宿迁市中心城区适宜水面率研究

刘璞君  沈杨  孙浩

摘要：水面率是城市规划和水资源管理中的重要指标之一。合理的水面率有助于保护和改善水环境、增加城市景观质量、缓解城市气候热岛效应、提供生态服务等，这对于城市的可持续发展具有重要意义。因此，进一步研究和探讨适宜水面率的确定方法，对于合理规划和管理水资源、维护生态环境至关重要。

本研究在遥感技术的基础上，对宿迁市中心城区现状水域和地区的空间布局与分布进行分析，并从水域的功能角度入手，综合考虑水域行洪除涝功能、生态功能等因素，采用面积加权法对宿迁市中心城区适宜水面率进行研究。结果表明：通过较好的影像资料提取得到现状水面率为9.019%，满足行洪除涝能水域功能的适宜水面率为7.09%，满足生态功能的适宜水面率为3.41%，采用面积加权法求得宿迁市中心城区适宜水面率为5.56%，现状水面率满足中心城区对行洪除涝、生态功能的需求。因此，中心城区水面率可在保持现有水平的基础上适当增大，研究成果对宿迁市中心城区河湖水系规划及海绵城市建设具有一定的指导意义。

关键词：适宜水面率；水域功能；面积加权法；宿迁市中心城区

Abstract

Water surface ratio is one of the important indicators in urban planning and water resource management. A reasonable water surface rate helps to protect and improve the water environment, increase the quality of urban landscape, alleviate the urban climate heat island effect, and provide ecological services, which is of great significance to the sustainable development of cities. Therefore, further study and research on the determination of appropriate water surface ratio is crucial for rational planning and management of water resources and maintenance of the ecological environment.

Based on remote sensing technology, this study analyzes the spatial layout and distribution of the current waters and areas in the central city of Suqian, and starts from the functional point of view of the waters, taking into account the flooding and waterlogging functions of the waters, ecological functions, and other factors, and adopts an area-weighted method to study the suitable water surface rate in the central city of Suqian. The results show that: the current water surface rate is 9.019% through better image data extraction, the suitable water surface rate to meet the function of flooding and waterlogging waters is 7.09%, the suitable water surface rate to meet the ecological function is 3.41%, and the suitable water surface rate in Suqian city center using the area-weighted method is 5.56%, and the current water surface rate meets the demand of the central urban area on the function of flooding and waterlogging and ecological function. Therefore, the water surface rate of the central city can be increased appropriately on the basis of maintaining the existing level, and the research results have certain guiding significance for the river and lake water system planning and sponge city construction in Suqian city.

Keywords: suitable water surface rate; watershed function; area-weighting method; Suqian City central area

1.绪论

1.1研究背景及意义

在人类聚居的城市生态系统中，区域水系承担着重要功能，除了具有防洪减灾、水资源配置、生态、文化景观等公益性功能外，还具备调控温湿度、净化空气、吸尘减燥、改善城市小气候、打造滨水景观等独特功效，可有效提升城市水体的生态环境，改善水体环境容量，助力城市健康发展。

伴随人类经济社会的发展进步，城市化水平也在逐步提高。城市化的进程带动了工业的发展，城市也在不断发展建设，系统性城市建设规划缺失和不合理的建设行为致使城市内部水系遭到了侵占和破坏，进而导致城市水域面积缩减、调蓄功能减弱、内涝灾害频发，极大地影响了城市水系功能发挥和生态系统健康。

宿迁市中心城区是宿迁市的核心载体，是全市的政治、经济、文化、交通、金融中心。由于城市开发扩建，区内的水域面积也随之发生变化，适宜水面率不仅承泄市政管网建设对排水除涝能力的要求，更关键的是它对于增加城市水体雨洪调蓄能力、提高城市水体生态环境、提升城市水体环境容量、调节小气候、减缓城市热岛效应、提高生物多样性及在城市滨水生态景观建设过程中起的综合生态环境效应。

因此，开展宿迁市中心城区适宜水面率研究，对当地生态环境保护、提升防洪除涝能力、优化水资源利用和城市景观建设都具有重要意义。

1.2国内外研究进展

20世纪70年代，一些城市化程度很高的发达国家，如欧美、日本等国家开始重视对城市河流湿地的保护，并着手对部分已经被破坏的城市河流湿地进行恢复，在确保防洪安全的基础上，努力创造出具有丰富自然的水边环境，恢复城市河流湿地的自然生态和环境功能[1]。Nobuya Nishimura等研究了城市人工水体对空气温度和湿度的影响程度和范围从宏观、中观和微观层面探讨了城市水体对创造舒适局部小气候减轻城市热岛效应的作用和方式[2]。Daniel Cluis等研究了水面对气候的影响，并提出湖泊、水库及流动的河流等水域通过蒸发影响着周边的生态系统和气候特征，特别是干旱、半干旱地区增加水面面织能有效地改善气候环境[3]。牛少凤等从水域的环境小气候功能出发，采用孤立变量法探寻水面率与气温之间的关系，对水域的热汇与热源效应进行了量化分析[4]。郑雄伟等利用多元回归分析法建立了圩区排涝模数与水面率、地面硬化率之间的定量关系，并采用外罚函数法求解费用现值最小模型，优选确定城镇圩区适宜的水面率[5]。刘晓鹏建立排涝水动力数学模型，模拟不同水面率对排涝能力的影响，并提出防涝对策和建议[6]。

从以上相关课题研究可以看出国内外专家已经认识到水域的重要性，但国内对适宜水面率的理论研究较少，水面率的研究多集中在我国南方地区，而北方地区城市水面率研究则相对较少，且局限于防洪排涝效应，忽略了区域内的河流、湖泊、湿地及经济社会整体生态效应，缺乏系统性。如何从流（区）域尺度乃至整个生态系统进行研究，选择较为合理的多个重要评价指标，进行分析优选确定较为适宜的水面率，在我国还是空白，没有形成专门的理论体系[7]。

2.研究区范围及水域面积现状

研究区为宿迁市中心城区，东至西楚大道（宿新公路）、张家港大道，南界淮徐高速公路、新扬高速公路，西抵八支渠，北止骆马湖、青墩路，总面积约352.60km²。

中心城区位于马陵山余脉的延伸带，黄河侵泗夺淮以后，沂水严重受阻，滞蓄形成骆马湖，古黄河携带大量泥沙逐渐淤高河床，成为淮河和沂沭泗水系分水岭，形成了中部高、两侧低的平原坡地。地势总体较为平坦，地面高程范围为16.4~71.2m，最高点位于北侧湖滨片区，最低点位于东侧宿豫片区。年均降水量为892.3mm。

图2-1 研究区范围

分季度收集2022年12月~2023年09月卫星影像数据和航拍影像，筛选云量小于5%且质量较好的影像，对沟渠、河流、坑塘3种水域类型进行判读提取，开展存在疑义和重要水域的现场调查和典型断面测量，以提高调查数据的准确度，然后按照常水位、正常蓄水位确定各期水域面积，并分别统计水域基本信息。宿迁市中心城区水域情况统计成果，见表2-1。

表2-1  宿迁市中心城区水域情况统计

监测时间	陆地面积（km2）	水域面积（km2）				水面率（%）
		沟渠	河流	坑塘	合计
2022年12月	352.60	2.862	15.249	13.550	31.661	8.979
2023年03月	352.60	2.861	15.249	13.553	31.663	8.980
2023年06月	352.60	2.824	15.180	13.790	31.794	9.017
2023年09月	352.60	2.838	15.260	13.702	31.800	9.019

3.宿迁市中心城区适宜水面率研究

水面率是指地表某区域的水的所占的比例，它是用来衡量陆地表面水的类型和数量的重要指标。城市水域具有承载地区行洪除涝、改善地区生态环境等诸多功能，如何确定适宜水面率已有多目标多层次模糊评价模型法、水域功能法、以防洪除涝为关键因子的圩区最优水面率数学模型法、孤立变量法、直接叠加法、因子加权评分法、生态因子组合等多种方法

[8]，本次从水域的功能角度入手，综合考虑水域行洪除涝功能、生态功能等因素，采用较为简便的面积加权法对宿迁市中心城区适宜水面率进行研究。

（1）行洪除涝功能对水面率的需求

区域水面率作为反映河湖水系对城市雨水调蓄能力的重要指标，其确定必须综合考虑区域内的降雨特性、下垫面特征、水域的蓄水能力等多种因素的影响。其中，降雨特性以年径流总量控制率相对应的设计雨量体现，下垫面特征以区域综合径流系数体现，水域的蓄水能力以河湖水系调蓄后水位的变化幅度来体现[9]。

综合考虑以上因素和指标的相互影响，本次以一定降雨后河湖水系水位的涨幅ΔH为指标反映水域蓄集雨洪能力，根据安全调蓄水位涨幅、水面率、设计雨量值、区域综合径流系数的数学关系推导满足行洪除涝能力的适宜水面率。

考虑到城市的集雨区域或涝区的集雨面积一般相对较小，汇流时间通常为2~3h甚至更短，可以忽略其汇流时间。场次降雨产水量由陆域产水量和水面降雨量两部分组成，即：

                 （3-1）

式中：为场次降雨产水量，m3；P为场次降雨总量规划中为与径流总量控制率相对应的设计雨量，mm；S总、S水为区域、水域面积，km2；K为区域综合径流系数。

根据《关于推进海绵城市建设的指导意见》，通过海绵城市建设将70%的降雨就地消纳和利用。因此，设计降雨量以下的降雨全部就地消纳，无需外排。按照“平湖法”调蓄原理，在不考虑外排水量条件下，安全调蓄水位涨幅

                                  （3-2）

式中：为安全调蓄水位涨幅，mm。

将式（3-1）代入式（3-2）并引入满足行洪除涝能力的水面率R1=S水/S总得：

                         （3-3）

根据《宿迁市海绵城市专项规划》，宿迁市按30年一遇的内涝防治水平，30年一遇24h的降雨量为200mm，海绵城市按年径流总量控制率70%计算，其设计降雨量为24.2mm。

根据下垫面解析、降雨规律、土壤渗透调节等，分析不同地面类型对应的综合径流系数，城镇建筑密集区为0.60~0.70，城镇建筑较密集区为0.45~0.6，城镇建筑稀疏区为0.20~0.45，考虑到宿迁市中心城区属宿迁市经济社会中心区域，城镇建筑密集，综合径流系数取0.6。

结合宿迁市防洪排涝设计标准和实地调研，确定河湖水域安全调蓄水位涨幅平均控制在0.2m范围内可以确保防洪安全，部分城市建成区堤防设计标准较高，且土地开发利用程度高可适当提高安全水位涨幅取值，取ΔH=0.5m。

将以上参数代入式（3-3）中求得，安全调蓄水位涨幅ΔH=0.2m时，满足行洪除涝能力的水面率R1=7.09%，安全调蓄水位涨幅ΔH=0.5m时，满足行洪除涝能力的水面率R1=2.96%。

（2）生态需水量对水面率的需求

根据《宿迁市城市总体规划2015~2030》，宿迁市中心城区人口规模为92万人，人均环境用水量按20m3计[10]，生态环境需水量约1840万m3，河湖水系综合平均水深按1.5m计，则满足生态需水水域面积为1226.67万m2、水面率（R2）为3.41%。

（3）宿迁市中心城区发展对水域总体功能需求水面率

                                          （3-4）

式中：R为中心城区适宜水面率；wi为权重系数；Ri为不同水域功能需求水面率。

通过相关文献研究及层次分析法，确定满足行洪除涝需求水面率的权重系数为0.6，满足生态需水水面率的权重系数为0.4，据此计算得到宿迁市中心城区适宜水面率为5.56%。

4.结论与建议

本文从满足行洪除涝、生态需水功能角度，采用面积加权法对宿迁市中心城区适宜水面率进行研究，结果表明：安全调蓄水位涨幅ΔH=0.2m时，满足行洪除涝能力的水面率为7.09%，安全调蓄水位涨幅ΔH=0.5m时，满足行洪除涝能力的水面率为2.96%；以人均生态需水量法计算求得中心城区生态需水量为1840万m3，满足生态需水量的水面率为3.41%；对行洪除涝、生态需水方面赋予权重，采用面积加权法求得宿迁市中心城区适宜水面率为5.56%，现状水面率9.019%满足适宜水面率需求。

根据《城市水系规划导则SL431-2008》宿迁市属Ⅱ类城市分区，适宜水面率为5%~10%；《城市水系规划规范》GB50513-2009（2016 年版），江苏省属于一区城市，水域面积率宜为8~12%；《宿迁市城市总体规划（2015~2030）》规划中心城区水面率达到10%；《宿迁市国土空间总体规划》规划至2035年，全市河湖水面率控制在13%以上。

城市适宜水面率的实现是动态的过程，在维持现状水面率为基础上，立足“江苏生态大公园”发展定位，全域推进海绵城市建设，通过实施城区水系连通、水环境治理、水生态修复、湿地公园等工程，增加中心城区河网水域面积，强化河网自净能力，提升河网水环境容量，改善河网水质和水环境，达到中心城区水面率稳中有升、城市居住环境明显提升的目标。

参考文献

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[4]牛少凤, 郭宗楼, 袁伟. 基于环境小气候效应分析的合理水面率研究[J]. 节水灌溉, 2008(11): 7-10.

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[10]王卫红. 以生态效应为准则的城市适宜水面率研究——以古雷半岛城市设计为例[C]. 城市时代，协同规划——2013中国城市规划年会, 中国山东青岛, 2013: 11.