水位,构建具有层次结构的海绵城市建设适应性评价指标体系。

再次,对各个分区中指标体系的每个基础因子依次进行定性分析和定量评估,将评价情况分为5级,并由小到大分别赋值1~5分,然后组织专家讨论确定各个基础因子的指标权重。借助GIS平台、空间叠加分析工具对各种单因子评价结果进行栅格转换和加权叠加运算等一系列处理,得到各分区的海绵建设适宜性综合评价成果。建设适宜性评价分值高低反映海绵城市建设目标可达性高低。

最后,以城市既定目标为基础,利用中位数法选取海绵城市建设适宜性得分最低、得分最高及介于最高分和最低分之间的中间值(中位数) 地块,各对应一个海绵城市建设控制指标,拟合出一条二次函数曲线,视为理想模型。因此,可根据海绵城市建设适应性评分高低,将年径流总量控制率和年SS 总量去除率指标定量分解至各个分区中进行管控。

(二)发展现状分区海绵城市建设适宜性评价

从建设需求和建设条件两方面出发,对海绵城市建设适宜性评价进行考量。

根据海绵城市建设成效在水安全和水环境方面的评价标准,选取内涝风险和水环境质量作为两个建设需求评价因子,内涝风险越高则说明削减峰值流量和控制径流总量的要求越高,水环境质量越差则说明水环境治理的需求愈加迫切,两者均是对海绵城市建设需求性的表征。

从海绵设施选用的适用性和海绵建设的可操作性看,建设程度、建设密度与地下水位的高低3 个因素的差异程度是对海绵城市管控目标可达性的表征。

(1) 基础因子指标赋值。

利用主客观结合的打分方法,对各管控分区的二级指标进行量化评价和分级赋分:统一将分区评价情况分为5级,并由小到大分别赋值1 ~ 5分。

内涝风险越高的地方对削减峰值流量和控制径流总量的需求越高,故而根据《桂林市排水防涝专项规划(2015—2020 年)》中梳理出的内涝积水成果,将内涝积水深度由浅至深、易涝点分布由稀疏到密集、内涝风险由轻微到严重分别赋值1~5分。考虑分区水环境质量达标率越低、黑臭水体存在率越高时对水环境治理的需求愈加迫切,相应赋予越高分值,因此对各分区按优、良、中、差给予从低到高的分值。

分区地下水水位高低情况反映了海绵措施的选择及应用的影响。地下水埋深在1.5m以上则认为对海绵措施的选择使用影响较小;地下水埋深在0.5~1.5m视为地下水位高,对海绵措施的选择使用有局限性,可能影响海绵设施效能的发挥,应适当降低海绵城市建设目标,给予较低的分值。

若分区建设用地范围内(未)新建用地和可改造用地比例较高,则实现海绵城市建设目标会相对比较容易,对地块所提的建设目标应适当提高。根据各管控分区的控制性详细规划中梳理出的用地类型和建设阶段,将各分区(未) 新建用地和可改造用地的比例值由低至高分为5级,并分别赋予1~5分。

根据桂林市遥感卫星图像的下垫面解析结果,可计算出各分区不透水面积占比,用来表征各管控分区的建设密度。建设密度由高到低分为5级,并分别赋予1~5分(表4)。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第8张

(2) 分区海绵城市建设适宜性评价。

综合考虑海绵城市建设条件影响因素和相关水系统问题,经过层层分析和两两对比,确定每个级别指标层的权重赋值。

借助GIS平台将海绵城市建设适宜性5个基础评价因子的评分结果转换成栅格数据,利用空间叠加分析工具依据各个因子所赋权重进行空间加权叠加运算。对综合运算后的栅格数据重新分类并划分级别,得到各分区的海绵建设适宜性综合评价成果。建设适宜性评价分值越高,表示分区的海绵城市建设目标可达性越高,在进行分区管控指标分解时,可适当提高该分区目标值。换言之,海绵城市建设适宜性的评价结果,为定量分解各分区的海绵城市建设管控指标提供了理论支撑(表5,图5)。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第9张

(三)指标分解

(1) 分区年径流总量控制率。

在分区海绵城市建设适宜性评价成果的基础上,以桂林市年径流总量控制率70%为基准值,通过中位数法和经验统计法等,建立年径流总量控制率与地块适应性评分之间的关系,差异化地确定各管控分区年径流总量控制率目标值为60%~80%,拟合出一条二次函数曲线,建立理想模型,以此来进行海绵城市指标的定量分解。分解后的分区目标数值根据各分区建设用地面积加权平均,核算得出桂林市年径流总量控制率为70.9%,满足全市年径流总量控制率达到70%的目标要求(表6)。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第10张

(2) 分区年SS 总量去除率。

年SS总量去除率与年径流总量控制率相关性较强,综合分区海绵城市建设适宜性评价成果,以桂林市年SS总量去除率 50%为基准值,差异化地确定各管控分区年SS 总量去除率为42%~58%。分解后的分区目标数值再根据各分区建设用地面积加权平均,核算得出桂林市年SS总量去除率为 50.9%,满足全市年SS 总量去除率50%的目标要求(表7)。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第11张

经过整理,桂林市中心城区各分区的年径流总量控制率和年SS总量去除率的分解成果如图6所示。可见临桂新区、雁山科教园片区和英才园等新兴的产业园片区等因为建设开发程度和建设密度低,海绵城市建设的可操作性高、落地实施条件好,分配到较大的管控指标;琴潭片区、沙河片区、穿山塔山片区及和平村片区等因为内涝积水或部分河段水体黑臭问题亟待解决,也分配到一定的管控指标,以期通过海绵城市建设将上述问题同步改善或解决;王城中心片区、会展中心片区等发展成熟的城市中心地带现状在水安全、水环境方面不存在明显的问题,分配到的海绵管控指标要求不高,其海绵城市的建设主要随城市更新和项目的改、扩建同步进行。

多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索 水处理 第12张

三 结语

多因子综合评价法的关键在于因地制宜地选取基础评价因子并构建具有合理层次结构的评价体系,主客观结合赋予恰当的权重和分值,再利用GIS平台的空间叠加工具辅助进行矢量数据的加权叠加运算。在海绵城市专项规划层面,多因子加权评价法可以为海绵生态格局和建设分区的判断、分区管控指标的分解提供有效的参考依据,以提高规划成果的质量,确保规划成果的科学性、合理性。


原标题:多因子综合评价法在海绵城市专项规划中的实践探索

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