摘 要： 在全球气候变化和快速城市化的背景下, 雨洪灾害的频发严重威胁现代城市的可持续发展。因此, 近几年海绵城市建设与研究受到社会各界的广泛关注。低影响开发作为海绵城市建设的主导理念, 是控制城市雨洪问题的关键。基于对我国近十年低影响开发相关文献的计量分析, 梳理了这一领域的研究热点及前沿动态, 并从分析诊断、规划决策和技术优化三个层面提出低影响开发研究的总体思路。最后, 对未来低影响开发的方法研究指明了应重点探索的方向。
关键词： 低影响开发; 海绵城市; 计量分析; 文献综述; 展望;
Abstract： In the context of global climate change and rapid urbanization, the frequent occurrence of stormwater is a serious threat to the sustainable development of modern cities. As a result, sponge city construction and research have obtained wide attention from all sectors of society in recent years. As a leading concept for sponge city construction, low impact development is the key to control the rain flood problem of the city. Based on quantitative analysis on literature related with low impact development in recent ten years in our country, we sort out the research hotspots and frontier dynamics in this field, and raise overall framework ideas for low impact development from analysis and diagnosis, planning and decision making and technology optimization perspectives. In the end, we point out the direction of key exploration of method study for low impact development in the future.
Keyword： Low Impact Development; Sponge city; Biliometric analysis; Literature review; Prospect;
随着城市化进程的推进, 城市内涝问题日趋严重, 引起了人们的广泛关注。低影响开发作为土地开发的一种可持续途径, 包括一系列场地规划策略及实践技术, 可以从源头上控制雨水, 实现就地和分散化的管理。20世纪90年代, 美国已经开始低影响开发的研究[1]。近几年在国际上得到了迅速发展, 进入了城市范围内规模化的低影响开发规划建设时期, 并形成了相应的设计标准与技术导则[2,3,4]。近年来, 我国在海绵城市建设工作的推动下, 低影响开发从理念到行动在中国已蔚然成风。通过阅读大量文献, 综述低影响开发的相关研究进展, 并展望我国低影响开发研究未来可能的发展方向与技术方法, 以期为我国尚处于起步阶段的海绵城市建设提供新思路。
1 研究方法与数据来源
1.1 研究方法
利用美国德雷赛尔大学陈超美教授研发的CiteSpace信息可视化工具来分析我国低影响开发研究领域的热点主题及其演进路径, 主要步骤如下:在中国知网导出Refworks格式的文献, 通过CiteSpace自带的数据格式转换为CiteSpace可识别的数据格式;将分析的时间跨度设为2005年—2016年, 间隔为1年;选择Timeline的方式呈现最终分析图谱。
1.2 数据来源
为了对我国低影响开发的相关研究情况做一个全方位的剖析, 本文借助于中国知网CNKI提供的学术期刊全文数据库, 利用文献计量学方法与文献可视化分析工具对近十年来国内发表的有关低影响开发的文献进行检索和定量分析, 以期了解目前我国低影响开发的研究现状。
在CNKI中选择“主题”检索, 检索条件为“低影响开发”、“低冲击开发”, 截止到2017年8月10日, 共检索出830篇相关文献。通过手工筛选, 剔除报道、会议通知、文件、征稿启事、卷首语等, 共得671篇有效文献, 其中重复110篇, 最终获得我国低影响开发相关研究论文的真实数据为561篇, 其中核心期刊文献197篇。
2 文献计量分析
通过对上述论文的文献统计分析, 发现我国关于低影响开发的研究成果自2012年开始呈现快速增长的态势 (图1) , 2006年—2011年为第一阶段, 此时相关研究数量较少, 尤其是核心期刊文献6年发文量仅10余篇。2012年—2016年为第二阶段, 2012年开始成倍数增长, 特别是2014年国家出台一系列推进海绵城市建设的政策后, 相关研究数量迅速上升, 2015年增加到229篇, 2016年更增加到300篇。从关键词的演化图谱 (图2) 可以看出不同时间阶段低影响开发研究领域的前沿及其衍生关系。起初大多的研究是对城市雨洪最佳管理措施、低影响开发理念、水敏感性城市设计和可持续性排水系统等国际主流城市雨洪管理策略与实践的概述。2012年后, 低影响开发实践与应用的相关文献明显增多, 研究热点开始转向下凹式绿地、雨水花园、绿色屋顶等低影响开发设施, 并逐渐集中到暴雨管理模型 (SWMM) 的模拟分析。2014年后, 随着海绵城市建设的热潮, 研究热点集中在年径流总量控制与污染控制等方面。
总体来看, 国内低影响开发研究尚处于初步探索阶段, 现有成果大多基于对低影响开发理论的引介性研究, 以及对低影响开发模式适用性及其水文效应的评估, 并重点分析各类低影响设施对径流水量及水质的控制效果[5,6,7], 较少系统性地关注低影响开发的规划与布局。尽管有学者基于SWMM模型探讨了低影响开发规划目标的制定方法与设施布局的总体思路[8], 或利用城市暴雨处理分析集成模型系统 (System for Urban Stormwater Treatment and Analysis Integration Model, SUSTAIN) 的设施布局工具来设置措施的布局规则 (如排水区域面积、场地坡度、土地类型、地下水位深度、道路缓冲区、河流缓冲带和建筑缓冲区要求距离等) , 筛选符合设置条件的设施布局区域[9]。但大多重点分析低影响开发设施自身特征及其对于各类场地的适宜性[10], 而对于场地现状的内涝风险及排水特征相对较少关注。事实上, 暴雨内涝灾害并非偶然或均有地分布, 它们常常表现出一些特殊的空间格局, 是进行低影响开发规划与设计的重要基础。尤其是我国南方多雨地区, 暴雨内涝灾害频繁发生, 城市防涝在低影响开发规划目标中越来越重要, 但在已有的低影响开发规划方法研究中内涝风险极少被特别提出。2016年冯博为了将低影响开发系统纳入雨水排涝系统, 通过内涝风险评估为控规尺度的径流峰值控制提供依据[11]。然而对于其他尺度的低影响开发规划研究, 内涝风险还未被重视。因此, 尽管我国学者对低影响开发模式的认识和关注不断增加, 但由于缺乏系统有效的低影响开发设计方法, 低影响开发模式与城市排水系统进行协同研究与设计的步伐依旧很慢。
3 低影响开发研究的总体思路
20世纪80年代前, 发达国家面对城市雨洪也主要依靠相对集中的末端处理方式, 但发现其不能有效地从根本解决雨洪灾害, 还存在投入大、效率低、实施困难等难题后, 将城市雨洪控制和利用的内涵逐步扩展到规划、土地开发利用及场地设计的全过程, 并逐渐形成一套全新的以水文学、水生态学为基础的规划理论与方法[12]。目前, 我国正处于发达国家雨洪管理模式面临转型的类似阶段, 解决城市雨洪问题, 应转变传统“快排”的思路, 探索一套适合我国低影响开发研究的框架思路。《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建 (试行) 》的提出已初步构建了一套低影响开发的综合应对体系, 但其对实施过程中的若干技术问题还未明确。本文从分析诊断、规划决策和技术优化三个层面提出低影响开发研究的总体框架思路 (图3) , 主要体现在以下几方面:
图1 近十年来我国低影响开发相关研究文献时间分布图
图2 近十年我国低影响开发相关研究关键词的演化图谱
图3 低影响开发研究的总体框架
(1) 在分析诊断层面, 在城市水文气象、地形地貌、排水管网等基础数据库的支撑下, 识别城市雨洪问题的影响因素与形成机理, 定量评价一定孕灾环境下城市雨洪问题的致灾因子。另外, 要强化对国内外先进雨洪管理模式的详细解读与关键技术手段的引进, 其中包括低影响开发的策略、规划各阶段的决策措施以及技术与设施的优化方法等方面的先进经验。
(2) 在规划决策层面, 根据分析诊断的问题与经验来提出低影响开发的具体策略与路径, 利用雨洪风险评估及安全格局构建等手段合理规划低影响开发重点区域的布局, 分解落实控制目标与相应的指标体系, 规划确定技术设施选型与空间配置的模式, 并将其与城市总体规划、专项规划、控制性详细规划、修建性详细规划及设计、施工、实施评估等多个阶段的决策相对应, 再根据实施效果的评估结果来反馈调节, 不断改善原有的规划策略。
(3) 在技术优化层面, 推广渗透、储存、调节、传输等各类型的低影响技术, 推进设施结构优化进程, 强化设施的下渗及蓄排结合, 提高其在实践中消减洪峰、降低径流系数的效果。对适宜建设大型调蓄场所的情景, 优化集中式雨洪调蓄技术;对于不适宜大型调蓄技术的情景, 优化“化整为零”的分散式调蓄模式与各类设施的组合技术。
结语
现阶段, 我国已转变了依赖大规模工程设施和雨水管网建设的传统思路, 开始探索低影响开发的理论与方法。但是, 在实践过程中, 不少学者发现国外低影响开发的规划设计方法在我国城市应用有一定的局限性, 特别是对于我国南方多雨地区由于暴雨水导致的内涝灾害的防控问题, 可借鉴的经验较少。主要表现在以下两方面:一是欧美国家大多都是低密度社区, 低影响开发和源头控制相对容易。而我国城市, 尤其是大城市开发密度较高, 无法完全效仿国外发达国家通过依赖大范围建设低影响开发设施来将径流峰值和总量控制在开发前的标准;二是随着源头控制模式的推进, 微观尺度的“雨源”增加, 如果规划和设计时, 在非产流区布置低影响设施, 这些区域就会转化为暴雨水的产流区。这样, 不仅没有减少暴雨水流量, 反而增大了场地的内涝风险。因此, 在进行低影响开发规划前, 若能预先考虑场地开发后内涝风险的时空分布规律与排水特征, 并以此作为低影响开发规划设计的依据和支撑, 可进一步增强低影响开发规划的合理性与科学性。
显然, 已有的成果不仅丰富了低影响开发总体框架的内容, 也为今后相关研究的开展提供了分析思路和方法借鉴。尽管如此, 目前相关研究仍略显零散, 偏重于各领域相互独立地分别探讨城市雨洪的相关问题, 并且多集中关注微观场地尺度的控制效果。未来应着重从以下两个方向进行研究:
(1) 由于城市水环境和雨洪问题是跨尺度、跨地域的系统性问题, 也是互为关联的综合性问题, 随着海绵城市建设的推进, 如何处理城市总体规划、专项规划、控制性详细规划、修建性详细规划及设计、施工与实施评估等多个阶段之间以及与之对应的多个尺度之间的衔接关系是目前亟需解决的难题。
(2) 目前我国在空间、管网、水文等信息的监测技术方面相对滞后, 城市的土地利用、水位、雨量、水质、流量等数据资料较为缺乏, 为细化和深化海绵城市相关研究带来难度, 未来应加强城市基础数据监测站网的建设, 在构建完善的城市雨洪数据方面做进一步探索。
资料来源:
图1:作者基于CNKI数据库的检索结果;
图2:作者基于Cite Space以CNKI数据库为来源绘制;
图3:作者自绘。
参考文献：
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