基于数字景观的海绵城市研究框架、关键技术与实践案例：从水文分析到智能测控

 

摘要：当前，中国海绵城市建设进入系统化全域推进阶段，通用技术框架的研究一直是本领域不同专业间协作的基础与难点。为系统梳理海绵城市实践过程与逻辑，在对其涉及的十大类二十二小类关键技术问题归纳基础上提出了16种数字景观途径，并整合了相关数字技术工具。重点介绍了：

 

1)多尺度海绵城市水文量化分析及管控单元数据库构建；

 

2)基于多目标的海绵城市下垫面结构优化；

 

3)以水文性能为导向的海绵设施布局；

 

4)基于物联传感技术的海绵绩效测控系统建构4项关键技术。结合江苏省内3个不同尺度的海绵城市实践案例对关键技术进行了实证校验。研究结果以期能促进海绵城市实践中风景园林与不同专业间的协同合作，推动我国海绵城市实践向可科学定量解读、可循证推广的数字化工作流程转变，助力新时期的海绵城市建设。

 

1研究背景

 

近50年来，针对城市化过程中产生的内涝、径流污染、水资源短缺等城市水环境问题，世界各国相继构建了可持续城市雨水管理体系，旨在通过生态化措施尽量维持城市开发建设前后水文特征一致[1-3]。海绵城市是中国为系统解决城市水环境问题提出的城市雨洪管理概念与水生态基础设施，并逐渐成为国家生态文明战略的组成部分[4-5]。

 

随着国家政策的推动，近年来我国海绵城市实践数量呈指数型增长，面对当下量大面广的海绵城市建设需求，实践过程中也存在全生命周期量化研究缺失、规划设计成果精准性不高、实践流程不便于重复推广、海绵城市绩效无法实时效验等问题。当前，我国海绵城市建设已进入系统化全域推进阶段，以统筹谋划、系统化实施为抓手，在区域流域、城市、设施、社区等不同层级进行系统研究成为当前海绵城市工作的重点[6]。

 

海绵城市是一项系统工程[7]，其过程涉及若干关键阶段，具有复杂系统特征[8]。与此同时，海绵城市实践涉及多个学科专业，困于不同专业间知识、工具、技术及数据衔接不足，通用技术机制与流程一直是制约当前实践跨专业协同的瓶颈问题。

 

面对系统化全域推进海绵城市建设挑战，风景园林专业如何参与其中一直是本领域学者讨论的重要议题。近年来，绿色雨水基础设施、景观水文、生态智慧与生态实践[9-11]等创新、交叉研究方向都在探索系统解决城市水系统问题的方法与途径。风景园林学者提倡的“构筑水-绿复合型城市绿色基础设施，系统解决城市及绿地的旱涝问题”“优化城市水文环境，实现多生态目标耦合”等海绵城市系统化构建策略[12-13]，都为解决新时期海绵城市实践面临的挑战提供了理论参考。

 

从实践对象看，我国海绵城市建设对象如城市道路、广场、绿地、水体等开放空间与风景园林实践对象具有高度一致性。从实践目标上看，风景园林工程生态可持续目标与海绵城市水生态、水环境目标同样具有一致性。因此，如何探索与水文水资源、城市水务等海绵城市相关专业的协同融合，也是当前风景园林学科更好服务海绵城市建设的必然要求。

 

 

海绵城市规划设计过程具有量化分析、模拟计算等诸多数字特征，数字景观则为解决其规划设计问题提供了新的思路。数字景观涉及方法与技术2个层面含义：数字景观方法强调景观系统设计过程中的定量、系统和逻辑化思考，通过建立规则和约束条件构建问题模型，运用算法等对模型进行求解与分析[14]。数字景观技术则综合运用地理信息、遥感遥测、大数据、智能算法、虚拟现实等数字技术，对景观信息进行采集、监测、分析、模拟、创造与再现等，数字景观技术是数字技术在风景园林领域的应用与创造。

 

时至今日，数字景观方法与技术密切深入到风景园林研究、设计、建设与管控过程，并在低影响开发与生态安全、海绵城市实践与绩效、可持续研究等领域产生了深远影响[15]。在海绵城市实践过程中，从基础信息采集获取、数据分析模拟到规划设计成果表达、海绵系统运行管理都离不开数字过程，数字景观方法与技术可辅助海绵城市实践，提高其精度与效率。

 

结合当前国家战略、社会需求及学科发展趋势，在前人研究基础上，本文重点尝试构建数字技术支持下的海绵城市研究框架，探索数字景观解决上述问题的方法与途径。