洪水灾害下城市街区空间韧性指标体系构建

沈哲冲 SHEN Zhe-chong

（北京工业大学城市建设学部，北京 100124）

0 引言

我国城镇化发展迅速，加之全球气候变化多端，导致气候灾害日益严重。近年来，暴雨洪水频发、城市内涝严重，洪水灾害作为我国主要灾害之一，已经严重威胁到人们的生命健康和财产安全。大城市热岛效应严重，中心城区极易成为强暴雨天气的降水中心，“城市看海”现象频频发生，对于城市中心区的洪水治理行动迫在眉睫[1]。例如，2021 年7 月，发生在河南众多城市的特大暴雨，其中郑州、洛阳、新乡等地都受到重创，郑州处于降雨量最大的中心地带，受灾情况十分严重。在这场洪涝灾害中受灾农作物面积达44209.7 公顷，直接损失达655 亿元，转移避险人数39 万余，致使56 人遇难，5 人失联。

韧性（resilience）最早由拉丁语“resilio”发源而来，是“恢复到原始状态”的意思[2]。韧性理论与城市规划、灾害管理等学科的结合，促使城市安全防灾减灾的研究得到发展，从而诞生了城市韧性这一概念。城市韧性是指城市为了保证居民，尤其是穷人和弱势群体的生活和工作不管受到什么样的慢性压力和急性冲击都能够在城市中得以生存和繁荣，强调城市应对外部扰动的适应学习能力，旨在提高城市自身的“恢复能力”和“承受灾害能力”[3]。

街区（英语对应词：city block、urban block 或block）是一座城市的重要组成部分，是与人们生活、工作联系密切的较小区域。街区是四周都由街道围合而成的最小区域，其内部包含道路、建筑物、绿地等基本设施。近年来城市化发展迅速，人们将更多目光集中在城市中心区和大型公共服务设施的建设上，而忽视增强城市街区、提高街区韧性的重要作用[4]。国家印发的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，其中强调原则上不再建设封闭小区，鼓励街区制新型住宅的建设，从而解决交通布局等问题，更体现了土地节约利用[5]。

研究城市街区韧性的重要性不言而喻。但目前，关于街区韧性的研究缺少地块层面、空间层面等较为整体性的评估，缺少洪水灾害影响下的街区韧性测度框架与指标，因此，本文针对洪水灾害构建街区空间韧性指标，以供后期研究使用。

1 相关概念

1.1 洪水与洪水灾害

洪水是自然界存在的一种正常现象，当江、河、湖、海中容纳的水体总量急速增加，不断上涨的水位远超正常水位时就产生了洪水。并不是所有的洪水都称为灾害，只有当它波及到人类生活区域，对人类生命财产带来威胁、对社会环境带来破坏时，才称其为洪水灾害。洪水灾害本质上是自然界的洪水与人类社会共同作用的产物，也就是说无论程度多高的洪水发生在荒无人烟之地时，没有对人类社会造成危害，就不是洪水灾害；反之，程度非常轻微的洪水对人类生活环境带来损失，就称其为洪水灾害[6]。

1.2 洪水灾害系统的形成机制

洪水灾害的形成必须具备3 个基本条件：①致灾因子：促使洪水发生的因素。②孕灾环境：为洪水形成提供环境。③承灾体：会致使人类生命财产安全受损的区域或物质[7]。洪水灾害是由致灾因子在一定的孕灾环境下，作用于承灾体形成的，是三者综合作用的产物。洪水灾害的危害包括人员伤亡、农作物受灾状况、工厂企业的直接间接损失、建筑破坏度和城市基础设施的损害等等。洪水灾害形成时，致灾因子、孕灾环境和承灾体之间的作用机理如图1 所示。

图1 洪水灾害系统的形成机制（作者自绘）

2 洪水灾害韧性研究现状

2.1 国外应对洪水灾害的城市韧性实践计划

国外在制定和实施韧性城市计划上走在前沿，表1 描述了一些国外的实施韧性计划代表城市的详细举措，这些城市韧性实践计划的风险对象中包括洪水，例如，在芝加哥的韧性城市开展计划中有专门针对洪水灾害增加城市绿色基础设施投资，降低洪涝危险性，建立更可持续的社区，在英国伦敦的韧性计划中有专门针对洪水风险制定了增加公园和绿化面积的计划。

表1 国外城市韧性实施计划[8]

2.2 国内应对洪水灾害的城市韧性实施计划

我国韧性城市的开展日渐增多，而最开始的三座代表城市为成都、黄石和德阳市。其中黄石市和德阳市的规划建设中重点治理的灾害风险包括洪水灾害。表2 详细列举了国内4 座韧性城市的实践计划。

表2 国内城市韧性实施计划[9]

3 洪水影响下街区韧性评估框架构建

3.1 洪水情景下街区韧性维度模型构建

①本体健壮性维度：健壮性又称鲁棒性，健壮性原是指软件对于规范要求以外的输入情况的处理能力。这里的本体健壮性指街区自身要素面对洪水来临时的应对与恢复能力。②空间维度：空间维度是指在街区空间层面提出的针对洪水灾害的对策，其贯穿洪水发生时和发生后的全过程。③时间维度：街区韧性设计的时间维度和空间维度同等重要，注重韧性理念下时间与空间的相互统筹，时刻遵循“空间换时间，设施换生命”的原则[10]。④功能满足维度：指在发生洪水后，街区功能性质是否能快速恢复使用，发挥自身功能性的能力[11]。

3.2 街区空间韧性系统指标描述

3.2.1 本体健壮性维度指标

①地块高程。城市在地势方面的选址是自身防洪涝的重要环节，街区中高程较高区域有较强的防洪能力，反之，街区低洼处易发生洪涝风险。

②建筑（平均年代、结构、材质）。街区建筑的平均年代、结构、材质等性能在一定程度上反应了街区本体对洪水灾害的抵抗能力，良好的建筑性能可以降低经济损失，保护居民的生命财产安全。

③建筑立面开洞率。本文的建筑立面开洞率指建筑首层的开洞率，在急速洪水来临时，建筑立面开洞率会起到一定的分流作用，降低洪水的径流速度，但过高的开洞率会增加对居民生命财产的威胁。

3.2.2 时空维度指标

因时间与空间具有强关联性，二者无法明确区分开来，故将时间维度与空间维度联合考虑，统一归为时空维度指标。

①容积率。容积率表征地块土地利用的开发强度，在街区尺度下为街区总建筑面积与街区总面积的比值。该指标反应街区建筑的密集成度，较高容积率会让街区处于洪涝高风险。

②绿地率。绿地率是指街区用地范围内各类绿地的总和与街区用地的比率，主要包括公共绿地、宅旁绿地、配套公建所属绿地和道路绿地等[12]。该指标主要反应街区的渗水能力。

③建筑密度。建筑密度表征街区内建筑基底面积与街区总面积的占比状况。该指标反应街区建筑的开发程度，建筑密度过高的街区洪涝风险高。

④道路网密度。道路网密度是街区范围内由不同功能、等级、区位的道路，以一定的密度和适当的形式组成的网络体系结构。道路网密度反应街区的容水能力。

3.2.3 功能满足维度指标

①水体占比。水体占比表征街区内水体面积与街区总面积的占比状况，它主要反应街区的滞、蓄水能力。

②不透水面占比。不透水面占比表征街区内不透水面面积与街区总面积的占比状况，它主要反应街区整体下垫面的渗水能力。

③下渗率。下渗率指降雨或灌溉水进入非饱和土壤的垂直入渗的速度。以单位时间通过单位面积的水量表示,即mm/min 或mm/h。影响下渗率的因素包括绿地的植被类型、植物密度、土壤性质、地面坡度和下垫面的材质等。

3.3 街区空间韧性系统指标体系

根据城市街区空间韧性的三个维度，即本体健壮性维度、时空维度和功能满足维度，现构建指标体系如表3。

表3 街区空间韧性指标体系

3.4 指标可视化案例展示

选取天津主城区范围内的37 个街区进行时空维度下的街区空间韧性指标可视化展示，根据时空维度的指标公式，在Arcgis 软件中进行计算，导出时空维度下的各项指标可视化图片（图2）。

图2 时空维度下天津街区空间韧性指标可视化分布图（作者自绘）

在Arcgis 中用自然断点法将各项指标数值从I 级到IV 级分为4 类，各项指标数值依次降低，各类街区的色块颜色也依次减弱。从可视化图形中可清晰明了地看出各街区空间韧性指标的分布情况，从而直观地分析比较出街区的洪涝韧性能力，例如根据建筑密度、容积率指标可看出街区内建筑开发强度和土地利用强度，处于I 级的街区内部建筑物和土地利用等方面负荷严重，街区韧性相对较低；根据绿地率可比较各街区的生态韧性，颜色较深街区有较高应对洪水灾害的空间韧性能力；路网密度是反应地上容水能力和地下排水能力的指标，较高的路网密度，反应街区的空间韧性能力较高。因此，将街区空间韧性指标进行可视化处理，可为城市街区空间韧性评估结果后的规划策略提出，提供更多的现实依据和参考。

4 结论

本文从城市街区空间韧性的三个维度，即本体健壮性维度、时空维度和功能满足维度的角度出发，结合城市街区特点，较为全面科学的建立了城市街区空间韧性指标体系，但也存在一些不足，比如有些指标的数据获取可能较困难，还有些指标需要找寻方法进行定量的描述。总体来说，这套指标体系仍有利于进行洪水灾害下城市街区的空间韧性评估，再结合街区韧性指标可视化方法的案例展示，旨在为今后城市洪水灾害韧性评估的策略改进提供理论基础和参考借鉴。