暴雨内涝防治视角下面向城市更新规划的不透水地表空间格局优化模拟

Urban rainfall waterlogging is serious in many Chinese cities during the process of rapid urbanization. As impervious area impacts greatly urban environment, the deficiency in the consciousness of ecological and environmental security of urban impervious area pattern is one of important influencing factors on urban waterlogging. To combine infiltration and storage method through soil and vegetation with underground pipe network discharge has become the main process mode for urban waterlogging prevention. However, optimization and geosimulation of urban impervious area pattern together with underground pipe network renewal is a challenge. For the optimization and simulation of urban impervious area pattern in the viewpoint of environmental effects of impervious area, three aspects of research will be focused on. Firstly, driving factors and the dynamics of impervious area will be analyzed. Secondly, effects and mechanism of impervious area on hydrological environment will be explored. Finally, an optimization and geosimulation system of urban impervious area pattern based on complex multi-target will be developed through coupling geosimulation model and modified rainfall runoff model. Optimization scenarios and adjustment measures of urban impervious area pattern towards urban waterlogging prevention will be proposed using the optimization and geosimulation system. This research will promote the extension of urban geography and optimization of urban impervious area pattern research, and be helpful for urban renewal planning. The research also meet the requirement of GIS development and livable city.

近年来我国城市暴雨内涝频发，内涝防治工作任务艰巨。引导雨水通过土壤、植被等下渗蓄存和地下管网排放这两种处理方式相结合，是目前城市暴雨内涝防治的主流模式。但如何在地下排水管网改造基础上，实现透水-不透水地表空间格局优化改造，是该模式面临的一大挑战。城市更新为实施该项优化改造提供了契机。本项目以广州市主城区为典型研究区域，面向城市更新规划中的暴雨内涝防治目标，采用野外地理调查、空间数据探索等方法，以及水文模型、地理优化模拟等技术，在研究城市不透水地表空间格局的降雨径流效应和机理基础上，耦合水文模型和地理模拟系统，结合地下排水管网改造设计，构建多目标城市不透水地表空间格局优化模拟的技术方法和体系。研究成果可为城市更新规划提供不透水地表空间布局优化的理论补充和地理学方法案例，为暴雨内涝防治提供雨水渗蓄视角下的空间决策支持技术体系，并服务于地理信息科学与智能技术研究，满足生态宜居城市建设的需求。

近年来我国城市暴雨内涝频发，内涝防治工作任务艰巨。引导雨水通过土壤、植被等下渗蓄存和地下管网排放这两种处理方式相结合，是目前城市暴雨内涝防治的主流模式。但如何在地下排水管网改造基础上，实现透水-不透水地表空间格局优化改造，是该模式面临的一大挑战。城市更新为实施该项优化改造提供了契机。本项目以广州市主城区为典型研究区域，面向城市更新规划中的暴雨内涝防治目标，采用野外地型理调查、空间数据探索等方法，以及水文模、地理优化模拟等技术，在研究城市不透水地表空间格局的降雨径流效应和机理基础上，耦合水文模型和地理模拟系统，结合地下排水管网改造设计，构建多目标城市不透水地表空间格局优化模拟的技术方法和体系。主要研究内容包括：城市不透水地表空间格局的演化过程分析与驱动因素识别、城市不透水地表空间格局的地面降雨径流效应、以及多目标城市不透水地表空间格局优化模拟系统构建等。研究结果表明，改革开放以来广州市和粤港澳大湾区不透水地表扩展快速，密度增长明显，呈现沿珠江和海岸线等重点地域特征为轴心扩展的模式，经济、政治和发展规划等驱动因素显著；不透水地表对城市内涝的影响具有显著差异，不透水地表密度和形态与河网密度、坡度等其他驱动因子之间的交互作用较强，而其他因子之间的交互作用较低，揭示了不透水地表的空间分布对城市暴雨内涝具有决定性的作用，表明通过不透水地表空间格局优化影响城市水文的地表渗流、地表径流与地下排水等过程达到降低暴雨内涝的发生风险；多目标城市不透水地表空间格局优化模拟系统构建方面，提出了一种以缓解内涝为目标的不透水地表全局优化模型，该模型具有更快的优化速度和更强的鲁棒性，为不同尺度和强度的城市更新提供了参考。研究成果可为城市更新规划提供不透水地表空间布局优化的理论补充和地理学方法案例，为暴雨内涝防治提供雨水渗蓄视角下的空间决策支持技术体系，满足生态宜居城市建设的需求。