提升水量調節服務能力的城市綠色基礎設施模式*

王云才 王忙忙 WANG Yuncai, WANG Mangmang

1 “水量調節”是城市綠色基礎設施生態系統服務的重要功能

綠色基礎設施（Green infrastructure，GI）是自然生命支持系統[1]，它們總體構成保證環境、社會與經濟可持續發展的生態框架[2]。城市中的綠色基礎設施發揮著重要的生態系統服務功能[3]，可以提供多種類型的生態系統服務功能。根據聯合國2005年發布的《千年生態系統評估（Millennium Ecosystem Assessment，MA）報告》，城市綠色基礎設施可以為城市提供供給服務（Provisioning services）、調節服務（Regulating services）、支持服務（Supporting services）和文化服務（Cultural services）4種類型服務[4]，具體進行水土涵養、雨洪管理，維持生物多樣性，緩解城市熱島效應，提供生態棲息地以及文化功能等重要的生態系統服務。由此可見，提供水量調節服務是城市綠色基礎設施生態系統服務的一項重要功能。

1.1 城市生態系統受損導致水調節服務能力下降

隨著我國城鎮化的快速推進，人類活動對城市生態系統的負面影響范圍和強度不斷增大，城市生態系統因受到強烈的人工干擾而承受越來越大的壓力，城市的生態系統不同程度地受到干擾和破壞，導致城市生態系統服務退化。近年來，多個城市頻繁出現內澇問題就是城市生態系統水調節服務能力下降的集中體現，表明很多城市現有的灰色基礎設施在針對雨洪等問題的解決實踐中存在弊端，不足以提供有效的水調節生態服務功能。

1.2 城市綠色基礎設施構建能夠提供高效的解決途徑

美國國家環保局（US Environment Protection Agency）將綠色基礎設施的理念引入城市雨洪管理措施之中，成為最佳管理實踐（BMPs）和低影響開發（LID）的重要組成部分。美國國家環保局將城市綠色基礎設施定義為“能夠緩解雨洪徑流對城市的影響，并提供多重的社區收益，同時具備環境彈性的低成本實踐措施”[5]。美國的“低影響開發”（Low impact development，LID），英國的“可持續城市排水系統”（Sustainable urban drainage system，SUDS），新加坡的“活躍、美麗、潔凈水項目”（Active beautiful and clean water program，ABC），以及澳大利亞的“水敏感城市設計”（Water sensitive urban design，WSUD）[6]都是通過使用綠色基礎設施手段來解決雨洪問題。綠色基礎設施通過植被和土壤達到就地處理雨水徑流，成為近年來廣泛推薦、有效實施的解決途徑，進而為城市提供高效的水量調節服務效能。

綠色基礎設施的水量調節服務在不同的城市空間尺度下具有不同的內涵。例如在區域尺度上，水量調節體現在水源林保護、河流湖泊調蓄和水庫調蓄上；在城市尺度上，水量調節多集中在雨洪管理、徑流調節、水體自凈方面，具體表現在雨水花園、屋頂花園、滲透溝渠、雨水濕塘、雨水儲存設施、可滲透鋪裝等類型。本文針對當今大多數城市面臨的城市內澇問題，通過介紹3個發揮高效水調節服務的城市綠色基礎設施的典型模式來挖掘內在的原理和規律，通過實踐來認識真理，以期為今后城市綠色基礎設施建設提供參考和借鑒。

2 城市綠色基礎設施高效水調節服務的典型模式

2.1 生態制約性和適宜性創造的生態空間模式 ： 美國伍德蘭茲社區

伍德蘭茲社區（Woodlands Community，Texas）是由麥克哈格（McHarg）為主的費城WHRT設計團隊在1970年代進行的生態規劃項目實踐。麥克哈格稱其為最滿意的城市生態設計作品[7-8]。該項目獲得了許多獎項，因其在環境規劃方面的巨大成功獲得1974年美國住房和城市發展部（HUD）頒發的美國第六屆年度雙年獎[9]。斯珀恩（Spirn）認為這個項目創造了對自然的整體認識，超越狹隘時空的界限[10]。該項目規劃的本質是充分認識到現狀環境的生態制約性和適宜性并創造出一種與自然和諧相處的生態空間模式，是一種非常值得借鑒的綠色基礎設施典型模式。

伍德蘭茲社區項目的生態制約性集中在雨洪調蓄方面。（1）氣候上，該社區屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，夏季易受颶風和暴雨影響。（2）地理位置方面，約有1/3的面積位于百年一遇的泛洪平原，存在暴雨過后徑流和淹沒面積大的問題；同時傳統的混凝土溝渠排水系統會降低地下水位，并導致植物死亡。（3）土壤方面，基地內以滲透性差的黏土土壤為主，不利于蓄滯雨水。（4）地形大多比較平坦，不具備徑流調節能力[11]。

基于以上生態制約性問題和挑戰，麥克哈格通過跨學科團隊和方法的合作，對現狀進行全面的生態調查，分析基地所處的自然特征和生態過程，包括地質、地下水水文學、地表水文學、湖沼學、土壤學、植物生態學、野生動物和氣候學。在此基礎上提出一個生態適宜性的規劃策略：（1）保護高滲透性土壤，提高土壤滲水；（2）保護現有的豐富森林資源，發揮良好的水土涵養功能；（3）采用自然地表排水系統，順應自然規律，降低成本[12]。關于項目的綠色基礎設施水調節具體措施和實踐成效見圖1和圖2。

伍德蘭茲社區是經過時間驗證的經典生態規劃案例，其通過分析土壤的水文性質來解決雨洪調節服務功能的“因地制宜”的規劃設計模式被證明是成功的[15]。該模式可以為我國城市綠色基礎設施解決水量調節服務提供借鑒。

2.2 藍綠色基礎設施開放式雨水處理系統模式： 瑞士奧古斯騰堡社區

藍綠色基礎設施是目前被視為應對氣候變化（洪水和干旱），減少城市化（特別是洪水）負面影響的重要途徑。藍綠色基礎設施可提供多重自然和社會功能，包括雨水管理、綠道和生態網絡（綠色基礎設施的重要組成部分）等[16]。藍綠色基礎設施可以提供水體凈化、防洪、蓄水等水調節生態系統服務能力[17]。瑞典南部的奧古斯騰堡社區（The Augustenborg，Sweden）雨洪調蓄項目是一個很好的例子。奧古斯騰堡地區的藍綠色基礎設施建立了十幾年，改善了不能滿足城市雨水蓄滯問題的陳舊灰色基礎設施，獲得2010年聯合國世界人居獎等獎項。歐洲環境局（EEA）認為該地區的生態發展在處理雨洪問題上有顯著的改善效果。

奧古斯騰堡的藍綠色基礎設施主要利用開放式雨水處理系統來實現雨洪調節生態服務功能。基本操作原理是讓降雨先通過開放式的雨水處理系統再到下水道系統，通過一系列開放式的藍綠色基礎設施產生滲透、蓄水和蒸發作用，從而延緩排水時間。開放式雨水處理系統主要包括3個部分：（1）多種類型的開放式排水溝渠系統；（2）滲透場地設計；（3）蓄水池和地表儲水（圖3，表1）[18]。

通過藍綠基礎設施的實施，相對于1994年的5次洪水災害，奧古斯騰堡地區在2009—2014年間沒有發生水災[20]。此外，有研究發現2007年該地區發生夏季強降雨，鄰近的馬爾默市部分地區遭受到嚴重破壞，相比之下奧古斯騰堡地區的徑流相對周邊地區減少50%[21-22]。除了在一般和嚴重洪水事件期間降低洪水風險之外[19,21]，有報告指出奧古斯騰堡的藍綠色基礎設施系統對社會經濟和生態環境產生了積極影響[23]，例如通過為當地的植物和野生動物提供更好的環境，從而增加50%的生物多樣性[24]。綜上所述，奧古斯騰堡的藍綠色基礎設施系統在雨洪時期能夠發揮積極有效的水調節服務能力。

圖1 伍德蘭茲社區規劃途徑及成效

圖2a） 伍德蘭茲社區基于生態制約性的規劃分析

圖2b） 德伍德蘭茲社區基于生態適宜性的用地規劃

圖3 奧古斯騰堡的開放式雨水處理系統原理圖

表1 奧古斯騰堡的開放式雨水處理系統具體內容

2.3 塘群調蓄系統的動態平衡模式： 江西渼陂古村

有著“廬陵文化第一村”美譽的渼陂古村擁有人工與自然完美融合的“兩河一塘（群）”塘群調蓄系統，幾百年來人與水處在一種動態平衡的關系中。該村的塘群系統可以看成是傳統綠色基礎設施的組成部分[25]，具有很好的雨洪調蓄、旱澇調節、水質凈化等生態調節服務功能[26]。

渼陂古村位于江西省吉安市青原區文陂鄉，依靠富水河的便利條件，水運物流發展興盛，商埠繁榮，明清時期以發達的商賈文化聞名贛中地區。由于地勢低洼，經常面臨洪水和暴雨災害，尤其是古廬陵地區的雨季主要集中在農歷五月，俗稱“端午水”，導致該地區一直面臨著洪澇災害[27]。雖然渼陂古村處于年復一年的大小水患之中，但是通過具有傳統生態實踐智慧的塘群調蓄系統有效協調了雨洪災害對居住、農業生產和水運發展的負面影響，保證了古村數百年的繁榮。

渼陂古村的“兩河一塘（群）”塘群調蓄系統，包括富水河、渼水和28口象征星宿的水塘。陂塘調蓄系統可以從“導”和“蓄”這兩大方面進行分析（表2，圖4-圖5）[28]。28口水塘與溝渠、河流共同構成的塘群調蓄系統可對應住建部發布的《海綿城市建設技術指南》，與“濕塘”和“雨水濕地”相似，亦可涵蓋“滲透塘”“調節塘”的概念，截留地表徑流、減緩峰值徑流、增加蒸發和地下水回補，能夠起到雨洪調節的功能，是一種綠色、經濟、高效的徑流收集和污染控制的綠色基礎設施[29]。

3 高效水調節服務的城市綠色基礎設施模式的共性與差異

綜上所述，3個不同模式的城市綠色基礎設施都發揮了積極有效的雨洪調節作用，被證明是一種高效的水調節服務的城市綠色基礎設施模式。通過研究發現這3個模式在本質上存在一些共性。（1）規劃思想一致性。本質上都是基于城市自然生態過程的“低技術、低成本、低影響”城市綠色基礎設施模式。首先通過分析和認識自然過程，以順應自然、模擬自然的方式在不同的地區實現良性水文循環過程，然后采用“低技術、低成本、低影響”的方式有效調節城市中的缺水和內澇等問題，將城市生態系統服務能力發揮最大化。（2）規劃尺度接近。無論是伍德蘭茲社區還是渼陂古村落都屬于城市內的小尺度范疇，目前城市綠色基礎設施雨洪管理在社區小尺度場地的研究進展十分迅速，其景觀生態效益逐步得到認可。城市社區是城市綠色基礎設施實施雨洪管理提升城市生態系統的水量調節服務功能的重要類型之一。（3）形成一種公眾參與、適應和接納雨洪過程的城市綠色基礎設施模式。3個案例都構建了一個適應和接納雨洪過程的社區和村落的綠色基礎設施發展模式，社區居民或村民通過充分的認識與參與，可以增加對突發性災害的認知與應對，每個人的行為參與都是雨洪管理過程的一部分。將雨洪過程與生活體驗相結合，能夠培養社區居民的環境共識，并增強應對雨洪事件的能力。

表2 渼陂古村的塘群調蓄系統的動態平衡模式原理分析

圖4 渼陂古村的現狀水系分析

與此同時，上述3種城市綠色基礎設施模式也存在不小的差異性。這主要體現在以下幾個方面。（1）生態環境的差異。由于不同地區之間地形地貌和降水過程差異較大，以及城市建設特點不同，會面臨不同的生態問題，因此，綠色基礎設施雨洪管理建設必須因地制宜。（2）新老城市地區的差異。新建區域的綠色基礎設施采用的方法未必適宜老城市改造區域。例如奧古斯騰堡案例就是一個老城區基礎設施改造項目，以前城市灰色排水基礎設施隨著城市的發展不能滿足今天的雨洪需求，但是基于各種現狀問題不能完全推翻創新，而是選擇綠色基礎設施的排水系統輔助灰色排水管道共同解決雨洪調節問題。（3）規劃理論和技術方式不同。例如伍德蘭茲社區規劃是在科學的綜合分析和評估——“千層餅”模型的基礎上進行規劃設計的，而渼陂古村則是基于祖先們對人與自然互利共生關系深刻感悟的基礎上進行生態實踐的能力——即生態實踐智慧[31]。無論哪種生態理論知識和技術都有其適應的地區和項目，規劃實踐中需要因地制宜，結合實際借鑒經驗進行探索。

圖5 渼陂古村塘群調蓄系統的動態平衡模式模式

4 結論與討論

提升城市水調節服務能力的本質是改善城市人工系統對自然系統的干擾和損壞。人工系統看似高效卻具有極其脆弱的生態本質，構建城市綠色基礎設施是一種高效的解決途徑。通過城市綠色基礎設施典型模式的分析，可以得出基于城市自然生態過程的“低技術、低成本、低影響”城市綠色基礎設施雨洪調蓄模式能夠發揮高效的生態系統服務功能，有效提升水量調節服務能力，可以為今后城市綠色基礎設施建設提供參考和借鑒。

最后，我們要轉變對自然災害的認知，預做準備并提升避險自救能力，建構人水互惠共生觀，構建一種適應和包容雨洪過程的城市綠色基礎設施發展模式。樹立尊重自然、順應自然、保護自然生態的雨洪管理理念，將雨洪視為城市重要的自然資源，構建人與水互惠共生的生態關系，構建適應和包容的生態發展模式[32-33]。