歷史文化街區內澇韌性測度方法與規劃應用研究
——以瑞金市廖屋坪街區為例

羅佳夢,徐建剛

(南京大學 建筑與城市規劃學院,江蘇 南京 210093)

0 引言

歷史文化街區作為城市歷史與文化的重要載體,在城市文脈延續中具有重要的價值。但隨著新型城鎮化的不斷推進,城市人口與建設用地的快速增長極大地改變了歷史文化街區本身及其周邊區域的下墊面與河網水系條件,進而誘發內澇問題。與此同時,相對于城市新區而言,歷史街區在形成過程中更加依賴自然山水條件,因而往往位于地勢低洼處,更加容易受到內澇影響。此外,人口、建筑密集程度高,建筑老化等問題也增加了歷史文化街區的內澇隱患[1]。

針對歷史文化街區的內澇問題,國內外已有許多學者展開了相關研究,國外學者的研究深入分析了氣候變化背景下歷史遺產地的脆弱性時空分布特征,并在此基礎上探討了一套自下而上與自上而下相結合的歷史遺產災害風險管控方案[2]。如AKTüRK等[3]分析了歷史建筑遺產在滑坡與洪澇災害風險下的薄弱點,并在此基礎上為決策者制定政策提供指導;FLORENTIN等[4]則在歷史遺產價值評估的基礎上組織歷史遺產利益相關方面展開座談,共同探討制定了一套完整的災前風險管理方案;這些研究對歷史街區的災害風險管控措施制定提供了有價值的借鑒,但較少聚焦于內澇災害之上,且中微觀尺度上的實證研究還有待豐富。

國內針對歷史街區內澇問題的中微觀尺度研究更為豐富,如劉云帆等[5]基于Infoworks ICM排水模型對漳州市建元路片區歷史文化街區的排水系統現狀進行了評估,并在此基礎上提出了優化方案;劉康寧等[6]基于PCSWMM模型對北京模式口歷史文化街區進行了內澇模擬,提取出街區內的內澇風險點并提出對應的優化策略;這些研究為歷史文化街區的水安全體系建構提供了有價值的參考,但對歷史街區的內澇風險評估僅從管網系統出發,缺乏對歷史街區特殊性的深入剖析,對歷史建筑本體脆弱性、旅游開發影響以及受災人口特征等因素的綜合考慮不足。

不應忽視的是,歷史街區在營建過程中就融入了先民與水共生的傳統生態智慧,建筑群落中的天井與傳統街巷中的溝渠均具有一定消解雨水的能力[7]。在易受破壞的特征之外,歷史街區還能夠通過其自有的一套傳統蓄排水體系實現一定程度上對水資源的調節。針對歷史街區的這一特征,吳慶洲從贛州古城的傳統蓄排水體系入手,系統分析了古城與水共生的營建理念,并在此基礎上提出了傳統“理水”智慧對當今海綿城市建設的啟示[8],賀弋桓[9]從3個尺度對歷史文化街區排水系統的傳統理念展開分析,并結合實際案例進行了街區內澇風險評估,此類研究聚焦了歷史街區在傳統理水智慧方面的特點,但在方法層面主要以定性分析總結為主,缺乏定量化的數據驗證。

在防災減災領域,韌性理論的提出為城市抗澇能力的提升開辟了新思路[10],其理論框架的構建對于降低內澇風險與維持街區穩定具有重要意義,在此理論指導下,城市可以更好地規避災害隱患,并在災害發生時作為一個有機整體做出應對,保障內部功能的正常運行,在災害發生后快速恢復穩定狀態。基于此,本文以瑞金市廖屋坪歷史文化街區為研究對象,首先根據高精度測繪數據中的高程信息劃分街區內部的匯水分區,隨后引入韌性理論,從擾動因子、脆性因子和韌力因子三要素的互動關系層面梳理歷史文化街區內澇災害的發生機制,選取具有代表性的指標構建歷史文化街區內澇韌健水平評價指標體系,綜合評估歷史街區的內澇韌性,分析歷史街區內澇韌性的分布特征與其影響因素。進而在此基礎上對韌性薄弱點提出具有針對性的改造措施建議,以期對歷史文化街區韌性改造提供數據支持,并為其他歷史文化街區的韌性城市建設提供可借鑒的方法思路。

1 研究內容與方法

1.1 研究區域概況

廖屋坪歷史文化街區位于瑞金市中心城區南部,瑞金市歷史城區中心地段,北鄰紅都大道,南鄰綿江,歷史街區總體地勢平緩,內部高差起伏較小,最高點與最低點高差在2 m以內,是瑞金市歷史景觀“臨水筑城、一河兩岸”的重要組成部分,也是瑞金市贛南傳統客家文化的重要載體。廖屋坪歷史街區是瑞金建城以來最早的主要街道、商貿街區及經濟文化中心,贛南客家傳統的“廳屋組合式”民居和“圍屋”民居共同構成了歷史街區特有的建筑文化景觀[11]。

在街區與水的互動關系方面,由于客家人講究“乘風則散,界水則止”,注重將住宅布置于池塘前,因此歷史街區內的傳統民居在營建過程中一方面利用天然水塘,另一方面人工開挖“風水塘”,構建出與水系高度耦合的建筑群落[12]。此外,出于對多雨環境的適應以及“藏風聚氣”的風水需求,客家民居往往圍繞天井布置院落住宅,并通過溝渠將天井與室外水體相連,形成一套完整的蓄排水體系。然而近些年來,廖屋坪歷史街區受到城市建設與旅游開發的雙重影響,街區內池塘數量逐漸減少,大量溝渠被填埋,傳統蓄排水體系的連通性逐漸下降,街區內澇問題日益加劇。當前廖屋坪歷史街區內的水體僅有楊氏宗祠周邊的人工池塘尚留存,此處池塘為人工風水塘,周邊均為硬質岸線,常水位較低,漫溢風險小,能夠承擔一定的調蓄作用,但由于與自然水體的聯系被切斷,水質情況較差。

在城市化發展的現狀之下,以廖屋坪街區為代表的歷史文化街區內澇問題呈現出以下三方面的特征:

其一,歷史街區本體的脆弱性:相對于城市舊區而言,歷史街區內部包含大量防水性較差的木結構、土木結構歷史建筑,易受內澇積水的劣化影響。且由于街巷界面狹窄等客觀條件(街巷最窄處不足0.8 m),新建管網體系覆蓋不完全、埋設不規范情況嚴重,歷史街區更易受到內澇災害的負面影響。

其二,歷史街區內澇應對措施的多樣性:歷史街區內傳統排水系統與歷史建筑、歷史街巷相互搭配,構成了完整的雨水收集——排放系統,經過合理恢復、修繕,可以充分發揮排水潛力,與新建管網系統相互配合,提升應對內澇能力。

其三,歷史街區人流活動的復雜性:發展旅游業是歷史街區開發的重要途徑,也是歷史街區相對于城市舊區而言的一項突出特征,旅游發展帶來的潮汐性人流活動對當前歷史街區的保護提出了更高的要求,同時內澇災害的防治也需與長期的旅游開發相適應。

1.2 概念模型確立

“韌性”概念最初被用于形容金屬受外力沖擊時保持穩定或恢復到原始狀態的能力,后經生物學家霍林引入到生態學領域,用于形容系統吸收擾動并存續的能力[13]。近幾年,韌性作為新的系統理念受到城市規劃者的關注,并被廣泛應用于自然災害管理、雨洪風險管理等領域[14]。

在韌性理論的基礎上,陳志端等[15]引入了復雜適應系統理論與之融合,提出了城市韌健度的概念。城市韌健指城市能對影響自身生存和發展的制約因素實現良好調控,同時具有較強的抵御能力、恢復能力及適應能力的狀態。城市系統韌健模型將城市系統災害的發生機制梳理為擾動因子、脆性因子與韌力因子三者之間的相互作用關系,其中擾動因子表征城市系統受到的災害沖擊的強度,即城市系統在風險環境中的暴露程度,用于解釋城市系統外部環境的韌健水平;脆性因子表征承災體本身易受災害影響的程度,重點說明承災體被動承擾的能力,用于解釋系統內部結構的強健水平;韌力因子則表征承災體在擾動發生過程中恢復與適應的能力,重點說明承災體主動應擾的能力,用于解釋城市系統內部要素的韌健水平。由于擾動因子的活

動規律相對客觀且難以施加人為控制,因此提升城市系統韌健水平往往從降低脆弱性和提升韌力兩方面入手。

城市韌健度模型中三類因子之間相互制約、互相作用,從而衍生出循環發展的邏輯關系網。在此邏輯網絡中,外部擾動作用于脆弱性承災體之上,擾動因子的影響加大直接導致承災體狀態的惡化,進而促使承災體韌力的發揮,而韌力因子的作用會同時反饋給承災體,使擾動因子的影響減弱并降低承災體的脆弱狀態[16]。這一系列的反應機制最終使系統調適至平衡穩定的狀態。基于此,可以分析得出基于韌健度模型的廖屋坪歷史文化街區內澇風險機制,如圖1所示。

圖1 廖屋坪歷史文化街區內澇風險機制Fig.1 Waterlogging risk mechanism in the Liaowuping historic district

將韌健度概念模型應用在廖屋坪歷史文化街區內澇問題的研究中可知:在擾動因子層面,暴雨情況下歷史街區各區域產生地表徑流,對街區本體造成壓力,同時管網系統的不暢通引發溢流,間接加劇了這種壓力,形成內澇災害風險。在脆性因子層面,外部的內澇擾動同時作用于歷史街區的地表基底、基底之上的建成環境和建成環境中活動的人口,這三者的脆性特征共同決定了歷史街區面對壓力時如何發生變化。在韌力因子層面,歷史街區可以通過傳統理水系統和現代管網體系等工程措施對雨水進行消解,以減輕雨澇對歷史街區物理系統的影響,通過應急疏散、醫療救援等救災組織措施減輕雨澇對社會系統的影響,這兩方面的因素共同決定了歷史街區如何對災害做出反應。由于外部擾動的發生相對客觀且難以人為控制,若要減輕歷史街區內澇風險,關鍵在于承災體脆性的降低和韌力的提升。

1.3 內澇韌性評價指標體系構建

根據廖屋坪歷史文化街區的內澇風險發生機制,按層級逐步進行指標篩選,構建歷史街區內澇韌性評價指標體系。本文首先通過參考歷史街區內澇風險評估的相關研究,篩選制定了評價指標體系的基本指標,其中外部擾動指標反映承災體的災害風險暴露程度,用于衡量歷史街區承受內澇災害的強度;本體脆性指標包含基底脆性、建成環境脆性和居住人口脆性三個方面,反映地形情況、建筑條件現狀和居住人口情況,用于衡量承災體本身易受內澇災害影響的程度;韌力因子指標包含社會韌力與工程韌力兩方面,反映疏散響應能力和承澇排澇能力,用于衡量承災體應對內澇災害、降低災害風險的能力。

隨后在基礎指標體系的基礎上進一步依據歷史街區的特征額外篩選了5項補充指標,分別用于衡量歷史街區的旅游開發對建成環境脆性的影響和傳統理水措施在提升街區適應韌力方面的作用。

在此基礎上,本研究參考《海綿城市建設技術指南-低影響開發雨水系統構建(試行)》[17]、GB 50289—2016《城市工程管線綜合規劃規范》[18]、GB/T 50357—2018《歷史文化名城保護規劃標準》[19]、《歷史文化名城名鎮名村保護條例》(國務院令第524號)[20]等法規和標準,對評價指標的具體內容進行進一步修訂。

最后篩選出21項針對歷史街區內澇韌性的評估指標,其中擾動因子3項,脆性因子10項,韌力因子8項,具體評價指標體系如表1所示。

表1 廖屋坪歷史文化街區內澇韌性評價指標體系Table 1 Waterlogging resilience evaluation indicator system of Liaowuping historic and cultural district

1.4 數據來源

本研究所使用的數據來源主要有:①研究區降水數據和管網系統數據來自于2019年瑞金市市政、水利等部門的統計記錄;②瑞金市研究區地形、土地利用等數據來自于2019年瑞金市規劃、測繪等部門的統計記錄;③研究區人口數據部分來自于2019年瑞金市統計年鑒,針對數據缺失的情況,則采取人均住宅面積估算或者按常住人口比例進行補齊;④研究區旅游活動強度及傳統理水體系數據為2022年實地調研實測。

1.5 數據標準化

為消除不同的評價指標量綱帶來的影響,本文數據的標準化處理方法采用極值法。具體如下[21]:

對于正向指標的處理公式:

Xj=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

對于負向指標的處理公式:

Xj=(Xmax-Xi)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中:Xj為標準化處理后數據;Xi為評價指標原始數據;Xmax為評價指標原始數據最大值;Xmin為評價指標原始數據最小值。

1.6 熵權法確定指標權重

熵權法是一種通過信息量來決定指標權重的定權方法,是一種比較客觀的定權方式,能夠減少由主觀因素決定指標權重時產生的偏差,使結果更加符合實際[22]。由于本研究指標體系中部分指標主觀下影響因素較為接近,難以進行主觀定權,因此本文采用了熵權法確定指標體系中每個指標的權重,計算每個指標權重,具體如下:

第j項指標下第i個分區值占該指標的比重為

(3)

第j項指標熵值為

(4)

第j項指標差異系數為

gj=1-ej

(5)

權重為

(6)

1.7 準則層綜合值計算

在對數據進行上述處理基礎上,加權求和進行綜合評價,分別計算擾動因子、脆性因子以及韌力因子的綜合值。具體計算公式為:

(7)

式中:R可分別為擾動因子、脆性因子和韌力因子;Wj為各指標因子的權重;Pij為各指標數據的標準值。

1.8 內澇韌健度計算

災害風險在一定程度上指災害作用于承災體的過程中承災體受到擾動失穩的程度,這種風險會進一步影響到城市系統的優化適應方式,因此對災害風險的評估從某種意義上也可以說是對城市系統韌健度的評估。參考聯合國國際減災策略委員會(United Nations International Strategy for Disaster Reduction, ISDR)提出的擾動風險評價函數,韌健度與風險度為相反關系[23]。由于城市系統的韌健度是由擾動、脆性以及韌力三者交互影響而成,因而結合歷史文化街區韌健度概念模型可以提出歷史文化街區內澇韌健度(resiliency of historic district system, RHDS)計算公式為

(8)

式中:RHDS為歷史文化街區內澇韌健度;t為擾動因子;v為脆性因子;r為韌力因子。

2 結果分析

2.1 內澇韌性水平評價結果

首先根據對測繪地形圖的水文分析結果,將歷史街區劃分為27個匯水分區,根據評價指標體系分別收集統計各匯水分區數據,隨后對數據進行標準化并計算各指標權重,利用ArcGIS分別對外部擾動、本體脆性和適應韌力3個子系統的數據進行加權疊加,并通過自然斷點分級法將所得結果劃分為5個等級進行可視化,所得結果空間分布圖如圖2所示。

由圖2可知,在擾動因子層面,內澇壓力最大的區域位于解放路北側和西上陽巷兩側,而內澇壓力較大區域從場地東南側向西北側沿傳統街巷延伸,場地南側沿江一帶擾動風險最小,結合場地特征可知:內澇壓力大的區域多為歷史建筑與文保單位密布的區域,建筑密度高且間距小,建筑間死角較多,缺乏開敞空間,地表透水性差且地勢相對較低,雨水難以下滲或外排,從而更容易產生地表積水,引發內澇問題。此外,由于與自然水體之間的聯系受到切斷,孤立的池塘長期保持高水位、低水質的狀態,難以發揮蓄排雨水的作用,內澇風險更加突出。

圖2 擾動、脆性、韌力子系統評價結果Fig.2 Evaluation results of the turbulence, vulnerability and resilience subsystems

在脆性因子層面,脆性最為突出的區域位于廖屋坪巷兩側,較高脆性區域則位于解放路北側,整體而言,街區南部脆性較高而北部較低。其中建成環境尤其是旅游開發相關的指標對脆性的貢獻度較高。結合街區實地特征可知:此類較高脆性的區域內旅游和商業活動最為密集,歷史建筑的密集分布和沿街兩側的商業對人流起到了較強吸引作用,而復雜曲折且多斷頭路的街巷體系使得人群活動流線被拉長,人流更多在此類空間中聚集,從而加劇了歷史建筑的劣化。同時,此類地區又為核心歷史風貌區,歷史建筑和特色街巷在此分布,建筑年代較早且多為二層土木結構,更易受到擾動,脆性特征突出。

在韌力因子層面,韌力最低的區域位于解放路北側街區中心地帶和西上陽巷兩側,高韌力區域則主要位于街區北部,其中傳統理水體系相關指標對評價結果的影響最為突出。結合街區實地特征可知:由于街區內部開敞空間和基礎設施較為匱乏,而外圍區域由于毗鄰城市道路,在災情響應上更具優勢,因而韌力分布總體呈現外圍高而中心低的分布特征。此外,脆性因子較為突出的區域在韌力評估過程中出現高低分化鮮明的特征,這與該區域傳統排水體系的功能保存情況關系緊密,廖屋坪巷兩側區域的歷史建筑老化情況突出,但街巷的原真性保存較為完好,傳統的天井——溝渠排水體系較少受到填埋和淤塞的影響,更能夠發揮作用,而解放路北側和上陽巷兩側區域受新建、改建建筑影響較為突出,歷史建筑多被新建建筑分隔,溝渠斷連失效嚴重,因而呈現出韌力低下的特征。

2.2 內澇韌健度分析結果

將擾動、脆性和韌力3個子系統的評價結果引入式(8)進行計算可得街區內澇韌健度評價情況,利用自然間斷點法將韌健度分為5級,得到街區韌健度評價結果如圖3所示。

由圖3可知:韌健度主要呈現出四周高、中心低的分布特征,低韌健度區域呈南北向分布,地塊東側較西側韌健度更低。韌健度最低的區域主要位于解放路北側與東上陽巷兩端,其中解放路北側區域的低韌健度是高擾動強度和低韌力共同影響的結果,此處建筑密度大且新建建筑與歷史建筑交錯雜亂分布,傳統理水措施斷連失效現象突出;此外,此區域位于街區內部,與周邊道路聯系不緊密,應對極端情況能力不足。在高強度的內澇擾動之下最易出現系統失衡,亟需采取優化提升措施。東上陽巷兩端區域的低韌健度則是較高的擾動強度與較高的脆性共同作用導致的,此處區域內分布有歷史建筑群組且居住人口密度較高,但此處歷史建筑群與街區內其他歷史建筑、文保單位的聯系不緊密,沒有采取統一的修繕保護措施,保存狀況不佳,脆弱性較為突出,需要在后續的保護規劃中予以重視。

圖3 韌健度評價結果Fig.3 Evaluation results of the resiliency

3 空間優化策略與規劃調整建議

3.1 空間優化策略

3.1.1 降低脆性

在保留歷史街區風貌原真性的前提下,針對建筑的保存情況分別提出具有針對性的保護修繕策略,針對保存狀況較差、脆性突出的建筑進行針對性的修繕強化,如加強地基、結構加固和優化建筑防水等,在協調整體風貌,延續空間特色的基礎上,降低建筑本體脆弱性,從而緩解內澇災害對歷史街區的破壞和劣化。同時,重視長期的監督工作,做到定期檢查維護,遏制可能產生破壞的建設、改造行為,對新出現的建筑破損現象及時采取措施。

旅游開發帶來的潮汐性人流活動是歷史街區的一項突出特征,游客的聚集一方面對街區建成環境造成了壓力,加速了建筑的劣化,使建成環境承澇能力下降,另一方面,在旅游旺季時由游客活動產生的排污需求對歷史街區的排水體系造成了顯著的壓力,使街區排澇能力下降。因此需要合理控制旅游開發強度,合理安排開放區、半開放區與封閉區的劃分,盡可能地減小旅游開發的負面影響,降低街區脆性。

3.1.2 提升韌力

傳統理水體系是先民與水共生智慧的結晶,與歷史街區的適應性最強,可以有效地分擔管網系統的排水壓力,降低內澇風險。因而應當充分疏通傳統理水體系,尤其注重關鍵節點的復通,充分發揮天井、人工池塘等措施的傳統功能,在梳理開敞空間的基礎上有序恢復傳統池塘,在保護街區風貌原真性的同時保障內澇安全。此外,傳統的雨水溝渠排放形式可以取消埋地雨水管,節約地下空間,對于歷史文化街區具有很好的適應性:傳統形式的雨水溝渠沿地面鋪設,與常規雨水管道相比,沒有覆土限制、沒有與其他工程管線及與建筑物的凈距等要求,而且施工及檢修相對簡便,特別適合于地面及地下空間緊張的歷史街巷[24]。

建立完善的“自上而下”的預防調控體系,提升“自下而上”的疏散組織能力,提高居民面對內澇災害時的抵抗力、適應力與恢復力。加強對內澇災害的監測與預警,完善救災資源調度,在災害發生前做好防范;疏通道路體系,增加道路密度,定期組織緊急疏散演練,增強災害發生時居民的應對能力;完善基礎設施建設,完善志愿者組織建設,發揮居民能動性,增強街區災后恢復能力。從災害發生全周期出發,全面提升社會韌力。

3.2 規劃調整建議

3.2.1 合理制定分期規劃

廖屋坪歷史文化街區當前正處于歷史文化遺產保護與利用的關鍵階段,街區內部韌性水平亟待提升,頻發的內澇災害對歷史街區的風貌保護提出了重大考驗,并對街區居民的生命財產安全造成了威脅,抵御內澇災害迫在眉睫。因此,應當在近期規劃中針對街區內澇韌性重點發力,及時修繕保存狀況不佳的傳統風貌建筑,降低街區脆性;同時通過降低街區建筑密度、完善傳統蓄排水體系等措施全面提升街區韌力,降低內澇風險。中遠期規劃中則應將重心放在片區人居環境的優化,在保障街區韌性不下降的基礎上修補核心范圍傳統街巷肌理、提升街區活力,合理規劃游覽流線、聯街區重點旅游資源,合理平衡歷史遺產的保護與利用,深度發掘風貌區文化價值。

3.2.2 劃定外圍環境協調區

建議在街區外圍劃定彈性的環境協調區作為歷史空間與現代城市空間的過渡地帶。對該區域中進行的建設活動進行限制與引導,使之符合與歷史文化街區景觀相協調的要求,避免城市出現風貌斷層。同時,在協調區中合理布置公共服務設施,一方面補充歷史街區內部防災、醫療等功能不足,提升街區內空間的公共服務設施覆蓋度,增強街區內澇適應力,另一方面為提升與之相鄰的現代城市空間服務,實現功能整合。

4 結論與討論

歷史文化街區由于建成年代久遠,建筑保存情況復雜,基礎設施相對落后等因素,易受內澇災害的負面影響,本文通過韌健模型構建歷史文化街區內澇韌健水平評價指標體系,結合歷史街區特性,對廖屋坪歷史文化街區的內澇韌健度進行測度,根據評價結果識別出街區內韌健水平較低的地塊,并提出了具有針對性的優化建議。

根據研究結果,街區內部內澇韌健薄弱區主要呈現以下幾點特征:第一,建筑密度大,建筑保存情況差且難以深入的建筑密集區內部多為內澇敏感區;第二,旅游開發強度較高的區域受游客活動影響更易受到內澇侵襲;第三,傳統理水體系受到阻塞和破壞是街區內澇應對能力下降、內澇風險上升的重要原因。在此基礎上,本研究結合韌健模型參照評價結果進而從降低脆性和提升韌力兩個方面對歷史街區內澇韌性提升提出了優化建議,分別為修繕老化建筑、控制旅游開發強度和修復傳統理水措施、提升居民應對能力。

本文通過實證分析明確了歷史街區內澇災害防治的重點,并指出了具有針對性的優化路徑,對歷史街區的韌性城市建設具有一定的參考價值,但仍有不足之處。由于地塊尺度的數據收集途徑有限,所建指標體系未能全面表征歷史街區內澇韌性水平,需要在未來的研究中予以提升。