翟慧敏 ,謝文全 ,楊先武 ,劉 冰 ,何靜敏 ,夏 佩

(信陽師范學院 地理科學學院，河南 信陽 464000)

0 引言

近年來，城市化的迅猛發(fā)展和氣候的逐漸變化，給城市發(fā)展帶來一系列新的現(xiàn)實問題.據(jù)統(tǒng)計，近年來，我國300多個城市均發(fā)生過不同程度的內(nèi)澇災(zāi)害[1]，這些內(nèi)澇災(zāi)害不僅僅對城市的發(fā)展造成了較大影響，也對市民的生命財產(chǎn)安全造成了嚴重威脅，還導致了城市水污染、城市水資源浪費、城市生態(tài)環(huán)境破壞和城市防洪的壓力增大等問題的產(chǎn)生，這些問題日益突出，逐漸成為資源節(jié)約型和環(huán)境友好型城市建設(shè)的短板.從源頭節(jié)約水資源、緩解城市內(nèi)澇，改善城市生態(tài)環(huán)境在城市發(fā)展過程中已經(jīng)呈現(xiàn)出迫在眉睫的態(tài)勢.針對此問題，我國借鑒國外的先進經(jīng)驗而提出構(gòu)建海綿城市的設(shè)想.海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用，提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生[2].海綿城市以低影響開發(fā)為開發(fā)理念，著力追求開發(fā)前后水文特征不變，力求對原有生態(tài)環(huán)境的破壞降到最低.這就要求海綿城市建設(shè)的過程中，既要充分利用生態(tài)的“彈性”的措施，又要與人工的“剛性”工程設(shè)施進行有效銜接.從而建海綿城市建設(shè)可以最大限度地減少城市開發(fā)建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響，將70%的降雨就地消納和利用.

預(yù)計到2020年，城市建成區(qū)20%以上的面積達到目標要求；到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積達到目標要求[3].因此，“海綿城市”可以緩解水資源短缺、洪澇災(zāi)害、城市熱島、霧霾等多方面的城市化帶來的生態(tài)環(huán)境問題，是傳統(tǒng)開發(fā)模式的轉(zhuǎn)變，從粗放的建設(shè)模式向生態(tài)文明發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變[4].本文以信陽市為例，探討基于生態(tài)海綿體評價的海綿城市規(guī)劃，為中小城市的海綿城市建設(shè)提供參考.

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

信陽市位于河南省南部，東與安徽為鄰，南與湖北接壤，左扼兩淮，右控江漢，承東啟西，屏蔽中原，素有“三省通衢”之稱[5].信陽市處于中國南北分界線—秦嶺淮河線上，是亞熱帶和溫帶的過渡地帶，具有亞熱帶氣候向暖溫帶氣候過渡的雙重特點.夏季炎熱、冬季寒冷，年均降水量1000～1300 mm，降雨量主要集中于夏季[6]，水資源相對中原其他地區(qū)較為豐富.

海綿城市研究的內(nèi)容大多集中在城市，故本文的研究范圍界定為信陽市中心城區(qū)，根據(jù)信陽市城市總體規(guī)劃(2013—2030)，結(jié)合信陽市行政邊界、自然山體邊界、城市發(fā)展方向和趨勢、城市遠景用地需求等因素，中心城區(qū)范圍大體控制在北至滬陜高速以北彭家灣鄉(xiāng)、洋河鎮(zhèn)以南，東至五里店辦事處東側(cè)行政邊界，南至上天梯行政邊界、震雷山風景保護區(qū)外圍及東雙河鎮(zhèn)和十三里橋鄉(xiāng)北部地區(qū)，西至南灣湖風景區(qū)名勝區(qū)邊界和107國道，總面積590 km2.信陽市中心城區(qū)坐落于浉河沿岸沖積平原的盆地之中，其地勢西部和南部較高，中部和東部較低.

1.2 研究方法

本文研究的生態(tài)海綿體評價和生態(tài)適宜性評價類似，生態(tài)適宜性評價方法最早由美國賓夕法尼亞大學麥克哈格(McHarg )教授提出，將其定義為由土地具有的水文、地理、地形、地質(zhì)、生物、人文等特征所決定的、對特定、持續(xù)性用途的固有適宜性程度[7],生態(tài)適宜性評價融合了生態(tài)學、經(jīng)濟學、地學及其他相關(guān)學科的原理和方法,是一種綜合性的研究方法[8].主要是根據(jù)土地系統(tǒng)固有的生態(tài)條件分析并結(jié)合考慮社會經(jīng)濟因素,評價其對某類用途的適宜程度和限制性大小,劃分其適宜程度等級[9].生態(tài)適宜性評價可以為城市規(guī)劃的用地發(fā)展策略、功能布局和生態(tài)功能分區(qū)等提供科學依據(jù)[10].因此，本文借助生態(tài)適宜性評價的相關(guān)方法對生態(tài)海綿體進行評價.

2 信陽市生態(tài)海綿體評價

建設(shè)海綿城市必須要有海綿體，海綿體又稱海綿要素，海綿體又可以分為生態(tài)海綿體和人工海綿體.生態(tài)海綿體是城市建設(shè)之前就存在的自然要素，例如林地、河流、湖泊、濕地、坑塘等.這些生態(tài)海綿體可以調(diào)節(jié)城市氣候，具有吸水、凈水、蓄水等功能.它們的調(diào)洪蓄水能力以及自我修復(fù)能力強于人工海綿體[11].

2.1 海綿體現(xiàn)狀分布

本文以2016年信陽市土地利用現(xiàn)狀為底圖，利用遙感影像對信陽市中心城區(qū)生態(tài)海綿體要素進行提取，再利用ArcGIS對照和糾正，識別出信陽市的河流、林地、濕地、坑塘等重要的生態(tài)海綿體(見圖1).結(jié)果發(fā)現(xiàn)信陽市的林地主要分布在信陽市的南部和西部地區(qū)，濕地主要分布在浉河的兩岸，水系主要分布在信陽市中部的浉河和北部的幾條小河流，坑塘主要分布在浉河支流的附近以及北部幾條河流的附近.

圖1 生態(tài)海綿體分布現(xiàn)狀Fig. 1 Ecological cavernous distribution

2.2 評價因子選取

生態(tài)海綿體評價就是對生態(tài)海綿體功能高低的評價，生態(tài)海綿體的主要功能體現(xiàn)在水土保持，截留凈化，蓄水能力，生態(tài)排水等方面.本文根據(jù)各要素對海綿體功能影響的不同，選取不同的因子，其中最主要的主要有地形因子、水因子、植被因子和用地狀況(見表1).地形因子對水土保持能力的影響比較大，一般高程和坡度直接影響土地的侵蝕程度和用地的穩(wěn)定性；水因子影響著海綿體的蓄水能力和生態(tài)排水能力，水因子的容納能力與海綿體的容納能力成正相關(guān)；植被因子不僅影響著生態(tài)海綿體的水土保持能力還影響著生態(tài)海綿體的截留凈化能力，在一定的程度上還影響著生態(tài)海綿城市的蓄水能力，植被是土地的防護衣，可以起到保持水土的作用，同時植被根部的一些菌類可以對水體中的污染物進行分解，在一定的程度上起到凈化的作用.

表1 生態(tài)適宜性評價因子Tab. 1 Evaluation factors of ecological suitability

2.3 海綿體單因子評價等級劃分

依據(jù)信陽市的具體情況和各個因子對海綿性的影響不同，對海綿體的各個要素進行等級劃分，采用賦分法如“1、3、5”代表海綿體海綿性能的高低，結(jié)果見表2.

表2 生態(tài)海綿要素單因子評價等級劃分Tab. 2 The classification of single factor of ecological sponge

2.4 海綿要素的權(quán)重確定

權(quán)重是用來衡量海綿要素的各個單因子對海綿體功能發(fā)揮的影響程度，權(quán)重值越大，表示其影響越大.確定權(quán)重是生態(tài)海綿體分析的重要一步.其權(quán)重的精確度影響最終的結(jié)果，為了提高精確度減少主觀因素的過度干擾，本文采用層次分析法來確定因子的權(quán)重.具體步驟如下：

(1)建立成對比較矩陣

A對B時相比較時，賦予各個因子比較值1、3、5；B對A相比較時，賦予各比較值1、1/3、1/5.

5．對道德的排除。由于科學技術(shù)的非政治化，使其將舊意識形態(tài)所關(guān)注的道德實踐問題剔除出去，“技術(shù)統(tǒng)治的意識所反映的不是道德聯(lián)系的顛倒和解體，而是作為生活聯(lián)系的范疇——全部道德的排除。所以技術(shù)統(tǒng)治意識形態(tài)的核心是實踐和技術(shù)的差別的消失?！保?0］(P70)

(2)計算因子權(quán)重

將每個要素因子按照表2中的性能高低進行打分，計算出每一行中的幾何平均值，再對所有的幾何平均值進行求和.然后單行的幾何平均值除以所有幾何平均值之和，即可得到因子的權(quán)重，結(jié)果見表3.

表3 因子權(quán)重值 Tab. 3 Factor weight

對權(quán)重值進行檢驗，計算出其權(quán)重的整合度(C.I.)值(見表4)，結(jié)合海綿要素的整體情況，其權(quán)重的整合度允許值在0～0.1，對于小于0.1的權(quán)重值比較合理，對于大于0.1的權(quán)重值需要重新比較確定.經(jīng)計算其整合度(C.I.)=(合計得分的算術(shù)平均-項目數(shù))/(項目數(shù)-1)，其值為：[(7.4490+6.1392+5.8209+5.6382+5.3851+5.4208)/6-6]/(6-1)=-0.0049<0.1，其值小于0.1.權(quán)重值合理.

表4 限制型模式C.I.值計算表Tab. 4 Calculation of restricted mode C.L. value

2.5 生態(tài)海綿要素評價結(jié)果分析

運用ArcGIS軟件對選取的因子的數(shù)據(jù)進行處理，然后結(jié)合生態(tài)海綿體的海綿性等級劃分的標準進行處理，得到選取因子的評價圖(見圖2).

圖2 選取因子評價圖Fig. 2 Analysis o f the gray scale of the sponge

3 信陽市海綿城市建設(shè)分區(qū)研究

圖3 生態(tài)海綿體分析灰度圖Fig. 3 The grayscale analysis of ecological sponge

對各因子的評價圖進行加權(quán)疊加分析，將各個單因子圖層和各自的權(quán)重相乘，利用ArcGIS9.2中Spatial analysis的Map Calculator工具進行疊合，得到結(jié)果圖層，即得到生態(tài)海綿體的海綿性分析灰度圖(見圖3).在灰度圖中，顏色越深代表此區(qū)域生態(tài)敏感性越強，越需要加強保護，必須限制建設(shè)開發(fā)；顏色淺，則反之.根據(jù)生態(tài)海綿體的海綿性分析灰度圖的評價值，在結(jié)合信陽市的實際情況，將信陽市的海綿城市建設(shè)分3 個區(qū)(見圖4).第一是低影響開發(fā)區(qū)，基本為城市建成區(qū)，主要是中心城區(qū)，此區(qū)域建設(shè)用地的開發(fā)強度大，開發(fā)方式粗放，造成可用于建設(shè)生態(tài)海綿體的面積較小.但是可以在此建設(shè)具有“蓄、排、滲”為主要功能的工程.第二是生態(tài)保護區(qū)，此區(qū)域位于信陽市的西部，中部和北部的片區(qū)，主要是密林和河流水系所在地.由生態(tài)海綿城市分布現(xiàn)狀圖(圖1)可知，西部的林地資源較為豐富，可以在這部分設(shè)置“蓄、滲、滯、凈”為主要功能的工程，例如水土保持工程.第三是生態(tài)修復(fù)區(qū)，此區(qū)域分布地勢低洼，在河流的附近分布有許多濕地和坑塘.隨著城市的建設(shè)，部分生態(tài)環(huán)境遭受破壞.對于此區(qū)域可以建設(shè)具有“排、蓄”功能為重點的工程.

圖4 海綿城市規(guī)劃分區(qū)圖Fig. 4 The division of sponge city design

3.1 低影響開發(fā)區(qū)措施

低影響開發(fā)區(qū)主要是在城市建成區(qū)，尤其是中心城區(qū).在中心城區(qū)中，此區(qū)域的地面硬化程度高、范圍廣，因為主客觀條件的限制，在短時期內(nèi)很難實現(xiàn)全面地改建，這就要求我們進行合理有序的低影響開發(fā)與更新.因此，要秉承對生態(tài)環(huán)境最低影響的原則，對開發(fā)強度加以合理的控制，以保障對城市原有生態(tài)環(huán)境最小的破壞.在此區(qū)域內(nèi)開展以“排、滲、滯”為主要功能的工程措施.

(1)可滲透路面

可滲透路面將部分水下滲到土壤中，不僅可以減輕排水管道的壓力，還可以及時補充地下水，在一定的程度上對促進城市水有序循環(huán)具有重要的意義.水體下滲，可以避免道板在水體中長時間的浸泡，同時也可以延長道路的使用壽命.對信陽市建成區(qū)的道路進行有序的改造，使得道路成為承接“排、滲、滯”等功能的主要場所.

綠色屋頂是利用建筑屋面的空間種植花草樹木，改善生態(tài)環(huán)境，營造綠化空間的屋面.首先，綠色屋頂可以通過綠色植物吸收空氣中的二氧化碳放出氧氣以及吸附塵埃固體顆粒等，在一定程度上可以起到凈化空氣、美化環(huán)境的作用.其次，植物的葉子在夏季通過蒸騰作用和蒸發(fā)作用，起到增濕降溫的作用；在冬季又像保溫層起著保溫作用.再次，綠色植物的根系吸收和儲存雨水，可以增加屋頂儲水和減少屋面排水的作用.最后，綠色屋頂對建筑物還具有保護的作用，在夏季降溫和冬季保溫的同時，降低了屋頂?shù)臏夭?，同時也阻擋了陽光對屋面的直接照射，也就減輕屋頂膨脹和收縮，使得建筑物出現(xiàn)裂縫的概率減小，也延長了屋頂?shù)氖褂脡勖?

(3)生態(tài)草溝

生態(tài)草溝是海綿體的重要組成部分，生態(tài)草溝可以減少地面徑流的排放，將雨水儲存于植物根系和土壤中，一方面，生態(tài)草溝可以起到儲存雨水，增加空氣的濕度，調(diào)節(jié)局部小氣候的作用，另一方面，生態(tài)草溝還可以保持水土的作用，同時對維持生態(tài)多樣性具有重要作用.

3.2 生態(tài)保護區(qū)措施

海綿城市生態(tài)保護區(qū)內(nèi)擁有豐富的林地和水體等天然的生態(tài)海綿要素，擁有寶貴的生態(tài)資源，此區(qū)域的“蓄、凈、滲、滯”的功能相對較強.在海綿城市建設(shè)中，我們要充分發(fā)揮和利用這個區(qū)域要素的優(yōu)勢，開展一些水土保持工程，水體凈化工程等，可以有效地削減城市徑流、節(jié)約水資源、保護和改善城市生態(tài)環(huán)境.為建立完善的具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市系統(tǒng)作鋪墊.具體措施如下：

(1)在城市總體規(guī)劃中劃出城市藍線對水生態(tài)敏感區(qū)進行保護.并在對水生敏感性區(qū)進行保護的過程中，要注意優(yōu)化水域、岸線、濱水區(qū)、周邊綠地布局，明確保護和開發(fā)的空間.尤其是對浉河和南灣湖的保護.劃出城市藍線，確定地表水體保護和控制的地域.

(2)在城市總體規(guī)劃中合理的確定城市綠地系統(tǒng)開發(fā)規(guī)模和布局，確定保護范圍.把信陽市的賢山和震雷山納入保護的范圍，保護賢山和震雷山以及城市中原有的天然林地，草地，并將其劃入非建設(shè)區(qū)，劃定城市綠線進行保護.并充分地發(fā)揮綠地系統(tǒng)的滲透、調(diào)蓄和凈化的功能.

3.3 生態(tài)修復(fù)區(qū)措施

由于生態(tài)海綿體受到一定的條件限制，所以，我們需要調(diào)節(jié)和改善這些限制條件，以便于恢復(fù)和修復(fù)生態(tài)海綿體原有的功能，提高生態(tài)海綿體的適宜性.

(1)在城市中保留足夠的生態(tài)用地，為城市的生態(tài)環(huán)境建立綠色的保障系統(tǒng).與此同時，也為恢復(fù)建設(shè)以前的生態(tài)環(huán)境提供可能.例如，要維護浉河兩岸的重要濕地，保持原有的生態(tài)功能.

(2)改變城市的建設(shè)模式.將城市原有的粗獷的發(fā)展模式改變成低影響的開發(fā)建設(shè)的模式.同時，需要對粗放經(jīng)濟下受到破壞的自然環(huán)境，進行合理有序的生態(tài)恢復(fù)和修復(fù).

(3)合理設(shè)置預(yù)處理設(shè)施.對未進入浉河和北部小河流的雨水或廢水進行預(yù)處理，既可以采用生態(tài)預(yù)處理的方式，也可以將雨水和廢水進行人工預(yù)處理.生態(tài)預(yù)處理即在雨水未進入河流之前，就流經(jīng)河岸邊的綠地系統(tǒng)，綠地中的微生物在一定的程度上具有凈化水體的作用，同時還可以對哦雨水進行截留和蓄滲；人工預(yù)處理就是將雨水輸入處理廠，進行處理后再排入水體.水體的預(yù)處理設(shè)施可以減輕水體的污染，在一定的程度上可以起到保護水體的生態(tài)環(huán)境作用.

(4)生態(tài)海綿體的各個要素之間要有效銜接.除了在水體進入河流湖泊之前進行預(yù)處理、加強水體和綠地系統(tǒng)的聯(lián)系之外，還可以通過改良土壤、平緩地形等方式，將低影響開發(fā)措施融入綠地規(guī)劃設(shè)計中，盡量滿足周邊雨水匯入綠地進行調(diào)蓄的要求.

4 結(jié)論

通過生態(tài)海綿體分析，對信陽市的海綿體建設(shè)現(xiàn)狀進行調(diào)查，獲取信陽市生態(tài)海綿體分布現(xiàn)狀.借鑒生態(tài)適宜性的評價方法對信陽市生態(tài)海綿體進行評價，根據(jù)評價結(jié)果，將信陽市的海綿城市規(guī)劃分為3個區(qū)：生態(tài)保護區(qū)、低影響開發(fā)區(qū)、生態(tài)修復(fù)區(qū)，并針對各個區(qū)域提出相應(yīng)的措施，為信陽市的海綿城市規(guī)劃提供一定的依據(jù).由于生態(tài)海綿體的等級標準無法精確的確定以及主觀因素的干擾，導致其生態(tài)海綿體的權(quán)重可能存在一定的誤差.以后會繼續(xù)對此問題進行研究，以求探索出精確的結(jié)果.