城市水文管理与城市设计探析

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【摘要】近年来我国在城市开发建设中出现了诸如城市内涝等水生态安全问题。在此背景下，城市设计面对的不再是单一导向的城市开发建设问题，而是逐渐转向将城市水文管理相关空间要素和方法置入城市设计的流程中，从而实现城市水文管理与城市设计的耦合。基于增强水管理韧性为目标，综合分析国内外雨水管理的理念与实践，探讨其与城市设计耦合的途径，为城市设计的进一步发展提供相应的策略。

【关键词】城市水文管理；城市设计；城市内涝；耦合关系

1引言

1.1我国城市建设中的水文问题现状

1.1.1城市化对城市水文带来的不利影响在中国城市的快速发展过程中，大量的开发建设对城市下垫面造成了较大的改变。具有自然蓄水、调洪等功能的自然水体被破坏以满足建设需求，使城市地表径流系数加大，导致原有的自然水文循环过程受干扰。伴随着城市化的发展，在土地和经济利益的交互影响下，现代城市建设多将开发建设蔓延向地平高程相对较低且建设适宜性较差的区域[1]。因此在城市开发建设中，引发了诸如洪灾、城市内涝、地下水位下降等水生态安全问题，所以处理好城市开发建设与水文保护之间关系的任务较为突出。从应急管理部2021年发布的全国自然灾害基本情况可知，河南、四川、山西、河北、湖北、陕西等地相继遭受严重暴雨洪涝灾害，内涝造成了较大的直接经济损失。就郑州2021年特大暴雨而言，从城市用地及建设角度分析，郑州市从2000年到2020年，其建设用地面积不断从中心城区向外扩张（见图1），下垫面不透水面积从373km2增加到1147km2。在地表天然的产汇流条件被人为改变、不透水地面比例急剧增加等情况下，地表产流量增大，汇流速度也加快。在本次大暴雨中，郑州京广快速通道隧道由最大1h降雨从开始至完全淹没仅1.5h。因此在面对突发性强的洪灾时，城市建设导致建成区排蓄水能力减弱，进一步加剧了城市内涝的风险。

1.1.2城市规划缺乏对于水系统的合理安排随着人类社会的发展，人们普遍依赖工程性建设并将其视为解决方案，如建造防洪堤和海堤保护社区免受洪水和沿海风暴的影响，保护城市免遭洪涝灾害等[2]。因此在城市发展中，对于水系统的建造、运营、维护和更新的重点关注对象多为灰色基础设施，而在如何将灰绿设施进行耦合的实践中相对滞后。自然水体的梳理、雨洪组织及地表径流的消减与城市设计有着较强相关性，处理不当会成为城市水患的诱因抑或加剧水环境问题[1]。回顾我国多城市提出的修建性详细规划、控制性详细规划、总体规划，较少关注到城市设计与水文管理的关系，而容易忽略在城市设计中将建设与水环境进行协调。

1.2城市水文管理与城市设计相互协调的必要性

1.2.1城市设计对城市水文条件的影响城市雨洪内涝灾害与城市水文环境和水循环过程密不可分[3]，而作为城镇建设学科之一，城市设计是干预城市空间的重要手段，对城市水生态环境具有重大影响[4]。城市设计容易忽视自然水系的生态效益，而对城市水环境造成影响主要为以下三方面：①把设计重心放在城市形态、开发建设强度等方面，导致硬质铺装增多和原有植被系统被破坏，降低下垫面透水性，从而加剧地表径流量。②强调高效的交通组织，一定程度上破坏原有的自然水文布局，进而影响自然排水系统的作用效果。③公共空间强调人群使用的便捷性，进而加入大量不渗水铺装，削弱了自然水体的排蓄水功能。因此，如何从城市设计的角度统筹协调城市水环境与城市空间形态，是城市设计不断发展的重要议题。

1.2.2城市水环境作为景观要素，有助于优化城市设计在城市形态方面，考量中国的城市发展史，可知水是影响城市形态、促进城市形成的最普遍且重要的因素。人们为了生产、生活用水的便利，许多城市沿水系逐步发展起来并向其四周扩张[5]。在城市公共空间塑造方面，水系作为城市空间中重要的组成部分，其景观性与人为塑造的物质空间形成良好的关系，进而有助于优化城市设计。

2城市水文管理与城市设计相关概念阐释

2.1城市水文管理

城市水文管理涉及给水、城市排水、污水处理与污泥处理等领域，是对城市水资源开发、利用、节约和保护的组织、协调、监督和调度等，运用法律、经济以及技术等手段处理开发利用与经济发展之间的关系。城市水管理是一个集自然资源系统与社会经济系统的复合系统，具有耦合性、整体性、层次性和动态性等4个方面特征，包括水灾害管理、水资源管理、水服务管制以及水环境管理[6-7]。

2.2城市设计

城市设计是指人们为某种特定的城市建设目标所进行的，对城市外部空间和形体环境的设计和组织，正是城市设计塑造的这种空间和环境，形成了整个城市的艺术和生活格调，建立了城市的品质和特点[8]。城市设计是对城市环境形态所做的各种合理处理和艺术安排，它不仅仅局限于详细规划的范围，而是在城市总体规划、分区规划和详细规划中都体现[9]，而且城市设计广泛地涉及城市社会因素、经济因素、生态环境、实施政策和经济决策等，它的目的是“使城市能够建立良好的‘形体秩序’或者‘有机秩序’”[10]。有学者将2000年后收集到的城市设计和实践主题分类，提出注重生态优先的城市设计是城市设计概念发展的四大趋势之一，从生态文明建设的角度看，城市设计的核心价值是全面考虑人与自然的和谐与共生发展，即城市设计应体现自然环境与人工环境的共生结合，在此基础上，将绿色基础设施概念引入城市设计中[11-12]。随着世界各国面临的水文问题日益突出，从城市设计视角关注水生态安全逐渐成为各种理论尝试和关注的热点。美国、澳大利亚以及欧洲等国的城市水资源利用管理的实践起步较早，他们提出的“低影响开发技术”、“水敏性城市设计”、“水资源综合管理”等理念，在城市规划设计中得到了很好的应用[13]。而我国借鉴国外经验，推进海绵城市建设，使之成为注重生态优先的城市设计中极为重要的一部分[14]，希望通过用海绵城市的建设理念融合城市设计来解决城市中水资源与环境协调问题。

3国内外雨水管理理念与实践

3.1澳大利亚-水敏性城市设计（WSUD）

水敏性城市设计理念（WaterSensitiveUrbanDesign，WSUD）起源于20世纪90年代的澳大利亚，源自对传统城市开发和暴雨管理模式对城市水环境的负面影响的反思，旨在回应长期干旱情况下日益突出的雨水管理问题[15]。该理念将雨水管理与城市设计有机结合起来，通过优化城市开放空间、美化景观和水循环的关系，综合实现了水体的生态、社会、文化和美学价值。其关键性原则为：①保护现有的自然特征和生态；②维持集水区的自然水文条件；③保护地表和地下水水质；④降低供水管网系统的需求；⑤减少排放到自然环境中的污水量；⑥将雨、污水与景观相结合来提高视觉、社会、文化和生态的价值[16-18]。由此可见，WSUD综合涵盖了对城市水生生态系统的考虑，同时也将城市开放空间的规划布局和景观处理与暴雨排泄路线及暴雨管理措施相结合，在城市设计过程中整合雨水管理、野生生物栖息、公共休闲等功能，最大限度地实现水体的多重价值。如在公共开放空间中，通过利用人工湿地、洼地及水面等对雨水进行滞留处理[15]。其中悉尼公园水资源再利用项目充分体现了对WSUD理念的应用，在改善当地雨水系统的基础上，增加了生物栖息地的面积，同时提升公园的娱乐价值。该项目涵盖三个目标：①水资源管理；②景观与栖息地；③展示与解说，最终呈现出一个集水资源再利用设施、娱乐和栖息地为一体的复杂系统（见图2、图3）[18]。

3.2美国-雨水最佳管理实践（BMPs）和低影响开发（LID）

3.2.1雨水最佳管理实践雨水最佳管理实践（BestManagementPractices，BMPs）为1972年美国联邦水污染控制法及其后来的修正案中第一次提出的理念。其最初主要应用于控制非点源污染，经过发展，开始对面源污染进行控制，注重利用综合措施来解决水质、水量和生态等问题[16]。通过减少不透水区域的面积，增加渗透和径流储蓄，开发低影响景观等综合措施来增强集水区域内雨水的调蓄能力，强调生态设计和非工程管理与自然条件（植物和水）的结合[19-20]。

3.2.2低影响开发低影响开发（Low-impactDevelopment，LID）是在20世纪90年代由美国马里兰州最先提出，并被实践于美国马里兰州乔治王子县[21]。该理论旨在城市开发建设的过程中采用多种手段并结合渗、滞、蓄、净、用、排等相关技术，尽可能维持城市的水文特征与开发前一致[22]，其综合性措施体现在图4五个方面。美国在出版《低影响开发文献综述》后，美国自然资源保护协会强调低影响开发在当前的雨水管理中具有重要的作用，表现在它实现了绿地、原生景观、自然水文等多种元素与技术之间的结合，凸显其在雨水管理中的高效性、经济性和简单性（见图4）[23]。图4LID方法的主要组成[16]BMPs和LID都是以尊重自然、恢复自然机制在城市中的作用为出发点，极力拓展“雨水调蓄”的空间和容量，尽可能在集水区内部吸纳相当数量的雨水，以减轻城市化和城市发展对水体的影响[20,24-25]。在城市开发建设时，从宏观角度上常以BMPs为基础对城市水流状况进行模拟，以分析出城市水环境建设标准，然后结合城市规划及城市设计等确定不影响雨水径流的可建设场地；在微观场地或设施基础上，基于LID理念建立与雨水管理能力和景观设计领域结合雨水设施，从源头管理端减少对自然水文条件的影响。

3.3英国-可持续性城市排水系统（SUDS）

可持续排水系统（SustainableUrbanDrainageSystems，SUDS）为英国于1999年提出了新型雨洪管理策略，它摒弃了传统以排放为核心的排水系统，从地表水处理与排放的水流量、水质以及环境舒适度三方面综合考虑旨在建立能够平衡经济发展和环境保护、维持良性水循环的可持续的排水体系[20,24]。它从宏观角度对集水区域进行体系优化，通过雨水源头控制、雨水运输控制和雨水汇集控制三个层次对雨水进行管理，从而改善城市整体水循环。与传统排水系统相比，SUDS具有以下特点：①从传统的排水系统上升到维持良性水循环高度的可持续排水系统，对径流流量进行科学管理，尽可能减少城市化给自然水体带来的影响；②排水系统与环境格局协调并符合当地社区的需求；③在城市水道中为野生生物提供栖息地；④综合考虑径流的水质、水量、景观潜力和生态价值，充分激发其作为城市景观的潜力（见图5）。

3.4中国-海绵城市

海绵城市概念为新一代城市雨洪管理概念，指城市在适应环境改变和雨水等自然灾害面前具有良好“弹性”，也可称之为“水弹性城市”[26]。建设海绵城市，即构建低影响开发雨水系统，主要是指通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种技术途径，实现城市良性水文循环，提高对径流雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放能力，维持或恢复城市的“海绵”功能[27]。海绵城市是以自然积存、自然渗透、自然净化为特征，从生态系统服务出发，通过跨尺度构建水生态基础设施，并结合多类具体技术建设水生态基础设施，是海绵城市的核心。海绵城市的建设需要从多尺度综合考虑：在城市的宏观层面需要重点对区域中的空间格局进行关注，在分析流域的水生态安全格局基础上将其落实在城市总体规划中，使综合水安全格局成为开发建设的前提；在城区、乡镇等的中观层面，重点关注如何利用区域内的河道、坑塘等自然水体，将其集合并规划形成实体的“城镇海绵系统”。并落实到控制性详细规划和城市设计中；在城市公园等区域或局域集水单元的微观层面，需要考虑落实到空间中具体的“海绵体”及其相对应的技术[28]。

3.5小结

国内外的多种雨水管理理念从城市内涝预防、非点源污染治理、城市雨水收集与再利用、源头控制径流量以及城市环境美化等角度进行切入，根据国家的实际情况如自然条件、人文需求塑造等需求，在水管理模式上各有侧重[24]。虽然各种模式的出发点各异，但目标大都为尽量减少人为活动对自然水生的干扰，且其对于城市雨水的态度及观念较传统排水的观念发生了转变，模式也从功能分割、单一向综合性发展。从国际上对于雨水管理的模式可以看出，其发展除了关注水文安全外，还逐渐考虑更高层次的水量、水质、水循环生态系统和城市景观，实现了跨专业、多系统的配合以充分发挥城市水系统的作用。其中也渐渐关注到城市规划、城市设计等对城市水文管理的关键性作用，使城市自然水体与城市活动场地有机结合。

4城市水文管理与城市设计耦合途径及空间策略

4.1点-城市设施层面

4.1.1提高基础设施的韧性提高基础设施的韧性，发挥绿色基础设施的景观性现今大多国家已在雨洪管理模式和技术上作出新的尝试，一般可以划分为以下三种方式：①城市集中布局大规模的雨水管网等排水设施；②在城市中建设分散的绿色基础设施；③灰色基础设施与绿色基础设施进行耦合设置，以提高设施的韧性[29-30]。传统灰色基础设施因其对雨水处理具有较为快速和明显的效果得到大多国家广泛应用，以应对随人类社会发展带来的城市环境变化，保护城市免遭洪涝等灾害影响。然而灰色基础设施在建造、运营、维护和更新中需要较大的资金投入[31]，且存在建造可能会对城市自然环境造成破坏、雨水调节的服务功能饱和而导致设施系统面临失效等问题，因此雨水基础设施面临着韧性提升的局面。随着绿色基础设施（GreenInfrastructure，GI）的提出与应用，其对于维持生态系统健康及对人类健康福祉的作用[32]愈发受学界、工业界和政府部门的重视。与传统灰色基础设施相比，绿色基础设施在技术、环境、社会、经济等多个方面有明显的优点，可以补充、增强或取代灰色基础设施的相关服务功能[33]。考虑绿色基础设施拥有灰色基础设施所欠缺的景观性等特点，许多国家逐渐重视将灰色基础设施与绿色基础设施进行耦合，使对城市的水管理与城市设计、城市规划等进行结合。

4.1.2城市设计中促进城市重要公共空间中灰绿系统耦合绿色基础设施主要包括生物滞留池、雨水花园、渗透铺装、绿色屋顶、蓄水池、绿地、植物浅沟等[33]。该技术设施能够以点状或线状的形式置入到城市公共空间中，通过渗透利用和储存利用两种途径实现对雨水的管理，同时使公共空间成为塑造城市景象的要素。如荷兰的霍夫博根公园，它位于改造废弃的高架铁路“Hofbogen”上。该公园在改造过程实现了灰绿基础设施耦合，将其打造成为有助于城市适应不断变化的气候的智能循环供水系统，（见图6）同时成为居民日常活动的重要场所和城市重要景观节点，是城市设计与城市水文管理充分结合的有效尝试。

4.2线-城市街道空间层面

4.2.1街道空间置入绿色基础设施城市街道是城市公共生活环境的重要组成部分，同时也是雨水径流、雨水污染重要的发生地、汇集地与排放地[34]。城市设计中对街道的设计趋势之一为保持生态的可持续性，即要求街道设计应该与自然环境和谐共生[35]。鉴于街道空间在城市总面积中占比较大，具有面积大、人群使用率高等特点，因此借助街道进行城市雨洪管理以实现街道空间的生态性，是多个国家和地区的发展与研究方向[36]。其中美国国家城市交通协会在原有的基础设施难以抵御的背景，针对越来越频发、强度越来越大的风暴事件，颁布了《城市街道雨水指南》[37]。该指南将街道作为一个生态系统，在对街道类型进行分类的基础上作出雨水规划并建立雨水基础设施的类型，将绿色基础设施与人们日常活动场所结合在一起（见图7），打造生态、舒适且观赏性强的城市空间。

4.2.2结合绿色基础设施建立街道的可识别性景观在城市街道景观设计方面，由于未能完全摆脱传统的标准化设计方式[34]，导致不同地域的街道可识别性较弱。因此在城市设计阶段对于街道的设计应充分遵守因地制宜等原则，结合不同城市季节条件降雨情况的影响，对街道的景观植物进行筛选。一方面保证绿色基础设施在不同地域创造出良好的植物景观效果，减少植物景观维护成本的同时突出城市景观特色；另一方面保证植物材料对雨水水量与水质管理能力的发挥[38]。

4.3面-城市街区层面

4.3.1构建以水文管理韧性增强为导向的街区城市设计体系街区是城市设计的重点关注对象，其空间环境与城市的发展及居民的生活有着密切的联系[39]。将城市水文管理与城市街区的设计结合起来，可为我国城市设计向生态建设转型提供具体路径与技术，对寻求城市空间可持续发展途径与具有实践指导意义。对于构建以城市水文管理韧性增强为导向的现有城市设计研究常将街区空间要素划分为三类：城市水域空间、城市绿地系统、城市道路交通[40]。因此在街区城市设计体系构建时，需要将三大类空间要素逐一与生态水文思想的相关内容进行融合考虑。

4.3.2明确街区城市设计的目标与原则在街区层面实现城市水文管理与城市设计的耦合，需要明确街区设计过程中的生态优先原则、因地制宜原则、系统整合原则、创新原则等，并以创造有助于雨水管理的街区空间为导向，将绿地、街道、水域空间等进行整合，以建造良好的街区空间的同时，发挥街区对于城市景象优化的正向作用。

5结语

综上所述，城市设计作为对自然水体干预较为直接的手段，探究其与城市水环境的协调关系是城市设计的重要研究课题之一。利用城市设计作为上层制度，将多样化的城市水环境视为城市景观特色的重要组成部分与城市水文管理的重要载体，并从城市设计的角度统筹城市水环境和空间形态，是城市设计发展与城市水文管理的重要趋势。

参考文献

[1]成实.结合雨洪管理的城市设计探析[J].中国园林，2016，32（11）：55-57.

[2]徐爱霞.加强绿色与灰色结合的水利基础设施建设[J].水利规划与设计，2020（1）：12-15.

[3]蔡凯臻.缓解雨洪内涝灾害的城市设计策略——基于街区层面的暴雨径流过程调控[J].建筑学报，2015（10）：73-78.

作者:周文婷 郑颖亮 单位:广州大学