【摘要】在气候变化和城市化的影响下，城市地区的生态环境负荷加重，回流、雨污溢流和水质恶化等一系列雨洪管理问题屡见不鲜。绿色雨洪基础设施因其多功能性而受到关注，但现有的绿色雨洪基础设施选址方法通常聚焦于雨洪削减这一特定效益，而忽略了其社会和环境效益。加拿大魁北克市博波尔区的绿色雨洪基础设施选址决策系统将绿色雨洪基础设施的多种效益统筹考虑，有助于提升绿色雨洪基础设施的社会认可度和实施效果。本文在界定绿色雨洪基础设施及其效益的基础上，以加拿大魁北克市博波尔区的实践为例，详细介绍选址决策系统的设计与应用，以期为我国海绵城市建设中绿色雨洪基础设施的规划选址、建设和管理提供参考和借鉴。
在快速的城市化进程中，高强度的人类活动使大量自然空间遭到侵占和破坏，城市地区不透水下垫面的比例显著增加，原有的自然水文生态过程被阻断。与此同时，全球气候变化增加了极端天气气候发生的概率和强度，导致极端暴雨天气频发，短历时暴雨强度增加，极端降雨天数增加。城市化和气候变化的影响造成城市地区地表径流峰值增加，径流总量增大，汇流时间缩短，径流污染物负荷加剧，引发排水系统回流、溢流以及水质恶化等一系列雨洪管理问题。依靠传统灰色基础设施的“硬排水”模式难以应对复杂的城市雨洪问题。随着全球环境保护和可持续发展理念的普及，城市雨洪管理的目标从单纯的实现“雨水快排和内涝控制”向“污染削减、源头控制、城市景观改善、投入产出效益最大化”等综合目标转变。绿色雨洪基础设施（GSI: Green Stormwater Infrastructure）正在替代传统的灰色基础设施。与灰色基础设施不同，绿色雨洪基础设施除了调整水文特征、改善水质等基础功能之外，还兼具提升城市空间品质与应对气候变化的韧性等多种功能。另一方面，虽然绿色雨洪基础设施对雨水有着很好的处理能力，具有较高的综合效益，其建设成本却是不菲。以我国海绵城市建设为例，总建设成本为1.6亿~1.8亿元/k㎡，其中渗、滞、蓄等源头绿色雨洪基础设施项目投资约占1/3，巨大的资金需求无疑成为绿色雨洪基础设施大规模实施的阻碍。此外，2016年，半数以上海绵城市建设试点城市出现的严重内涝引起了公众对绿色雨洪基础设施作用的质疑。国外实践经验表明，绿色雨洪基础设施是雨洪管理的强有力系统，但其性能的发挥仍然因设计、安装以及场地条件而有所不同。面临资金与社会舆论的双重压力，在规划和实施绿色雨洪基础设施时，审慎选择绿色雨洪基础设施的布置场地以确保最优水文性能的实现，最大限度发挥绿色雨洪基础设施的综合效益是非常重要的。然而，现有的选址方法往往聚焦于雨洪削减的单一目标，绿色雨洪基础设施的综合效益并未凸显。虽然若干绿色雨洪基础设施实施决策方法已经发展成型，但其中大部分无法帮助决策者在城市区域内确定适合布置绿色雨洪基础设施的场地，仅仅是为预定地点选择合适的基础设施类型提供了支撑。加拿大魁北克市博波尔区（Beauport, Quebec City）在实施绿色雨洪基础设施的过程中，探索出一种参与式决策系统，该系统旨在帮助城市在气候变化的背景下优化绿色雨洪基础设施的选址，以降低城市脆弱性作为实施绿色雨洪基础设施的目标，将绿色雨洪基础设施多种效益统筹考虑，并为各领域专家、官员和公众之间提供信息共享。该系统应用于社区中，识别出数个能够发挥绿色雨洪基础设施综合效益的布点。本文拟通过对该决策系统的介绍，为我国绿色雨洪基础设施选址提供借鉴。绿色雨洪基础设施的概念由绿色基础设施的概念发展而来。绿色基础设施的理念雏形可追溯到150多年前的美国自然规划与保护运动，而后几经发展。1999年，美国保护基金会（The Conservation Fund）和农业部森林管理局（USDA Forest Service）组织的工作小组首先对绿色基础设施作出定义，即绿色基础设施是由水道、湿地、森林、野生动物栖息地和其他自然区域，绿道、公园和其他保护区域，农场、牧场和森林，以及荒野和开敞空间所组成的相互连接的网络。此后，随着绿色基础设施理论的进一步发展，英美等国的相关政府机构、行业协会也分别给出定义，绿色基础设施的内涵不断深化，经历了从宏观的区域绿地网络架构到中微观的土地开发和雨洪管理策略的发展过程。随着雨洪控制利用在绿色基础设施中的地位日趋重要，西雅图公共事业局（Seattle Public Utilities）提出了“绿色雨洪基础设施”这一概念，特指应用于城市雨洪管理领域的一类绿色基础设施。鉴于此，也有学者将绿色雨洪基础设施称作狭义的绿色基础设施。在我国海绵城市的术语中，绿色雨洪基础设施充当着海绵城市最终落实的“海绵体”角色。充分发挥绿色雨洪基础设施在“渗、滞、蓄、净、用、排”等方面的雨洪管理服务功能是海绵城市建设的核心。绿色雨洪基础设施按不同的空间尺度可以划分为宏观、中观和微观三个层面，分别对应海绵城市建设中的超标雨水径流排放系统、雨水管渠系统和低影响开发雨水系统，贯穿于城乡规划编制的各个层面。其中，微观层面的详细规划强调绿色雨洪基础设施在建设方案上的落实，该层面的绿色雨洪基础设施规划可操作性最强，是海绵城市建设中雨洪管理效果最明显的尺度。本文所介绍的选址策略正是基于微观层面的绿色雨洪基础设施展开。雨洪削减是绿色雨洪基础设施最基础的效益，也是其与灰色基础设施的相似之处。然而，真正使绿色雨洪基础设施有别于灰色基础设施的，是其雨洪削减之外的其他效益，如社会效益和环境效益等。基于各城市雨洪管理实践进展、气候类型以及政府管理体制等因素的考虑，达格奈斯等（Dagenaiset al.）选取了美国波特兰（Portland）、费城（Philadelphia），德国康斯柏格（Kronsberg）以及加拿大多伦多（Toronto）等四个大规模实施绿色雨洪基础设施的城市进行了案例研究。总体而言，在社会效益方面，绿色雨洪基础设施能够为居民提供具有生态功能的自然景观，提升生活质量以及增强美感、娱乐性、教育性等方面的体验；在环境效益方面，绿色雨洪基础设施有助于改善空气质量，节约能源，缓解城市热岛效应，增加生物多样性（表1）。各城市的特有效益存在差异，例如：波特兰、费城和多伦多更加注重对生活质量的改善，包括提升空气质量和提供绿色休闲场所；而康斯博格在这几方面则显得不够重视。事实上，效益上的侧重与各个城市雨洪管理实践的推动力和主要目标密切相关。波特兰、费城和多伦多是在水质恶化、合流制溢流（combined sewer overflows）反复发生的背景下，受到相关法律法规的约束而开展雨洪管理实践的，其雨洪管理的主要目标在于恢复流域健康（watershed health），提升人居环境质量。康斯博格作为一个展示可持续发展理念的新区，其雨洪管理的主要目标在于维持场地的水量平衡（water balance），在其雨洪管理实践中，落实国际景观和规划设计竞赛的最新理念，展示公共空间的美学吸引力成为更受关注的方面，景观设计也因此比工程技术受到更多关注。从这个层面来看，波特兰、费城和多伦多的经验更具普适性，因为许多城市的现有情况与它们当时面临的情况相似。魁北克借鉴波特兰、费城和多伦多的经验，并加入了降低城市脆弱性的考虑。
表1 绿色雨洪基础设施的特有效益
2 综合效益最大化的选址方法
2.1 试点区概况
在魁北克南部，受到气候变化的强烈影响，降雨强度不断增加。与此同时，城市化地区的不断扩展导致不透水下垫面的增加和植被覆盖率的减少。以魁北克省蒙特利尔大都市区（Montreal Metropolitan）为例，城市化地区的面积每年增加10k㎡，林地面积相应削减7k㎡。加拿大可持续发展部（The Ministry of Sustainable Development）的公告显示，魁北克省各城市雨污合流制管网溢流的发生频率在每年50次以上。试点区位于加拿大魁北克省魁北克市博波尔区（图1），地处圣劳伦斯河（Saint Lawrence River）沿岸的河谷地带，地势低洼，地形平坦。该区属温带大陆性湿润气候，四季分明，降水充沛，年均降水量达1190mm。全区面积为74.07k㎡；2016年人口数量为80817人，人口密度为1091人/k㎡。该区51%的面积为不透水下垫面，拥有工业、商业和住宅等多种功能区（图1），每个功能区在水质、可用空间、产权划分等方面各不相同，因此选取博波尔区开展试点具有典型性和代表性。此外，当地政府官员强烈的参与意愿也是促成在此开展试点的原因之一。
图1 试点区区位与土地利用图
项目团队开发出一种基于地图的选址决策系统，该系统在魁北克市举办的跨学科研讨会中得到了完善——可以用来确定绿色雨洪基础设施的布点，并选择最适合该地点的绿色雨洪基础设施类型。系统由四个步骤组成（图2），每一个步骤都需要使用地理信息系统创建一个或多个地图，通过叠加这些地图可以识别出潜在的需要实施绿色雨洪基础设施进行干预的地点。下文将对这四个步骤做具体介绍。
图2 绿色雨洪基础设施选址决策系统的一般流程
2.2.1 步骤一：排除不宜实施绿色雨洪基础设施的地段地段被排除的原因主要有两种：一是该地段具备天然的雨洪调节能力，如自然保护区、风景名胜区、河岸缓冲带、湿地和林地等；二是该地段不符合雨洪管理手册中的相关技术标准，即污染严重的地段（因生产、储存、处理燃料或其他有害物质而产生严重径流污染的地段）、坡度过大的地段以及地下水位过高的地段均不适宜实施绿色雨洪基础设施。在规划实践中排除不宜实施绿色雨洪基础设施的地段，有利于从源头进行雨洪管理并尽量减少绿色雨洪基础设施实施给场地带来的改变。本步骤需使用自然保护区图、风景名胜区图和林区图等识别出具备天然雨洪调节能力的地段；使用地下水水位图、土地利用现状图、坡度图、水文土壤图等识别出不符合技术标准的地段。具体到试点区，作为参照的相关标准源于《多伦多地区低影响开发雨洪管理指南》（Low Impact Development Stormwater Management Manual of the Nearby Toronto Region）、可持续发展部的雨洪管理指南，以及此前魁北克省应对环境和气候变化的实践。根据上述标准，坡度≥5%的地段应当被排除，以确保进入生物截留地段的径流量足够小，能够适当过滤和下渗雨水；地下水位与绿色雨洪基础设施底部的距离≤1.2m的，以及因生产、储存、处理燃料或其他有害物质而产生严重径流污染的地段也不宜实施绿色雨洪基础设施。通过将自然保护区图、风景名胜区图、林区图、地下水位图、土地利用现状图、坡度图和水文土壤图叠加，识别出不宜实施绿色雨洪基础设施的地段（图3）。
图3 不宜实施绿色雨洪基础设施的地段
2.2.2 步骤二：根据水文调整目标确定可实施绿色雨洪基础设施的地段在排除不宜实施绿色雨洪基础设施的地段后，根据水文调整的目标初步确定需要通过实施绿色雨洪基础设施进行干预的地段。水文调整目标包括减少合流制溢流、控制侵蚀、减少污水管道堵塞、改善水质、补给含水层等。这一步需要结合含水层分布图、地下水水位图、排水系统图、雨洪问题分布图等对引起溢流、侵蚀、回流、水质污染、含水层下降等问题的区域进行准确识别。试点区面临的主要雨洪问题是溢流，以减少合流制溢流发生的频率和规模为目标，通过对地下水位图、溢流点分布 图和排水系统图的分析，识别出反复发生溢流的地段【受限于当地法律法规，溢流点分布图未能在公开资料中展示】。2.2.3 步骤三：确定优先实施绿色雨洪基础设施的场地步骤三的基本思路是依据潜在的社会效益、环境效益、社会脆弱性（social sensitivity）和区域脆弱性（territorial sensitivity）确定需要优先实施绿色雨洪基础设施的场地。其中，可能产生环境效益的场地，根据环境问题数据进行识别绘制；可能产生社会效益的场地，通过城市规划确定的目标和各类政府文件来确定。城市规划目标和各类政府文件实际上承载着已达成共识的公众关切和愿望，通过分析城市规划目标和政府文件有助于识别区域问题。对社会脆弱性和区域脆弱性的分析是确定各场地实施绿色雨洪基础设施优先次序的关键一步。社会脆弱性是通过选取与社会系统相关的人口和社会经济的关键指标体系，计算社会脆弱性指数（social vulnerability index）来衡量，制作社会脆弱性地图的目的是识别对风险更为敏感的人群分布情况。区域脆弱性的评价借鉴了德科勒等的评价方法，选取居民生活需求、城市保障系统、经济活动、城市管理等四大类指标进行分析，制作区域脆弱性地图的目的是识别面临一定风险的重要基础设施。最后，通过将可能产生社会效益和环境效益的场地分布图与社会脆弱性、区域脆弱性地图叠加在一起，以确定优先实施绿色雨洪基础设施的场地。可能产生环境效益的场地依据公共部门提供的空气质量和热岛等环境问题数据进行识别绘制。例如：潜在的热岛效应区域是依据魁北克省公共卫生研究所（Public Health Institute）绘制的地图确定，该地图中标识有白天地面温度偏高的区域（图4）。可能产生社会效益的场地依据《魁北克城市社区规划》（The Québec Urban Community Planning Diagram）、《城市发展综合规划》（The Planning and Development Master Plan）以及各种配套文件的规划目标和项目团队实地考察的结果进行绘制（图5）。
图4 试点区热岛图
图5 根据城市规划目标确定的可能产生社会效益的场地
根据试点区具体情况，社会脆弱性评价中选取了居民总数及其变化、75岁及以上人口比例、14岁及以下人口比例、有3个孩子及以上家庭的比例、单亲家庭的比例、失业率、低收入者比例、租房比例、移民比例、少数族裔比例和25岁及以上人口中文盲比例等12项指标，老年人、儿童和新近移民等被认为是弱势群体。在对主要因素进行分析后，将每项指标的分值按区域汇总并绘制成图（图6a）。区域脆弱性在居民生活需求方面选取老人住房、社会住房、普通住房、卫生服务机构、中小学及幼儿园、图书馆、社区娱乐和体育中心分布等指标进行分析；城市保障系统方面选取交通设施、通信设施、电力设施、污水处理设施、危险品生产及仓储所等指标进行分析；经济活动方面选取工业建筑、商业建筑分布等指标进行分析；城市管理方面选取警察局、消防局分布等指标进行分析。将每项设施的分值按区域汇总并绘制成图（图6b）。将社会脆弱性、区域脆弱性地图叠加得到脆弱性综合分析图（图6c）。
图6 社会脆弱性、区域脆弱性与脆弱性综合分析
综合社会效益、环境效益、社会脆弱性和区域脆弱性分析结果，识别出两个需要优先实施绿色雨洪基础设施的场地（图7）。该地段可以提供所有的特有效益并且具有较高的区域脆弱性和社会脆弱性。
图7 优先干预场地
2.2.4 步骤四：确定实施绿色雨洪基础设施的类型根据步骤一中使用的雨洪管理相关技术标准，综合考虑场地径流来源（径流质量）、可供实施绿色雨洪基础设施的空间、下垫面特性（透水或不透水）、屋顶坡度等因素，确定试点区优先场地实施绿色雨洪基础设施的类型。本步骤需使用水文图、土壤图来判断径流的来源和质量，使用航拍图以识别平屋顶、可用空间，以及下垫面类型。在步骤一中雨洪管理相关技术标准（表2）及试点区建成环境的约束条件下，优先考虑实施绿色屋顶（green roof）和生物截留池（bioretention）等源头绿色雨洪基础设施（atsource GSI）项目。排水区、水质、土壤渗透性、屋顶坡度、可利用的透水下垫面等因素共同决定了安装源头绿色雨洪基础设施的类型（绿色屋顶、生物滞留池）。3 现阶段我国微观层面绿色雨洪基础设施规划的关键环节在我国海绵城市建设过程中，微观层面绿色雨洪基础设施规划一般包括现状调研、目标设定、用地选择与优化、设施比选、设施布局与设施规模确定等关键环节。根据前述决策系统的一般流程，此处选取现状调研、目标设定、用地选择与优化和设施比选四个环节进行分析（图8）。现状调研阶段，在注重发挥绿色雨洪基础设施基础功能的单一目标导向下，规划区域基础分析及数据库构建主要依据水文气象、地形地貌、竖向设计、土地利用和雨水管网等工程技术领域的数据资料；目标设定阶段，规划围绕“雨洪调蓄”的核心控制目标，注重径流总量控制、径流污染控制、排水防涝和雨水资源利用；用地选择与优化阶段，规划遵从节约用地、兼顾其他用地、综合协调设施布局的基本原则；设施比选阶段，基于“成本—效益”评估的核心逻辑，规划在考虑设施的场地适宜性的同时，注重经济成本与控制功效。整体而言，当前我国微观层面绿色雨洪基础设施规划过程中，仅围绕“雨洪调蓄”的核心控制目标，更加注重绿色雨洪基础设施基础功能的发挥，对绿色雨洪基础设施的社会、环境等效益尚未给予足够关注，不利于最大限度地发挥绿色雨洪基础设施综合效益。
图8 我国微观层面绿色雨洪基础设施规划的关键环节及其优化建议
4 思考
我国海绵城市建设由于起步较晚，建设成本较高，当前还处于初期阶段，以中央和省两级住建和财政部门组织遴选部分城市、项目先行先试的试点模式为主。考虑到海绵城市建设的系统性，在初期的试点阶段应当审慎开展绿色雨洪基础设施的选址工作，识别出最能发挥其综合效益的区域，优先实施绿色雨洪基础设施，以提高社会认可度和实施效果。因此，博波尔区以识别出优先实施场地为目标的决策系统，对于我国尚处于初期阶段的海绵城市规划建设具有重要的借鉴意义。（1）建构基础分析数据库时应将反映社会、环境效益与脆弱性的指标纳入其中。绿色雨洪基础设施效益的发挥不仅受到场地自然条件的影响，也会因地段的社会经济属性差异而有所不同。在不同的脆弱性条件下，同等效益的绿色雨洪基础设施也会收到不同的社会评价。海绵城市建设的初期阶段，在确定雨洪问题区域后，根据社会、环境效益以及脆弱性的差异来进一步确定优先实施绿色雨洪基础设施的场地，对于提高项目实施的社会认可度大有裨益。（2）开展绿色雨洪基础设施选址时应坚持综合效益最大化的目标和原则。绿色雨洪基础设施的理念与灰色基础设施“以排为主”的理念存在根本不同，其内涵更加丰富，在水文调整的目标之外，更肩负着城市景观改善、投入产出效益最大化等多样化目标。在规划目标设定时，应跳出“就水文论水文”的工程思维，而是运用系统思维，坚持综合效益最大化的目标和原则，将绿色雨洪基础设施视为盘活当地水生态系统的纽带，充分发挥其提升社会、环境效益和降低城市脆弱性的作用。（3）将绿色雨洪基础设施的社会、环境效益纳入“成本—效益”的评估框架中。现阶段设施比选中，“成本—效益”评估注重经济成本与控制功效，实质上是单一目标导向的体现。为了更加全面地评价绿色雨洪基础设施的效益，应扩充“效益”的内涵，充分考虑绿色雨洪基础设施的社会、环境效益。（4）建立统一的绿色雨洪基础设施布局和数据管理平台。一个完善的数据管理平台不仅可以在选址与布局阶段提供必要支持，也可在项目实施后进行长期监测，为选址方法的完善和后续布局提供依据。（5）博波尔区的决策系统是在跨学科研讨会上不断完善的，绿色雨洪基础设施的实施往往需要市政、规划、环保、水利、园林等多个领域的分工与协调。在规划、实施绿色雨洪基础设施时，应注重促进跨学科、跨部门的信息共享以提高系统的综合效益。作者：柯磊，南京大学建筑与城市规划学院，硕士研究生翟国方（通信作者），南京大学建筑与城市规划学院，教授，博士生导师。guofang_zhai@nju.edu.cn施益军，博士，浙江农林大学风景园林与建筑学院，讲师周姝天，南京大学建筑与城市规划学院，博士研究生
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