【文章精选】洪涝韧性导向下高密度沿海城市适应性转型规划评估——以深圳红树湾片区为例 | 2023年第4期

【作者简介】

陈碧琳，华南理工大学建筑学院博士研究生

李颖龙，广州市城市规划勘测设计研究院注册规划师、工程师， 通信作者

提要

气候变化加剧、极端天气事件频发背景下，高密度城市沿海地区面临严峻的洪涝灾害威胁。基于复杂适应系统和演进韧性中适应性转型的相关理论，通过协同普遍韧性和洪涝特定韧性，以分层图析方法将韧性特征转译至城市空间形态系统的景观生态空间、街道网络、街区与建筑等3 个要素层，耦合量化评估与动态分析，构建洪涝韧性导向下适应性转型规划评估体系。运用该评估体系，借助GIS 及其空间网络分析插件sDNA、景观格局指数分析软件Fragstats以及Mike21模拟台风“天鸽”风暴潮洪涝淹没情况，对典型高密度城市沿海地区深圳红树湾片区进行实证研究，量化评估传统与适应性转型两种规划干预模式的韧性水平。结果显示，相比传统规划路径，适应性转型规划干预提升了多样性、连通性、模块化、冗余性等普遍韧性以及应对洪涝灾害的吸收、应急反应与恢复能力等洪涝韧性特征，在极端天气引发的洪涝灾害冲击下仍维持城市系统的正常运行，为同类型地区建设提供一个基于自然的适应性解决方案。

关键词

洪涝韧性；高密度沿海城市；适应性转型规划；量化评估

1 引言：气候变化加剧背景下实现高密度沿海地区洪涝韧性与适应性转型的挑战

1.1 传统洪涝灾害风险管理缺乏应对气候变化加剧的动态适应性评估框架

当前全球面临气候变化加剧、极端天气事件频发的威胁。热岛效应导致海平面上升，2009 — 2018年我国海平面每年上升5.5 mm；沿海地区洪涝灾害频发，2017年台风“天鸽”导致珠江口水位超过历史极值，其增水幅度、潮水位及破坏强度远超200 a堤防标准。以往基于稳态思维的传统规划干预强调静态刚性的单一抵御，难以应对动态变化的不确定因素和极端情况。构建城市应对气候变化的动态适应性规划框架，降低城市系统受外部扰动的程度，成为城市气候适应性响应的紧迫任务。

1.2 高密度城市沿海地区洪涝韧性导向下的适应性转型规划探讨不足

深圳是粤港澳大湾区的超大沿海城市，红树湾片区（图1） 作为深圳典型高密度沿海地区，面临2个城市建设主要矛盾：①复杂的自然生态本底与高度集聚的社会经济要素的矛盾，反映了高密度城市发展长期性普遍问题，包括：高生态敏感度下如何划定沿海自然保护空间、高密度集聚下如何集约利用沿海有限建设空间、高效率需求下如何构建安全活动环境3个命题；②气候变化下洪涝灾害频发与沿海区实现安全防灾的矛盾，体现了沿海洪涝灾害管理阶段性特定问题。

图1 深圳红树湾片区区位及研究区域示意图

针对普遍问题，已有研究就物质空间、社会资本、管理制度等试图确立涵盖全系统要素的韧性概念框架，然而这种全覆盖方法难以精确叙述指定冲击的动态适应情景；针对洪涝特定问题，学界聚焦于建立流域尺度的洪水模型分析动态成因，就绿色设施、市政排水等要素提出韧性策略，该研究路线注重开展单个要素精细化洪涝适应性设计，但容易导致过度关注单一防控手段而忽略未知危险的“堤防效应”。因此，本文尝试厘清长短期风险，以动态适应视角回应高密度城市沿海地区的普遍与洪涝特定问题，制定洪涝韧性导向下适应性规划评估体系及干预路径。

2 溯源：复杂适应系统理论推动城市韧性实践从静态刚性到动态适应的转变

2.1 动态认知：基于复杂适应系统的演进韧性为动态适应性规划干预提供理论工具

霍林在1973年率先提出韧性概念，早期研究多集中在生态学和工程学领域，城市韧性一般被描述为城市系统在面临干扰时恢复单一稳态的刚性能力。随着韧性理论的嬗变，以复杂适应系统（complex adaptive system， CAS） 为基础，形成演进韧性的动态认知。CAS是由主体与环境相互作用的非线性要素系统，具有聚集、非线性、流、多样性等4个特征，主体通过学习与积累经验逐步适应环境和改变结构，从而推进系统动态演进。适应性转型是演进韧性所定义的城市系统动态转型模式，主体是街区网络、建筑和绿地公园等“多样性”物质空间要素， 通过“ 集聚” 形成“流”。在外部环境相互作用的过程中，城市韧性作为应对不确定扰动事件的工具，基于自然生态和安全风险，动态分析和预判历史变化及未来情景，因时因地开展城市适应性规划，及时监测多方案模拟情况并做出调整，促进城市的“非线性”动态转型。

2.2 动态方法：基于适应性转型的解决方案实现城市规划干预的韧性响应

城市规划干预为应对未知的城市问题和不确定的风险提供了可靠的模式，是促进城市适应性转型的一种有力手段。耦合城市韧性与适应性转型的规划干预从单一静态、刚性抵御转向动态、适应环境变化的转型策略，将不断调整的空间组合作为其发展轨迹不确定性的来源和应对策略，根据动态情景采取及时行动，当城市韧性水平跌破适应性临界值时，开展额外的韧性干预，从传统旧结构中识别风险并转化为发展机会，形成适应发展需求的新结构。

通过梳理国际典型高密度沿海城市韧性规划实践案例，归纳出洪涝韧性导向下适应性转型规划主要通过生态景观系统化、交通网络连通化、街区功能复合化以及洪涝韧性基础设施建设等4个空间维度的干预措施推动城市适应性转型。见表1。

3 思考：构建洪涝韧性导向下高密度城市沿海地区适应性转型规划量化评估体系

3.1 协同普遍韧性与洪涝特定韧性：城市适应性转型规划干预的需求

城市韧性根据时间维度和干扰源类型分为普遍韧性与特定韧性。从时间维度看，普遍韧性满足城市系统应对不确定性冲击的长期转型需要，支撑城市平时稳定运行；洪涝特定韧性则通过城市宏观格局和细部空间响应洪涝灾害的短期冲击以满足应急管理需求。从干扰源类型看，普遍韧性集成自然灾害、事故、公共卫生、社会安全等多风险作用叠加的安全韧性系统，表现为吸收可预知和不可预知的任何类型干扰的能力，包含多样性、连通性、模块化、冗余性等共性空间特征；洪涝特定韧性以单一洪涝灾种为切入点，开展复杂化风险分析，制定未知极端事件的应对策略，旨在提升城市系统适应洪涝灾害的3种韧性能力，即灾时吸收、应急反应和灾后恢复能力。见图2。

图2 适应性洪涝灾害管理的3种韧性能力作用机制

普遍韧性与洪涝韧性存在共性与个性的关系。共性存在于个性之中，个性体现共性特征，并在一定条件下相互转化。如街道网络在平时城市系统运行过程中具有连通性和冗余性等普遍韧性特征，在洪涝灾时作为城市生命线工程之一，表现为避难场所连通性和疏散通道的冗余性等洪涝韧性应急反应能力。因此普遍韧性特征在洪涝特定灾害发生时仍具有有效性，并局部转化为洪涝韧性能力，发挥城市系统适应洪涝灾害的韧性效能。

洪涝韧性导向下适应性转型规划干预需协同普遍韧性和洪涝特定韧性。洪涝灾害不仅对高密度沿海城市的人口、经济和社会活动造成巨大损失，还会引发山体滑坡、河道淤塞、土地盐碱化、水环境污染、病菌和疫病等次生灾害，诱发级联效应，引起城市综合系统的韧性反馈。适应性转型规划干预需以应对不确定性为目标，对洪涝风险作出适应性响应，采取具体的安全防灾行动降低灾损率，关联洪涝灾害灾前预防、灾中应急和灾后恢复等3 个阶段的韧性措施；同时还需提升城市回应多种可能产生的次生灾害干扰的整体适应能力，确保灾后城市正常运行的综合适应性系统建设。

3.2 转译韧性特征至城市形态系统：建立城市物质空间与普遍、特定韧性的交互框架

城市空间形态是城市系统实现韧性的着力点，也是适应性转型规划干预的物质载体。基于CAS组织异质、复合和连续的城市空间，结合典型韧性案例将适应性理论应用于规划干预措施的路径，即整合城市形态中生态景观、交通网络、街区功能和洪涝基础设施等4个维度，以图析方法分解城市形态的主要物质要素层，将普遍和特定韧性特征转译至形态要素。韧性城市形态的主要物质要素层包括：景观生态空间、街道网络、街区与建筑。景观生态空间作为“自然基底层”，由水系、绿地等子系统组成，对其他要素层起限定作用，其适应性涵盖景观结构、功能连通性和洪涝灾害的吸收能力。街道网络从属于“网络设施层”，是人流、物流、信息流的空间骨架，其适应性一般见于空间连通性和冗余性，可增强城市应对洪涝灾害的应急反应能力。街区与建筑作为“社会占用层”，由用地和建筑模块等子系统构成，是社会经济活动的物质载体，其适应性侧重城市组团的功能多样性，提高洪涝灾害恢复能力。

3.3 耦合量化评估指标与动态分析：构建洪涝韧性导向下的适应性规划动态评价体系

针对高密度沿海城市建设的2个主要矛盾，适应性规划干预主张：①提升城市形态的普遍韧性特征，如多样性、连通性、模块化、冗余性，以可持续的方式平衡生态保护和城市发展；②增强应对沿海高密度地区洪涝灾害威胁的适应性能力，包括吸收、应急反应和恢复能力。本文在协同普遍与洪涝韧性基础上，基于城市形态要素分层图析，耦合量化评估与动态模拟分析，建立韧性特征与城市空间及洪涝干扰因素之间的复杂关联，构建洪涝韧性导向下适应性规划评估体系。

首先，通过韧性特征在城市形态系统的转译确定景观生态空间、街道网络、街区与建筑等3类要素层，划分景观生态空间网络连通性、应对洪涝灾害的吸收能力，街道网络连通性、冗余性、应对洪涝灾害的应急反应能力，街区与建筑的功能多样性、模块紧凑度、应对洪涝灾害的恢复能力等8项韧性一级指标。其次，确定一级指标在不同洪涝场景下的动态评价权重。基于普遍韧性与洪涝韧性的共性与个性协同关系，根据动态适应性路径，按洪涝事件发生概率划分平时、一般洪涝、极端洪涝等3类情景。洪涝韧性指标权重与洪涝发生概率呈负相关关系，即越低概率的洪涝事件造成越严重的灾害后果，越需加强洪涝韧性干预的力度。将深圳市平时、一般和极端洪涝事件的发生概率进行标准化处理，得出一级指标在不同情景下的动态评价权重（表2）。

再次，引入城市规划量化研究工具细化二级指标。景观生态空间韧性水平借助Fragstats软件对景观格局进行测度；街道网络韧性水平可基于GIS平台运用sDNA进行可达性和中介度等拓扑特性计算；街区与建筑韧性水平则通过用地功能指标、设施兴趣点密度进行度量。最后借助丹麦DHI公司开发的Mike21水动力分析软件模拟洪涝事件的动态场景，综合评价规划干预的洪涝适应性水平，形成洪涝导向下适应性转型规划评估指标体系。见表3。

4 实证：基于洪涝动态场景模拟的红树湾片区适应性转型规划量化评估

针对深圳红树湾片区生态环境高敏感度与高强度社会经济活动的矛盾，基于控制性详细规划的传统规划干预模式和适应性转型规划干预模式呈现出两种不同的城市韧性设计响应。见图3和表4。

图3 红树湾片区传统规划与适应性干预

4.1 评估方法与数据来源

运用洪涝韧性导向下适应性转型规划评估指标，根据各要素层所呈现的空间特征观察不同子系统的韧性情况，整合各要素层的空间特性综合评价整体城市系统的适应性水平。借助GIS及其插件sDNA、Fragstats 等软件工具， 通过Mike21模拟风暴潮洪涝淹没情况，量化评估传统与适应性两种规划干预的韧性水平。其中，台风“天鸽”导致深圳沿海水位超过历史极值，风暴潮的增水幅度远超200年一遇的堤防标准，因此将其作为极端不利条件进行洪涝淹没模拟。见表5。

4.2 景观生态空间适应性转型规划评估

4.2.1 普遍韧性：从大型集中绿地到立体分散式生态网络，提升景观生态网络连通性

为应对沿海生态环境高敏感度问题，传统规划干预在片区植入中央绿轴大型面状绿地，连接华侨城湿地、欢乐海岸、滨海公园与红树林保护区，构建红树湾片区的基本景观格局与生态保护安全底线。适应性转型干预在此基础上增加沿街绿带、街区广场、口袋公园等线性绿化连接以及屋顶景观平台、架空绿化生态踏脚石等点状绿化，搭建“面—线—点”立体分散式生态网络，进一步提高生态网络连通性特征。

在景观结构连接度方面，与传统规划干预相比，适应性干预下的蓝绿景观斑块面积（CA） 增加约43.5 hm²，CHOHESION值增加了6.62，说明立体分散式蓝绿生态网络比集中式大型绿地更利于提升景观结构的连通性。在景观功能连接度方面，蓝绿景观斑块面积的CONNECT 值由26.54% 提升至28.73%，ENN_MN 值由27.87 m 下降至25.53 m，改善了城市物种的生存环境和活动空间。在连续贯通的立体生态网络支持下，适应性干预提升了生态景观空间普遍韧性中的连通性特征。见图4。

图4 传统与适应性规划干预下红树湾片区景观生态网络连通性对比

4.2.2 洪涝韧性：基于蓝绿海绵网络与水循环动力系统，构筑应对洪涝的吸收能力

一方面，依托立体分散式生态网络构建蓝绿海绵网络作为适应性干预的一种基于自然的解决方案，赋予红树湾片区较强的洪涝吸收能力。在应对严重的风暴潮洪涝灾害时，集中绿地吸收和净化外来洪水，立体分散式绿地网络截留和渗透内部涝水，控制地表径流。红树湾片区内81.7% 的地块绿化覆盖率在35%以上，立体绿化系统与洪涝淹没区重合度达37 %。片区共约650 hm²的绿化面积，可储存约619万m³的水量，发挥截留雨水和涝水的作用。

另一方面，景观适应性干预构建连通深圳湾—大沙河—华侨城湿地—欢乐海岸的循环水动力系统疏通和调蓄潮水，降低风暴潮海浪冲击带来的涌潮压力。在发生台风“天鸽”极端洪涝事件时，风暴潮增水和增浪超过堤岸高程和排水口高度，传统刚性防洪措施失效，洪、潮越过堤岸进入红树湾片区，水动力系统和地面海绵体成为容纳洪、潮、涝的洪泛区，储存和下渗雨水，通过市政排水系统集水经由泵站排放至外海。在水动力系统作用下洪峰流量降低，从而滞缓洪峰发生的时间。片区在极端洪涝事件洪峰流量出现时间由23日12时延缓至23日13时，洪峰流量从1187.69 m³/s削减至734.18 m³/s，降幅超过1/3 （图5），发挥洪涝吸收作用，回应沿海环境脆弱性，构建应对洪涝灾害威胁的生态安全系统。

图5 红树湾片区适应性景观干预及其介入前后应对洪涝灾害的吸收能力分析

4.3 街道网络空间适应性转型规划评估

4.3.1 普遍韧性：从平面小街区密路网到多表层慢行网络，提升模块组合连通性与冗余性

传统规划干预采取平面“小街区密路网”模式，以紧凑高效的交通组织回应高密度建设区高效联系需求，体现普遍韧性连通性与冗余性特征。适应性干预通过多表层的城市空间立体化组织，沿轨道交通站点展开，构建由城市道路、首层内街、空中廊道、地下步道和垂直交通组成的互联互通的立体网络，满足多种沿海活动场所空间安全性需求。

借助sDNA量化测度，多表层立体网络步行半径内的Nqpde均值是传统规划干预路网的3.4倍，步行可达性大幅增强。通行路径数量增加了1.5倍，可替代的冗余路径选择增加。片区内主要东西干道滨海大道和白石路的车行中介中心性从传统规划干预至适应性干预穿行度分别降低了7次和2次，城市干道的穿行依赖性降低，路网空间冗余度提升。因此，路网密化、多表层系统等适应性优化措施干预保障了高密度地区城市活动的高效开展和道路设施的安全运行。见图6。

图6 传统与适应性规划干预下红树湾片区街道网络的慢行可达性与中介度对比

4.3.2 洪涝韧性：提供弹性冗余的应急备份预案，构筑应对洪涝的应急反应能力

因沿海缓冲空间有限，即使堤面高度达200年一遇标准，片区仍受洪潮冲击，适应性干预的关键应对措施是建立冗余备份的空中疏散通道，在缺少缓冲带的低洼地区组织安全路径。借助Mike21软件模拟，去除“天鸽”中被淹没的街道路径（淹没深度≥0.5 m），在传统规划的分析样本中， 路径损失达42.4%， 适应性干预样本路径损失33.6%，灾损率明显下降。淹没后的传统规划的路网步行可达性比淹没前下降了37.5%；而在适应性干预下，尽管部分路径失效，但淹没前后步行范围内可达性和中介度差距不大，Nqpde均值几乎不变，步行连通性未受洪涝影响。因此，空中疏散通道的冗余备份保障了应急安全疏散效率，局部链路损失不至影响街道网络总体运行。

适应性干预的另一措施是建立弹性冗余的应急备案。除传统规划设置的3个基本应急避难场所外，灵活利用片区中包括会议中心、体育馆、学校、文化展览等设置在地势较高、未被洪涝影响的室内大型公共场所，在风暴潮和洪涝灾害期间提供冗余安全的庇护所。将红树湾片区未被淹没的26个应急场所与淹没后的路网步行可达性进行空间关联，应急场所步行可达性较高，均值达0.16km-1。当洪涝灾害发生时，片区人群在步行范围内快速疏散至应急避难场所。见图7。

图7 传统与适应性规划干预下红树湾片区应对洪涝灾害的应急反应能力分析

4.4 街区与建筑空间适应性转型规划评估

4.4.1 普遍韧性：从功能分区到立体复合单元，提升单一模块多样性与紧凑度

针对沿海高强度集聚要求与建设空间有限的矛盾问题，以集约节约用地为原则，传统规划基于片区职住平衡考虑混合工作与生活功能，划分商务办公区与居住配套区。功能区内以单一性质用地为主，混合用地（≥2种用地性质且各项功能建筑面积占比＞10%） 仅占约10%。适应性干预则进一步提升了细分控制单元的用地混合程度，即单一模块的功能多样性，整体混合用地占比达50%。与传统规划相比，适应性干预在保持片区超过550万m²的建设总量基础上精细化管控屋顶花园、口袋公园、步行广场等立体公共活动空间，以灵活集约的方式在高密度城市环境中释放更多的开放场所，片区公共活动空间占比达50% 以上，反映了单一模块紧凑度的提升。

4.4.2 洪涝韧性：适应性功能布局和提供冗余关键服务设施，构筑应对洪涝灾害的恢复能力

街区与建筑的适应性干预包含2方面：

（1） 建筑功能布局要具有适应性。沿海布置会议中心、文化展览等低脆弱性、低强度建筑功能，将高脆弱性、高强度的城市建筑如商业办公、住宅、医院、学校和交通枢纽等布置在未被淹没、地势较高的安全区域。滨海建筑考虑防风抗湍流设计，建筑形态以高度较低（≤20 m） 的散点状为主，做底层架空处理，缓解与洪潮的直接对抗。经洪涝模拟，“天鸽”灾后淹没街区22个，耦合各类型土地利用脆弱性等级系数和容积率系数，红树湾片区在适应性干预下土地利用灾损率为14.0 %，比传统规划的灾损率下降了2.4 %。

（2） 提供冗余、高可达的关键服务设施体系。配备综合医院、社区健康服务站等医疗卫生保障设施以及超市、便利店等必要生活需求的购物设施，与多表层交通网络联系，保障购物、就诊等必要活动。灾后红树湾片区关键服务设施98个，经核密度分析，片区设施整体分布密度9.6个/km²，其中白石洲密度最高（86.4 个/km²）， 其次是深超总组团（57.6个/km²）。关键服务设施步行可达性均值为0.13 km-1，较高可达性的设施主要集中在深超总组团，表明其多表层步行系统与设施耦合程度较高，可加快该组团在洪涝灾后正常运作的恢复速度。上述两点有效提升片区应对洪涝灾害的恢复能力，构建“生命线”系统保障灾后城市基本功能正常运行。见图8。

图8 适应性干预下红树湾片区应对洪涝灾害的恢复能力分析

5 结果与结论

将上述传统与适应性转型干预的量化评估结果进行正向化、归一化处理，衡量洪涝韧性导向下红树湾片区两种干预模式下3个空间形态要素层及整体适应性水平（表6），因“天鸽”为极端洪涝事件，故一级指标的权重WG = WF = 1。

（1） 景观生态空间层面。适应性干预在绿化覆盖率和洪峰时刻延缓时间这两方面提升显著，凸显了该韧性措施所构建的立体分散式生态网络在高密度环境下对城市公共空间的补充，以及蓝绿海绵网络与水动力系统应对极端洪涝事件的有效调蓄作用和吸收能力。

（2） 街道网络层面。适应性干预通过多表层慢行网络增强了系统连通性，进而提供高可达、不被淹没的空中廊道连接冗余弹性的应急避难场所，提升城市系统应对洪涝灾害的应急反应能力。

（3） 街区与建筑层面。适应性干预有效提高单一模块紧凑集约的功能多样性，并通过适应性功能布局以及提供在洪涝灾害后更高的分布密度和可达性的冗余关键服务设施加强城市系统的恢复能力。

（4） 总体适应性层面。红树湾片区适应性干预在3 个空间形态要素层一、二级指标的韧性水平均优于传统规划干预，即在高效利用城市空间、完善景观生态空间的三维覆盖和连接程度、增强街道网络立体可达性、提高多功能的空间叠合水平方面的提升尤为显著。见图9。

图9 传统与适应性规划干预下红树湾片区形态要素层及总体适应性评价

综上所述，本文基于复杂适应系统和演进韧性，构建洪涝韧性导向下适应性转型规划的评估体系，对典型高密度城市沿海地区深圳红树湾片区进行实证研究，量化评估传统与适应性转型两种规划干预路径的韧性水平。相比传统规划干预，适应性转型规划干预在多样性、连通性、模块化、冗余性等普遍韧性以及应对洪涝灾害的吸收、应急反应与恢复能力等洪涝韧性特征方面具有显著提升，在极端天气引发的洪涝灾害冲击下仍维持城市系统的正常运行，为沿海高密度城市环境下气候变化加剧、洪涝频发的问题提供了一个动态适应性转型解决方案。

本文引用格式：陈碧琳, 李颖龙. 洪涝韧性导向下高密度沿海城市适应性转型规划评估——以深圳红树湾片区为例[J].城市规划学刊,2023(4):77-86.（CHEN Bilin, LI Yinglong. Flood-Resilience-Oriented Adaptive Transformative Planning and Assessment of High-Density Coastal Cities: The Case of the Mangrove Bay Area, Shenzhen[J]. Urban Planning Forum,2023(4): 77-86.）

本文为《城市规划学刊》原创文章 

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