面向城市新區(qū)水網(wǎng)構(gòu)建的藍(lán)綠灰空間布局評價體系初探

陳廣宇，柳 楊，馮中華，粟一帆，謝 忱，范子武

(1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029;2.水利部太湖流域水治理重點實驗室，江蘇 南京 210029)

城市水系是城市發(fā)展進(jìn)程中的生存之本、文明之源，在緩解城市熱島效應(yīng)[1- 2]、提升城市碳“匯”能力[3]及彰顯城市景觀文化[4]方面作用巨大。如何以建設(shè)水災(zāi)害防控、水資源調(diào)配、水生態(tài)保護一體化的城市新區(qū)水網(wǎng)為核心，形成一套綜合城市河湖水系、濕地等藍(lán)色空間以及城市綠地、河道緩沖帶等綠色空間與排水管網(wǎng)、泵站、凈水廠、一體化設(shè)備等灰色基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同的城市新區(qū)藍(lán)綠灰水系統(tǒng)規(guī)劃方案，受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。

通過構(gòu)建城市藍(lán)綠灰空間布局評價指標(biāo)體系，評估城市發(fā)展過程中水系格局建設(shè)合理性，是維系城市化進(jìn)程中“人水和諧”的重要抓手[5- 6]。國外針對城市藍(lán)綠灰空間布局做了大量研究，得出一批顯著成果[7- 8]。歐盟基于自然景觀設(shè)計學(xué)，提出藍(lán)綠系統(tǒng)方法(Blue Green Solutions，BGSs)，通過構(gòu)建城市藍(lán)色空間(水資源)與綠色空間(城市植被)綜合評價體系，量化城市藍(lán)綠布局的生態(tài)價值[9]。澳大利亞從社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益出發(fā)，統(tǒng)籌城市藍(lán)色空間(河道保護)與灰色空間(污水處理)，提出水敏感性城市設(shè)計的理念(Water Sensitive Urban Design，WSUD)[10]。美國通過綜合考慮城市匯水能力、綠色植被覆蓋及污水溢流等灰色空間，有力提升紐約市水安全保障能力[11]。國內(nèi)學(xué)者在充分借鑒國外突出案例的基礎(chǔ)上，針對我國城市化進(jìn)程的突出問題，提出了針對性的城市藍(lán)綠灰空間布局評價體系。李柳意等[12]從經(jīng)濟、社交、生態(tài)、美學(xué)和設(shè)施5個方面建立城市藍(lán)綠空間健康評價體系，汪潔等[13]基于“城市雙修”理念提出針對武漢長江主軸藍(lán)綠空間的修補策略，成雅田等[14]基于城市局地氣候的角度，提出城市藍(lán)綠空間規(guī)劃途徑的相關(guān)措施。

綜上所述，國內(nèi)外針對城市發(fā)展過程中面臨的水資源短缺、水安全防護、水生態(tài)修復(fù)、水環(huán)境治理等關(guān)鍵問題，從藍(lán)綠灰空間布局角度出發(fā)，提出了相應(yīng)的理論評價體系，但針對區(qū)域水系尚待建設(shè)的城市新區(qū)，如何合理布設(shè)藍(lán)綠灰格局的研究較少，本文因此采用文獻(xiàn)檢索、非度量多維標(biāo)度排序、模糊邏輯等方法構(gòu)建了城市藍(lán)、綠、灰空間3個準(zhǔn)則層的評價指標(biāo)體系，并選擇上海市臨港新城核心區(qū)作為典型新城區(qū)進(jìn)行藍(lán)綠灰空間布局評價，本文的研究成果可為城市水系規(guī)劃及城市開發(fā)建設(shè)提供理論支撐。

1 研究方法

1.1 評價指標(biāo)選取方法

1.1.1城市藍(lán)綠灰空間布局內(nèi)涵

城市發(fā)展是提升我國現(xiàn)代化水平，增強我國經(jīng)濟實力的重要抓手。上海臨港新片區(qū)是中國面向世界、面向未來的橋頭堡，將肩負(fù)支撐中國全方位高水平對外開放，提升國際影響力，參與全球經(jīng)濟新秩序的戰(zhàn)略任務(wù)。新片區(qū)自批準(zhǔn)成立以來，大力發(fā)展城市經(jīng)濟，取得了一定的成果。但區(qū)域水資源時空分布和量能輸入往往與經(jīng)濟社會發(fā)展需求用水、城市居民生產(chǎn)生活景觀用水不相適應(yīng)，需要從“空間均衡”的角度，統(tǒng)籌城市水體等藍(lán)色空間、綠地等綠色空間、水利設(shè)施等灰色空間，定義合理的準(zhǔn)則層與指標(biāo)層，構(gòu)建面向城市新區(qū)水網(wǎng)構(gòu)建的藍(lán)綠灰空間布局評價體系，以期指導(dǎo)規(guī)劃適宜的城市新區(qū)水網(wǎng)格局，實現(xiàn)水清岸綠、碧水繞城的美麗城市建設(shè)目標(biāo)。

藍(lán)色空間。城市藍(lán)色空間指城市水體部分，既包含河網(wǎng)、湖泊、濕地、河漫灘、洼地等自然水域，又包括渠道、水庫等人工水域，是“自然—人工”復(fù)合構(gòu)成的保證城市供水、灌溉、景觀、通航等多目標(biāo)要求的系統(tǒng)。

綠色空間。城市綠色空間指城市綠地部分，包含城市濱水廊道、生態(tài)岸線、城市林園、綠地森林、親水平臺等涉水綠色空間，具有涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候，緩解城市熱島效應(yīng)、增強區(qū)域景觀文化等復(fù)合功能。

灰色空間。城市灰色空間指城市水利基礎(chǔ)設(shè)施部分，包含城市排水管網(wǎng)、閘門泵站、凈水廠、海綿城市設(shè)施等水安全保障設(shè)施，是保證城市承受洪澇沖擊，快速應(yīng)對、恢復(fù)，保持城市功能正常運行，提升城市韌性的重要空間。

1.1.2評價指標(biāo)選擇與篩選

檢索并分析Web of Science，CNKI等國內(nèi)外權(quán)威數(shù)據(jù)庫關(guān)于城市新區(qū)、城市水網(wǎng)、藍(lán)綠灰空間等相關(guān)的期刊文獻(xiàn)，本文采用的文獻(xiàn)檢索關(guān)鍵詞法收集整理與城市新區(qū)水網(wǎng)重構(gòu)、城市藍(lán)綠灰空間分布相關(guān)的評價指標(biāo)。

對每個評價指標(biāo)在期刊論文中出現(xiàn)的頻次計數(shù)，并進(jìn)行非度量多維標(biāo)度排序(Non-matric multidimensional scaling，NMDS)[15- 16]，識別不同評價指標(biāo)的差異性并進(jìn)行分類，通過獨立性分析[17]進(jìn)行指標(biāo)顯著分析。非度量多維標(biāo)度排序的基本原理是基于相異矩陣或距離矩陣進(jìn)行排序的間接梯度分析方法，將原始的距離矩陣轉(zhuǎn)化為秩矩陣再進(jìn)行降維分析，同時弱化距離矩陣中具體值的大小，更注重其排序關(guān)系。本文使用NMDS將城市藍(lán)綠灰空間下的要素指標(biāo)進(jìn)行評價分析，適用于排序目的無需最大限度地保留對象間實際的距離，而只反映對象間的順序關(guān)系，可以將研究區(qū)域內(nèi)藍(lán)綠灰的評價指標(biāo)以點與點之間的距離形式表現(xiàn)出來。

1.2 評價指標(biāo)權(quán)重分析方法

采用模糊邏輯法(Fuzzy logic model，F(xiàn)LM)[18- 19]計算各評價指標(biāo)權(quán)重。模糊邏輯法的核心是通過構(gòu)建模糊集和模糊規(guī)則，確定指標(biāo)間隸屬度。利用[0～1]之間的數(shù)值表示對象對于模糊集的隸屬度，0表示對象完全不屬于此模糊集，1表示對象完全屬于此模糊集，0～1之間表示對象部分屬于此模糊集。定義非常合理、合理、普通、不合理、無效的模糊準(zhǔn)則，來建立各評價指標(biāo)的模糊集。通過構(gòu)建的模糊集、模糊規(guī)則，確定各評價指標(biāo)權(quán)重，例如某一評價指標(biāo)對城市藍(lán)綠灰空間布局的合理性影響能力為普通，則權(quán)重為0.6。

1.3 評價賦分標(biāo)準(zhǔn)

利用四分法[20- 23]確定各指標(biāo)對城市河流水網(wǎng)構(gòu)建過程中的藍(lán)綠灰空間布局合理性等級，四分法賦分標(biāo)準(zhǔn)見表1。四分法屬于評價體系中的一種賦分法，基本原理是將賦分值區(qū)間[0，1]總分為5等分，分值從大到小依次分別代表空間布局合理等級為非常合理、合理、普通、不合理和無效。

表1 四分法賦分表

根據(jù)構(gòu)建的賦分標(biāo)準(zhǔn)，采用累積加權(quán)法計算藍(lán)綠灰空間布局合理性指數(shù)，指數(shù)計算方法如式(1)：

(1)

式中，E—藍(lán)綠灰空間布局合理性指數(shù)；Wi—評價指標(biāo)權(quán)重；Ii—評價指標(biāo)賦分值。

2 城市藍(lán)綠灰空間布局評價指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 評價指標(biāo)選擇

通過查閱國內(nèi)外權(quán)威學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫的文獻(xiàn)，將藍(lán)、綠、灰各自對應(yīng)的要素層指標(biāo)按比例從大到小的順序繪制餅狀圖，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)(如圖1所示)，使用率超過1%的指標(biāo)共有21個。

圖1 評價指標(biāo)統(tǒng)計分析

采用非度量多維標(biāo)度排序識別不同指標(biāo)間的差異性并進(jìn)行指標(biāo)分類，結(jié)果如圖2所示。對城市藍(lán)色空間影響較大的指標(biāo)共有6個，分別為河湖水面率、生態(tài)生活岸線占比、河網(wǎng)密度、河湖連通率、河道渠化率、河岸硬質(zhì)率。對城市綠色空間影響較大的指標(biāo)共有8個，包含生態(tài)空間用地占比、森林覆蓋率、骨干綠道長度、人均公園綠地面積、公園綠地連通度、小微濕地、口袋公園占比、人口綠地耦合度、公園開放度。對城市灰色空間影響較大的指標(biāo)共有7個，包括主海塘防御標(biāo)準(zhǔn)、排水管網(wǎng)更新改造率、閘泵站建設(shè)合理率、排水管網(wǎng)與河網(wǎng)連通度、排水設(shè)施初期雨水收集率、凈水廠建設(shè)改造率、凈水廠處理能力達(dá)標(biāo)率。

圖2 評價指標(biāo)分類

對21個評價指標(biāo)進(jìn)行獨立性分析，利用Pearson分析和Spearman分析法分別對符合正態(tài)分布與不符合正態(tài)的指標(biāo)施行相關(guān)性檢驗，設(shè)置相關(guān)系數(shù)|R|>0.75為檢驗閾值，檢驗結(jié)果見表2。

獨立性檢驗結(jié)果顯示，河道渠化率與河湖水面率、河岸硬質(zhì)率與生態(tài)生活岸線占比、小微濕地、口袋公園占比與森林覆蓋率、人口綠地耦合度，公園開放度與人均公園綠地面積、排水設(shè)施初期雨水收集率與排水管網(wǎng)更新改造率、凈水廠處理能力達(dá)標(biāo)率與凈水廠建設(shè)改造率相關(guān)系數(shù)均大于0.75，指標(biāo)間含義重復(fù)率較高。從指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲得性、指標(biāo)利用管理等角度出發(fā)，剔除L14、L15、L17、L18、L19、L20、L21這7個指標(biāo)。城市藍(lán)綠灰空間布局評價指標(biāo)體系見表3。

表3 城市藍(lán)綠灰空間布局評價指標(biāo)體系

2.2 評價指標(biāo)權(quán)重設(shè)置

采用模糊邏輯法計算各指標(biāo)權(quán)重，權(quán)重計算結(jié)果見表4。針對城市新區(qū)水網(wǎng)構(gòu)建的藍(lán)綠灰空間布局合理性指標(biāo)權(quán)重結(jié)果顯示，藍(lán)色空間>灰色空間>綠色空間，藍(lán)色空間等涉水指標(biāo)在評價過程中起主要限制性作用。

表4 評價指標(biāo)權(quán)重

3 上海臨港核心區(qū)藍(lán)綠灰空間布局評價及重構(gòu)建議

3.1 研究區(qū)域概況

上海臨港新片區(qū)成立于2019年，位于上海東南，包含上海大治河以南、金匯港以東以及小洋山島、浦東國際機場南側(cè)區(qū)域。全域面積共873km2，主體部分為大治河以南、金匯港以東地區(qū)，面積約819km2。滴水湖核心區(qū)面積約72.09km2，位于新片區(qū)東南部(如圖3(a)所示)，是新片區(qū)的中央活動區(qū)、國際創(chuàng)新協(xié)同區(qū)和生活居住區(qū)，具有重要的戰(zhàn)略地位和生態(tài)屏障意義。本研究選擇滴水湖核心區(qū)為研究對象，區(qū)域現(xiàn)狀水系尚待建設(shè)，河網(wǎng)、濕地、自然洼地等藍(lán)色空間與山體、綠地、公園等綠色空間以及排水管網(wǎng)、閘泵、凈水廠等灰色空間格局尚待規(guī)劃，亟待整合城市藍(lán)綠灰空間，構(gòu)建區(qū)域骨干水網(wǎng)，實現(xiàn)有河有水、有魚有草、人水和諧的生態(tài)環(huán)境保護目標(biāo)。

滴水湖核心片區(qū)已基本形成“一湖—四漣—七射”的水網(wǎng)格局，其中滴水湖為“一湖”，“四漣”為春漣河、夏漣河、秋漣河、冬漣河，“七射”包含赤風(fēng)港、橙和港、黃日港、綠麗港、青祥港、藍(lán)云港、紫飛港，主要河道位置及具體參數(shù)如圖3(b)所示。滴水湖是南匯新城水系的核心，按照《臨港十四五規(guī)劃》，滴水湖基于城市功能布局和已有的水系格局，綜合考慮防洪、排澇、調(diào)水等方面的要求構(gòu)建水系格局。臨港新片區(qū)現(xiàn)狀處于海、河的水敏感區(qū)域，水生態(tài)環(huán)境脆弱，地勢低平、骨干河網(wǎng)尚未建成，水系連通性較差，水動力與河道自凈能力弱，水生態(tài)環(huán)境形勢嚴(yán)峻，規(guī)劃后的水系形成較為完整的骨干水系，提高了整體的水系連通性，有利于改善整體區(qū)域水生態(tài)的抗擾動彈性(如圖3(c)所示)。

圖3 臨港新片區(qū)水系圖

3.2 評價數(shù)據(jù)來源

本文評價臨港核心區(qū)藍(lán)綠灰空間布局評價指標(biāo)所需數(shù)據(jù)主要來源于《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》《關(guān)于開展河道生態(tài)治理試點工作的實施意見(暫行)》《上海市河道生態(tài)治理設(shè)計指南(試行)》《河湖健康評價指南(試行)》《生態(tài)河道評價驗收指標(biāo)體系》《上海市河湖健康評估指南》和臨港新片區(qū)水系監(jiān)測斷面的多年站點數(shù)據(jù)。

3.3 評價結(jié)果及分析

3.3.1評價結(jié)果

臨港新片區(qū)核心區(qū)現(xiàn)狀水網(wǎng)與規(guī)劃水網(wǎng)狀態(tài)下，城市藍(lán)綠灰空間布局合理性評價結(jié)果如圖4所示，圖中的分值代表目標(biāo)層的計算結(jié)果。該結(jié)果以區(qū)域內(nèi)多個典型區(qū)藍(lán)綠灰空間評價分值作為依據(jù)，通過對整個臨港核心區(qū)域進(jìn)行插值計算，合理性結(jié)果比例見表5。臨港核心區(qū)現(xiàn)狀水網(wǎng)格局狀態(tài)下藍(lán)綠灰空間布局評價結(jié)果如圖4(a)所示，評分處于合理范圍以上(E>0.6)的區(qū)域面積占總面積的63.7%，中部區(qū)域及滴水湖周邊合理性評價結(jié)果較高，西部區(qū)域部分節(jié)點評分相對較低，越靠近東部，藍(lán)綠灰空間布局合理性越差。核心區(qū)規(guī)劃水網(wǎng)格局下的藍(lán)綠灰空間布局評價結(jié)果如圖4(b)所示，評分處于合理范圍以上(E>0.6)的區(qū)域面積占總面積的71.5%，較構(gòu)建前區(qū)域藍(lán)綠灰空間布局合理性提升7.6%，西部與中部區(qū)域基本處于合理范圍，東部區(qū)域合理性依舊較低。

表5 城市藍(lán)綠灰空間布局合理性結(jié)果表

圖4 城市藍(lán)綠灰空間布局合理性評價結(jié)果

3.3.2結(jié)果分析

臨港核心區(qū)城市藍(lán)綠灰空間布局合理性評價結(jié)果顯示，核心區(qū)空間布局合理性空間異質(zhì)性較明顯，西部及中部地區(qū)的合理性明顯高于東部區(qū)域。臨港新片區(qū)、東臨長江口、南瀕杭州灣，處在太湖流域蝶形洼地的邊緣，地面高程3.5～4.5m(上海吳淞高程)，全區(qū)地勢較為平坦，整體上西部高東南低，區(qū)域污水、澇水為西引東排之勢。西部及中部水源為黃浦江來水，水質(zhì)好水量足，是核心區(qū)主要的人類聚集區(qū)與商業(yè)區(qū)[24- 25]。依托于臨港“海派文化”的發(fā)展格局，核心區(qū)西部與中部在發(fā)展進(jìn)程中注重人—水和諧的發(fā)展理念，大力開展城市綠林建設(shè)[26- 27]、生態(tài)岸線建設(shè)[28]、再生水廠[29]建設(shè)等工程，極大增加了區(qū)域藍(lán)綠灰空間布局合理性與城市水安全等級[30- 32]。區(qū)域東部地塊尚處于開發(fā)建設(shè)過程中，因河道開挖、水系構(gòu)建等工程的影響，河道斷點卡扣較多，水體連通性較差；同時東部區(qū)域靠近東海、杭州灣區(qū)域，受海水倒灌影響，土壤鹽度較高，不利于喬木、灌木等植物生長，綠色空間布局較差；此外該區(qū)域大多以永久農(nóng)業(yè)區(qū)為主，農(nóng)業(yè)種植及灌溉多依賴傳統(tǒng)澆灌手段，排水管網(wǎng)、雨污分離設(shè)施、集中式污水處理措施等配套工程較缺乏，因此東部區(qū)域藍(lán)綠灰空間布局合理性較差。臨港核心區(qū)水系構(gòu)建前后城市藍(lán)綠灰空間布局合理性評價對比結(jié)果顯示，通過疏通區(qū)域水網(wǎng)斷點卡口，構(gòu)建區(qū)域防洪排澇骨干水網(wǎng)，有利于提升區(qū)域藍(lán)綠灰空間布局合理性。與水系構(gòu)建前相比，通過構(gòu)建東引河—西引河—北護城3級的引清廊道，有利于增加區(qū)域水面率，提升區(qū)域水系連通性，增大藍(lán)色空間布局合理性；通過晚上核心區(qū)“四漣七射”水網(wǎng)格局，形成分時分區(qū)內(nèi)循環(huán)模式，有利于增大區(qū)域骨干綠道長度，提升人均公園綠地面積占比，增大綠色空間布局合理性；通過改造與新增區(qū)域閘泵站數(shù)量與調(diào)控能力，依托海綿城市理念[32- 33]，提升區(qū)域雨污分流能力，增大灰色空間布局合理性。

3.4 水系重構(gòu)建議

水系作為城市自然環(huán)境的重要因素之一，具有排澇減災(zāi)、調(diào)節(jié)氣候、景觀文化等眾多作用，同時也是城市建設(shè)的骨架網(wǎng)絡(luò)重要組成部分，影響著城市的性質(zhì)、用地布局乃至發(fā)展方向。針對臨港新片區(qū)面臨的藍(lán)綠灰空間布局問題，應(yīng)以近自然工法為核心，恢復(fù)水系自然形態(tài)、增大區(qū)域水域面積，提升城市水安全保障能力，具體建議為：

(1)水體形態(tài)重塑。臨港新片區(qū)在快速的城市化開發(fā)建設(shè)中，由于豎向管控不到位，片面追求場地平整，東引河、北護城河、七條射河等河流河道順直、形態(tài)單一，致使河流生境均質(zhì)化，生物多樣性低，生態(tài)系統(tǒng)抗擾動彈性脆弱，水環(huán)境惡化風(fēng)險嚴(yán)峻。因此在臨港新片區(qū)水環(huán)境提升中，對于新挖河道或尚在規(guī)劃的河道，通過適度調(diào)整河道藍(lán)線，采用人工修復(fù)工程將順直河道改變?yōu)橛羞m度彎曲的連續(xù)河灣，增大河道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，使得河流形成主流、支流、河灣、沼澤、急流和淺灘等豐富多樣的生境和水力條件，重塑河湖生境與生態(tài)空間。對于無法調(diào)整河道藍(lán)線的順直河道，通過對河流駁岸形態(tài)和底部構(gòu)造進(jìn)行重塑，恢復(fù)河流蜿蜒性。

(2)水系動脈重構(gòu)。臨港新片區(qū)受開發(fā)建設(shè)以及行政區(qū)劃調(diào)整的影響，骨干河網(wǎng)格局尚未形成，南匯新城343m2范圍內(nèi)有39條河道涉及斷堵點，未按規(guī)實施需新開河道39條。區(qū)域水系雜亂，連通性差，水體物質(zhì)、能量、信息交換能力弱，水環(huán)境質(zhì)量低。對區(qū)域雜亂無規(guī)水系格局進(jìn)行合理重構(gòu)，消除斷頭浜、增大水面率，提升水體交換能力，是提升臨港新片區(qū)水環(huán)境質(zhì)量的又一重要措施。通過填滿難以打通的斷頭浜，修剪零星水網(wǎng)旁支；通過打通因開發(fā)建設(shè)造成的河道斷堵點、開挖規(guī)劃河道，形成骨干水系格局；最終通過開挖景觀湖置換水面率，將區(qū)域雜亂水網(wǎng)、孤立濕地與湖泊進(jìn)行整合，形成大水面水域的城市“水心臟”，縮短水體停留時間，提升水體置換能力與自凈能力，起到向心臟一樣的凈化污水—釋放源水的新型雙重水環(huán)境治理模式。

4 結(jié)論

(1)文章從“空間均衡”的角度，統(tǒng)籌城市水體等藍(lán)色空間、綠地等綠色空間、水利設(shè)施等灰色空間，構(gòu)建包含河湖水面率、生態(tài)生活岸線占比河網(wǎng)密度等14個城市藍(lán)綠灰空間布局合理性評價指標(biāo)體系，有利于實現(xiàn)城市化進(jìn)程中的“人水和諧共生”。

(2)評價結(jié)果顯示臨港核心區(qū)藍(lán)綠灰空間布局合理性空間異質(zhì)性明顯，西部及中部區(qū)域明顯優(yōu)于東部，且水系構(gòu)建有利于提升區(qū)域藍(lán)綠灰空間布局合理性。

(3)以近自然工法為核心，提出包含水體形態(tài)重塑、水系動脈重構(gòu)等藍(lán)綠灰空間布局合理性提升技術(shù)，恢復(fù)水系自然形態(tài)、增大區(qū)域水域面積，提升城市水安全保障能力。