洪水災害下城市街區空間韌性指標體系構建

沈哲沖 SHEN Zhe-chong

（北京工業大學城市建設學部，北京 100124）

0 引言

我國城鎮化發展迅速，加之全球氣候變化多端，導致氣候災害日益嚴重。近年來，暴雨洪水頻發、城市內澇嚴重，洪水災害作為我國主要災害之一，已經嚴重威脅到人們的生命健康和財產安全。大城市熱島效應嚴重，中心城區極易成為強暴雨天氣的降水中心，“城市看海”現象頻頻發生，對于城市中心區的洪水治理行動迫在眉睫[1]。例如，2021 年7 月，發生在河南眾多城市的特大暴雨，其中鄭州、洛陽、新鄉等地都受到重創，鄭州處于降雨量最大的中心地帶，受災情況十分嚴重。在這場洪澇災害中受災農作物面積達44209.7 公頃，直接損失達655 億元，轉移避險人數39 萬余，致使56 人遇難，5 人失聯。

韌性（resilience）最早由拉丁語“resilio”發源而來，是“恢復到原始狀態”的意思[2]。韌性理論與城市規劃、災害管理等學科的結合，促使城市安全防災減災的研究得到發展，從而誕生了城市韌性這一概念。城市韌性是指城市為了保證居民，尤其是窮人和弱勢群體的生活和工作不管受到什么樣的慢性壓力和急性沖擊都能夠在城市中得以生存和繁榮，強調城市應對外部擾動的適應學習能力，旨在提高城市自身的“恢復能力”和“承受災害能力”[3]。

街區（英語對應詞：city block、urban block 或block）是一座城市的重要組成部分，是與人們生活、工作聯系密切的較小區域。街區是四周都由街道圍合而成的最小區域，其內部包含道路、建筑物、綠地等基本設施。近年來城市化發展迅速，人們將更多目光集中在城市中心區和大型公共服務設施的建設上，而忽視增強城市街區、提高街區韌性的重要作用[4]。國家印發的《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，其中強調原則上不再建設封閉小區，鼓勵街區制新型住宅的建設，從而解決交通布局等問題，更體現了土地節約利用[5]。

研究城市街區韌性的重要性不言而喻。但目前，關于街區韌性的研究缺少地塊層面、空間層面等較為整體性的評估，缺少洪水災害影響下的街區韌性測度框架與指標，因此，本文針對洪水災害構建街區空間韌性指標，以供后期研究使用。

1 相關概念

1.1 洪水與洪水災害

洪水是自然界存在的一種正常現象，當江、河、湖、海中容納的水體總量急速增加，不斷上漲的水位遠超正常水位時就產生了洪水。并不是所有的洪水都稱為災害，只有當它波及到人類生活區域，對人類生命財產帶來威脅、對社會環境帶來破壞時，才稱其為洪水災害。洪水災害本質上是自然界的洪水與人類社會共同作用的產物，也就是說無論程度多高的洪水發生在荒無人煙之地時，沒有對人類社會造成危害，就不是洪水災害；反之，程度非常輕微的洪水對人類生活環境帶來損失，就稱其為洪水災害[6]。

1.2 洪水災害系統的形成機制

洪水災害的形成必須具備3 個基本條件：①致災因子：促使洪水發生的因素。②孕災環境：為洪水形成提供環境。③承災體：會致使人類生命財產安全受損的區域或物質[7]。洪水災害是由致災因子在一定的孕災環境下，作用于承災體形成的，是三者綜合作用的產物。洪水災害的危害包括人員傷亡、農作物受災狀況、工廠企業的直接間接損失、建筑破壞度和城市基礎設施的損害等等。洪水災害形成時，致災因子、孕災環境和承災體之間的作用機理如圖1 所示。

圖1 洪水災害系統的形成機制（作者自繪）

2 洪水災害韌性研究現狀

2.1 國外應對洪水災害的城市韌性實踐計劃

國外在制定和實施韌性城市計劃上走在前沿，表1 描述了一些國外的實施韌性計劃代表城市的詳細舉措，這些城市韌性實踐計劃的風險對象中包括洪水，例如，在芝加哥的韌性城市開展計劃中有專門針對洪水災害增加城市綠色基礎設施投資，降低洪澇危險性，建立更可持續的社區，在英國倫敦的韌性計劃中有專門針對洪水風險制定了增加公園和綠化面積的計劃。

表1 國外城市韌性實施計劃[8]

2.2 國內應對洪水災害的城市韌性實施計劃

我國韌性城市的開展日漸增多，而最開始的三座代表城市為成都、黃石和德陽市。其中黃石市和德陽市的規劃建設中重點治理的災害風險包括洪水災害。表2 詳細列舉了國內4 座韌性城市的實踐計劃。

表2 國內城市韌性實施計劃[9]

3 洪水影響下街區韌性評估框架構建

3.1 洪水情景下街區韌性維度模型構建

①本體健壯性維度：健壯性又稱魯棒性，健壯性原是指軟件對于規范要求以外的輸入情況的處理能力。這里的本體健壯性指街區自身要素面對洪水來臨時的應對與恢復能力。②空間維度：空間維度是指在街區空間層面提出的針對洪水災害的對策，其貫穿洪水發生時和發生后的全過程。③時間維度：街區韌性設計的時間維度和空間維度同等重要，注重韌性理念下時間與空間的相互統籌，時刻遵循“空間換時間，設施換生命”的原則[10]。④功能滿足維度：指在發生洪水后，街區功能性質是否能快速恢復使用，發揮自身功能性的能力[11]。

3.2 街區空間韌性系統指標描述

3.2.1 本體健壯性維度指標

①地塊高程。城市在地勢方面的選址是自身防洪澇的重要環節，街區中高程較高區域有較強的防洪能力，反之，街區低洼處易發生洪澇風險。

②建筑（平均年代、結構、材質）。街區建筑的平均年代、結構、材質等性能在一定程度上反應了街區本體對洪水災害的抵抗能力，良好的建筑性能可以降低經濟損失，保護居民的生命財產安全。

③建筑立面開洞率。本文的建筑立面開洞率指建筑首層的開洞率，在急速洪水來臨時，建筑立面開洞率會起到一定的分流作用，降低洪水的徑流速度，但過高的開洞率會增加對居民生命財產的威脅。

3.2.2 時空維度指標

因時間與空間具有強關聯性，二者無法明確區分開來，故將時間維度與空間維度聯合考慮，統一歸為時空維度指標。

①容積率。容積率表征地塊土地利用的開發強度，在街區尺度下為街區總建筑面積與街區總面積的比值。該指標反應街區建筑的密集成度，較高容積率會讓街區處于洪澇高風險。

②綠地率。綠地率是指街區用地范圍內各類綠地的總和與街區用地的比率，主要包括公共綠地、宅旁綠地、配套公建所屬綠地和道路綠地等[12]。該指標主要反應街區的滲水能力。

③建筑密度。建筑密度表征街區內建筑基底面積與街區總面積的占比狀況。該指標反應街區建筑的開發程度，建筑密度過高的街區洪澇風險高。

④道路網密度。道路網密度是街區范圍內由不同功能、等級、區位的道路，以一定的密度和適當的形式組成的網絡體系結構。道路網密度反應街區的容水能力。

3.2.3 功能滿足維度指標

①水體占比。水體占比表征街區內水體面積與街區總面積的占比狀況，它主要反應街區的滯、蓄水能力。

②不透水面占比。不透水面占比表征街區內不透水面面積與街區總面積的占比狀況，它主要反應街區整體下墊面的滲水能力。

③下滲率。下滲率指降雨或灌溉水進入非飽和土壤的垂直入滲的速度。以單位時間通過單位面積的水量表示,即mm/min 或mm/h。影響下滲率的因素包括綠地的植被類型、植物密度、土壤性質、地面坡度和下墊面的材質等。

3.3 街區空間韌性系統指標體系

根據城市街區空間韌性的三個維度，即本體健壯性維度、時空維度和功能滿足維度，現構建指標體系如表3。

表3 街區空間韌性指標體系

3.4 指標可視化案例展示

選取天津主城區范圍內的37 個街區進行時空維度下的街區空間韌性指標可視化展示，根據時空維度的指標公式，在Arcgis 軟件中進行計算，導出時空維度下的各項指標可視化圖片（圖2）。

圖2 時空維度下天津街區空間韌性指標可視化分布圖（作者自繪）

在Arcgis 中用自然斷點法將各項指標數值從I 級到IV 級分為4 類，各項指標數值依次降低，各類街區的色塊顏色也依次減弱。從可視化圖形中可清晰明了地看出各街區空間韌性指標的分布情況，從而直觀地分析比較出街區的洪澇韌性能力，例如根據建筑密度、容積率指標可看出街區內建筑開發強度和土地利用強度，處于I 級的街區內部建筑物和土地利用等方面負荷嚴重，街區韌性相對較低；根據綠地率可比較各街區的生態韌性，顏色較深街區有較高應對洪水災害的空間韌性能力；路網密度是反應地上容水能力和地下排水能力的指標，較高的路網密度，反應街區的空間韌性能力較高。因此，將街區空間韌性指標進行可視化處理，可為城市街區空間韌性評估結果后的規劃策略提出，提供更多的現實依據和參考。

4 結論

本文從城市街區空間韌性的三個維度，即本體健壯性維度、時空維度和功能滿足維度的角度出發，結合城市街區特點，較為全面科學的建立了城市街區空間韌性指標體系，但也存在一些不足，比如有些指標的數據獲取可能較困難，還有些指標需要找尋方法進行定量的描述。總體來說，這套指標體系仍有利于進行洪水災害下城市街區的空間韌性評估，再結合街區韌性指標可視化方法的案例展示，旨在為今后城市洪水災害韌性評估的策略改進提供理論基礎和參考借鑒。