刘 铭
（广州大学建筑与城市规划学院，广东 广州 510006）
随着我国经济社会快速发展，城镇化率增速也在迅速上升。城市扩张开发改变了原本的土地利用方式，导致不透水面面积剧增，地表径流系数变大，暴雨期间易产生过量径流，增加洪泛隐患[1]。由于城市下垫面变化破坏了原有区域自然水循环机制与系统，经过城市区域的地表径流在未经合理管控的情况下会携带着大量污染物，使水体水质降低，水资源难以得到妥善地回收与利用[2]。在气候变化的作用下，极端降雨事件发生的频次正在增加，传统高度依赖灰色基础设施的雨洪管理在应对气候变化持续影响时表现也不够理想[3]。国外对各种雨洪管理措施与技术探索与实践较早，已经具备体系较为成熟的雨洪管理技术，如美国的低影响开发(Low Impact Development,LID)和最佳管理措施(Best Management Practices,BMPs)[4]、澳大利亚的水敏感性城市设计[5]、新西兰的低影响城市设计与开发[6]等。目前我国正处于新时期城镇化高质量发展阶段，急需探索适合我国国情的雨洪管理方法。
海绵城市是在生态文明战略背景下，通过人工与自然的方式对径流进行合理控制，实现城市水资源开发与利用可持续发展的手段措施。2014年，我国在《海绵城市建设技术指南》中提出，海绵城市是指通过加强城市规划建设管理，充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式[7]。优先利用绿色基础设施和科学结合灰色雨水基础设施，基于灰绿生态要素对雨水径流进行控制，实现对雨水径流的“渗、滞、蓄、净、用、排”，以应对极端降雨事件引发的城市洪涝灾害以及促进雨水资源的利用和生态环境保护。
风景园林有着悠久的发展历史，其本质是对于人地关系的处理，运用各种设计手段结合设计要素对场地进行改造或再利用，创造更加宜人的环境[8]。从概念角度，风景园林设计的最终目标与海绵城市的规划目标都以更有效、更生态的手段，协调人与自然的关系，提升环境水平。海绵城市理念的提出，为风景园林设计提供了更多的可能性，丰富了风景园林学科的专业内涵，海绵城市采用的措施与风景园林造景手段能够较好地融合，具有高度契合的特征。风景园林设计是海绵城市建设中的重要一环，实现海绵城市理念与风景园林设计的高度融合，将绿色基础设施耦合灰色基础设施进行海绵城市建设，有利于雨水资源的渗透、积蓄与再利用，实现区域景观可持续发展。
3.1 基于GIS的地形智能分析
在海绵城市理念下，地形塑造是雨水径流初期进行调蓄与缓解地表径流的手段之一。基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)的智能分析技术发展迅速。ArcGIS软件开发公司在软件中集成了一系列水文分析辅助工具，能够辅助相关从业者实现水文分析模型的构建。在与河流分布关联性较强的城市区域，可以基于场地的高程数据，对场地坡度、坡向等信息综合考量，进行场地的集水区划分和进一步分析；
在道路密集的城市区域，可基于路网数据，进行集水区划分，结合下垫面不透水率等数据展开进一步分析。智能化辅助技术的发展，为场地的地形塑造提供了科学的分析基础，为场地后续的水文模型构建和规划设计推敲提供更为精准的场地基础数据与地形情况。ArcGIS水文分析工具及其功能如图1所示。
图1 ArcGIS水文分析工具及其功能
3.2 物联网支持下的绿色屋顶改造
绿色屋顶也称为植被覆盖屋顶，是一种通过在建筑屋顶进行植物种植绿化，利用雨水回收处理系统削减屋面雨水径流的海绵城市建设措施之一。随着物联网技术的不断更新迭代，物联网利用无线传感网络将各类智能设备与互联网实时连接，成为在线运算与实时检测相结合的信息管理系统。利用物联网系统和信息传感器可以检测绿色屋顶的整体水文情况以及资源、能源转化情况，相比以往的自然收集，物联网支持下的绿色屋顶具有高效性与智能性。绿色屋顶在海绵城市规划中面积较小，但承担着重要雨水处理作用，在物联网技术的支持下，能够更好地发挥对雨水的回收、储存与再利用效能，实现更为智能的监测与管理，为海绵城市的建设注入新的活力与动力。
3.3 数字孪生下的下垫面改造
数字孪生是利用数字化手段对真实物理世界的映射，即在虚拟环境中投射真实的场景，便于实时掌握现实场景的变化。数字孪生技术在海绵城市中的应用可以融合视频数据、地图矢量数据和遥感影像等信息，实现自然资源的实时在线监测服务，获取城市不透水面的实时变化。在获取城市不透水面的位置和面积的基础上，能够对设计范围内的下垫面属性进行分类。在不透水率较高的区域，对于道路路基强度和稳定性要求较低的路面或广场地面进行铺装设计时，尽可能考虑使用透水性较好的透水铺装。采用透水材质铺装，能够改善由于地表不透水特征引发的地表径流量快速达到峰值的问题，使部分雨水能够通过透水铺装快速下渗至地下补充水资源或经地下排水设施排出，缓解城市淹水问题。
3.4 灰绿基础设施智能化布局
以绿色屋顶、雨水花园、透水铺装等为代表的海绵设施对地表径流和污染物浓度等均有一定的控制效果。不同的设施在渗透、存储、截污净化与调节等功能上表现出不同的优势，根据实际工程的需求和规划的控制目标，对海绵设施的布置位置、面积和组合方式等进行适当的规划配置，才能在有限的成本和资源中充分发挥海绵设施的效益。近年来涌现了一批智能化的布局优化成果，Lee等[9]利用城市暴雨处理及分析集成模型系统(System for Urban Stormwater Treatment and Analysis Integration Model,SUSTAIM)评估得到BMPs的最优布局位置、类型和成本；
Bakhshipour 等[10]利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)减少灰色基础设施和绿色基础设施耦合方案生命周期成本；
Yao等[11]提出了一种多目标优化框架，利用二代非支配排序遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm -II,NSGA-Ⅱ)搜索能够平衡生态、环境、经济和社会效益的灰绿基础设施耦合布局。智能化的工具和算法为风景园林设计师的规划设计注入了更多的理性思考，辅助设计人员以便捷、高效的方式，多角度提升规划设计效益。
海绵城市理念的提出是处理人地水关系失衡问题上的一大重要举措，我国以保护水资源，强调功能综合为前提，提出海绵城市建设战略。这一理念的实现依靠整个城市生态系统的良好运转以及多部门、多专业、多学科的协同规划与设计。风景园林专业与园林相关部门在海绵城市建设中具有至关重要的作用。在海绵城市建设的指引下，以海绵城市理念为主导，充分发挥海绵设施在利用和保护水资源中的重要作用，能够优化园林景观生态环境，两者的相互协调和有机结合将会在未来城市生态发展中发挥可持续的、积极良好的生态效益和社会经济作用。
我国目前的海绵城市建设进展迅速，但仍存在部分问题。城市中绿色基础设施分布不均，在削减雨水径流、改善地表水污染情况与水量管理优化等方面的功能还需进一步探索，对于绿色基础设施如何基于景观水文过程原理，结合滞蓄雨水、净化水质、改善生态等建设目标，更智能化且有创意地实现相关“海绵体”功能，兼顾社会、美学等其他功能也亟待探索。风景园林学科是海绵城市建设的参与者，二者之间联系密切，具有高度的战略一致性。风景园林不应局限于单纯的绿地改造上，应结合自身学科内涵与中国特色，提出更具前瞻性、科学性和多种功能的海绵城市建设策略，在实践建设中解决具体问题。
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