基于智慧—韧性理念的滨海城市雨洪灾害防控规划方法*

田 健 曾穗平 曾 坚 丁锶湲 王倩雯

0 引言

全球气候变化带来的台风、雨涝、高温等不确定风险，对城市灾害风险管理提出了新的挑战，积极探索应对极端气候灾害的韧性城市规划，已成为世界范围的重要课题[1]。在滨海城市的灾害类型中，雨洪灾害最为典型，由于复杂的陆海交错的环境影响，往往导致海潮、内陆洪水以及城市暴雨内涝多灾害耦合的现象，对于滨海高密度城市而言，它不仅孕灾机制复杂，风险暴露度高，且承载体脆弱，亟待通过雨洪灾害的精准识别及有效治理研究，确保滨海城市安全、健康、高质量发展。既有研究在雨洪灾害情景模拟[2]、风险量化评估及应对灾害的基础设施建设[3]、蓝绿生态网络格局构建[4]、避灾场所布局[5]等方面取得丰富的成果，数字化技术和韧性理念的应用，为滨海城市雨洪灾害防控提供了新思路与新方法。但既有研究缺少了对城市雨洪灾害智慧识别技术、韧性规划方法的系统梳理，忽视了宏观—中观—微观多尺度下滨海城市雨洪灾害防控的差异性和协同性，因此，本研究基于智慧—韧性理念，从多尺度协同角度，系统化建构滨海城市雨洪灾害的韧性防控规划方法。

1 滨海城市雨洪灾害特征与研究进展

1.1 滨海城市雨洪灾害特征

滨海城市雨洪灾害具有“灾种复杂、暴露度大、承灾体脆弱”等典型特征，需要在灾害识别、灾害防控规划等方面采取针对性措施。

第一，多灾种耦合。由于受到陆地与海域灾害的双重影响，滨海城市面临台风、暴雨和洪水等复杂自然灾害类型带来的多重风险。风暴潮带来的瞬时强降雨与来自河流上游的洪水相耦合，对滨海城市产生巨大的破坏力。多灾种耦合放大了风险效应，加剧了雨洪灾害的危害，需要灾害风险识别中考虑多灾种耦合的特征，进行灾害参数的有效筛选，同时对城市灾害防控能力也提出了更高要求。

第二，暴露度大。独特的地理区位优势和资源优势，造就了滨海城市发达的经济和文化，滨海地区集中全国40%以上的城市人口和城镇建成区面积，产出了60%以上的国民生产总值，并形成人口与经济的高密度集聚区。因此，滨海城市雨洪灾害暴露度大，受灾人口多、经济损失大，威胁国家社会、经济发展命脉，对灾害识别与防控的精准度提出较高的要求。

第三，承灾体脆弱。人口与产业高度集聚，带来滨海城市建成区的高密度、高强度建设，形成建筑高密度聚集区，严重挤压了生态空间，导致地表透水比例低、自然生态调蓄能力弱。因此，相比于其它地域的城市，滨海城市承灾体更脆弱，应对雨洪灾害的韧性水平较低，需要从更大时空尺度的范围内，协调雨洪灾害防控体系，化解自身脆弱性较高、抗风险能力不足的问题。

1.2 滨海城市雨洪灾害研究进展

当前，滨海城市雨洪灾害研究内容与技术方法，逐渐从传统的指标评估和防灾设施建设，走向数字化模拟识别与海绵韧性规划布局。

在雨洪灾害识别方面，数字模拟中考虑的风险类型更加全面化、系统化，技术方法更加智能化，如运用高分辨率风暴潮漫滩数值，模拟不同强度下滨海风暴潮最大淹没范围[6]，提高风险区识别精度；综合利用SCS-CN水文模型与GIS空间模型分析，识别城市暴雨淹没区的位置[7]，并基于GIS空间缓冲区分析，评价河流水域的安全性等级[8]，为雨洪安全格局建构提供支持；运用BP神经网络模型等人工智能方法，分析雨洪灾害威胁下的滨海河口、湾区的生态—人口—经济多元风险空间分布[9]，拓展雨洪灾害识别的范围；运用SWMM技术构建降雨—径流模型，识别城市不同重现期的内涝隐患点分布[10]，为风险的精准治理提供依据。

在雨洪灾害防控方面，逐渐形成以生态韧性防控为主、蓝—绿—灰色基础设施综合布局的海绵韧性防控规划方法，如基于雨洪灾害防控，提出城市水系空间韧性布局[11]和绿地系统规划方法[12]；通过城市土地利用与生态海绵空间协同布局，有效化解城市雨洪灾害风险[13]；从致灾危险性、人口暴露性、疏散系统的脆弱性等角度，提出滨海城市雨洪灾害避难场所适应性布局策略[14]；以及从总体规划—详细规划—规划实施等各层面，将海绵城市理念融入国土空间规划体系[15]，确保城市雨洪灾害防控策略于现行空间规划框架内顺利实施。

既有的研究为滨海城市雨洪灾害识别、机理解析和防控管理提供了比较丰富的技术手段与理论研究素材。但由于既有的雨洪灾害识别及灾害防控方法多基于水利学科的研究视角，其成果有待于在陆海统筹的国土空间规划中，强化其适用性与系统化研究；一些海绵城市的研究尺度偏重于中微观层面，忽视了不同尺度下的风险识别及灾害防控方法的差异性，缺乏多尺度协同下的滨海城市雨洪灾害的全面识别与综合治理。因此，有必要从多尺度视角下，系统梳理并智慧识别滨海城市的雨洪灾害风险，进而建构韧性防控规划方法，为我国滨海城市雨洪灾害防控规划提供系统的理论研究框架与技术探索。

2 滨海城市雨洪灾害的智慧—韧性规划防控理念

2.1 滨海城市雨洪灾害的智慧识别

针对滨海城市雨洪灾害的多灾种耦合、承灾体相对脆弱等特征，需要综合运用多种数字模拟技术，精准识别雨洪灾害风险区域，从而在相对有限的滨海城市空间内，精细划分雨洪灾害防控分区，为城市雨洪基础设施布局、雨洪生态安全格局的建构提供依据。滨海城市雨洪灾害的智慧识别技术，包括基于多源数据的雨洪灾害数据收集与处理、基于智能分析的雨洪风险计算与灾情特征归纳等内容（图1）。

图1 滨海城市雨洪灾害的智慧识别技术Fig.1 technology for intelligent identification of flood damage in coastal cities

首先是基于多源数据，收集与处理滨海城市雨洪灾害数据。通过DEM数据、水文数据等综合计算，划分汇水分区，并结合土壤下垫面数据库、滨海雨洪气象数据库，综合建构包含致灾因子、孕灾环境和承载体特征的汇水区及水文响应单元数据库。然后基于智能分析技术，计算滨海城市雨洪风险等级并归纳特征：通过将地表、地形、水文、海洋气象、水源、社会经济及生态服务价值等多因子数据叠加分析，在数据网格化统一和共线性检测后，运用机器学习等方法训练计算多因子数据与相关文献、历史灾害数据的关联模型，进而预测评估同类型区域城市雨洪灾害风险等级，并解析雨洪灾害风险的各影响因子[16]，从而基于GIS平台分析滨海城市雨洪灾害风险空间特征及成因规律（图2）。

图2 引入多源数据与智能分析技术的滨海城市雨洪灾害风险识别Fig.2 multi-source data and intelligent analysis technology introduced to identify flood risk in coastal cities

2.2 滨海城市雨洪灾害的韧性规划防控

由于滨海城市雨洪灾害冲击力强、风险暴露度高，因而仅依靠传统的城市排水基础设施难以满足雨洪高峰时的城市防洪排涝需求。海绵城市建设已成为当前防控城市雨洪灾害的重要途径，即遵循生态优先等原则，将蓝绿空间布局、雨水花园、下沉式绿地等不同尺度的生态方法与人工措施相结合，提升城市抵御洪水内涝的韧性水平。

滨海城市雨洪灾害的韧性防控，主要包含三方面内容：一是“山—水—海—城”生态安全格局建构，即加强上游“山—水”生态涵养，提升流域蓄水调水能力；协调“城—水”空间关系，保护城市原有的河湖、湿地、坑塘、沟渠，完善城市蓝绿生态网络；改善“城—海”空间关系，保护并优化滨海湿地、沙滩等自然生态缓冲空间，减少城镇建设用地对海岸带的压迫。二是以城市建筑、社区、道路、绿地与广场等建设为载体，通过植草沟、雨水花园、下沉式绿地、屋顶绿化等半自然化处理，提升城市内部空间的雨洪调蓄能力。三是提升城市排水系统的设计标准，在雨洪风险高值地段，通过排水管网建设、泵站外排等人工辅助措施，提高局部地段的排水能力。此外，还包括支持海绵城市管理与风险监测的信息平台建设等。

滨海城市雨洪灾害的韧性防控理念，需要通过指标体系、空间布局、系统优化和实施建设，转化为韧性规划方法路径，从而实现雨洪灾害的韧性防控目标。具体可总结为“理念指标化、指标空间化、空间系统化、系统建设实施”[10]：理念指标化是在空间规划指标中增加控制生态安全格局、道路海绵、社区海绵等多尺度海绵城市建设的相关指标；指标空间化是结合指标及雨洪灾害智慧识别结果，形成各层级的海绵设施布局方案；空间系统化是将各类海绵设施与城市建设用地、基础设施系统、公共服务设施系统相协调，优化系统布局；系统建设实施是落脚点，应结合详细规划、近期建设规划，落实海绵设施建设项目，并强化设施运营效果评估及反馈（图3）。

图3 滨海城市雨洪韧性理念的海绵规划实施转化Fig.3 implementation and transformation of sponge planning of flood resilience concept in coastal cities

通过引入雨洪灾害的韧性防控理念，从区域生态安全格局建构、城市空间半自然化处理、排水系统设计标准精准调整和管理监测信息平台建设等方面，提升雨洪灾害防控策略的前瞻性；通过将韧性理念指标化、空间化、系统化并提出建设实施抓手，提升规划策略的可落地实施性与有效性。

2.3 滨海城市雨洪灾害的多尺度韧性协同治理

滨海城市雨洪灾害的多灾种耦合特征及滨海城市自身的脆弱性问题，决定了其灾害治理不能局限于城市内部，而是需要结合宏观气候调节、流域生态涵养、海岸带生态安全格局建构等宏观尺度措施，以流域灾害防控及生态协同治理的方法，降低雨洪的冲击力。同时，结合中观、微观不同尺度下灾害风险识别精度、对应空间规划层级等方面存在的差异，分别形成针对性的雨洪灾害风险识别和韧性规划内容，通过多尺度协同治理，提升滨海城市雨洪灾害防控能力（图4）。

图4 多尺度的滨海城市雨洪韧性海绵设施布局内容Fig.4 multi-scale layout of storm flood resilient sponge facilities in coastal cities

宏观层面，是指在流域及城市群大尺度范围，基于雨洪安全需求，识别并建构区域生态安全格局，研究重点是以海岸带、滩涂、河口三角洲、蓄滞洪区、生态涵养区为代表的自然生态海绵空间，目标在于改善局域气候，提升区域的雨洪调蓄能力，降低雨洪灾害对滨海城市的冲击力。

中观层面，是指在市域及中心城区的中尺度范围，识别雨洪风险区域，结合城市建设用地布局、基础设施及公共服务设施系统布局，构建城市海绵设施体系，研究重点是以城市公园、水渠、雨水管网为代表的人工与生态海绵空间，目标在于基于城市雨洪灾害分布特征，完善城市雨洪韧性防控体系，缓解滨海城市面对雨洪风险的脆弱性。

微观层面，是指在城市片区及社区的小尺度范围，结合城市雨洪灾害的精准识别结果，精细化布局海绵设施，研究重点是以下沉绿地、可渗透路面、雨水花园、屋顶绿化、积水感应—排水管控智慧模型、信息管理平台为代表的立体与智慧海绵，目标在于从城市细胞单元空间入手提升城市雨洪防控韧性，传导落实宏观与中观层面的韧性布局方案。

3 滨海城市雨洪灾害多尺度智慧—韧性规划方法及应用

滨海城市雨洪灾害的智慧识别与韧性防控规划方法，在不同空间尺度上，因规划对象资源禀赋、管控精度及目标不同，规划技术内容有所差异。研究以我国典型滨海地区——闽三角城市群为例，系统梳理和应用“宏观（闽三角城市群）—中观（厦门市及城区）—微观（厦门杏林湾街区）”多尺度下的滨海城市雨洪灾害智慧识别与韧性防控规划方法。闽三角城市群位于福建省南部沿海，包括厦门、泉州、漳州三市，台风高发、暴雨频繁，山体距离海岸较近，滨海缓冲空间狭促，在“山—城—海”交错格局下，极易产生山洪与风暴潮引发的城市雨涝灾害，亟待从多尺度协同角度提升雨洪灾害防控的系统韧性。

3.1 宏观城市群—流域尺度雨洪灾害智慧—韧性规划

区域生态系统的水文调节服务功能，对滨海城市的雨洪灾害防控影响巨大。如漫滩湿地表面的蓄水可通过渗透到土壤中，储存大量雨洪；茂密的植被可抑制洪水流速、捕获沉积物，特别是洪泛区森林通过摩擦效应，延迟了地表洪水的释放，增强了洪泛区的蓄水能力。在流域生态系统中，受快速城镇化的影响，上游地区由于森林植被不断被破坏，沉积物的转移导致河道淤积；大量的生态用地及自然河湖坑塘水系转变为城市建设用地，不透水地面的大量增加导致城市内水流流速及地表径流的增大，增加了下游城市的雨洪灾害风险。

因此，城市群—流域尺度下，滨海城市雨洪灾害的韧性防控主要集中于区域生态海绵系统格局规划，其中涉及规划编制的技术流程的制定和雨洪韧性提升及灾害的适应性管理。其规划技术流程首先为风险的智慧识别，如划分流域尺度的研究单元，基于孕灾环境与致灾因子计算、承灾体脆弱性分析、雨洪路径分析等，确定淹没范围和划定风险等级；进而通过重构水安全格局、地质安全格局、生物安全格局等，强化区域水生态涵养与调蓄的系统功能，提升滨海城市承洪韧性的性能（图5）。

图5 宏观城市群—流域尺度雨洪灾害智慧—韧性规划框架Fig.5 macro-urban agglomeration-catchment-scale rainfall-flood disaster intelligenceresilience planning framework

在滨海区域雨洪韧性的适应性管理方面，是应用生态适应性管理手段，协同河流整治与城市空间治理，制定与流域相关的径流控制法规，提升气候及承洪韧性，重构流域与城市群发展的生态安全格局。具体内容包括：划定蓝绿生态红线，强化生态保育和景观修复工程，修复受损的生态景观；利用山水林田湖草等自然生态空间，提升生态系统水文服务功能；结合不同功能用地的雨涝敏感性和韧性承灾能力，进行开发内容及开发强度管控；考虑平灾结合的原则，布置休闲慢行系统以及游憩观光等功能。同时，培育经济发展韧性，形成城市可持续发展的空间导引和开发管控措施，实现社会、经济和空间相协同的绿色、低碳、安全的发展目标。

以闽三角城市群为例，首先是雨洪灾害智慧识别，基于河流、汇水点、汇水区、水文响应单元分析，划分流域尺度的格栅研究单元，然后分别计算孕灾环境（地表粗糙度、坡度、径流量、淹没区等）、致灾因子（降雨强度等）、承灾体脆弱性（人口、GDP、生物多样性价值等），识别区域雨洪风险等级和分布特征；在建构区域生态海绵韧性安全格局层面，通过分析水安全格局、地质安全格局、经济社会安全格局等，划定应对雨洪灾害的区域最优、缓冲及底线安全格局；在此基础上，有效协同区域性蓝、绿、灰基础设施建设，即根据滨海地区洪水流速与淹没深度的时空分布特点，构建蓄洪区，组织泄洪通道，提升滨海滩涂及自然洪泛区的减灾功能；同时，利用滨海自然海绵空间的生态功能，强化生态保育和景观修复工程，发挥流域与城市群生态系统的雨洪调节作用。

3.2 中观城市整体尺度雨洪灾害智慧—韧性规划

中观尺度下滨海城市的雨洪灾害智慧识别与韧性防控，主要包括结合城市功能的承洪脆弱性评价、基于韧性防洪的空间结构布局与城市汇水单位智慧划分、结合承洪敏感性的土地利用规划与避灾场所布局（图6）。

图6 中观尺度滨海城市雨洪灾害智慧-韧性规划框架Fig.6 a mesoscale intelligent and resilient planning framework for coastal urban rain and flood damage

第一，城市尺度雨洪风险评估与结合功能的承洪脆弱性评价。首先在城市尺度孕灾环境层面，预测洪涝风险源，通过评价生境质量、水源涵养能力、雨涝调蓄能力和土壤保持能力等，结合人口密度与脆弱性人群时空分布特点，识别高风险区域，进行雨涝风险敏感区分级，制作洪涝风险地图，标注高风险地区和受威胁人口，为制定高风险城区雨涝风险管理计划提供依据。

第二，基于韧性防洪的空间结构布局与城市汇水单位分类治理。从雨洪灾害的韧性防护角度，对城市空间进行防灾分区规划，并划定城市防灾空间结构，构筑防灾轴线，设计城市内涝防控的智慧应急疏散场所。如通过优化山水湖田林草等城市生态环境系统，增加冗余、多样性和灵活性功能；设计与自然雨水管理结合的景观系统，保护滨海红树林、滩涂湿地等自然海绵空间。同时，应用遥感和GIS技术，分析城市韧性承洪安全格局，划分城市汇水单位，结合城市的地势与坡度特点，分析各区域的地表径流路径、交汇点、分支点及汇水单位，将汇水单位划分为源头、路径、末端3种类型：对源头类水文区域，选择截留、促渗的手段，达到就地消解雨水的目的；对径流路径类水文单元，则适当增加雨水在的滞留时间，除了采取截留手段外，以调蓄、净化的处理手段为主；而对洪水滞留这一末端类用地，需要重点设置防洪基础设施处理[17]。

第三，结合可浸土地的土地利用规划与承洪韧性空间管控规划。韧性承洪的可浸土地是指能储存或输送洪水和沉积物，而不会受到损害或转移灾害的土地，城市可浸土地越多，韧性承洪的能力就越高。韧性城市必须具有自组织和自适应能力，保持洪水期间的有序秩序，因此，结合承洪敏感性评估，科学提高可浸面积百分比，增强承洪适灾能力。同时，基于雨洪风险适应性管理理念，提出空间韧性管控规划方案，如针对高风险淹没区域，划定城市“蓝线”“绿线”边界和保护区域；对高风险区域进行详细规划，进行防灾空间指引，规划城市智慧防洪空间，采取引、避、退等多元措施，提出国土空间用地布局的智慧防灾指引。

以厦门市为例，通过生境质量、水源涵养、雨涝调蓄、植被覆盖等生态海绵基础评价和雨洪淹没区分析，综合判断城市重点灾害空间，进而划定城市一级防灾分区，提出城市生命安全格局，以此为基础建构城市雨洪韧性防灾空间结构，布局适应高密度滨海城市的灾害避难场所，提出雨洪韧性防灾空间布局指引，为城市生态海绵空间布局、“蓝线”“绿线”空间划定、避难场所系统布局提供支持[18]。中观层面城市雨洪灾害智慧识别与承洪韧性规划方案，为微观层面街区的排水管网设计、雨水回用设施的标准分区实施、雨水花园布局建设等内容提供上位规划依据。

3.3 微观城市街区尺度雨洪灾害智慧-韧性规划

微观尺度下滨海城市街区的雨洪灾害智慧—韧性规划内容，主要包括街区内的分区承洪韧性规划设计、街区雨洪灾害的风险智慧管控等内容（图7）。

图7 微观尺度滨海城市街区的雨洪灾害智慧-韧性规划框架Fig.7 intelligent and resilient planning framework for flood damage in coastal city blocks at micro scale

第一，基于低冲击开发的分区承洪韧性规划设计。在城市片区或街区尺度范围，划分汇水分区，以自然水文条件及水循环过程为依据，通过组织系列的街区和社区生态化景观设施，结合湿地、景观水体与雨水回用设施，打造生态旱溪、植草沟等平灾结合设施，实现水安全、水生态、水文化及水景观的有机耦合。根据雨洪灾害风险精细化识别结果和汇水空间单元，分区制定下凹绿地、屋顶绿化、生物滞留层、雨水铺装等低影响开发的建设标准，有针对性地修复街区生态环境，恢复生态雨洪调蓄功能，减少地表径流量、径流速率，控制径流污染，实现雨水的渗透、吸收和净化及自然蒸发的韧性防控目标[19]。

第二，街区层级的雨洪灾害的风险智慧管控。微观空间尺度下，基于智慧技术的雨洪灾害管理，是保障多尺度承洪韧性规划实施效果的关键。按照源头治理、中间削减、系统治理的海绵城市技术理念，优化竖向标高设计，协同建筑、道路、绿地等收集的雨水衔接，收集自然水体及雨水溢流并资源化利用，解决雨污水管网混接、错接等问题。同时，建立险情实时智慧信息系统，监测地表径流量和淹没区范围，智慧导控排水管渠等内涝防治设施，利用智能管网实时收集雨水数据，有效分享洪涝信息，检修高风险区域的防洪设施，提升人工排水系统的工程韧性，并疏导灾时交通系统，完善受灾救助机制和雨洪灾害防控宣传机制，提高社区和个人的洪涝防范和应急意识。

以厦门市杏林湾片区为例，在中观层面城市土地利用规划布局、生态海绵空间格局、一级防灾分区等上位方案指导下，基于微观层面的雨洪灾害风险精细化识别和杏林湾片区汇水分区划分结果，在街区内制定不同汇水单元的差异化的低冲击承洪韧性规划策略：如加强老旧社区屋顶绿化和透水铺装改造的标准，提升新建社区下凹绿地和雨水花园的建设标准，制定滨水开放空间的生物滞留层建设标准则等。同时，建立片区的雨洪灾害智慧信息系统，并通过雨洪管理模型（SWMM），进行5年一遇暴雨情景下的管线优化模拟，实践表明，在5年一遇情境下，通过精准化的海绵设施改造，杏林湾片区的暴雨径流比未改造前降低了62.8%，有效的降低了雨涝灾害风险（图8）。

图8 厦门市杏林湾片区汇水区划分及分区承洪韧性规划设计Fig.8 division of catchment area and design of flood bearing resilience in Xinglinwan District, Xiamen

4 结语

滨海城市雨洪灾害具有孕灾机制复杂、风险暴露度高、承载体脆弱等典型特征。应用数字化技术精准化智慧识别风险空间，运用多尺度智慧海绵理念实现雨洪灾害的韧性防控，已成为必然趋势。其中，在雨洪灾害的智慧识别方面，多源数据与智能化分析技术为雨洪灾害模拟中解决复杂灾害风险耦合问题提供支持，使风险识别更加全面化、系统化；在雨洪灾害的韧性防控方面，需要与空间规划紧密结合，路径为理念指标化—指标空间化—空间系统化—系统建设实施。

提出精准化的多尺度智慧—韧性规划目标与技术方法，实现宏观—中观—微观多尺度的雨洪灾害智慧识别与韧性规划协同，是有效化解滨海城市雨洪灾害风险的关键。其中，宏观流域—城市群尺度下，重点是解析区域孕灾环境特征，分析承载体脆弱性，致力于改善流域雨洪调蓄能力，建构区域生态海绵系统格局；中观城市尺度下，侧重于城市雨洪脆弱性评价、承洪韧性空间结构布局与城市汇水单位划分，并结合不同功能区的承洪敏感性，进行土地利用规划，合理布置防灾空间与避灾场所；微观城市街区尺度下，侧重于基于低冲击开发的分汇水单元的承洪韧性规划设计、基于智能管理技术的街区雨洪风险监测与导控。研究结合闽三角城市群—厦门市—杏林湾片区的特点，进行了多尺度雨洪灾害智慧—韧性规划理论研究与实践探索，为新时期下我国滨海城市系统化、多尺度的雨洪韧性防控提供借鉴。

图片来源:

图2：改绘自王倩雯, 曾坚, 杨斌.城市用地形态对城市积水的影响研究[J].城市发展研究, 2021, 28(8): 17-24.

图3-7：作者绘制

图8：改绘自丁锶湲, 曾坚.基于SWMM模型与低影响开发模式的滨水地区内涝防控方案——以厦门市杏林湾选区为例[J].中国园林,2020, 36(9): 70-75.