气候变化背景下城市综合防灾规划自适应研究＊

欧阳丽,戴慎志,包存宽,王晓明

(1.同济大学建筑与城市规划学院,上海 200092;2.同济大学环境科学与工程学院,上海 200092;3.美国麦王环保能源集团麦王环保工程技术有限公司,上海 200135)

0 引言

气候变化是21世纪全球面临的最严峻挑战之一。随着气候变化的加剧,干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温和沙尘暴等极端天气越来越频繁、越来越激烈,与气象相关的灾害越来越多。直接导致各常规灾种发生的频度、强度增加,影响范围扩大,并发生各地域有史以来鲜见的新灾种和各类次生灾害。如:气候变化带来的粮食、能源和水资源短缺会导致以争夺食物、水和能源为目的的侵略战争更容易爆发;更多贫困、失业和环境难民易导致恐怖主义和威胁生命的疾病传播。当前,气候变化对农业、渔业、林业、旅游、交通、沿海地区、农村和城市社区、生态系统、食物供应、水资源等方面的影响以及适应性研究已在国内外广泛展开。

城市综合防灾规划是城市总体规划的重要组成部分,其作为针对城市安全的公共政策[1],亟需积极应对气候变化对城市安全的威胁,吸收各行业已有的研究成果,调整气候变化背景下城市综合防灾规划的技术路线和编制方法,改变目前在面对气候变化带来的严重威胁面前反应不及,应对无方的现实状况,采取自适应的规划策略。

1 研究背景

目前,常规的城市综合防灾规划仍主要呈现为各单灾种规划集合体的形式,包括:城市消防规划、城市防灾减震规划、城市地质灾害减灾规划、城市水安全规划、城市气象减灾规划、城市生命线防灾规划、地下空间与防空防灾规划、应急交通规划、安全生产与安全生活规划、森林安全防灾规划、城市救灾规划、城市防疫规划、避险场所规划等基本内容[2],涉及灾前预防、灾中应急和灾后重建等三个层面。

虽然,城市综合防灾规划在目前的城市总体规划编制体系中是作为单独章节出现,但城市规划界相关学者已日益认识到:更有效的促进和推动防灾减灾理念、策略和政策实现的方法是将它们彻底整合到城市总体规划已有的其它规划要素中。在规划成果中未必需要单独的防灾篇章。防灾减灾的理念、策略、政策及至方法、措施应出现在整个规划成果中各个合适的位置[3]。对于气候变化背景下自适应的城市防灾减灾规划策略更应全面渗透到城市总体规划的各个规划要素,尤其是土地使用规划中,而不应仅仅提出一些孤立的应对措施。

本论文开展的气候变化背景下的城市综合防灾规划的自适应研究旨在探索城市总体规划关键规划要素全面、整体性的气候变化应对策略。

适应(adaptation)的概念源于生物学领域,目前被广泛应用到气候变化应对中。在生物学中,适应是反映生物与环境之间关系的最基本概念。对生物种群来说,适应是指种群在环境选择压力下形成的累积性基因反应,包括形态特征、生理特征和行为特征等形式。联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel On Climate Change,IPCC)的报告中定义“适应”为:对受气候变化影响的自然和人类系统进行的调整,这些调整能缓冲危害或利用有利机会,并减少脆弱性。适应气候变化表现在科学、技术、行为、政策和经费等方面[4]。

2 土地使用规划的自适应调整

气候变化会导致潜在不适宜开发建设的用地范围大幅增加。在进行城市总规的土地使用规划前的用地适用性评价阶段,应加强论证气候变化对用地适宜性的影响,识别极端气象条件下存在安全隐患的用地范围,将城市建设用地选址于不会发生各类气象灾害及次生灾害的区域。气候变化在全球已持续若干年,城市规划技术人员,尤其是负责城市综合防灾规划的设计人员应注重收集近年在国内外各城市已发生的各类气象灾害及连锁次生灾害的起因、过程、损失程度、防灾、救灾的经验和教训等历史信息和相关数据,进行深入的案例剖析,为所规划城市的建设用地选址和用地布局提供借鉴。因为目前的规划设计规范和技术标准尚未针对气候变化进行针对性地调整和应对,如果仅仅按部就班沿用传统的规划技术路线和设计方法,往往无法全面识别极端气象事件的严重后果,也无法提出有效的规划策略。

2.1 干旱和强降水交替的影响及自适应规划

暴雨频度和暴雨强度增大更易诱发地质灾害,尤其与严重干旱交替出现,易导致地质灾害高易发区和中易发区面积扩大。

地质灾害易发区通常划分为高易发区、中易发区、低易发区和不发育区四类。在开展城市总规编制时,需要获取“地质灾害易发分区图”作为用地适用性评价的基础。在气候变化条件下,滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地质灾害发生区域的分布范围和发生频度会突破以往的经验预测和判断,需要审慎识别气候变化带来的不利影响,对易发区的划定进行重新论证,筛查不安全建设用地。如:2010年我国大部分地方遭遇严重干旱,使得岩体、土体收缩,裂缝暴露出来,遇到强降雨,雨水容易进入山缝隙,形成地质灾害。发生在2010年8月甘肃省舟曲县的山洪泥石流灾害和汶川地震重建新区的泥石流灾害就是最典型的案例。2008年发生的汶川8级地震对震区山体产生了晃动和摇摆,表面的土体更加松散、岩体开裂,形成不稳定结构面,为山体崩塌和滑坡埋下了隐患。2010年的持续高温干旱天气使震区山体愈发松动干裂,形成了可启动的松散物源,而强降雨则最终诱发了地震灾区的特大泥石流灾害。

因此,在气候变化背景下,在生态环境脆弱,地质结构复杂区域进行建设用地选址必须慎之又慎,否则会出现灾后重建的新城区和新住宅入住不到1年又被新的地质灾害所毁灭的情形。另一早期典型案例是:2006年饱受百年不遇干旱高温煎熬的重庆市,在2007年又逢百年不遇的特大暴雨,万吨泥石流倾泻市区,致42人死亡[5]。城市土地使用规划必须吸取前车之鉴。

2.2 海平面上升的影响及自适应规划

海平面上升导致滨海地区遭受洪水泛滥的机会增大,遭受风暴潮影响的程度和严重性加大。在全球气温升高、气候变化背景下,沿海岸线一带地势低洼的区域常会被淹没。同时,内河发生海水倒灌,滨海土地盐渍化加剧。近年,澳大利亚、美国、欧盟国家的各滨海城市陆续编制“气候变化管理专项规划”以应对海平面上升等气候变化现象导致的不利影响。如:澳大利亚东南昆士兰州在2009年着手编制了《东南昆士兰气候变化管理规划(South East Queensland Climate Change Management Plan)》,其中专门识别了由气候变化引发的各类海岸带灾害,并提出适应性政策、措施。

近年,国内沿海布局了大量的滨海工业新区,大规模的如天津滨海新区、小规模的如台州和温州等地的滨海工业园区;而在沿海则布局了大量的石油化工产业,从辽宁的大连、营口延伸到广西的北海、钦州,石化项目遍布黄、渤、南海[6]。在进行上述产业园区规划,尤其是重污染行业规划时均没有审慎考虑气候变化背景下,海平面上升和海洋气象灾害加剧可能引发的重大灾害和环境影响。

在气候变化背景下,紧邻海岸建设大量人工建筑物和构筑物极易遭受毁灭性的打击。为了免遭气象灾害的威胁,应扩大滨海区域不适宜开发建设用地的范围。滨海地区应审慎开发,不宜进行大规模工业建设、房地产开发或农业生产,否则即使投入大量的救灾和应急装备也无济于事。

2.3 生态服务功能用地的自适应规划

近年国内各地已发生的各类气象灾害已充分证实:自然生态系统人为破坏越严重、生态越脆弱的区域,受到气象灾害威胁和损失的程度越大,所谓“天灾加人祸”共同形成了毁灭性的灾难。仍以舟曲泥石流为例,长期过度森林砍伐、过度开发水电站、过度在沿江城镇开发房地产(大量的房子和公路修建在不适合建设的地方),逐步使舟曲的自然生态系统发生恶性变化。20世纪50年代,舟曲山清水秀,被喻为“陇上江南”,但从1950年代到1990年代,当地累计采伐森林12.65万hm2,植被破坏相当严重,导致水源涵养能力下降,水土难固,失去植被的山体逐渐风化流失。遍地开花的水电工程和房地产项目加剧了对地形、地貌、植被的破坏,增加了地质灾害发生的频率和规模,最终酿成了特大泥石流灾难[7]。

2002年9月1 日实施的《生态功能区划暂行规程》对生态服务功能的定义是:生态系统及其生态过程所形成的有利于人类生存与发展的生态环境条件与效用。例如森林生态系统的水源涵养功能、土壤保持功能、气候调节功能、环境净化功能等。承载生态服务功能的用地包括:森林、湿地、湖泊等自然生境和人工植被等。可见,具有生态服务功能的用地本身具有碳汇功能,能减少温室气体的排放,对气候变化起到逆转和缓解作用。因此,修复自然生态系统,扩增生态服务功能用地是应对极端气象灾害的“治本”之举。与其把大笔的资金投入到灾害应急救助设施和灾后重建设施,不如对自然生态系统进行全面修复,这是气候变化背景下城市综合防灾的根本应对策略。尤其是国内经过近半个世纪的持续高强度开发,具有生态服务功能的用地大量被城市建设用地侵占,很多在在城市总体规划成果中划定的空间管制禁建区和限建区并没有得到很好的控制,建设用地的选址较为随意,这样的势头至今仍在延续,造成天灾和人祸交织。1998年大洪水后,为根治水患,国务院及时提出了封山植树、退耕还林、平垸行洪、退田还湖等方针,就是为了修复长期遭破坏的生态服务功能用地[8]。

另外,气候变化对人类以外的其它动植物的生存也带来了威胁,甚至是灭顶之灾。气候变化对生物多样性的维持带来了严峻挑战,广义的综合防灾规划的保护目标应包括人类以外的各种生命体。因此,应积极采取人为适应对策避免气候变化对生物多样性带来的不利影响。其中涉及空间规划的内容即是自然保护区的规划设计和范围划定。气候变化可能使物种不能再在原保护区范围内适宜,因此应扩大保护区范围,在原自然保护区周围创造和恢复缓冲区,有利于动植物长距离迁徙,并确保新适宜范围与以前适宜范围的连通性。这些措施均可减少气候变化对自然保护区物种的威胁,增加生物多样性的弹性,帮助物种自然适应[4],而自然保护区是生态服务功能用地的重要组成部分。因此,从气候变化条件下维持生物多样性的目标出发也需要扩大生态服务功能用地。

因此严格保护尚存的生态服务功能用地,并对已破坏生态系统进行积极修复并扩增生态服务功能用地面积,是积极应对气候变化的必须策略和举措。虽然这项举措在我国现阶段执行仍有很大阻力,但仍应大力推进和强化。合理的土地使用规划,适应气候变化的需要进行空间管制,适度扩大禁建区和限建区的范围,是有效预防各类气象灾害及次生灾害的基本前提。

3 各专业系统规划技术方案的自适应调整

3.1 预防不适应气候变化的已建人工构筑物成为事故灾害源

目前,大量已建成的基础设施所执行的设计标准和施工技术规范,都不足以应对气候变化,没有预先考虑如何适应极端气象条件。如:2008年1月中旬至2月初,低温雨雪冰冻灾害侵袭我国湖南、贵州、江西、广西、湖北、安徽、浙江等南方省区,由于输电线路覆冰严重,多条输电线路铁塔、导线、绝缘子、金具等遭到损害。其原因之一就是按照原有设计规范,线路杆塔的抗覆冰过载能力不能适应极端低温下的冰荷载[10],而电力行业管理部门也未制定应对气候变化的有效应急预案。软、硬件的缺陷导致电力、通信、交通、供水等基础设施系统在极端气象灾害面前显得极其脆弱。

因此,对于已建成的各类人工建筑物和构筑物,需要进行全面、系统地评估,考察其气候适应能力,对在极端气象条件下存在安全隐患的,经过技术经济比较,按照轻重缓急,提出规划应对策略。有必要对部分已有的基础设施进行修补、升级和调整,避免其引发一系列安全隐患和灾害事故。对于受技术和经济条件制约,难以采取修补、升级措施的,需要对其可能引发的灾害事故提前预见并充分评估,提出针对性的规划措施,最大限度避免在气候变化背景下,已建人工构筑物成为灾害事故源。以水库大坝等水利工程为例,据2006年底统计,目前全国约有各类病险水库3.7万座,约占水库大坝总数的40%。这些病险水库在全球气候变化背景下已成为安全度汛的薄弱环节和心腹之患。气候变化对水利工程自身安全的影响主要体现在水利工程的服役环境发生了明显恶化:①极端低温使得工程材料的抗冻融指标出现不足,从而引发严重的破坏;②持续干旱高温导致水利工程的应力变化和趋势性变形;③江河径流量减少和海平面上升导致沿海和河口地区水体盐度及导电率增加,大气中二氧化硫等酸性气体含量增高等对水利工程的腐蚀破坏等[11]。

因此,城市规划者应全面识别所规划城市已有大型基础设施在气候变化背景下存在的安全隐患,趋利避害。如:城市新区规划时应严禁选址在病险水库下游,避免“头顶一盆水”的危险局面[11]。

3.2 规划新区的各专业系统规划设计应进行自适应调整

鉴于巨型人工构筑物在气候变化条件下的脆弱性并可能成为灾害事故源,因此在进行各个专业系统规划设计时,应谨慎评估所采用的系统方案能否抵御极端气象事件,尽量采用相对安全可靠的系统设计,应尽量限制规划建设对自然生态系统带来严重扰动的巨型工程设施。如:正在实施的南水北调工程,其由大型节点工程与面广量大呈串联状态分布的中小工程组成。一旦遭遇极端天气气候事件而导致串联线上的任一输水建筑物损坏,势必引发严重的运行事故甚至是波及范围甚广的系列灾害。南水北调工程绵延上千公里,沿线气候环境条件差异显著,遭遇极端天气气候事件袭击的概率大,因而对气候变化更为敏感与脆弱[5]。

又如,对于电力系统、供水系统而言,虽然高度集中供应的大型网络系统运行经济性优于分散供应的小型网络系统,但一旦发生极端气象灾害或战争类意外冲击,集中供应模式的脆弱性就显现无遗,因此分布式、分散供给的供水、供电、燃气等系统在进行规划方案比选时不宜完全抛弃。小型分散供应系统由于具有相对独立性和灵活性,在气象灾害频发的环境下更具有优越性。

另外,气候变化剧烈导致暖冬和持续低温交替、极端干旱和强降水交替出现等现象使各专业系统负荷预测不确定性大,实际需求量和实际可供给量波动大。如:持续干旱导致饮用水、农业用水和生态用水的安全供应出现困难;夏季高温异常导致城市系统用电量猛增出现“电荒”[12];2010年春季气温持续走低,导致北方多个城市延期供暖。然而,目前国内指导城市规划、建设、运营的专业技术规范修订周期长,长期沿用过时、陈旧的技术标准,既不适应时代发展的最新要求,也无法对已出现并将长期延续的气候变化趋势进行有预见性地积极应对,既易导致一系列的安全隐患和灾害事故,也造成一定的浪费。以供热工程为例,近年气候变暖本应使采暖期变短、采暖能耗降低,但国内很多北方城市实际采暖期几十年来固定不变,供热工程系统无论是从规划设计、到建设运营都没有充分考虑气候变化带来的节能机遇,造成能源浪费[13]。因此,各专业技术规范应加紧修订,以适应气候变化,并应突破传统思维,不能完全孤立地考虑单一的规划目标。如:气候适应性设计中的“防止城市洪水发生”并非传统意义上的防洪规划,而是指当城市遭遇暴雨等极端气候的情况下,通过具体的技术和政策手段降低雨水进入城市排水系统的速度,使雨水保留在土地及建筑中,以减少城市遭遇洪涝灾害的几率,促进水的良性循环。

4 小结

应对气候变化不只是气象部门的事情,各相关部门及其专业系统规划设计、建设、运营都要积极应对。在进行城市土地使用规划和各专业系统规划建设中,都要统筹考虑规划方案的气候适应性及遭遇气象灾害的可能性,从源头上增强城市适应气候变化的能力。

[1] 王江波.我国城市综合防灾规划编制方法研究——美国经验之借鉴[D].上海:同济大学建筑与城市规划学院,2006:15-16.

[2] 金磊.城市灾害学原理概论[J].新建筑,1998(2):64-68.

[3] 张汉卿.“安全城市”规划理论和方法研究[D].上海:同济大学建筑与城市规划学院,2008:144-145.

[4] 吴建国,吕佳佳,艾丽.气候变化对生物多样性的影响:脆弱性和适应[J].生态环境学报,2009,18(2):693-703.

[5] 张建云,王国庆,杨扬,等.气候变化对中国水安全的影响研究[J].气候变化研究进展,2008,4(5):290-295.

[6] 刘小丽,任景明,任意.石化产业布局亟需转危为安[J].环境保护,2009(21):65-67.

[7] 郑风田.舟曲泥石流是天灾更是人祸[N].上海:新闻晨报,[2010-08-11](A7).

[8] 李荣昉,吴敦银,阮月远.对鄱阳湖区“平垸行洪,退田还湖”的研究[J].江西师范大学学报:自然科学版,2001,25(4):365-368.

[9] 国家电网公司企业标准.Q/GDW 182-2008中重冰区架空输电线路设计技术规定[S].北京:中国电力出版社,2008.

[10]张建云.气候变化与水利工程安全[J].岩土工程学报,2009,31(3):326-330.

[11]吴庆洲.论21世纪的城市防洪减灾.城市规划汇刊.2002(1):68-80.

[12]刘健,陈星,彭恩志,周学东.气候变化对江苏省城市系统用电量变化趋势的影响[J].长江流域资源与环境,2005,14(5):546-550.

[13]李喜仓,白美兰,杨晶,等.气候变暖对呼和浩特地区采暖期能源消耗的影响[J].气候变化研究进展,2010,6(1):29-34.