Translated by Dr. Mengyi Jin

引言

随着城市化的快速推进，城市水环境正面临前所未有的挑战 (Chen et al. 2015)。城市地表不透水面的持续扩张削弱了自然雨水循环，导致降雨径流迅速汇集，增加了内涝发生的频率，也降低了雨水对地下水的补给能力。同时，水体污染以及城市热岛效应的加剧，进一步暴露出传统城市规划对水文系统适应性的不足。在气候变化背景下，极端降雨、干旱等事件的发生频率和强度不断上升，这些现象正严峻考验着城市对水资源的调蓄、排涝、净化和生态恢复等能力。

在这个背景下，水敏感城市设计（Water Sensitive Urban Design, WSUD）作为一种新型城市发展模式被广泛关注。与“低影响开发”（Low Impact Development, LID）理念相似， 水敏感城市设计强调模拟自然水循环过程，并提升城市应对水资源相关挑战的韧性。其核心目标在于将水资源视为城市系统中不可或缺的组成部分，通过系统性地管理水的收集、输送、处理与储存过程，实现其生态功能与社会功能的有机融合（Wong 2006）。

卫星遥感作为一种同时具备宏观视角、连续观测和空间高分辨率等优势的技术，为水敏感城市设计提供了全过程、跨尺度的关键支持。它不仅可以在城市规划初期识别地表不透水面、水体边界、绿地覆盖等关键特征，为绿色基础设施的布局提供科学依据；还可以通过动态监测，追踪城市热环境、水质变化、植被健康与洪涝风险演化。通过为“看不见的过程”赋予了可视化表达，遥感使城市设计者和公众能够更加直观地理解雨水管理策略的空间逻辑与实际成效。

水敏感城市设计

“水敏感城市（Water Sensitive City, WSC）是由一系列相互连接的水敏感片区构成的。在每一个片区内，通过制定针对性的规划方案，以应对当地面临的机遇与限制。这些片区将：高效利用多样化的水资源，保护并改善城市水体及自然水体的健康状况，同时减轻洪涝风险与损失。公共空间作为绿色基础设施，不仅能够收集、净化和循环利用水资源，还能提升生物多样性，促进碳汇，缓解城市热岛效应。” 
—— Tony H F Wong，莫纳什大学可持续发展方向教授 

要实现水敏感城市的愿景，水敏感城市设计是核心策略。水敏感城市设计涵盖了一系列可持续水资源管理策略，使开发部门、地方政府和社区能够共同建设宜居、健康的城市水环境（Healthy Land & Water n.d.）。水敏感城市设计强调将规划实践与管理实践整合于城市水系统之中（Joint Steering Committee for Water Sensitive Cities 2009）。

在水敏感城市设计框架下，规划实践指引导土地的评估、规划与设计的一系列方法，旨在实现可持续的水资源管理（Kuller et al. 2017）。这些实践从理解场地的自然与物理特征出发，利用这些知识引导开发活动，以实现环境保护和科学用水。这些实践既可应用于战略层面（宏观规划），也可落实到细节具体设计层面，例如确定建设用地、保留绿地的位置，或在道路与建筑设计中融入节水理念（Joint Steering Committee for Water Sensitive Cities 2009）。这些规划实践有助于形成能够融合雨水管理系统、保护自然景观，并在街道、住宅区及公共空间中整合节水设施的城市布局。

管理实践则涵盖了雨水管理的全过程，包括雨水的收集、输送、处理、储存、下渗及蒸散发（United States Environmental Protection Agency 2021）。图一展示了广泛实施水敏感城市设计各类措施（如雨水收集、生物滞留系统、下渗技术及植被种植）能够有效减少地表径流并促进城市的可持续发展（Coutts et al. 2012）。在微观尺度上，雨水花园、植草沟、树池、透水铺装和绿色屋顶等水敏感城市设计措施可促进雨水下渗与蒸散发，从而减少地表径流并实现局地降温。同时，利用收集到的雨水进行灌溉，进一步促进植被生长并强化上述过程。在社区尺度上，这些效应的叠加能够带来更广泛的城市降温，尤其是在与树木和灌溉绿地等绿色基础设施协同作用时。 
 

总之，水敏感城市设计不仅仅是一系列零散的项目，而是一种融合生态学、景观学与水文学的整体性城市设计方法。它推动城市从“排水导向”向“水敏感导向”的转变，把雨水视为资源，而非负担。

卫星遥感在水敏感城市设计中的应用

规划实践

• 城市空间与土地利用监测

城市空间布局会直接影响径流路径以及城市基础设施规划，而遥感技术能够提供高分辨率的地表覆盖数据，用于识别不透水面、建筑密度、道路及绿地分布。结合地理信息系统（GIS），可有效定位绿地匮乏或径流风险较高的区域，从而为蓝绿基础设施的规划与土地利用优化提供科学依据。例如，Weng（2001）提出了一种集成遥感与GIS的方法，用于评估城市扩张对水文过程的影响。该研究利用Landsat Thematic Mapper数据与径流模型（见图2），量化了土地覆盖变化导致的地表径流增加，揭示了由于蓄水能力下降和径流系数升高，城市化程度较高的区域面临着更大的径流量和洪涝风险。 
 

• 绿地系统模拟

城市绿地在雨水管理与控制污染方面具有重要功能。例如归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）与增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index, EVI）等由遥感数据衍生的植被指数可以用于监测绿地的健康状况及其动态变化。这为雨水花园、湿地及其他绿色基础设施的维护与规划提供了科学依据。Conley 等（2022）利用Landsat卫星获取的NDVI数据，对372个城市化流域进行了研究，评估城市绿化程度与绿色雨水基础设施（Green Stormwater Infrastructure, GSI）对水文过程的影响。研究发现，城市绿化水平显著影响下游径流响应，突显了遥感技术在评估在水敏感城市设计中绿色基础设施效能方面的价值。

• 城市热岛效应监测与气候调节 

通过遥感获取的热红外数据可以揭示地表温度分布及城市热岛热点区域（见图3）。通过分析热量分布与不透水面、植被、水体之间的关系，规划者能够在设计中融入绿化和水体等降温要素，从而提升城市舒适度。Zhao 等（2025）对遥感技术在城市热岛效应监测中的应用进行了全面的综述。综述指出，结合不透水面、植被覆盖、水体等指标，热红外数据能够有效识别高温热点区域，并为蓝绿基础设施等降温干预措施的规划提供科学依据。

管理实践

• 水文建模与洪涝风险管理

遥感技术为城市水文建模提供了关键输入数据，如数字高程模型（DEM）、土地利用类型和土壤湿度等。结合降雨记录与历史洪涝数据，这些数据可用于洪水模拟与风险制图，从而进一步识别排水问题、确定雨水基础设施的维护优先级，并制定洪涝易发区的应急响应策略。Mair 等（2014）开发的基于网页的城市水循环建模系统，能够整合通过遥感获取的地形与土地利用信息，同时允许用户通过地图界面设定地表参数，自动运行水文模型并评估洪涝风险，为城市排水、雨水管理及适应性洪涝治理提供数据驱动的决策支持（图4）。

• 水体识别与水质监测

例如归一化水体指数（Normalized Difference Water Index, NDWI）与改进型归一化水体指数（Modified NDWI, MNDWI）等遥感指数在水体识别及其动态变化监测方面具有重要作用。利用多光谱或高光谱遥感数据，可以估算包括浊度、溶解性有机碳（DOC）及叶绿素-a浓度等在内的多项水质指标（图5）。这些技术手段有助于实现城市水体的持续监测、污染事件的早期预警，以及对水敏感干预措施（如人工湿地或生态岸线）效果的评估，从而支持生态岸线建设、城市水体清洁且可达等水敏感城市设计目标的实现。       
 

遥感技术通过支撑规划与管理实践，贯穿于水敏感城市设计的全过程。在早期阶段，遥感可用于识别不透水面空间分布、绿地配置与基础设施选址等规划活动。随着项目推进，遥感被更多地用于实施过程监测、洪涝风险评估，蓝绿基础设施绩效评估等管理实践。这种遥感技术的集成应用，构建了一个空间化、动态化、科学化的城市水系统管理方法，其中主要涉及的卫星遥感技术在表1中进行了总结。

*注：表中首次出现的缩写按字母顺序列示如下：AMSR-E=Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS; ASI = Agenzia Spaziale Italiana; CNES=Centre national d'études spatiales; CNSA = China National Space Administration; CSA= Canadian Space Agency; DLR = Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; ECOSTRESS=ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station; EnMAP = Environmental Mapping and Analysis Program; ESA = European Space Agency; JAXA=Japan Aerospace Exploration Agency; GEDI = Global Ecosystem Dynamics Investigation; GFZ=German Research Centre for Geosciences; HY-2A/B = Haiyang-2A/B; HySIS = Hyperspectral Imaging Satellite; ICESat-2 = Ice, Cloud, and land Elevation Satellite-2; ISRO = Indian Space Research Organisation; Lidar = Light Detection and Ranging; LVIS=Land, Vegetation, and Ice Sensor; MODIS=Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, NASA = National Aeronautics and Space Administration; NOAA=National Oceanic and Atmospheric Administration; PRISMA= Hyperspectral Precursor of the Application Mission; SAR = Synthetic Aperture Radar; SMAP=Soil Moisture Active Passive; SMOS = Soil Moisture and Ocean Salinity; SPOT = Satellite Pour l’Observation de la Terre; USGS = United States Geological Survey; VIIRS=Visible Infrared Imaging Radiometer Suite

案例分析：遥感技术在澳大利亚的水敏感城市设计中的应用

澳大利亚被广泛认为是水敏感城市设计理念的发源地之一。该术语最早由 Mouritz 在1992年提出，西澳大利亚政府在1994年发布了首个正式的水敏感城市设计指南（Radcliffe 2018；Whelans Consultants et al. 1994）。在随后的几年中，由墨尔本东南部地方议会联合发布的水敏感城市设计指南在促进该区域内水敏感城市设计实践的一致性方面发挥了重要作用（Parsons Brinckerhoff 2013）。这一系列成果得益于墨尔本等城市的早期落地实践，以及“墨尔本市中心行动计划（IMAP）”等区域性合作的推动，共同促进了示范性指南的形成（Stonnington City Council 2009）。为了进一步整合并提升资源获取效率，Clearwater开发了水敏感城市设计指南工具，为不同资产类型和项目阶段提供了结构化的导航平台（Clearwater 2018）。

随着水敏感城市设计概念的逐渐成熟，遥感技术开始在支持实证规划和绩效评估中发挥关键作用。澳大利亚政府设立的国家级“数字地球澳大利亚（DEA）”项目为规划者、研究人员和政策制定者提供了可供分析的卫星数据（FrontierSI 2022）。利用来自Landsat和Sentinel等卫星的地球观测数据，DEA能够识别城市热岛、监测不透水表面、评估植被和水体分布，这些信息为水敏感城市设计提供了关键支撑。

许多研究和规划框架都提到了将遥感数据融合到水敏感城市设计的实践中。例如，由水敏感城市合作研究中心（CRCWSC）开发的《填充式开发绩效评估框架》使用来自由澳大利亚政府管理的国家地理空间数据提供商——Geoscape Australi提供的遥感数据集，对不透水表面进行识别，并估算总不透水面积（TIA），进而输入水量平衡模型中，用于评估水敏感城市设计实践的实施效果（Renouf et al. 2020）。在另一个相关的研究中，Mitchell 等（2008）对两个水量平衡模型Aquacycle 和 SUES进行了比较，结果表明，将遥感获得的叶面积指数（LAI）用于表征季节性植被变化，能够显著提升模型精度，尤其是在蒸散发估算中。

SmartSat CRC 开发了利用 SAR 卫星数据（如 NovaSAR 和 Sentinel）的先进洪水监测技术，进一步凸显了卫星数据在城市洪涝规划中的应用价值。该项目已在澳大利亚东南部的真实洪水事件中进行了测试，并向相关政府机构和终端用户提供了洪水预测图，以支持灾害响应和规划工作（SmartSat CRC 2025）。Kelly 等（2023）在快速城市化的Hawkesbury–Nepean流域应用卫星获取的土地覆盖数据，对洪涝风险的空间分布进行建模。研究表明，遥感技术提高了洪涝风险评估的精度和可靠性，可以帮助城市规划者识别易受影响区域并优先实施水敏感城市设计相关的干预措施。

结论 

水敏感城市设计代表了一种变革性的城市规划方法，融合了生态、水文和社会因素，旨在打造更具韧性和宜居性的城市。通过提供高分辨率、空间连续且时间一致的数据，遥感技术能够在城市水系统的规划与管理各阶段支持科学决策。从识别不透水地表和绿地分布，到监测城市热岛、洪涝风险和水质，遥感技术为实证设计与适应性管理提供了有力工具。这使得水敏感型城市发展的愿景不仅仅是一个长期目标，而是一个由实时监测和评估所支撑的、可实施且具适应性的过程。