基于生態(tài)海綿體評(píng)價(jià)的海綿城市規(guī)劃研究
——以信陽(yáng)市為例

翟慧敏 ,謝文全 ,楊先武 ,劉 冰 ,何靜敏 ,夏 佩

(信陽(yáng)師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000)

0 引言

近年來(lái)，城市化的迅猛發(fā)展和氣候的逐漸變化，給城市發(fā)展帶來(lái)一系列新的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題.據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)，我國(guó)300多個(gè)城市均發(fā)生過(guò)不同程度的內(nèi)澇災(zāi)害[1]，這些內(nèi)澇災(zāi)害不僅僅對(duì)城市的發(fā)展造成了較大影響，也對(duì)市民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅，還導(dǎo)致了城市水污染、城市水資源浪費(fèi)、城市生態(tài)環(huán)境破壞和城市防洪的壓力增大等問(wèn)題的產(chǎn)生，這些問(wèn)題日益突出，逐漸成為資源節(jié)約型和環(huán)境友好型城市建設(shè)的短板.從源頭節(jié)約水資源、緩解城市內(nèi)澇，改善城市生態(tài)環(huán)境在城市發(fā)展過(guò)程中已經(jīng)呈現(xiàn)出迫在眉睫的態(tài)勢(shì).針對(duì)此問(wèn)題，我國(guó)借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)而提出構(gòu)建海綿城市的設(shè)想.海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用，提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生[2].海綿城市以低影響開(kāi)發(fā)為開(kāi)發(fā)理念，著力追求開(kāi)發(fā)前后水文特征不變，力求對(duì)原有生態(tài)環(huán)境的破壞降到最低.這就要求海綿城市建設(shè)的過(guò)程中，既要充分利用生態(tài)的“彈性”的措施，又要與人工的“剛性”工程設(shè)施進(jìn)行有效銜接.從而建海綿城市建設(shè)可以最大限度地減少城市開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，將70%的降雨就地消納和利用.

預(yù)計(jì)到2020年，城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求；到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求[3].因此，“海綿城市”可以緩解水資源短缺、洪澇災(zāi)害、城市熱島、霧霾等多方面的城市化帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，是傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式的轉(zhuǎn)變，從粗放的建設(shè)模式向生態(tài)文明發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變[4].本文以信陽(yáng)市為例，探討基于生態(tài)海綿體評(píng)價(jià)的海綿城市規(guī)劃，為中小城市的海綿城市建設(shè)提供參考.

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

信陽(yáng)市位于河南省南部，東與安徽為鄰，南與湖北接壤，左扼兩淮，右控江漢，承東啟西，屏蔽中原，素有“三省通衢”之稱[5].信陽(yáng)市處于中國(guó)南北分界線—秦嶺淮河線上，是亞熱帶和溫帶的過(guò)渡地帶，具有亞熱帶氣候向暖溫帶氣候過(guò)渡的雙重特點(diǎn).夏季炎熱、冬季寒冷，年均降水量1000～1300 mm，降雨量主要集中于夏季[6]，水資源相對(duì)中原其他地區(qū)較為豐富.

海綿城市研究的內(nèi)容大多集中在城市，故本文的研究范圍界定為信陽(yáng)市中心城區(qū)，根據(jù)信陽(yáng)市城市總體規(guī)劃(2013—2030)，結(jié)合信陽(yáng)市行政邊界、自然山體邊界、城市發(fā)展方向和趨勢(shì)、城市遠(yuǎn)景用地需求等因素，中心城區(qū)范圍大體控制在北至滬陜高速以北彭家灣鄉(xiāng)、洋河鎮(zhèn)以南，東至五里店辦事處東側(cè)行政邊界，南至上天梯行政邊界、震雷山風(fēng)景保護(hù)區(qū)外圍及東雙河鎮(zhèn)和十三里橋鄉(xiāng)北部地區(qū)，西至南灣湖風(fēng)景區(qū)名勝區(qū)邊界和107國(guó)道，總面積590 km2.信陽(yáng)市中心城區(qū)坐落于浉河沿岸沖積平原的盆地之中，其地勢(shì)西部和南部較高，中部和東部較低.

1.2 研究方法

本文研究的生態(tài)海綿體評(píng)價(jià)和生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)類似，生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)方法最早由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)麥克哈格(McHarg )教授提出，將其定義為由土地具有的水文、地理、地形、地質(zhì)、生物、人文等特征所決定的、對(duì)特定、持續(xù)性用途的固有適宜性程度[7],生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)融合了生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、地學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科的原理和方法,是一種綜合性的研究方法[8].主要是根據(jù)土地系統(tǒng)固有的生態(tài)條件分析并結(jié)合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,評(píng)價(jià)其對(duì)某類用途的適宜程度和限制性大小,劃分其適宜程度等級(jí)[9].生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)可以為城市規(guī)劃的用地發(fā)展策略、功能布局和生態(tài)功能分區(qū)等提供科學(xué)依據(jù)[10].因此，本文借助生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)的相關(guān)方法對(duì)生態(tài)海綿體進(jìn)行評(píng)價(jià).

2 信陽(yáng)市生態(tài)海綿體評(píng)價(jià)

建設(shè)海綿城市必須要有海綿體，海綿體又稱海綿要素，海綿體又可以分為生態(tài)海綿體和人工海綿體.生態(tài)海綿體是城市建設(shè)之前就存在的自然要素，例如林地、河流、湖泊、濕地、坑塘等.這些生態(tài)海綿體可以調(diào)節(jié)城市氣候，具有吸水、凈水、蓄水等功能.它們的調(diào)洪蓄水能力以及自我修復(fù)能力強(qiáng)于人工海綿體[11].

2.1 海綿體現(xiàn)狀分布

本文以2016年信陽(yáng)市土地利用現(xiàn)狀為底圖，利用遙感影像對(duì)信陽(yáng)市中心城區(qū)生態(tài)海綿體要素進(jìn)行提取，再利用ArcGIS對(duì)照和糾正，識(shí)別出信陽(yáng)市的河流、林地、濕地、坑塘等重要的生態(tài)海綿體(見(jiàn)圖1).結(jié)果發(fā)現(xiàn)信陽(yáng)市的林地主要分布在信陽(yáng)市的南部和西部地區(qū)，濕地主要分布在浉河的兩岸，水系主要分布在信陽(yáng)市中部的浉河和北部的幾條小河流，坑塘主要分布在浉河支流的附近以及北部幾條河流的附近.

圖1 生態(tài)海綿體分布現(xiàn)狀Fig. 1 Ecological cavernous distribution

2.2 評(píng)價(jià)因子選取

生態(tài)海綿體評(píng)價(jià)就是對(duì)生態(tài)海綿體功能高低的評(píng)價(jià)，生態(tài)海綿體的主要功能體現(xiàn)在水土保持，截留凈化，蓄水能力，生態(tài)排水等方面.本文根據(jù)各要素對(duì)海綿體功能影響的不同，選取不同的因子，其中最主要的主要有地形因子、水因子、植被因子和用地狀況(見(jiàn)表1).地形因子對(duì)水土保持能力的影響比較大，一般高程和坡度直接影響土地的侵蝕程度和用地的穩(wěn)定性；水因子影響著海綿體的蓄水能力和生態(tài)排水能力，水因子的容納能力與海綿體的容納能力成正相關(guān)；植被因子不僅影響著生態(tài)海綿體的水土保持能力還影響著生態(tài)海綿體的截留凈化能力，在一定的程度上還影響著生態(tài)海綿城市的蓄水能力，植被是土地的防護(hù)衣，可以起到保持水土的作用，同時(shí)植被根部的一些菌類可以對(duì)水體中的污染物進(jìn)行分解，在一定的程度上起到凈化的作用.

表1 生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)因子Tab. 1 Evaluation factors of ecological suitability

2.3 海綿體單因子評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

依據(jù)信陽(yáng)市的具體情況和各個(gè)因子對(duì)海綿性的影響不同，對(duì)海綿體的各個(gè)要素進(jìn)行等級(jí)劃分，采用賦分法如“1、3、5”代表海綿體海綿性能的高低，結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 生態(tài)海綿要素單因子評(píng)價(jià)等級(jí)劃分Tab. 2 The classification of single factor of ecological sponge

2.4 海綿要素的權(quán)重確定

權(quán)重是用來(lái)衡量海綿要素的各個(gè)單因子對(duì)海綿體功能發(fā)揮的影響程度，權(quán)重值越大，表示其影響越大.確定權(quán)重是生態(tài)海綿體分析的重要一步.其權(quán)重的精確度影響最終的結(jié)果，為了提高精確度減少主觀因素的過(guò)度干擾，本文采用層次分析法來(lái)確定因子的權(quán)重.具體步驟如下：

(1)建立成對(duì)比較矩陣

A對(duì)B時(shí)相比較時(shí)，賦予各個(gè)因子比較值1、3、5；B對(duì)A相比較時(shí)，賦予各比較值1、1/3、1/5.

5．對(duì)道德的排除。由于科學(xué)技術(shù)的非政治化，使其將舊意識(shí)形態(tài)所關(guān)注的道德實(shí)踐問(wèn)題剔除出去，“技術(shù)統(tǒng)治的意識(shí)所反映的不是道德聯(lián)系的顛倒和解體，而是作為生活聯(lián)系的范疇——全部道德的排除。所以技術(shù)統(tǒng)治意識(shí)形態(tài)的核心是實(shí)踐和技術(shù)的差別的消失?！保?0］(P70)

(2)計(jì)算因子權(quán)重

將每個(gè)要素因子按照表2中的性能高低進(jìn)行打分，計(jì)算出每一行中的幾何平均值，再對(duì)所有的幾何平均值進(jìn)行求和.然后單行的幾何平均值除以所有幾何平均值之和，即可得到因子的權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 因子權(quán)重值 Tab. 3 Factor weight

對(duì)權(quán)重值進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算出其權(quán)重的整合度(C.I.)值(見(jiàn)表4)，結(jié)合海綿要素的整體情況，其權(quán)重的整合度允許值在0～0.1，對(duì)于小于0.1的權(quán)重值比較合理，對(duì)于大于0.1的權(quán)重值需要重新比較確定.經(jīng)計(jì)算其整合度(C.I.)=(合計(jì)得分的算術(shù)平均-項(xiàng)目數(shù))/(項(xiàng)目數(shù)-1)，其值為：[(7.4490+6.1392+5.8209+5.6382+5.3851+5.4208)/6-6]/(6-1)=-0.0049<0.1，其值小于0.1.權(quán)重值合理.

表4 限制型模式C.I.值計(jì)算表Tab. 4 Calculation of restricted mode C.L. value

2.5 生態(tài)海綿要素評(píng)價(jià)結(jié)果分析

運(yùn)用ArcGIS軟件對(duì)選取的因子的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后結(jié)合生態(tài)海綿體的海綿性等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，得到選取因子的評(píng)價(jià)圖(見(jiàn)圖2).

圖2 選取因子評(píng)價(jià)圖Fig. 2 Analysis o f the gray scale of the sponge

3 信陽(yáng)市海綿城市建設(shè)分區(qū)研究

圖3 生態(tài)海綿體分析灰度圖Fig. 3 The grayscale analysis of ecological sponge

對(duì)各因子的評(píng)價(jià)圖進(jìn)行加權(quán)疊加分析，將各個(gè)單因子圖層和各自的權(quán)重相乘，利用ArcGIS9.2中Spatial analysis的Map Calculator工具進(jìn)行疊合，得到結(jié)果圖層，即得到生態(tài)海綿體的海綿性分析灰度圖(見(jiàn)圖3).在灰度圖中，顏色越深代表此區(qū)域生態(tài)敏感性越強(qiáng)，越需要加強(qiáng)保護(hù)，必須限制建設(shè)開(kāi)發(fā)；顏色淺，則反之.根據(jù)生態(tài)海綿體的海綿性分析灰度圖的評(píng)價(jià)值，在結(jié)合信陽(yáng)市的實(shí)際情況，將信陽(yáng)市的海綿城市建設(shè)分3 個(gè)區(qū)(見(jiàn)圖4).第一是低影響開(kāi)發(fā)區(qū)，基本為城市建成區(qū)，主要是中心城區(qū)，此區(qū)域建設(shè)用地的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大，開(kāi)發(fā)方式粗放，造成可用于建設(shè)生態(tài)海綿體的面積較小.但是可以在此建設(shè)具有“蓄、排、滲”為主要功能的工程.第二是生態(tài)保護(hù)區(qū)，此區(qū)域位于信陽(yáng)市的西部，中部和北部的片區(qū)，主要是密林和河流水系所在地.由生態(tài)海綿城市分布現(xiàn)狀圖(圖1)可知，西部的林地資源較為豐富，可以在這部分設(shè)置“蓄、滲、滯、凈”為主要功能的工程，例如水土保持工程.第三是生態(tài)修復(fù)區(qū)，此區(qū)域分布地勢(shì)低洼，在河流的附近分布有許多濕地和坑塘.隨著城市的建設(shè)，部分生態(tài)環(huán)境遭受破壞.對(duì)于此區(qū)域可以建設(shè)具有“排、蓄”功能為重點(diǎn)的工程.

圖4 海綿城市規(guī)劃分區(qū)圖Fig. 4 The division of sponge city design

3.1 低影響開(kāi)發(fā)區(qū)措施

低影響開(kāi)發(fā)區(qū)主要是在城市建成區(qū)，尤其是中心城區(qū).在中心城區(qū)中，此區(qū)域的地面硬化程度高、范圍廣，因?yàn)橹骺陀^條件的限制，在短時(shí)期內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)全面地改建，這就要求我們進(jìn)行合理有序的低影響開(kāi)發(fā)與更新.因此，要秉承對(duì)生態(tài)環(huán)境最低影響的原則，對(duì)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度加以合理的控制，以保障對(duì)城市原有生態(tài)環(huán)境最小的破壞.在此區(qū)域內(nèi)開(kāi)展以“排、滲、滯”為主要功能的工程措施.

(1)可滲透路面

可滲透路面將部分水下滲到土壤中，不僅可以減輕排水管道的壓力，還可以及時(shí)補(bǔ)充地下水，在一定的程度上對(duì)促進(jìn)城市水有序循環(huán)具有重要的意義.水體下滲，可以避免道板在水體中長(zhǎng)時(shí)間的浸泡，同時(shí)也可以延長(zhǎng)道路的使用壽命.對(duì)信陽(yáng)市建成區(qū)的道路進(jìn)行有序的改造，使得道路成為承接“排、滲、滯”等功能的主要場(chǎng)所.

綠色屋頂是利用建筑屋面的空間種植花草樹(shù)木，改善生態(tài)環(huán)境，營(yíng)造綠化空間的屋面.首先，綠色屋頂可以通過(guò)綠色植物吸收空氣中的二氧化碳放出氧氣以及吸附塵埃固體顆粒等，在一定程度上可以起到凈化空氣、美化環(huán)境的作用.其次，植物的葉子在夏季通過(guò)蒸騰作用和蒸發(fā)作用，起到增濕降溫的作用；在冬季又像保溫層起著保溫作用.再次，綠色植物的根系吸收和儲(chǔ)存雨水，可以增加屋頂儲(chǔ)水和減少屋面排水的作用.最后，綠色屋頂對(duì)建筑物還具有保護(hù)的作用，在夏季降溫和冬季保溫的同時(shí)，降低了屋頂?shù)臏夭?，同時(shí)也阻擋了陽(yáng)光對(duì)屋面的直接照射，也就減輕屋頂膨脹和收縮，使得建筑物出現(xiàn)裂縫的概率減小，也延長(zhǎng)了屋頂?shù)氖褂脡勖?

(3)生態(tài)草溝

生態(tài)草溝是海綿體的重要組成部分，生態(tài)草溝可以減少地面徑流的排放，將雨水儲(chǔ)存于植物根系和土壤中，一方面，生態(tài)草溝可以起到儲(chǔ)存雨水，增加空氣的濕度，調(diào)節(jié)局部小氣候的作用，另一方面，生態(tài)草溝還可以保持水土的作用，同時(shí)對(duì)維持生態(tài)多樣性具有重要作用.

3.2 生態(tài)保護(hù)區(qū)措施

海綿城市生態(tài)保護(hù)區(qū)內(nèi)擁有豐富的林地和水體等天然的生態(tài)海綿要素，擁有寶貴的生態(tài)資源，此區(qū)域的“蓄、凈、滲、滯”的功能相對(duì)較強(qiáng).在海綿城市建設(shè)中，我們要充分發(fā)揮和利用這個(gè)區(qū)域要素的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展一些水土保持工程，水體凈化工程等，可以有效地削減城市徑流、節(jié)約水資源、保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境.為建立完善的具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市系統(tǒng)作鋪墊.具體措施如下：

(1)在城市總體規(guī)劃中劃出城市藍(lán)線對(duì)水生態(tài)敏感區(qū)進(jìn)行保護(hù).并在對(duì)水生敏感性區(qū)進(jìn)行保護(hù)的過(guò)程中，要注意優(yōu)化水域、岸線、濱水區(qū)、周邊綠地布局，明確保護(hù)和開(kāi)發(fā)的空間.尤其是對(duì)浉河和南灣湖的保護(hù).劃出城市藍(lán)線，確定地表水體保護(hù)和控制的地域.

(2)在城市總體規(guī)劃中合理的確定城市綠地系統(tǒng)開(kāi)發(fā)規(guī)模和布局，確定保護(hù)范圍.把信陽(yáng)市的賢山和震雷山納入保護(hù)的范圍，保護(hù)賢山和震雷山以及城市中原有的天然林地，草地，并將其劃入非建設(shè)區(qū)，劃定城市綠線進(jìn)行保護(hù).并充分地發(fā)揮綠地系統(tǒng)的滲透、調(diào)蓄和凈化的功能.

3.3 生態(tài)修復(fù)區(qū)措施

由于生態(tài)海綿體受到一定的條件限制，所以，我們需要調(diào)節(jié)和改善這些限制條件，以便于恢復(fù)和修復(fù)生態(tài)海綿體原有的功能，提高生態(tài)海綿體的適宜性.

(1)在城市中保留足夠的生態(tài)用地，為城市的生態(tài)環(huán)境建立綠色的保障系統(tǒng).與此同時(shí)，也為恢復(fù)建設(shè)以前的生態(tài)環(huán)境提供可能.例如，要維護(hù)浉河兩岸的重要濕地，保持原有的生態(tài)功能.

(2)改變城市的建設(shè)模式.將城市原有的粗獷的發(fā)展模式改變成低影響的開(kāi)發(fā)建設(shè)的模式.同時(shí)，需要對(duì)粗放經(jīng)濟(jì)下受到破壞的自然環(huán)境，進(jìn)行合理有序的生態(tài)恢復(fù)和修復(fù).

(3)合理設(shè)置預(yù)處理設(shè)施.對(duì)未進(jìn)入浉河和北部小河流的雨水或廢水進(jìn)行預(yù)處理，既可以采用生態(tài)預(yù)處理的方式，也可以將雨水和廢水進(jìn)行人工預(yù)處理.生態(tài)預(yù)處理即在雨水未進(jìn)入河流之前，就流經(jīng)河岸邊的綠地系統(tǒng)，綠地中的微生物在一定的程度上具有凈化水體的作用，同時(shí)還可以對(duì)哦雨水進(jìn)行截留和蓄滲；人工預(yù)處理就是將雨水輸入處理廠，進(jìn)行處理后再排入水體.水體的預(yù)處理設(shè)施可以減輕水體的污染，在一定的程度上可以起到保護(hù)水體的生態(tài)環(huán)境作用.

(4)生態(tài)海綿體的各個(gè)要素之間要有效銜接.除了在水體進(jìn)入河流湖泊之前進(jìn)行預(yù)處理、加強(qiáng)水體和綠地系統(tǒng)的聯(lián)系之外，還可以通過(guò)改良土壤、平緩地形等方式，將低影響開(kāi)發(fā)措施融入綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)中，盡量滿足周邊雨水匯入綠地進(jìn)行調(diào)蓄的要求.

4 結(jié)論

通過(guò)生態(tài)海綿體分析，對(duì)信陽(yáng)市的海綿體建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，獲取信陽(yáng)市生態(tài)海綿體分布現(xiàn)狀.借鑒生態(tài)適宜性的評(píng)價(jià)方法對(duì)信陽(yáng)市生態(tài)海綿體進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，將信陽(yáng)市的海綿城市規(guī)劃分為3個(gè)區(qū)：生態(tài)保護(hù)區(qū)、低影響開(kāi)發(fā)區(qū)、生態(tài)修復(fù)區(qū)，并針對(duì)各個(gè)區(qū)域提出相應(yīng)的措施，為信陽(yáng)市的海綿城市規(guī)劃提供一定的依據(jù).由于生態(tài)海綿體的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法精確的確定以及主觀因素的干擾，導(dǎo)致其生態(tài)海綿體的權(quán)重可能存在一定的誤差.以后會(huì)繼續(xù)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行研究，以求探索出精確的結(jié)果.