美國華盛頓州西雅圖派柏溪生態修復設計初探

劉益 四川音樂學院美術學院

西雅圖位于美國華盛頓州金縣(King County)，普吉灣(Puget Sound)和華盛頓湖(Lake Washington)之間，擁有眾多海灣、湖泊及河溪，水域面積約占全市總面積的41.16%。作為全美著名的綠色城市，西雅圖政府和民眾十分重視都市生態水環境，并一直致力于都市河溪的生態修復，使失去活力的河溪煥發新的生機。派柏溪的生態修復設計正是其中的一個優秀案例，它的成功推動了都市河溪生態修復設計的研究和實踐，也為我國都市河溪生態修復設計帶來的新的思路。

一、歷史與概況

派柏溪(Piper's Creek)位于西雅圖西北，白人拓荒者A.W.派柏(A.W.Piper)將其命名為派柏溪。該溪的干流長約2.3 公里，并經卡爾克可公園(Carkeek Park)匯入普吉灣，是西雅圖市內第三大河溪流域。根據歷史記載，派柏溪及其支流是虹鱒、美洲鮭、銀鮭魚和櫻鱒的重要棲息地[1]。但1893年的西北鐵路項目(Great Northern Railroad)卻將鐵路建在派柏溪之上，致使溪流只能通過鐵路防波堤中的暗渠匯入普吉灣。1927年，隨著派柏溪沿岸最后一片原生樹林被砍伐殆盡，當地居民幾乎看不到一條洄游產卵的鮭魚，而普吉灣附近海域的商業捕撈則使鮭魚在派柏溪徹底消失。所幸的是，西雅圖公園與康樂局(Seattle Parks and Recreation)于1929年將派柏溪的大部分流域(223 英畝，約0.9 平方公里)劃入卡爾克可公園，并將公園的草地、樹林和庭院等開放空間作為保育派柏溪及其支流的緩沖區[2]。

1979年，名為卡爾克可流域社區行動計劃(Carkeek Watershed Community Action Project，簡稱CWCAP)的非盈利組織擬定派柏溪的第一個生態修復計劃。1990年，為控制派柏溪流域內的非點源污染，華盛頓州生態部(Washington State Department of Ecology)制定了派柏溪流域行動計劃(Pipers Creek Watershed Action Plan)[3]。隨后，西雅圖公務局(Seattle Public Utilities)和公園與康樂局在該計劃的指導下，耗資數百萬美元重建溪流天然形態、管理流域內雨水徑流的排放、改善水質和優化棲息地，試圖通過恢復派柏溪的自然生態過程，修復這條都市溪流的生態系統。

二、派柏溪生態修復設計的目標

作為堤岸植被破壞以及魚類洄游受阻等問題，威脅到派柏溪內各類生物及當地居民的健康。為修復派柏溪的生態系統，使其通過自我調節到達自我維持的狀態，西雅圖公務局制定了以下修復目標[4]：

(1)提升水體質量及數量。

(2)增加溪流形態的復雜性。

(3)減少堤岸水土流失。

(4)恢復溪流生物群落的多樣性。

基于這些目標，西雅圖公務局從宏觀和微觀的角度探求派柏溪的生態修復計劃，并實施了一系列針對派柏溪干流及子流域生態修復的方法及措施。

三、派柏溪生態修復設計的方法及措施

在派柏溪進行生態修復之前，西雅圖公務局對其流域進行了大量的檢測和分析。一系列的數據表明，傳統的以管道為主的排水系統以及大面積的不可滲透地面是導致派柏溪水質降低、水量減少和棲息地破壞的重要原因之一。因此，除了實施溪流修復計劃(Stream Rehabilitation Project)之外，西雅圖公務局還將生態修復設計拓展到派柏溪的子流域，試圖通過街道邊綠新方案(Street Edge Alternative)、第110 街階梯瀑布項目(110th Cascade Project)以及闊景社區綠色網格計劃(Broadview Green Grid Project)管理并凈化子流域內的雨水徑流，用全局性的計劃實現派柏溪流域的生態修復。

(一)溪流修復計劃

1999年，時任西雅圖市長的保羅·歇爾啟動了都市河溪遺產項目(Urban Creeks Legacy Project)，旨在修復西雅圖僅存的四條最大的都市河溪，派柏溪就是其中之一。西雅圖公務局于以“盡力重塑自然”為工作目標在當年便開始對派柏溪干流進行修復設計。

1.恢復派柏溪的自然形態

一般而言，河溪會通過泥沙的侵蝕、搬運和堆積，形成蜿蜒的河道，并創造淺灘、深潭、洪泛區等自然的多樣化的空間形態。研究表明，這些自然形態不僅能創造令人愉悅的都市河溪景觀，還對凈化水質、穩定河溪結構、降低洪水的損害以及生物多樣性保護有著積極的作用[5]。因此，西雅圖公務局把恢復派柏溪自然形態作為修復計劃的首要目標。

在這一目標的指導下，派柏溪修復團隊首先通過修復河床塑造了具有洪泛區、緩流、淺灘及深潭等河溪地形，并在河流生態學家的協助下盡力模擬自然河溪，將原木和礫石放置于派柏溪中，利用水流的沖擊力恢復派柏溪自然的蜿蜒性。同時，修復團隊還通過構筑原木及巖石堰，實現河床的穩固和河道結構的修復。為滿足派柏溪不同季節的水量變化，修復團隊設計了可適應高、低水位的K 型堰。這些措施使派柏溪形成了有利于河溪健康的緩流、急流、湍流靜水和回流等豐富的溪流形態，使派柏溪逐漸恢復了生命活力以及應對外界干擾的適應力。

2.重建多樣化的棲息地

河溪育有種類豐富的生物群落，它們是河溪生態系統中不可或缺的組成部分，也是河溪實現自我調控和自我修復的主要動力之一。眾所周知，不同的生物群落對棲息地的要求亦有不同。因而，營建多樣化的河溪生態環境對各類生物的繁衍至關重要。

在修復派柏溪自然形態的過程中，堆石、沙洲、淺灘及深潭、水洼和灣池已經為魚類、兩棲動物、螺貝等提供了適宜的棲息地，但對其他河溪生物，尤其是鳥類和昆蟲而言，幾乎被砍伐殆盡的河岸兩側樹林也是急需修復的重要棲息地。于是，修復團隊通過移除非本土和入侵植物、修復河岸本土植物群落、增加溪流上方植被覆蓋等手段[6]，不僅有效的防止了派柏溪的水土流失，減少了淤泥堆積，還形成了空間層次豐富、植被茂密的河岸植物帶、河畔林和濕地，為本土的動物、鳥類、昆蟲的生存提供了適宜生存和繁衍的棲息場所。

通過近二十年的修復，派柏溪重建了空間形態各異的棲息地，保護了溪內生物群落的多樣性。而溪內生物與棲息地之間的相互作用更促使派柏溪自然的生態過程得到恢復，生態系統趨于平衡、健康和永續。

(二)子流域生態修復計劃

河溪流域由數個子流域組成。因而，子流域的健康程度直接影響整個流域的健康狀況。然而，西雅圖多年的城市建設已經使得派柏溪的子流域幾乎全部成為擁有大量硬質地面和傳統管網排水系統的密集社區。降雨時，大量含有化學肥料、石油化合物及重金屬等污染物的雨水徑流未經處理便直接排入派柏溪各個支流，直接威脅派柏溪生態系統的健康。基于這一狀況，修復團隊認為要真正恢復派柏溪生態系統的健康，只通過對其干流進行生態修復是遠遠不夠的，應當將修復的范圍拓展到派柏溪的各個子流域，從而形成一個全局性的生態修復設計。

1.街道邊綠新方案

2001年，派柏溪子流域的第一個生態修復項目——“街道邊綠新方案”(Street Edge Alternative)在西雅圖西北位于117 街和120 街之間的第2 大道西北段竣工。這段街道也被成為SEA Street(Street Edge Alternative 的縮寫)，是西雅圖都市河溪子流域生態修復的先驅。

修復團隊在保證大型卡車、消防車和急救車自由通行的基礎上，把車行路面縮減為14 英尺(約4.26 米)，并將其改造成蜿蜒曲折的街道。一方面可以降低社區內車速，以保障行人的安全，更為重要的是可以利用彎曲所形成的富余空間增建數個雨水花園，用以就地處理道路上的雨水徑流。同時，還配合耐水濕植物的種植，讓植物和土壤凈化雨水，形成有效的綠色雨水徑流設施(Green Stormwater Infrastructure)。經過西雅圖公務局和華盛頓大學研究團隊為期兩年的跟蹤監測，按照一般降水強度設計的SEA Street 雨水花園不僅可以減少98%的地面雨水徑流量[7]，其中的植物和土壤還可以有效的移除雨水徑流中的污染物和重金屬，對派柏溪子流域的保育作用重大。

2.第110 街階梯瀑布項目

完成首個“街道邊綠新方案”示范項目之后，西雅圖公務局在派柏溪子流域內實施了第二個生態修復項目——第110 街階梯瀑布。該修復項目涉及西雅圖第110街西北段的4 個街區。與街道邊綠新方案平緩的地形不同，位于綠林大道北和第三大道西北之間的4 個街區位于較陡的山坡，地形高差較大，降雨時極易形成流速快、流量大的雨水徑流。因此，這一修復項目需要解決的問題是如何在有較大坡度的流域內設計綠色雨水徑流設施，以減緩雨水徑流的速度、降低洪水的發生率以及讓雨水徑流匯入派柏溪之前得到凈化。

為了將綠色雨水徑流設施安全有效的應用于坡度地形中，修復團隊提出了一個名為“階梯瀑布”的自然排水系統模型。這一模型是將雨水花園設計成為一系列的階梯式小濕地，運用階梯的垂直高差消化地形高程，同時利用階梯的水平空間減緩雨水徑流速度，延長雨水在階梯式小濕地中的停留時間，以減少雨水流量，降低雨水溫度，減輕雨水徑流對溪水中的生物的干擾。修復團隊在第110 街階梯瀑布項目中，運用“階梯瀑布”自然排水系統模型替換了場地中現有的人工溝渠系統，有效的管理了來自約70 英畝(28 萬平方米)上游子流域的雨水徑流。同時，修復團隊從美學和生態功能出發，引入能很好適應當地氣候的本土植物，例如腎蕨和柳樹等，以降低項目建成后的維護費用。此外，為了讓當地居民、學生和游客更加直觀的了解第110 街階梯瀑布項目與派柏溪之間的關系，修復團隊在街道的南側增設連接社區主要街道的步行道，以吸引更多人群的關注，實現生態修復設計的公眾教育與推廣。

西雅圖公務局在第110 街階梯瀑布項目建成后對其進行持續的雨水徑流流量和水質監測，最終數據表明即便位于山地，都市河溪的子流域依然可以運用自然排水系統對排入河溪的雨水徑流進行有效的管理，從而實現河溪流域整體性的生態修復。

3.闊景社區綠色網格計劃

“街道邊綠新方案”和“第110 街階梯瀑布項目”的成功促使西雅圖公務局開始著手更大面積的派柏溪子流域生態修復項目。一個名為“闊景社區綠色網格計劃”的生態修復設計于2003 開始實施。該計劃涉及闊景社區內的16 個居民住宅街區，約32 英畝(13 萬平方米)，幾乎管理了派柏溪整個子流域的所有雨水徑流[8]，是西雅圖當時已建成的最大的自然排水系統。

闊景社區綠色網格計劃沿用了“街道邊綠新方案”及第110 街階梯瀑布項目”的設計理念，通過縮減道路寬度減少社區中不可滲透地面的面積，從而提供更多空間以建造洼地、濕地和雨水花園等綠色雨水徑流設施，并在有地形高差的雨水花園中設置攔水壩以延緩雨水徑流進入排水系統的時間，有效減低雨水徑流的流量和速度，減少派柏溪支流河道和棲息地遭受流量大、速度快的水流損壞幾率。而延緩雨水徑流，也使雨水最大程度的被土壤和植物滲透、過濾及吸收，不僅使雨水徑流得到凈化，還使地下水得到補充和涵養，派柏溪也因為其支流充足的水分不至于在夏季干涸。

派柏溪流域的生態修復歷經30 多年。從最初的卡爾克可流域社區行動計劃到西雅圖公務局針對其干流和子流域進行的多項生態修復項目，派柏溪流域的生態系統在全局性的修復策略下逐漸恢復。如今，派柏溪水質清澈、兩岸綠樹叢蔭，是河溪生物賴以生存的家園。

四、對我國都市河溪修復的啟示

我國河溪數量眾多，隨著城市化進程的不斷加速，大量原本位于城市郊區的自然河溪在城市擴張中成為都市河溪。為了方便管理和維護，一部分都市河溪的堤岸和洪泛平原或被硬化或被縮減，更有一些都市河溪淪為暗河。許多都市河溪在流經城市之后，水質狀況都呈現不同程度的惡化，水量也趨于減少，甚至出現斷流。這樣的狀況不僅影響到當地市民和動植物的生存及健康，也會直接影響到下游流域的生態系統平衡。

雖然，眾多城市的政府相關機構以及民間組織已經將整治都市河溪提上日程，并實施了相應的生態修復項目，但仍然收效甚微。究其原因，除了在城市空間內無法實現修復都市河溪的自然形態這一點之外，更多的是由于在生態修復設計中未能進行全局性的考慮，即對都市河溪干流及子流域內的雨水徑流缺乏有效的管理。派柏溪的生態修復設計雖談不上完美，卻帶給我們一些重要的啟示。在未來的都市河溪生態修復設計中我們應努力做到以下幾點：

第一，盡力模擬都市河溪自然形態。在城市空間中恢復河溪自然形態本就是一個極其困難的任務，但也并非不可行。在了解河溪生態系統的基礎之上，通過人工干擾，盡力模擬的自然形態，對硬化的堤岸進行改造，并與河流動力學家合作，依據實際情況在堤岸外設計一定尺度的洪泛平原，在完善河溪自然形態的同時形成與其共享的河岸緩沖空間。這一設計既在一定程度上修復了都市河溪自然形態，又為市民提供了一個季節性的戶外游憩場所。

第二，從流域的尺度開展生態修復設計。無論什么尺度的都市河溪，僅僅對干流進行修復都無法恢復河溪的自然生態過程，進而無法實現河溪的生態系統平衡。將都市河溪生態修復設計的范疇拓展到干流及子流域，從更為宏觀的角度理解河溪水質管理與凈化的過程，再通過子流域雨水徑流管理系統有效控制排入河溪雨洪的質量和數量，最大程度的降低都市環境對河溪的負面影響。

第三，為都市河溪的修復預留足夠的時間。在進行生態修復設計之初，需要和業主充分溝通使他們明確修復一個活的且不斷變化的河溪生態系統并非一蹴而就，而是需要充足的時間和空間的。正如派柏溪的生態修復設計一樣，長達30年科學合理的階段性生態修復設計使派柏溪的生態系統較好的適應了都市環境，優化了本土動植物的棲息地，實現了河流、都市和人的和諧發展。