基于雨洪调蓄的城市新区湿地保护规划——以重庆两江新区为例

刘 迪，王志芳 ，俞孔坚

（1.华夏幸福基业股份有限公司，100016，北京；2.北京大学建筑与景观设计学院，100080，北京）

湿地具有许多自然调节功能，但城市化导致湿地面积不断减少。各国学者都在开展一系列研究，揭示湿地受城市化影响的动态演变规律，为地区湿地生态保护、规划管理工作提供重要的决策依据。湿地评价与保护已经成为许多国家的重要生态策略，例如美国出台了一系列湿地保护法规，要求保护面积较大的湿地，湿地整体面积不宜减少，即使必须进行建设，也要就近建设一处新的同等大小及规模的湿地，法规上称之为湿地缓解银行（WetlandMitigationBanking）。

利用自然或者人工湿地调蓄雨洪是近年各国的研究重点。相对来说，我国的雨洪调蓄研究与实践尚在起步阶段，又多出现在城市小区尺度，大部分是对工程设施的探讨，缺乏一种宏观尺度的雨洪管理规划。本研究以重庆两江新区为例，从多流域城市尺度提出基于雨洪调蓄功能的设计湿地率概念，融合景观生态学适宜性分析的方法论与空间分析软件，为城市尺度的湿地保护提供理论参考与实践指导。

一、快速城市化对湿地景观格局及雨洪调蓄的负面影响

城市化在促进区域经济与社会发展的同时也导致一系列城市雨洪安全问题，严重威胁区域可持续发展。随着人类城市活动的加剧，城市化对湿地景观格局及雨洪调蓄带来的负面效应日益显著。

1.重庆两江新区土地利用变化与湿地景观格局变迁

（1）土地利用变化

1988年、2000年、2010年土地利用图是以马里兰大学和国际科学数据平台提供的遥感数据为基础经解译等数字化过程而来。从1988年到2010年，水田、塘堰等湿地面积锐减，建设用地剧增。水田面积减少了62.01%，建设用地增加了884.61%。

（2）湿地景观格局变迁

本研究涉及的湿地范畴包括河流、水库（湖泊）、塘堰、水田等。随着城市化的日益推进，两江新区范围内的部分河道已被填平，河流的完整性被破坏，影响了城市自然生态景观，一旦遇到强降雨或过境洪水，河道的泄洪能力降低，城市内涝风险加剧。现状水库基本保留完整，2003年新修胜天水库，2011年因园博会新增龙景湖水库。水库的功能正在转移，由灌溉功能逐渐向城市景观功能转变，但水库的防洪调蓄功能仍是最显著的。

相对河流与水库，塘堰消失迹象明显。由1988年的6000多个减少到2000年的4 000多个，到2010年，仅剩不到3 000个，而且仍在减少，塘堰用地主要转化为建设用地。近年，塘堰库容减少近1000万m3，相当于一座中型水库的蓄水能力。这些消失的塘堰源自当地农民宝贵的生产生活经验，往往处于蓄滞地表径流的关键位置，也是重庆塘堰—冲冲田系统的重要组成部分。江北区的石马河乡、观音桥乡、寸滩乡、唐家沱乡在没有开发之前场地上有很多山湾塘，后面陆续开发建设已经不存在了，被填平转移为建设用地。

水田的雨洪调蓄功能自古有之，根据重庆独特的场地特点，形成了特有的“水库—塘堰—冬囤水田”用水过程，即冬囤水田保栽插，山平塘、堰、提灌站保渗灌，水库作后盾抗伏旱的“三道防线”。冬囤水田，是农家自古以来根据丘陵区的地理特点，蓄水保来年水稻栽插的重要手段。两江新区的水田面积锐减，由1988年的602.4 km2减少到 2000年 448.8 km2，到2010年，水田面积仅为228.9 km2，比1988年减少了62.01%，水田用地主要转化为建设用地。研究表明，水田的年蓄水量一般为200 mm，是能量巨大的潜在蓄水池和滞洪库。水田的减少降低了两江新区湿地雨洪调蓄的能力。

2.地表净流量增大与湿地蓄水量减小

研究采用SWAT模型对1988年、2000年、2010年的降水地表径流进行模拟，得到两江新区地表径流量：1988年为 27 150.75万 m3，2000年为28 968.48 万 m3，2010 年 为 32 028.01万m3；水库、塘堰、水田等湿地蓄洪量：1988 年 为 20 208.78 万 m3，2000 年为16 602.48 万 m3，2010 年 为 12 670.02万m3。地表径流量与湿地蓄水量差值递增，地表径流洪峰出现的时间提前，汇入河流的洪峰流量增大，汇流时间缩短，对区域的雨洪安全产生威胁。

二、湿地适宜性评价过程

1.湿地适宜性因子的选择与层次结构模型的构建

基于当地农民的生产生活经验及软件分析，得出当地人建设湿地时的一般规律：①水库塘堰的位置一般选在流域出水口；②水田多分布在地表径流大、有机质含量高的区域。农民的智慧提高了生产，同时对地表径流进行了源头控制。格莱格里·赫斯特（美）总结发展城市暴雨径流湿地需注意：对土地面积的要求，有连续的水流进入湿地，泥沙控制，能维持水位的土壤类型等。结合其他研究，把坡度、土壤类型、地表径流、泥沙量、土壤流失量、有机氮含量、硝酸盐含量等因素作为湿地适宜性的评价因子，各评价因子数据来源包括现场测验、软件模拟、资料查阅等。不同的评价因子对湿地的影响程度是不同的，采用层次分析法对不同评价因子量化分析，层次结构模型如图1。

图1 层次结构模型

2.评价因子的分级与权重确定

根据层次结构模型建立判断矩阵，采用专家打分法，由重庆研究水文、土壤、生态学的9位专家，确定判断矩阵各元素的相对重要程度（见表1）。判断矩阵的最大特征根 λmax为7.138 7，一致性比例 CR=0.017 0＜0.1。因此，该特征矩阵具有较好的一致性，求得的权重可用于指导湿地空间适宜性分析的计算。

坡度缓的地方更有利于降雨的积蓄，不易下渗的黏土更能维持一定的水深，地表径流大的地方可以有效补给水源。将湿地适宜性评价因子分别划分成不同等级，运用层次分析法得到每个评价因子不同等级对目标层的权重（见表2）。

3.基于GIS的湿地适宜性空间分布实现

利用GIS栅格计算器提取每个评价因子的各个分级图层，赋予每个分级因子相应的权重，再利用栅格计算器叠加图层，得到湿地适宜性空间分布图（见图2）。颜色越深，湿地越适宜发育，越应当加以重视和保护。

三、湿地保护区的识别与划定

1.设计湿地率及空间分布

设计湿地率是指假设设计湿地蓄水平均深度为1m时，湿地与其所服务的汇水区面积之比。基于中国城市规划设计研究院亚洲开发银行贷款项目结论：“城市排水规划中，城市管网根据5年一遇的暴雨强度设计，50年一遇暴雨径流由城市管网和城市绿色基础设施缓解”，根据重庆暴雨强度公式，计算出重庆两江新区5年一遇的降雨强度为69 mm，50年一遇的降雨强度为 110 mm。两江新区面积为 1 200 km2，基于SWAT模型算出5年一遇的地表径流与50年一遇的地表径流差值为4.718×107m3，假设湿地平均蓄水深度为1 m，则需要4.718×107m2湿地面积用来消纳这部分地表径流，与汇水面积即两江新区面积之比约为4%。结合湿地适宜性空间分布，通过GIS从最适宜处根据适宜强度依次倒推，直到得出4.718×107m2湿地面积，即得到设计湿地率4%时的湿地空间分布（见图3）。

表2 评价因子权重表

图2 湿地空间适宜性分布格局

2.耦合湿地率及空间分布

设计湿地率下的空间分布是理想化的，并非真实，进一步提出耦合湿地率的概念。耦合湿地率是指现状湿地与设计湿地率下的湿地空间重叠的湿地面积与其所服务的汇水区面积之比。设计湿地率与耦合湿地率在功能上的要求是均能满足5年一遇和50年一遇的地表径流差。

4%设计湿地率下的湿地与现状湿地叠加耦合，得到1 052 hm2的水田、212.6 hm2的塘堰、295.4 hm2的河流与水库，总计湿地面积1 560 hm2，除以两江新区的面积得到耦合湿地率为1.3%。

湿地蓄水能力验证：水田设计蓄水深1m，塘堰平均蓄水深1.5 m，水库兴利库容2.699×107m3，除河道外的湿地蓄水量为4.070×107m3，与5年一遇和50年一遇的地表径流差处于同一数量级，且数值相近。

耦合湿地率下的1 052 hm2水田在城市化过程中可发展成城市暴雨径流湿地，重点保护的水库及其兴利库容如表3所示，需要重点保护的237个塘堰可结合植物种植，发展成雨水公园、洼地或水塘，此外，应重点保护御临河河道的完整性与通畅性。

图3 设计湿地率4%时湿地空间分布图

图4 耦合湿地率1.3%时湿地空间分布图

表3 重点保护的水库及其兴利库容

四、对雨洪管理规划的启示

1.充分发挥湿地功能，编制雨洪规划

城市总体规划中对预防并缓解暴雨造成内涝的专项规划相对薄弱，急需加强雨洪全面统筹规划，把交通、环保、绿地、水系、基础设施、城市给排水、综合防灾等各专项规划加以整合控制，编制雨洪规划，为解决城市暴雨内涝问题提供科学的管理依据。

城市雨洪基础设施包括雨水设施和防洪设施，属于给排水、城市防灾、环保安全系统的交叉区域。在城市给排水管网的设计中，考虑城市规模与人口规模，尽量缩小基础设施与城市发展速度的差距。强调构建城市绿色基础设施，充分发挥湿地以及各种类型的水体吸纳暴雨径流的功能，调节城市雨洪，缓解城市洪涝灾害。

2.保护关键位置上的湿地资源

原农村状态时充足的湿地资源非常宝贵，在雨洪调蓄方面的潜力巨大。城市开发建设中，应优先保护处于雨洪安全格局关键位置的湿地资源，确保城市雨洪安全，同时也节省城市雨洪基础设施再建设的成本，不应该再走先破坏再建设的老路。首先保护中小型水库的正常运行，保证中小型水库的占地面积不缩小，确保库容不萎缩。其次保护山湾塘。山湾塘是丘陵区水利建设的一项重大发展，依地形而建，是尊重场地精神的水利工程设施。现山湾塘已消失很多，应尽最大努力保护处于关键位置的山湾塘，避免出现山湾塘完全消失的悲剧。再者就是保护冬囤水田。冬囤水田本身处于地势比较低洼的坳谷或冲口，农村时代用来蓄水来年种植水稻，尽量保护原冬囤水田所在的位置和原地形，充分发挥其蓄水能力，减少城市地表径流负荷。保护农村时代“冬囤水田—塘堰—水库”蓄水防洪三道防线系统的完整性。

3.发展城市暴雨径流湿地

湿地具有滞蓄洪水和净化水体的作用，在城市区域中建设暴雨径流湿地十分重要，主要措施包括建立人工湿地、积水池、地区性池塘、沉淀池、过滤盆地等设施，辅以绿地缓冲带，减少紧密相连的不渗水区域。这些设施一般容积较大，占地面积广，暴雨在流经这些区域之后，水量得以控制，污染物得以沉淀，这是暴雨径流流入江河湖泊的关键一步。同时由于其与农村时期大面积的水田类似，因此可以在较浅区域 （150mm左右、约占总湿地面积的35%）种植水稻，既能防洪蓄水又可进行农作物生产。然而对于正在处于高速开发建设中的两江新区，无法大面积修建城市暴雨径流湿地，因此建议先修建沉淀池，待施工结束后将沉淀池改建成永久性湿地，与原有关键区域的湿地共同组成预防、抵抗并缓解城市雨洪灾害的湿地系统。

4.量化雨洪调蓄湿地用地指标及布局

随着城市化进程不断加快，城市雨洪安全问题威胁着城市的可持续发展。针对城市面临的雨洪安全问题，应发挥湿地生态效能，将城市湿地系统纳入雨洪安全保障体系中。在一定规模的城市区域范围，合理布局具有滞洪功能的湿地才能有效弥补城市排水管网的不足。基于现行城市排水系统条件及当前快速城市化造成的城市降雨量以及暴雨发生频率，对雨水排除和湿地蓄洪能力进行量化分析，得到城市环境中利用湿地蓄滞雨洪的量化关系模型及合理布局建议。只有量化了用于雨洪调蓄的湿地用地指标及布局，才能切实有效地落实湿地保护工作。

[1]Mitsch W.J.,Gosselink J.G..Wetlands,Van Nostrand Reinhold Company Inc.1986.

[2]戴芹芹，王志芳.重庆堰塘—冲冲田系统对现代水资源管理的启示[J].中国水利，2015（1）.

[3]刘涓，尚慧，魏朝富.丘陵山区小型农业蓄水工程研究[J].水资源与水工程学报，2010，21（5）.

[4]李伟,孙东伟,姚章村.水田功能新认识与经济技术新发展 [J].农业与技术,2004，24（5）.

[5]格莱格里·赫斯特,汪可薇.区域建设中的湿地和暴雨径流管理方法[J].中国园林，2005（10）.

[6]卞建民，张丽姝，杨占梅.基于GIS的大庆市及周边地区湿地适宜性评价[J].节水灌溉，2011（4）.

[7]隆万容，王丽，吴越.南方城市雨洪基础设施安全保障对策探析[J].中国安全科学学报，2010（7）.

[8]车生泉.城市绿色基础设施与雨洪调控[J]. 风景园林，2011（5）.