本校學位論文庫
CITYU Theses & Dissertations
論文詳情
袁皇蓓蕾
黎斌
創新設計學院
城市規劃與設計碩士學位課程(中文學制)
碩士
2022
基於海綿城市的沿海高密度舊城區更新策略研究 : 以澳門半島為例
Research on the update strategy of high-density old urban areas along the coast based on sponge cities : A case study of the Macau Peninsula
海綿城市 ; 沿海城市 ; 城市更新 ; 內澇風險 ; SCS徑流模型
Sponge City ; Coastal City ; Urban Renewal ; Urban Waterlogging Risk ; SCS-CN
公開日期：7/6/2026
氣候與城市的關係一直以來都是城市相關研究問題的重點，深刻影響著城市從規劃到建設的方方面面，尤其近年來全球氣候變化所導致的降雨事件增多，使大量城市遭受到暴雨內澇的侵襲，城市要如何疏導和消解雨水，成為了城市規劃的重點之一。 對於一些城市化程度較高的沿海舊城區，由於其地面硬化率較高、市政排水管網設計降雨量較小、海水倒灌等問題，導致雨水滲透率和排放量不足，更容易造成城市低洼地區大面積內澇的情況，對舊城區的建築及居民的安全造成了極大的隱患。目前，國內外的專家學者也致力於研究城市如何應對暴雨內澇帶來的風險，並提出許多基於自然的解決方案，我國也在此基礎上提出了海綿城市理論，基於此背景，本文以具有沿海高密度舊城區特點的澳門半島為例，設計了4種暴雨重現期，應用「危險性—暴露性—脆弱性」三部分構成的城市內澇風險評估框架，對澳門半島的內澇情況進行綜合評估，並根據評估結果結合城市更新方法對舊城區海綿城市規劃策略進行研究，最後繪製出海綿城市規劃圖，並進行可行性分析，以期為沿海高密度舊城區通過建設海綿城市的方式降低內澇風險提供策略與建議。 主要研究結果如下：
（1）本文採用芝加哥雨型暴雨強度公式對澳門半島進行4種暴雨重現期的設計，使用SCS-CN徑流模型結合澳門半島的雨水泵站排水量，計算出澳門半島的徑流量與實際積水量，最後通過ArcGIS進行積水情景模擬。 其結果是，澳門半島的積水面積和深度隨著暴雨強度的增加而增加，低窪地帶的內澇積水深度最高可達半米以上，具有較大的安全隱患。
（2）本文採用了「危險性（Hazard）—暴露性（Exposure）—脆弱性（Vulnerability）」的城市內澇風險評估框架，引入指數公式和「水深—災損」曲線進行量化，以澳門半島的住宅樓齡為指標權重，並結合層次分析法構建判斷矩陣，對澳門半島的內澇風險進行加權評估分析。 其結果是，隨著暴雨強度的增加，澳門半島的花地瑪堂區、風順堂區、大堂區、花王堂區的內澇風險逐漸從低風險上升到高風險，其中在500a一遇的暴雨強度下，花地瑪堂區的內澇風險達到超高風險等級，風險指數為10.783，通過海綿城市規劃降低內澇風險時，需要重點關注花地瑪堂區的低影響設施佈置和年徑流總量控制；通過「水深—災損」曲線的構建， 得出澳門半島的內澇積水年均損失在420.17萬澳門元，每年的海綿城市建設投入在低於此標準的情況下成本效益最高。
（3）本文通過對澳門半島內澇風險的綜合評估，結合其概況、地表徑流流向、建築年齡分佈、土地用途規劃示意圖等資訊，將澳門半島雨水年徑流總量控制率設置在65%，並劃分11個子匯水區進行海綿城市規劃。 其結果是，對規劃方案進行可行性分析中，綜合年徑流總量控制率為70.94%，超過65%的目標，滿足規劃設計要求; 海綿城市建設投入總成本為14948.05萬澳門元，如在不超過年平均損失420.17萬澳門元的情況下對澳門半島進行海綿城市建設，則需要約36年。
（1）本文採用芝加哥雨型暴雨強度公式對澳門半島進行4種暴雨重現期的設計，使用SCS-CN徑流模型結合澳門半島的雨水泵站排水量，計算出澳門半島的徑流量與實際積水量，最後通過ArcGIS進行積水情景模擬。 其結果是，澳門半島的積水面積和深度隨著暴雨強度的增加而增加，低窪地帶的內澇積水深度最高可達半米以上，具有較大的安全隱患。
（2）本文採用了「危險性（Hazard）—暴露性（Exposure）—脆弱性（Vulnerability）」的城市內澇風險評估框架，引入指數公式和「水深—災損」曲線進行量化，以澳門半島的住宅樓齡為指標權重，並結合層次分析法構建判斷矩陣，對澳門半島的內澇風險進行加權評估分析。 其結果是，隨著暴雨強度的增加，澳門半島的花地瑪堂區、風順堂區、大堂區、花王堂區的內澇風險逐漸從低風險上升到高風險，其中在500a一遇的暴雨強度下，花地瑪堂區的內澇風險達到超高風險等級，風險指數為10.783，通過海綿城市規劃降低內澇風險時，需要重點關注花地瑪堂區的低影響設施佈置和年徑流總量控制；通過「水深—災損」曲線的構建， 得出澳門半島的內澇積水年均損失在420.17萬澳門元，每年的海綿城市建設投入在低於此標準的情況下成本效益最高。
（3）本文通過對澳門半島內澇風險的綜合評估，結合其概況、地表徑流流向、建築年齡分佈、土地用途規劃示意圖等資訊，將澳門半島雨水年徑流總量控制率設置在65%，並劃分11個子匯水區進行海綿城市規劃。 其結果是，對規劃方案進行可行性分析中，綜合年徑流總量控制率為70.94%，超過65%的目標，滿足規劃設計要求; 海綿城市建設投入總成本為14948.05萬澳門元，如在不超過年平均損失420.17萬澳門元的情況下對澳門半島進行海綿城市建設，則需要約36年。
The relationship between climate and cities has always been a focus of urban-related research, profoundly affecting all aspects of urban planning and construction. Especially in recent years, the increase in rainfall events caused by global climate change has led to many cities being affected by stormwater flooding. How to guide and dissipate rainwater has become one of the key points of urban planning. For some old coastal urban areas with a high degree of urbanization, due to problems such as high ground hardening rate, small design rainfall of municipal drainage pipe network, and seawater backflow, the permeability and discharge of rainwater are insufficient, which makes it more likely to cause large-scale stormwater flooding in low-lying areas of the city, posing great hidden dangers to the buildings and residents of the old urban areas. Currently, experts and scholars at home and abroad are also committed to studying how cities can respond to the risks of stormwater flooding and proposing many natural-based solutions. China has also proposed the theory of sponge cities based on this background. This article takes the Macau Peninsula, which has the characteristics of an old coastal area with high density, as an example. Four types of storm events with different recurrence intervals are designed, and a city flood risk assessment framework composed of "hazard-exposure-vulnerability" is applied to comprehensively evaluate the flooding situation on the Macau Peninsula. Based on the evaluation results and combined with urban renewal methods, the sponge city planning strategy for the old urban areas is studied. Finally, the sponge city planning map is drawn and a feasibility analysis is carried out to provide strategies and suggestions for reducing the risk of stormwater flooding in old coastal areas with high urban density through the construction of sponge cities. The main research results are as follows.
(1) This article adopts the Chicago rainfall intensity formula to design four types of storm events with different recurrence intervals on the Macau Peninsula. The SCS-CN runoff model is used in conjunction with the drainage capacity of rainwater pumping stations on the Macau Peninsula to calculate the runoff and actual water accumulation. Finally, the water accumulation scenario is simulated using ArcGIS. The result shows that the water accumulation area and depth on the Macau Peninsula increase with the increase of stormwater intensity. In low-lying areas, the depth of stormwater flooding can reach more than half a meter, posing significant safety hazards.
(2) This article adopts the urban waterlogging risk assessment framework of "Hazard-Exposure-Vulnerability," introduces index formula and "depth-damage" curve for quantification, uses the age of residential buildings in the Macau Peninsula as the weight indicator, and combines the analytic hierarchy process to construct a judgment matrix for weighted evaluation and analysis of waterlogging risk in the Macau Peninsula. The results show that as the intensity of heavy rain increases, the waterlogging risk in the areas of Nossa Senhora de Fátima, São Lourenço, Sé, and Santo António in the Macau Peninsula gradually rises from low risk to high risk. Among them, under the intensity of heavy rain occurring once in 500 years, the waterlogging risk in Nossa Senhora de Fátima reaches the super high-risk level, with a risk index of 10.783. When implementing sponge city planning to reduce waterlogging risk, it is necessary to pay special attention to the layout of low-impact facilities and the control of annual runoff in Nossa Senhora de Fátima. By constructing the "depth-damage" curve, the annual average loss of waterlogging in the Macau Peninsula is estimated to be 4.2017 million Macau Patacas, and the cost-effectiveness of sponge city construction is highest when the annual investment is below this standard.
(3) This article conducted a comprehensive assessment of the urban flooding risk in the Macau Peninsula, and combined with information such as its overview, surface runoff direction, building age distribution, and land use planning diagram, set the rainwater annual runoff control rate at 65%, and divided it into 11 sub-catchment areas for sponge city planning. The result of the feasibility analysis of the planning scheme showed that the comprehensive annual runoff control rate was 70.94%, exceeding the target of 65% and meeting the requirements of the planning design. The total cost of investment in sponge city construction was 149.48 million Macau Patacas. If sponge city construction is carried out in the Macau Peninsula without exceeding the annual average loss of 4.2017 million Macau Patacas, it would take approximately 36 years.
(1) This article adopts the Chicago rainfall intensity formula to design four types of storm events with different recurrence intervals on the Macau Peninsula. The SCS-CN runoff model is used in conjunction with the drainage capacity of rainwater pumping stations on the Macau Peninsula to calculate the runoff and actual water accumulation. Finally, the water accumulation scenario is simulated using ArcGIS. The result shows that the water accumulation area and depth on the Macau Peninsula increase with the increase of stormwater intensity. In low-lying areas, the depth of stormwater flooding can reach more than half a meter, posing significant safety hazards.
(2) This article adopts the urban waterlogging risk assessment framework of "Hazard-Exposure-Vulnerability," introduces index formula and "depth-damage" curve for quantification, uses the age of residential buildings in the Macau Peninsula as the weight indicator, and combines the analytic hierarchy process to construct a judgment matrix for weighted evaluation and analysis of waterlogging risk in the Macau Peninsula. The results show that as the intensity of heavy rain increases, the waterlogging risk in the areas of Nossa Senhora de Fátima, São Lourenço, Sé, and Santo António in the Macau Peninsula gradually rises from low risk to high risk. Among them, under the intensity of heavy rain occurring once in 500 years, the waterlogging risk in Nossa Senhora de Fátima reaches the super high-risk level, with a risk index of 10.783. When implementing sponge city planning to reduce waterlogging risk, it is necessary to pay special attention to the layout of low-impact facilities and the control of annual runoff in Nossa Senhora de Fátima. By constructing the "depth-damage" curve, the annual average loss of waterlogging in the Macau Peninsula is estimated to be 4.2017 million Macau Patacas, and the cost-effectiveness of sponge city construction is highest when the annual investment is below this standard.
(3) This article conducted a comprehensive assessment of the urban flooding risk in the Macau Peninsula, and combined with information such as its overview, surface runoff direction, building age distribution, and land use planning diagram, set the rainwater annual runoff control rate at 65%, and divided it into 11 sub-catchment areas for sponge city planning. The result of the feasibility analysis of the planning scheme showed that the comprehensive annual runoff control rate was 70.94%, exceeding the target of 65% and meeting the requirements of the planning design. The total cost of investment in sponge city construction was 149.48 million Macau Patacas. If sponge city construction is carried out in the Macau Peninsula without exceeding the annual average loss of 4.2017 million Macau Patacas, it would take approximately 36 years.
2024
中文
91
致 謝 III
摘 要 V
Abstract VIII
圖目錄 XIV
表目錄 XV
第一章 緒 論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的與意義 2
1.3 國內外研究現狀 3
1.3.1國外研究現狀 3
1.3.2國內研究現狀 8
1.4 研究目標與內容 13
1.4.1研究目標 13
1.4.2研究內容 13
1.5 研究方法與技術路線 14
1.5.1研究方法 14
1.5.2技術路線 16
第二章 海綿城市多學科交叉相關理論 17
2.1 海綿城市理論 17
2.1.1 海綿城市概念 17
2.1.2 海綿城市建設途徑 18
2.1.3 海綿城市建設目的 20
2.2 城市更新 21
2.2.1 城市更新的概述 21
2.2.2 城市更新的方式 21
2.3 城市內澇風險 23
2.3.1 城市內澇風險概述 23
2.3.2 危險性分析 23
2.3.3 暴露性分析 24
2.3.4 脆弱性分析 24
2.3.5城市內澇風險綜合評估 24
第三章 研究區域概況 25
3.1 自然條件 25
3.2 社會條件 29
3.3 數據獲取 34
第四章 研究區域內澇風險評估 35
4.1 數據處理 35
4.1.1 暴雨重現期設計 35
4.1.2 DEM精度提高與集水區劃分 38
4.1.3 徑流量與積水量計算 38
4.1.4 基於Arc GIS的積水情景模擬 43
4.2 危險性分析 46
4.3 暴露性分析 50
4.4 脆弱性分析 53
4.5 綜合內澇風險評估 57
第五章 澳門半島海綿城市規劃方案 61
5.1 源頭削減 62
5.1.1 建築 62
5.1.2 道路 63
5.1.3 場地與綠地 64
5.2 過程控制 66
5.2.1 灰色基礎設施 66
5.2.2 綠色基礎設施 67
5.3 末端處理 68
5.3.1雨水調蓄池 68
5.3.2雨水排水泵 69
5.4 澳門半島海綿城市規劃總圖 70
5.5 可行性分析 71
5.5.1年徑流總量控制率 71
5.5.2經濟技術指標 76
5.5.3 小結 77
第六章 結論與展望 78
6.1 結論 78
6.2 研究展望 81
参考文献 82
作者簡歷 91
摘 要 V
Abstract VIII
圖目錄 XIV
表目錄 XV
第一章 緒 論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的與意義 2
1.3 國內外研究現狀 3
1.3.1國外研究現狀 3
1.3.2國內研究現狀 8
1.4 研究目標與內容 13
1.4.1研究目標 13
1.4.2研究內容 13
1.5 研究方法與技術路線 14
1.5.1研究方法 14
1.5.2技術路線 16
第二章 海綿城市多學科交叉相關理論 17
2.1 海綿城市理論 17
2.1.1 海綿城市概念 17
2.1.2 海綿城市建設途徑 18
2.1.3 海綿城市建設目的 20
2.2 城市更新 21
2.2.1 城市更新的概述 21
2.2.2 城市更新的方式 21
2.3 城市內澇風險 23
2.3.1 城市內澇風險概述 23
2.3.2 危險性分析 23
2.3.3 暴露性分析 24
2.3.4 脆弱性分析 24
2.3.5城市內澇風險綜合評估 24
第三章 研究區域概況 25
3.1 自然條件 25
3.2 社會條件 29
3.3 數據獲取 34
第四章 研究區域內澇風險評估 35
4.1 數據處理 35
4.1.1 暴雨重現期設計 35
4.1.2 DEM精度提高與集水區劃分 38
4.1.3 徑流量與積水量計算 38
4.1.4 基於Arc GIS的積水情景模擬 43
4.2 危險性分析 46
4.3 暴露性分析 50
4.4 脆弱性分析 53
4.5 綜合內澇風險評估 57
第五章 澳門半島海綿城市規劃方案 61
5.1 源頭削減 62
5.1.1 建築 62
5.1.2 道路 63
5.1.3 場地與綠地 64
5.2 過程控制 66
5.2.1 灰色基礎設施 66
5.2.2 綠色基礎設施 67
5.3 末端處理 68
5.3.1雨水調蓄池 68
5.3.2雨水排水泵 69
5.4 澳門半島海綿城市規劃總圖 70
5.5 可行性分析 71
5.5.1年徑流總量控制率 71
5.5.2經濟技術指標 76
5.5.3 小結 77
第六章 結論與展望 78
6.1 結論 78
6.2 研究展望 81
参考文献 82
作者簡歷 91
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