基于自然解决方案（NbS）设施优化布局的城市洪涝风险削减与生态系统服务提升研究

本研究针对城市洪涝治理与生态系统服务协同提升需求，创新性地耦合SWMM模型与NSGA-III算法，优化了生物滞留系统（BRS）、绿色屋顶（GR）等NbS设施的空间布局。研究量化了不同重现期降雨情景下设施对径流控制率（平均提升54.19%）和生态系统服务价值（0.11-0.30亿美元/年）的贡献，为多目标协同的城市可持续发展提供了决策工具。

　　

随着全球气候变化与城市化进程加速，城市"看海"现象日益频繁——北京在2012年"7·21"特大暴雨中79人遇难的经济损失达116亿元，2023年"7·31"暴雨再次敲响警钟。传统灰色基础设施虽能快速排水，却面临高成本、低生态效益的困境，而自然解决方案（Nature-based Solutions, NbS）作为兼顾洪涝调控与生态服务的绿色途径，其空间优化布局仍缺乏系统性研究。

北京师范大学的研究团队在《Sustainable Cities and Society》发表的研究中，开创性地构建了SWMM-NSGA-III耦合模型框架。通过量化生物滞留池（BRC）、雨水花园（RG）和绿色屋顶（GR）三类设施在2-10年重现期降雨下的性能，首次实现了"径流控制-成本投入-生态服务"三维目标的协同优化。关键技术包括：基于北京行政区划的SWMM水文建模、NSGA-III多目标遗传算法优化、以及融合生命周期成本（LCC）和生态系统服务价值（ESV）的效益评估体系。

【研究结果】

1. 设施性能验证
   优化方案使径流控制率平均提升54.19%，其中生物滞留池（BRC）表现出最强的持水能力（Vijayaraghavan等2021验证），而绿色屋顶（GR）虽对高强度降雨控制有限（Chen 2013），但能扩展雨水处理空间维度。

2. 经济生态平衡
   年度生态系统服务价值达0.11-0.30亿美元，成本效益分析显示NbS设施在3年重现期情景下性价比最优，验证了NbS"低成本高效益"特性（Eggermont等2015定义）。

3. 空间配置规律
   街区尺度上，商业区优先配置BRC（占地比12.3%），居住区侧重RG（8.7%）；区域尺度则呈现"核心区GR密集+外围BRC集群"的圈层结构，呼应了城市下垫面异质性需求。

【结论与展望】
该研究突破性地将实际城市生态需求纳入优化框架，证实NbS设施可通过"水文调节-污染拦截-碳汇增强"多维通路提升城市韧性。特别值得注意的是，优化后的GR布局使核心区热岛强度降低2.3°C（Kabisch等2016佐证），而BRC网络对PM_2.5的截留率达18.7%（Zhang等2018）。研究提出的"需求导向型NbS配置矩阵"，为《北京城市总体规划(2035)》中"海绵城市"建设提供了量化工具，其方法论对全球快速城市化地区具有普适意义。未来研究可进一步整合公众健康效益（Vujcic等2017）与生物多样性指标（Seddon等2019），完善NbS的"社会-生态"协同优化体系。