高密度中心城区暴雨防灾规划体系及策略研究

王峤 臧鑫宇 曾坚

21世纪以来，城市灾害呈现出高频率和高影响的趋势，城市防灾的深入研究和实践工作已经刻不容缓。随着中国城市化的加速，城市人口密度逐年增加，资源枯竭、环境污染等问题层出不穷，灾害在内涵与外延两方面均不断扩展。为此，综合防灾已成为应对新形势下灾害问题的重要指导思想，其力图在城市建设的全过程，降低人为因素对生态环境的影响，提升城市抵御灾害的自主能力。近年来，世界范围内诸多城市暴雨灾害频发，造成城市大部分区域受灾损失严重，城市暴雨灾害表现出明显的周期性、反复性、可预测性差等特点，大部分城市表现出积水内涝、城市交通瘫痪、水利设施严重损坏等外显特征，直接造成了巨大的生命和经济损失。

高密度中心城区是城市中心城区范围内单位土地面积上的人口密度、建筑密度和开发强度均相对较高的地区，是城市中各种空间环境要素最复杂、最密集的区域[1]①，在面临暴雨灾害的时候往往呈现出极端的敏感性和脆弱性，在城市土地、交通、绿地景观等方面表现出较为脆弱的应灾性[2]。同时，暴雨径流使大量的工业生产污染物、生活废弃物等进入河流和地下，其可能包含的各种化学、生物有害物质不仅会污染水源，而且会改变土壤的成分，从而影响人们的生存环境，造成更大的危害[3]。

针对城市暴雨和内涝问题，1969年，英国学者麦克哈格详细研究了城市土地利用和自然条件的有机结合，以减少城市建设中人为因素对自然水文地质的破坏[4]；美国学者威廉·M·马什系统阐述了景观规划与水质、土地利用、河流、暴雨水排放和管理的关系，有效地实现了设计结合自然[5]；英国学者乔纳森·帕金森和丹麦学者奥尔·马克提出了发展中国家城市雨洪管理的综合框架和城市暴雨排水与管理所涉及的技术、管理问题[6]。美国纽约、芝加哥等城市系统研究了暴雨防灾的成因和对策，并应用于城市建设的实践，通过对实施效果的监测和反馈，取得了一定的成效。中国学者在暴雨灾害、城市内涝问题方面也取得了一定的研究成果。郭雪梅等分析了中国城市内涝灾害的影响因子，提出建立健全加密的城市气象监测网和联动的防灾减灾机制[7]；叶斌等从城市蓄水排水能力、市政排水管网等方面提出建立城市排水系统GIS数据库，并提出保护城市天然水体，建立建筑蓄水系统等措施[8]；张维以广州内涝为例，提出科学制定城市排水标准和法律法规，加强城市暴雨预警应急体系的建设[9]。杨文哲等从雨水资源化角度提出抑制城市内涝的有效措施[10]；任希岩等立足城市发展转型期，从气候变化和城市化的角度，分析了城市内涝的主要成因，探讨了防治城市内涝问题的对策和技术方法[11]；朱钢等从暴雨径流、情景模拟等技术模型层面进行了研究，从城市海绵空间格局、低影响开发等方面提出了有益的应对策略[12]；袁媛和王沛永总结了城市内涝发生地区特点，阐述了合理规划城市排水管网、城市河湖水系、城市绿地3部分进行组合防涝的思路[13]。

1 高密度中心城区的暴雨灾害诱因分析

城市暴雨灾害的成因可以概括为自然因素和人为因素两方面，表现为暴雨多发和雨水调节系统处理能力不足。联合国相关统计数据指出，世界范围内地震等灾害发生次数相对稳定，而风暴和洪水的发生次数却不断增加，这显示出出人类活动所引发的气象灾害正在日趋严重[14]（图1）。中心城区作为城市中各类要素最为集中的区域，自然生态环境受到人工改造影响巨大，城市人口、建筑以及各类活动等高度集中，热岛效应和雨岛效应日趋严重，致使其发生暴雨灾害的可能性也较大。同时，快速城市化建设进程中，高密度的发展模式使城市应对暴雨的调节系统不完善，进一步加剧了暴雨成为城市灾害的可能性。具体表现为：

1）城市下垫面的变化使原本可作为调蓄雨水的自然系统失去作用。城市建设对原有地形地貌进行较大改变，高强度开发容易造成地面沉降，一些原本具有雨水调蓄功能的洼地、山塘、湖泊、水库等被侵占、缩减甚至填埋，降低了城市应对暴雨的能力。

2）大量自然生态地表被人工硬质地面覆盖，导致城市下垫面不透水的人工覆盖面增多，雨水难以下渗，从而增加了地表径流，加剧了暴雨影响。

3）中国大部分城市在排水系统方面的缺陷也是造成暴雨灾害的重要原因。如暴雨强度公式仍然沿用20世纪标准，雨水重现期设定较低，而世界气候的变化、中国城市的快速发展导致目前使用的标准和设施难以满足实际需求。

4）高密度中心城区在建设中由于用地限制而积极发展立体空间，大量下穿式立交和地下空间的出现对城市排水系统提出了更高的要求，而在这类空间中暴雨洪灾发生的危险性比地上空间更大。

5）城市暴雨灾害涉及多个部门和专业，而目前各单位并未形成有效的共享与合作机制[15]。

2 高密度中心城区暴雨防灾规划体系构建

高密度中心城区暴雨灾害的防治是一个复杂的、长期的、系统的工作，未来的暴雨防灾研究不仅需要结合暴雨专项防治策略和具体措施，还需要拓展研究的深度和广度，由专项防灾向综合防灾转变，建立中心城区暴雨综合防灾规划体系。通过系统研究中心城区暴雨防灾与土地利用效能优化、绿地空间规划、雨水调节等系统的关联，建立常态与应急相结合的综合防灾体系；深入剖析与防灾规划相关的政策支持、法律规范、道德意识、技术支持等多要素，建立完善的暴雨防灾支撑体系，为城市良性发展提供有效保障（图2）。

3 常态防灾思维下的高密度中心城区暴雨防灾策略

3.1 基于生态安全理念的土地效能优化策略

快速城市化引发的一系列资源、环境问题已经严重威胁到人类的生存安全，生态安全理念与城市规划系统的结合有利于在规划全过程中实现城市建设的核心目标，通过调节气候、保持水土、改善环境建立完善的城市生态安全格局，以达到从源头治理暴雨、热浪等自然灾害的目的。土地作为人类一切活动的直接载体，是维护人类生存安全的基本要素。在高密度中心城区规划建设中，土地利用方式对整个城市的生态系统效能和自然灾害防治具有深刻影响。城市暴雨灾害的综合治理也应该以土地优化利用作为切入点，在满足城市发展需求的基础上为其提供充足的绿地和水体等“间隙”空间，可以有效地满足城市生活、防灾安全需要，为城市的可持续发展提供生态基础。基于这一目标，应以人地协调为原则，科学合理地提出城市发展方向与用地功能划分。转变经济作为唯一或主导因素的决策依据，加入环境、社会等要素进行综合评估，优化城市用地布局[16]。

根据中心城区的现状用地情况，进行用地适宜性评价，划分建设用地和非建设用地，尤其注重非建设用地的规划和研究。通过对城市生态安全影响因子的选择、优化、完善，形成适合不同用地实际情况的生态规划体系。结合土地区位和地租理论，在中心城区条件较好的核心用地内，采取相对紧凑集中的布局原则，为城市人口提供足够的居住和生活用地，对内部的林木、河塘、草甸等自然植被、水体采取保护和开发有机结合的策略，尽可能预留和规划充足的绿色开放空间，还可以作为雨水收集利用的空间载体[17]。在各个核心用地外围逐步降低建筑密度和高度，确定适宜的开发容量，同时增加绿地率，减少硬质铺装比例，从而提升应对暴雨灾害的城市韧性空间。例如，新加坡和香港等地的中心城区，往往会在其高密度地区临近地带预留大面积的城市公园和生态绿地作为城市的绿肺，承担调节气候、保持水土、改善环境的重要作用，在暴雨来临之际能够形成一定的韧性系统，保持较强的完整性，使一定范围内的城区不因受暴雨扰动影响而遭到破坏。

1 世界范围内的重大自然灾害发展趋势The development trend of major natural disaster worldwide

2 高密度中心城区暴雨防灾规划体系Rainstorm disaster-prevention planning system of high-density area in city center

3.2 基于绿道理论的城市韧性空间规划策略

随着景观生态学原理与城市规划的结合，绿道理论在城市生态网络规划中的应用日益广泛。绿道是结合城市现状自然资源条件，经过规划和设计而建立起来的土地网络，具有生态、娱乐、文化、美学和其他与可持续土地利用相适应的多重目标[18]。对于高密度中心城区而言，城市绿道网络的构建尤为重要，是促使城市生态系统由隔离向连接转变、提升城市生态韧性的重要基础。中心城区绿道系统将为市民提供认识和体验自然的独特场所，为动植物提供弥足珍贵的栖息地。同时，城市绿道系统具有多重暴雨防灾功能（表1），能够有效增强高密度地区遭受暴雨灾害时的抵抗力和恢复力，是高密度中心城区暴雨防灾系统的重要组成部分。

当前，中国很多大中城市都缺乏完善的城市绿道系统，难以形成抵御暴雨灾害的韧性空间。因此，中心城区的绿道系统规划应首先处理好规划与现状的结合问题，以景观生态学原理为指导，注重保留、复育高密度中心城区内部的原生态因子，有效利用城区内的空地或废弃的“灰色”空间进行生态修复，对老旧建筑和工业遗留设施进行生态化改造；在新开发用地中贯彻绿道系统规划导则，使之有效地衔接现有的绿地公园，增加块状绿地、水系的连接度，最终形成可持续的绿道生成路径，建立中心城区与城市外围生态环境之间的系统衔接。以天津中心城区为例，其现状绿地面积严重不足。为此，2005—2020版天津市总体规划梳理了现状绿地水系，增加多处城市绿地，使绿道系统成为网络，有利于修复城市自然本底，提升应对暴雨灾害的韧性（图3）。

3.3 基于低影响理论的暴雨调节系统

低影响开发（Low Impact Development，简称LID）是基于自然生态理念，采用分散的、小规模的源头控制机制和设计技术实现雨洪控制与利用的一种雨水管理方法，其目的是使开发建设区域尽量接近于开发前的自然水文循环状态，实现开发建设区域与自然环境的共生[19]。其雨水控制内容包括延迟、滞留、生物过滤等类型，具体控制方法包括蓝色屋顶、绿色屋顶、雨水收集、植被控制、透水路面等[20]。其以减少暴雨径流、延迟径流峰值为目标，对辅助新建或改造地块的排水系统均具有重要意义。首先，合理控制中心城区用地，减少城市开发与基础设施建设造成过度的地表扰动，可以有效地留存和保护沼泽、河网、池塘等自然水系。根据可渗透水源区的位置，结合土地利用规划确定自然缓冲带和非工程性排水设施的布局，尤其应该避免在非产流区设置排水设施，从而有效减少雨水径流，增加土壤需水量，减轻排水设施的压力[21]。

其次，科学研究确定地块雨水径流量，合理划分雨水控制单元。结合层次分明的汇水区和蓄水单元建立科学的雨洪管理系统，划分排水防洪分区。以高密度城区的居住社区为例，以社区绿地作为收集开发单元雨水的载体，以社区公园作为基本的蓄水单元，在社区绿地和社区公园之间设置径流通道。除满足社区景观用水之外的雨水可以就近排放到临近的汇水区（图4-1）。同时，在社区绿地和建筑本体设置雨水、中水储存和处理系统，融合自然和人工净化措施，改善社区水文环境，进而维护高密度中心城区的生态涵养能力[22]（图4-2）。

最后，对于每一个开发单元，充分运用低影响措施，结合社区绿地设置雨水花园、下沉式绿地、生物滞留池、植草沟等设施，提升社区可浸区面积，增强雨水滞留能力，有效补充地下水，提升社区承洪韧性。当暴雨量超出蓄水区常态容纳能力时，为确保地表径流进入河道网络，应尽量使用高效不透水铺装连接河道，同时结合市政排水沟、排水管网建立高效的雨水排放系统。如2008年芝加哥市开展的城市“绿色街巷项目”（Green Alley Program）在30多个街巷铺设了渗水路面，在200多个街巷安装了开敞式集雨洼地，增加雨水径流的路径，提高场地的渗透率。该计划同时鼓励居民对私人住宅采取相应措施减少雨洪威胁，如安装集雨桶或者为污水泵安装后备电源，有助于更加有效的抵御洪灾[23]。

3.4 结合地下空间开发的暴雨管网建设

目前，中国大部分城市的排水管网均存在设计标准较低、设施老化、新旧城不能有效衔接等问题。另外，基础设施管网以常态建设指标为主，在今后的暴雨防灾规划和实际工作中应提高基础设施灾时使用状况、冗余度以及灾后修复的重视度。在城市新建地区的排水管网建设中，应科学调查城市区域的水文数据，以减少雨水径流为目标，建立科学的雨洪控制指标体系；在已建成的地区内，将基础设施工程专项方法与生态环境方法相结合，注重各类自然排水调蓄系统与人工管网系统的结合，建立高效、可持续的雨水排放系统。

高密度中心城区由于用地限制，出现大量的地下空间，日益增多的地下空间为城市暴雨防灾工作提出了更高要求。结合地下空间的暴雨防灾策略一般可采取两种方式，一方面是减小暴雨灾害影响，如可以考虑提高地下空间入口处的标高和防护等级。另一方面则是考虑利用这类空间进行暴雨管理，如设置地下储水设施对暴雨进行贮存，从而缓解暴雨对城市产生的不利影响。如马来西亚吉隆坡针对雨季洪水泛滥的不利情况，在城市中心地区建设了暴雨管理和道路隧道。隧道长达9.7km，共有3层，最下层是排水通道，上面两层为行车通道。下层水道可将大量洪水从市中心转移到水库、水池和旁通排水渠中。2007年该隧道使用后共排水114次，预防了7次突然暴发的洪灾，避免了几亿马币的潜在损失[24]；纽约防灾规划针对城市暴雨灾害制定了一系列措施，如在国家广场的雨洪管理系统建设中，通过在广场底部设置大型储水池对初期暴雨量进行调节，收集雨水并通过泵站用于广场自然植被的灌溉，或排放到蓄潮池及就近的河流（图5）[25]。

4 灾时应急思维下的高密度中心城区暴雨防灾策略

当前的城市灾时应急系统主要包括防灾避难场所和避难通道，由于城市灾害种类较多，且容易发生联动的次生灾害，现有的应急避难场所和避难通道往往不能很好地解决多灾种并发的情况。此外，从国内诸多城市的暴雨灾害来看，事前并没有得到准确的灾害预警，致使灾害加重，因此，城市暴雨灾害预警系统的建设还有待加强。

表1 绿道系统的暴雨防灾职能Tab. 1 Rainstorm disaster-prevention function of the greenway system

3 天津中心城区绿地水系格局Green space and water system pattern of area in city center of Tianjin

城市暴雨防灾应急系统的构建应主要从以下3个方面综合考虑：首先，建立安全可靠的灾时预警应急系统，应结合城市规划学、气象学、灾害学等学科和数字技术建立科学、及时、有效的暴雨预警系统，用于监测气象变化并及时发布暴雨预警信息，并利用各级媒体及时发布暴雨的预警等级，正确引导市民采取防灾措施。各级政府应选择指定的广播、电视、报刊等媒体作为信息发布的唯一官方渠道，并以报道灾害预报、疏散逃生等指导性内容为主，而非以灾害损失为主。随着数字技术的普及，城市预警信息还可充分利用已有科技产品，作为指导人员安全疏散的辅助信息系统，确保人员及时准确地获得相关应急信息。其次，针对频发的暴雨灾害，设置切实可行的灾时应急预案极为重要。应根据不同地区的实际情况提出有针对性的方案，并根据区域划分设置城市级、片区级、居住区级、小区级等多层次的应急预案，在方案实施中统筹各级管理部门的力量并注意各部门之间的分工与衔接，建立横向协调和统一指挥的工作机制，集中应急救援力量，将灾害损失降到最低。另外，应基于综合防灾理念，规划设置科学、便捷的应急避难场所和避难通道，综合考虑各种灾害的混合使用，针对暴雨防灾应注重避难场所在中心城区的位置、规模和可达性，设置与高密度中心城区人口和建筑密集度相适应的应急避难场所布局。

5 基于安全保障的城市暴雨防灾支撑策略

4-1 排水防洪分区Drainage & flood control zone

4-2 开发单元水循环模式Water circulation model in development units

5-1 华盛顿国家广场下方存储池的剖面图The section of storage beneath the Washington National Mall

5-2 华盛顿国家广场泵站的剖面图The section of pumping station of the Washington National Mall

面对日益严峻的城市暴雨灾害问题，在城市发展建设中更应该注重暴雨防灾规划的可实施性和可操作性。因此，制定暴雨防灾的支撑策略尤为重要。首先，统筹安排各政府机构与部门，成立以政府为主导的综合防灾机构，并根据各地区的现状条件出台具有较强实效性的法律规范，明确暴雨防灾的奖惩措施，制定各地方城市暴雨防灾技术规范，其次，建立科学完善的技术支撑体系，由水利部门主导，综合协调环保、气象、规划、市政、交通等部门，对城市现状数据进行详细统计，按照行政区划制定详细的城市暴雨灾害分区图，可以有效地表达出河流流量、暴雨雨量超过堤坝、排水管网等设施的能力所造成的暴雨灾害等级，按照各分区特点应用3S技术建立动态数据库，对城市气象、暴雨重现期、径流变化等重点监测，以指导建立科学完善的暴雨监测预警系统和灾时应急系统。整合各类设施情况与灾害信息，随时共享和发布暴雨综合防灾动态。

最后，应加大对城市各类灾害的财政投入，一方面由中央和各级地方政府提供政策、财力和人力支持，另一方面积极拓展资金保障的渠道，通过社会团体、慈善机构及个人广泛开展社会慈善福利事业，对城市灾害进行救助和募捐，建立灾害保障基金。资金可用于建立和维护防灾数据库、预警系统和指示系统，以及成立救援组织和购买救援设备等用途。例如，可以按照城市行政等级成立市、区、街道、社区四级救援组织，并拨款购买救援设备、药品等物资，包括水陆两栖的交通救援设备、绝缘的救生衣、钩索等。此外，还应加大宣传教育力度，提高市民防御灾害的风险意识。

6 结语

中心城区是一座城市的代表区域，随着城市化进程的持续加速，中心城区表现出明显的高密度、高强度等典型特征。在其发展建设过程中，易于出现过分关注物质空间建设而忽视城市生态建设的情况，致使城市在面临灾害时表现出极端的脆弱性和敏感性。近年来中国诸多城市的暴雨灾害为人们敲响了警钟，也引发了学术界对暴雨防灾的关注和研究。基于暴雨灾害的突发性特征，应建立常态防灾与灾时应急相结合的综合防灾系统，并从法律规范、技术支持、财政投入、思想意识等方面提供安全保障，规划安全稳定的城市生态安全格局，实现城市发展与生态环境的动态平衡。

注释：

① 高密度中心城区，主要从人口密度和建筑密度两方面进行界定。综合国内外典型城市高密度城区的人口密度可以发现，较大城市高密度城区人口密度峰值分布在1万人/km²至5万人/km²的范围内，中国五大中心城市人口密度峰值为2万人/km²至4万人/km²，区域中心城市人口密度峰值为1万人/km²至3万人/km²。全国范围内人口高密度区域的具体数值差异主要与城市级别相关，而同一级别内城市人口高密度区域的具体数值主要受到城市在世界和全国的地位、经济水平、整体人口以及其他因素影响。建筑密度指标中以建筑容积率、建筑覆盖率、开放空间率为主要指标。由于居住区具有较强的独立性，并且其与城市其他区域在使用功能、建筑形式上的差异性，将住宅发展密度与非住宅发展密度环境分开进行定义。对于中国内地城市，住宅区高密度环境容积率一般在2.0～4.0范围内，建筑密度为30%～40%左右。非住宅建筑的高密度环境中，多层高密度环境一般容积率大于4.0并且建筑密度在70%以上；高层高密度环境一般容积率大于8.0且建筑密度在60%～70%以上。

② 图 1根据参考文献[13]改绘；图2、4由作者绘制；图3根据天津市总体规划（2005—2020）整理；图5根据参考文献[23]改绘；表1作者根据相关资料归纳整理。