基于Infoworks+GIS 平臺的海綿城市本底分析

曾 斌，鄧 晶 ，劉 爽

（1.長江勘測規(guī)劃研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢430074；2.長江信達(dá)軟件技術(shù)（武漢）有限責(zé)任公司，湖北 武漢430074）

0 引言

近年來，我國水環(huán)境問題日益嚴(yán)重，影響城市生態(tài)環(huán)境，黑臭水體、內(nèi)澇現(xiàn)象時有發(fā)生，給人們的工作生活帶來極大不便。為有效應(yīng)對城市內(nèi)澇問題，從根本上解決城市黑臭水體等水環(huán)境問題，國家提出“海綿城市理念”，綜合開發(fā)水資源，科學(xué)構(gòu)建城市排水體系。

1 海綿城市概述

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)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用[1]。隨著2015 年“國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見”的提出，海綿城市已經(jīng)成為我國各大中城市的主要規(guī)劃建設(shè)要求。

2 海綿城市規(guī)劃設(shè)計思路

海綿城市規(guī)劃設(shè)計需在系統(tǒng)分析城市水問題的基礎(chǔ)上，制訂系統(tǒng)性的解決方案。對于老城區(qū)，以問題為導(dǎo)向，提煉整理為工程系統(tǒng)和地塊指標(biāo)體系；對新城區(qū)以目標(biāo)為導(dǎo)向，以保護(hù)好城市自然生態(tài)本底為基礎(chǔ)，明確規(guī)劃建設(shè)管控的目標(biāo)及指標(biāo)體系，統(tǒng)籌發(fā)揮綠色基礎(chǔ)設(shè)施和灰色基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)同作用。

海綿城市規(guī)劃設(shè)計一般通過六個步驟達(dá)成：系統(tǒng)問題分析判斷、科學(xué)確定目標(biāo)、優(yōu)化上位規(guī)劃、合理分解海綿城市各類指標(biāo)、海綿城市工程項目規(guī)劃、實施保障措施。

對海綿城市的本底進(jìn)行分析，是海綿城市規(guī)劃設(shè)計中系統(tǒng)問題判斷至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，本底分析最重要的部分為：下墊面分析、生態(tài)敏感性分析、排水能力評估。

3 下墊面分析

在海綿城市規(guī)劃設(shè)計的本底分析中，對城市下墊面進(jìn)行論證，確定各下墊面用地性質(zhì)，合理確定徑流系數(shù)，保證規(guī)劃成果的科學(xué)準(zhǔn)確起到?jīng)Q定性作用。以南方某市海綿城市規(guī)劃設(shè)計為例，在進(jìn)行下墊面分析是，需要同時對現(xiàn)狀及遠(yuǎn)期規(guī)劃下墊面進(jìn)行分析，比對后合理確定徑流系數(shù)，并根據(jù)結(jié)果制定合理的海綿城市規(guī)劃方案，包括下沉式綠地、生態(tài)滯留塘、排澇水系、城市管網(wǎng)等方案。

根據(jù)表1 分析可知，城市規(guī)劃對下墊面進(jìn)行了較大的改變，因此，對城區(qū)雨水流泄通道、雨水下滲通道、城區(qū)管網(wǎng)及泵站壓力以及河湖水位及面源污染均會產(chǎn)生較大的變化。結(jié)合下墊面分析結(jié)果，合理制定規(guī)劃方案。

4 基于GIS 平臺的生態(tài)敏感性分析

海綿城市規(guī)劃設(shè)計本底分析中，對項目區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)本底進(jìn)行分析，可以據(jù)此構(gòu)建自然生態(tài)系統(tǒng)，科學(xué)確定規(guī)劃方案。生態(tài)要素以水系和綠地為基礎(chǔ)，包括水域、水源保護(hù)區(qū)、生態(tài)綠地、防護(hù)綠地、公園綠地、農(nóng)林用地，以及道路和重大基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)帶等七大類型。

以南方某城市生態(tài)敏感性分析為例，采用ArcGIS 平臺進(jìn)行生態(tài)敏感性分析，確定項目區(qū)域的低敏感區(qū)、適宜建設(shè)區(qū)、中等高敏感區(qū)、較高敏感區(qū)、高敏感區(qū)五個區(qū)域（見圖1）。結(jié)合項目特點，進(jìn)行生態(tài)敏感分析時，選取坡度、高程、水域、植被覆蓋指數(shù)（NDVI）4 個生態(tài)因子[2]作為敏感性分析的主要因子。各因子敏感性劃分為4 個等級，按高度敏感、中度敏感、低度敏感和不敏感分別賦值為7、5、3、1。

評價結(jié)果表明，某市的重敏感區(qū)位于規(guī)劃范圍內(nèi)河流水系周邊，這些地區(qū)生物多樣性極為豐富，面積大，擔(dān)負(fù)生態(tài)功能極強(qiáng)，應(yīng)予以嚴(yán)格保護(hù)。中度敏感區(qū)主要位于靠近湖泊水系，植被覆蓋率較高的區(qū)域，這些地區(qū)應(yīng)以綠地、農(nóng)田為主，動植物資源較少，生物物種豐度比較少，對城市的生態(tài)服務(wù)功能價值雖然較低，但擔(dān)負(fù)著緩沖和稀釋人類對上述敏感區(qū)的不良影響的作用，特別是擔(dān)負(fù)著保護(hù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)安全的功能，這類生態(tài)系統(tǒng)也具有一定程度的重要性。

表1 南方某市下墊面分析表

5 基于Infoworks 平臺的排水能力評估

海綿城市規(guī)劃設(shè)計本底分析中，針對項目區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀排水管網(wǎng)排水能力進(jìn)行評估，確定易澇點，是海綿城市規(guī)劃設(shè)計極其重要的一個環(huán)節(jié)，工程中采用InfoWorks 平臺對現(xiàn)狀管網(wǎng)進(jìn)行建模分析，能夠準(zhǔn)確的模擬城市管網(wǎng)運行工況，并對比實際易澇點，為海綿城市規(guī)劃設(shè)計中的管網(wǎng)設(shè)計提供科學(xué)的對策措施。

以南方某市InfoWorks 模型評估為例，建模過程提取城市地面高程信息（DEM）、排水管渠及相關(guān)閘站設(shè)施信息、降雨信息，通過模型計算綜合評估不同降雨條件下規(guī)劃區(qū)的積水點分布和各積水點積水深度的綜合評估（見圖2、圖3）。項目評價標(biāo)準(zhǔn)為：50 a 設(shè)計暴雨下積水深度小于40 cm 的為低風(fēng)險區(qū)、20 a 設(shè)計暴雨下積水深度小于40 cm 的為一般風(fēng)險區(qū)、10 a 一遇設(shè)計暴雨下積水深度大于40 cm 的為高風(fēng)險區(qū)。

圖1 生態(tài)敏感性評價因子GIS 分析結(jié)果

圖3 某市漬水模型分析圖（infoworks 模型）

根據(jù)InfoWorks 模型模擬結(jié)果對城市的排水管道進(jìn)行排水能力的評估。整體來說，該市排水管網(wǎng)的排水管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)計重現(xiàn)期較小，合流管設(shè)計管徑偏小且混接、錯接較為嚴(yán)重、上下游高程混亂等狀況。

6 結(jié) 語

海綿城市規(guī)劃設(shè)計是建成海綿城市的關(guān)鍵，海綿城市規(guī)劃設(shè)計方案的優(yōu)劣與設(shè)計者對城區(qū)現(xiàn)狀水環(huán)境問題的判斷準(zhǔn)確與否直接相關(guān)，對海綿城市本底進(jìn)行科學(xué)分析能夠精確反映現(xiàn)狀水環(huán)境問題，是海綿城市規(guī)劃設(shè)計成功與否的關(guān)鍵，海綿城市的本底分析主要關(guān)注下墊面分析、生態(tài)敏感性分析及排水能力評估。在對海綿城市問題診斷時，采用本文ArcGIS+InfoWorks 平臺進(jìn)行分析模擬，能夠幫助設(shè)計者準(zhǔn)確分析城市水環(huán)境問題，為海綿城市規(guī)劃設(shè)計提供有力的依據(jù)。