面向城市新區水網構建的藍綠灰空間布局評價體系初探

陳廣宇，柳 楊，馮中華，粟一帆，謝 忱，范子武

(1.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029;2.水利部太湖流域水治理重點實驗室，江蘇 南京 210029)

城市水系是城市發展進程中的生存之本、文明之源，在緩解城市熱島效應[1- 2]、提升城市碳“匯”能力[3]及彰顯城市景觀文化[4]方面作用巨大。如何以建設水災害防控、水資源調配、水生態保護一體化的城市新區水網為核心，形成一套綜合城市河湖水系、濕地等藍色空間以及城市綠地、河道緩沖帶等綠色空間與排水管網、泵站、凈水廠、一體化設備等灰色基礎設施協同的城市新區藍綠灰水系統規劃方案，受到學術界廣泛關注。

通過構建城市藍綠灰空間布局評價指標體系，評估城市發展過程中水系格局建設合理性，是維系城市化進程中“人水和諧”的重要抓手[5- 6]。國外針對城市藍綠灰空間布局做了大量研究，得出一批顯著成果[7- 8]。歐盟基于自然景觀設計學，提出藍綠系統方法(Blue Green Solutions，BGSs)，通過構建城市藍色空間(水資源)與綠色空間(城市植被)綜合評價體系，量化城市藍綠布局的生態價值[9]。澳大利亞從社會、環境和經濟效益出發，統籌城市藍色空間(河道保護)與灰色空間(污水處理)，提出水敏感性城市設計的理念(Water Sensitive Urban Design，WSUD)[10]。美國通過綜合考慮城市匯水能力、綠色植被覆蓋及污水溢流等灰色空間，有力提升紐約市水安全保障能力[11]。國內學者在充分借鑒國外突出案例的基礎上，針對我國城市化進程的突出問題，提出了針對性的城市藍綠灰空間布局評價體系。李柳意等[12]從經濟、社交、生態、美學和設施5個方面建立城市藍綠空間健康評價體系，汪潔等[13]基于“城市雙修”理念提出針對武漢長江主軸藍綠空間的修補策略，成雅田等[14]基于城市局地氣候的角度，提出城市藍綠空間規劃途徑的相關措施。

綜上所述，國內外針對城市發展過程中面臨的水資源短缺、水安全防護、水生態修復、水環境治理等關鍵問題，從藍綠灰空間布局角度出發，提出了相應的理論評價體系，但針對區域水系尚待建設的城市新區，如何合理布設藍綠灰格局的研究較少，本文因此采用文獻檢索、非度量多維標度排序、模糊邏輯等方法構建了城市藍、綠、灰空間3個準則層的評價指標體系，并選擇上海市臨港新城核心區作為典型新城區進行藍綠灰空間布局評價，本文的研究成果可為城市水系規劃及城市開發建設提供理論支撐。

1 研究方法

1.1 評價指標選取方法

1.1.1城市藍綠灰空間布局內涵

城市發展是提升我國現代化水平，增強我國經濟實力的重要抓手。上海臨港新片區是中國面向世界、面向未來的橋頭堡，將肩負支撐中國全方位高水平對外開放，提升國際影響力，參與全球經濟新秩序的戰略任務。新片區自批準成立以來，大力發展城市經濟，取得了一定的成果。但區域水資源時空分布和量能輸入往往與經濟社會發展需求用水、城市居民生產生活景觀用水不相適應，需要從“空間均衡”的角度，統籌城市水體等藍色空間、綠地等綠色空間、水利設施等灰色空間，定義合理的準則層與指標層，構建面向城市新區水網構建的藍綠灰空間布局評價體系，以期指導規劃適宜的城市新區水網格局，實現水清岸綠、碧水繞城的美麗城市建設目標。

藍色空間。城市藍色空間指城市水體部分，既包含河網、湖泊、濕地、河漫灘、洼地等自然水域，又包括渠道、水庫等人工水域，是“自然—人工”復合構成的保證城市供水、灌溉、景觀、通航等多目標要求的系統。

綠色空間。城市綠色空間指城市綠地部分，包含城市濱水廊道、生態岸線、城市林園、綠地森林、親水平臺等涉水綠色空間，具有涵養水源、調節區域氣候，緩解城市熱島效應、增強區域景觀文化等復合功能。

灰色空間。城市灰色空間指城市水利基礎設施部分，包含城市排水管網、閘門泵站、凈水廠、海綿城市設施等水安全保障設施，是保證城市承受洪澇沖擊，快速應對、恢復，保持城市功能正常運行，提升城市韌性的重要空間。

1.1.2評價指標選擇與篩選

檢索并分析Web of Science，CNKI等國內外權威數據庫關于城市新區、城市水網、藍綠灰空間等相關的期刊文獻，本文采用的文獻檢索關鍵詞法收集整理與城市新區水網重構、城市藍綠灰空間分布相關的評價指標。

對每個評價指標在期刊論文中出現的頻次計數，并進行非度量多維標度排序(Non-matric multidimensional scaling，NMDS)[15- 16]，識別不同評價指標的差異性并進行分類，通過獨立性分析[17]進行指標顯著分析。非度量多維標度排序的基本原理是基于相異矩陣或距離矩陣進行排序的間接梯度分析方法，將原始的距離矩陣轉化為秩矩陣再進行降維分析，同時弱化距離矩陣中具體值的大小，更注重其排序關系。本文使用NMDS將城市藍綠灰空間下的要素指標進行評價分析，適用于排序目的無需最大限度地保留對象間實際的距離，而只反映對象間的順序關系，可以將研究區域內藍綠灰的評價指標以點與點之間的距離形式表現出來。

1.2 評價指標權重分析方法

采用模糊邏輯法(Fuzzy logic model，FLM)[18- 19]計算各評價指標權重。模糊邏輯法的核心是通過構建模糊集和模糊規則，確定指標間隸屬度。利用[0～1]之間的數值表示對象對于模糊集的隸屬度，0表示對象完全不屬于此模糊集，1表示對象完全屬于此模糊集，0～1之間表示對象部分屬于此模糊集。定義非常合理、合理、普通、不合理、無效的模糊準則，來建立各評價指標的模糊集。通過構建的模糊集、模糊規則，確定各評價指標權重，例如某一評價指標對城市藍綠灰空間布局的合理性影響能力為普通，則權重為0.6。

1.3 評價賦分標準

利用四分法[20- 23]確定各指標對城市河流水網構建過程中的藍綠灰空間布局合理性等級，四分法賦分標準見表1。四分法屬于評價體系中的一種賦分法，基本原理是將賦分值區間[0，1]總分為5等分，分值從大到小依次分別代表空間布局合理等級為非常合理、合理、普通、不合理和無效。

表1 四分法賦分表

根據構建的賦分標準，采用累積加權法計算藍綠灰空間布局合理性指數，指數計算方法如式(1)：

(1)

式中，E—藍綠灰空間布局合理性指數；Wi—評價指標權重；Ii—評價指標賦分值。

2 城市藍綠灰空間布局評價指標體系構建

2.1 評價指標選擇

通過查閱國內外權威學術數據庫的文獻，將藍、綠、灰各自對應的要素層指標按比例從大到小的順序繪制餅狀圖，統計分析發現(如圖1所示)，使用率超過1%的指標共有21個。

圖1 評價指標統計分析

采用非度量多維標度排序識別不同指標間的差異性并進行指標分類，結果如圖2所示。對城市藍色空間影響較大的指標共有6個，分別為河湖水面率、生態生活岸線占比、河網密度、河湖連通率、河道渠化率、河岸硬質率。對城市綠色空間影響較大的指標共有8個，包含生態空間用地占比、森林覆蓋率、骨干綠道長度、人均公園綠地面積、公園綠地連通度、小微濕地、口袋公園占比、人口綠地耦合度、公園開放度。對城市灰色空間影響較大的指標共有7個，包括主海塘防御標準、排水管網更新改造率、閘泵站建設合理率、排水管網與河網連通度、排水設施初期雨水收集率、凈水廠建設改造率、凈水廠處理能力達標率。

圖2 評價指標分類

對21個評價指標進行獨立性分析，利用Pearson分析和Spearman分析法分別對符合正態分布與不符合正態的指標施行相關性檢驗，設置相關系數|R|>0.75為檢驗閾值，檢驗結果見表2。

獨立性檢驗結果顯示，河道渠化率與河湖水面率、河岸硬質率與生態生活岸線占比、小微濕地、口袋公園占比與森林覆蓋率、人口綠地耦合度，公園開放度與人均公園綠地面積、排水設施初期雨水收集率與排水管網更新改造率、凈水廠處理能力達標率與凈水廠建設改造率相關系數均大于0.75，指標間含義重復率較高。從指標數據可獲得性、指標利用管理等角度出發，剔除L14、L15、L17、L18、L19、L20、L21這7個指標。城市藍綠灰空間布局評價指標體系見表3。

表3 城市藍綠灰空間布局評價指標體系

2.2 評價指標權重設置

采用模糊邏輯法計算各指標權重，權重計算結果見表4。針對城市新區水網構建的藍綠灰空間布局合理性指標權重結果顯示，藍色空間>灰色空間>綠色空間，藍色空間等涉水指標在評價過程中起主要限制性作用。

表4 評價指標權重

3 上海臨港核心區藍綠灰空間布局評價及重構建議

3.1 研究區域概況

上海臨港新片區成立于2019年，位于上海東南，包含上海大治河以南、金匯港以東以及小洋山島、浦東國際機場南側區域。全域面積共873km2，主體部分為大治河以南、金匯港以東地區，面積約819km2。滴水湖核心區面積約72.09km2，位于新片區東南部(如圖3(a)所示)，是新片區的中央活動區、國際創新協同區和生活居住區，具有重要的戰略地位和生態屏障意義。本研究選擇滴水湖核心區為研究對象，區域現狀水系尚待建設，河網、濕地、自然洼地等藍色空間與山體、綠地、公園等綠色空間以及排水管網、閘泵、凈水廠等灰色空間格局尚待規劃，亟待整合城市藍綠灰空間，構建區域骨干水網，實現有河有水、有魚有草、人水和諧的生態環境保護目標。

滴水湖核心片區已基本形成“一湖—四漣—七射”的水網格局，其中滴水湖為“一湖”，“四漣”為春漣河、夏漣河、秋漣河、冬漣河，“七射”包含赤風港、橙和港、黃日港、綠麗港、青祥港、藍云港、紫飛港，主要河道位置及具體參數如圖3(b)所示。滴水湖是南匯新城水系的核心，按照《臨港十四五規劃》，滴水湖基于城市功能布局和已有的水系格局，綜合考慮防洪、排澇、調水等方面的要求構建水系格局。臨港新片區現狀處于海、河的水敏感區域，水生態環境脆弱，地勢低平、骨干河網尚未建成，水系連通性較差，水動力與河道自凈能力弱，水生態環境形勢嚴峻，規劃后的水系形成較為完整的骨干水系，提高了整體的水系連通性，有利于改善整體區域水生態的抗擾動彈性(如圖3(c)所示)。

圖3 臨港新片區水系圖

3.2 評價數據來源

本文評價臨港核心區藍綠灰空間布局評價指標所需數據主要來源于《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二○三五年遠景目標的建議》《關于開展河道生態治理試點工作的實施意見(暫行)》《上海市河道生態治理設計指南(試行)》《河湖健康評價指南(試行)》《生態河道評價驗收指標體系》《上海市河湖健康評估指南》和臨港新片區水系監測斷面的多年站點數據。

3.3 評價結果及分析

3.3.1評價結果

臨港新片區核心區現狀水網與規劃水網狀態下，城市藍綠灰空間布局合理性評價結果如圖4所示，圖中的分值代表目標層的計算結果。該結果以區域內多個典型區藍綠灰空間評價分值作為依據，通過對整個臨港核心區域進行插值計算，合理性結果比例見表5。臨港核心區現狀水網格局狀態下藍綠灰空間布局評價結果如圖4(a)所示，評分處于合理范圍以上(E>0.6)的區域面積占總面積的63.7%，中部區域及滴水湖周邊合理性評價結果較高，西部區域部分節點評分相對較低，越靠近東部，藍綠灰空間布局合理性越差。核心區規劃水網格局下的藍綠灰空間布局評價結果如圖4(b)所示，評分處于合理范圍以上(E>0.6)的區域面積占總面積的71.5%，較構建前區域藍綠灰空間布局合理性提升7.6%，西部與中部區域基本處于合理范圍，東部區域合理性依舊較低。

表5 城市藍綠灰空間布局合理性結果表

圖4 城市藍綠灰空間布局合理性評價結果

3.3.2結果分析

臨港核心區城市藍綠灰空間布局合理性評價結果顯示，核心區空間布局合理性空間異質性較明顯，西部及中部地區的合理性明顯高于東部區域。臨港新片區、東臨長江口、南瀕杭州灣，處在太湖流域蝶形洼地的邊緣，地面高程3.5～4.5m(上海吳淞高程)，全區地勢較為平坦，整體上西部高東南低，區域污水、澇水為西引東排之勢。西部及中部水源為黃浦江來水，水質好水量足，是核心區主要的人類聚集區與商業區[24- 25]。依托于臨港“海派文化”的發展格局，核心區西部與中部在發展進程中注重人—水和諧的發展理念，大力開展城市綠林建設[26- 27]、生態岸線建設[28]、再生水廠[29]建設等工程，極大增加了區域藍綠灰空間布局合理性與城市水安全等級[30- 32]。區域東部地塊尚處于開發建設過程中，因河道開挖、水系構建等工程的影響，河道斷點卡扣較多，水體連通性較差；同時東部區域靠近東海、杭州灣區域，受海水倒灌影響，土壤鹽度較高，不利于喬木、灌木等植物生長，綠色空間布局較差；此外該區域大多以永久農業區為主，農業種植及灌溉多依賴傳統澆灌手段，排水管網、雨污分離設施、集中式污水處理措施等配套工程較缺乏，因此東部區域藍綠灰空間布局合理性較差。臨港核心區水系構建前后城市藍綠灰空間布局合理性評價對比結果顯示，通過疏通區域水網斷點卡口，構建區域防洪排澇骨干水網，有利于提升區域藍綠灰空間布局合理性。與水系構建前相比，通過構建東引河—西引河—北護城3級的引清廊道，有利于增加區域水面率，提升區域水系連通性，增大藍色空間布局合理性；通過晚上核心區“四漣七射”水網格局，形成分時分區內循環模式，有利于增大區域骨干綠道長度，提升人均公園綠地面積占比，增大綠色空間布局合理性；通過改造與新增區域閘泵站數量與調控能力，依托海綿城市理念[32- 33]，提升區域雨污分流能力，增大灰色空間布局合理性。

3.4 水系重構建議

水系作為城市自然環境的重要因素之一，具有排澇減災、調節氣候、景觀文化等眾多作用，同時也是城市建設的骨架網絡重要組成部分，影響著城市的性質、用地布局乃至發展方向。針對臨港新片區面臨的藍綠灰空間布局問題，應以近自然工法為核心，恢復水系自然形態、增大區域水域面積，提升城市水安全保障能力，具體建議為：

(1)水體形態重塑。臨港新片區在快速的城市化開發建設中，由于豎向管控不到位，片面追求場地平整，東引河、北護城河、七條射河等河流河道順直、形態單一，致使河流生境均質化，生物多樣性低，生態系統抗擾動彈性脆弱，水環境惡化風險嚴峻。因此在臨港新片區水環境提升中，對于新挖河道或尚在規劃的河道，通過適度調整河道藍線，采用人工修復工程將順直河道改變為有適度彎曲的連續河灣，增大河道結構的復雜度，使得河流形成主流、支流、河灣、沼澤、急流和淺灘等豐富多樣的生境和水力條件，重塑河湖生境與生態空間。對于無法調整河道藍線的順直河道，通過對河流駁岸形態和底部構造進行重塑，恢復河流蜿蜒性。

(2)水系動脈重構。臨港新片區受開發建設以及行政區劃調整的影響，骨干河網格局尚未形成，南匯新城343m2范圍內有39條河道涉及斷堵點，未按規實施需新開河道39條。區域水系雜亂，連通性差，水體物質、能量、信息交換能力弱，水環境質量低。對區域雜亂無規水系格局進行合理重構，消除斷頭浜、增大水面率，提升水體交換能力，是提升臨港新片區水環境質量的又一重要措施。通過填滿難以打通的斷頭浜，修剪零星水網旁支；通過打通因開發建設造成的河道斷堵點、開挖規劃河道，形成骨干水系格局；最終通過開挖景觀湖置換水面率，將區域雜亂水網、孤立濕地與湖泊進行整合，形成大水面水域的城市“水心臟”，縮短水體停留時間，提升水體置換能力與自凈能力，起到向心臟一樣的凈化污水—釋放源水的新型雙重水環境治理模式。

4 結論

(1)文章從“空間均衡”的角度，統籌城市水體等藍色空間、綠地等綠色空間、水利設施等灰色空間，構建包含河湖水面率、生態生活岸線占比河網密度等14個城市藍綠灰空間布局合理性評價指標體系，有利于實現城市化進程中的“人水和諧共生”。

(2)評價結果顯示臨港核心區藍綠灰空間布局合理性空間異質性明顯，西部及中部區域明顯優于東部，且水系構建有利于提升區域藍綠灰空間布局合理性。

(3)以近自然工法為核心，提出包含水體形態重塑、水系動脈重構等藍綠灰空間布局合理性提升技術，恢復水系自然形態、增大區域水域面積，提升城市水安全保障能力。