基于韌性城市理念下的蓄滯洪區景觀設計策略

胡尚萬，吳 威

(上海應用技術大學生態技術與工程學院,上海 201418)

0 引言

近年來,全球氣候問題愈發嚴重,大氣環流和水文循環導致的水環境變化[1],在全球引起了諸多的水文氣象變化,從而導致城市洪澇災害頻發,根據國家水利部和氣候中心數據統計,城市洪澇災害在全國各地頻發,多省市發生大面積洪澇災害,比如2021年河南鄭州特大暴雨災害,2023年福建7月和9月兩次特大暴雨災害及上海6月持續暴雨導致城市內澇。蓄滯洪區作為城市防洪減災系統中重要的關鍵因素,在城市洪澇災害來臨時,傳統的城市蓄滯洪區建設缺乏韌性[2],因而各領域學者逐漸開始重視城市蓄滯洪區在雨洪方面的研究,積極探尋應對城市雨洪災害的方法和策略。韌性城市研究應運而生,韌性城市理念不僅能應用在城市內澇防治方面,還能應用于城市雨洪管理規劃中[3]。于是部分學者開始將韌性城市理念引入城市蓄滯洪區韌性防洪研究,2015年廖桂賢等學者提出了“韌性承洪”的理念,通過建設自然的蓄滯洪區應對雨洪災害,提升城市雨洪韌性[4];2018年康征等學者認為韌性城市建設要更強調社會怎么去適應洪澇災害[5]。與此前蓄滯洪區景觀的傳統硬質工程建設相比,基于韌性城市理念下的蓄滯洪區景觀建設具有更高的靈活性、適應性和韌性,其設計思想更滿足當今城市蓄滯洪區景觀建設的韌性需求,其韌性設計能夠減少城市洪澇災害的發生,為解決城市洪澇災害問題提供新的思路。

1 相關概念研究

1.1 韌性城市

國外將“韌性”與城市規劃結合,“韌性”理念逐漸運用于城市系統應對災害中繼而形成“韌性城市”,韌性城市聯盟將“韌性城市”界定為城市系統在面臨風險沖擊時,軟硬件層面均有抗干擾能力和韌性能力,能降低風險及損失,快速恢復到原始狀態或通過適應達到更好的新狀態[6]。韌性城市建設包括工程韌性、生態韌性、經濟韌性和社會韌性四個重要組成部分,涉及自然、社會、經濟等各個領域[7]。本文主要研究在生態韌性上,韌性城市生態韌性強調場地適應外部沖擊和維持生態動態平衡的能力,即具有快速恢復能力、適應新平衡能力、維持生態平衡穩定能力等[8]。

韌性城市理念在景觀上體現為以人為本、綠色、協調、可持續發展等,強調城市及城市景觀具備適應、調節、更新的能力,發揮景觀韌性功能,維持景觀自身的動態平衡[9]。

1.2 蓄滯洪區

蓄滯洪區主要是指河堤外洪水臨時貯存的低洼地區及湖泊等,大多為江河洪水淹沒和泛濫的區域,是城市防洪體系中的重要組成部分。在發生雨洪洪災時,蓄滯洪區可臨時蓄滯上游過量洪水、削減上游洪峰及洪水資源蓄滯利用等,能夠緩解城市雨洪洪澇,減輕城市洪水壓力[10]。蓄滯洪區多具有極強的親水性和良好的生態環境,在對蓄滯洪區建設時要合理利用蓄滯洪區景觀內部的綠地、人文、水文和動植物等資源,既要滿足當代社會居民對親近自然的生活和工作需要,也要協調人與自然的關系,保護好生物多樣性和生態環境,維護場地景觀生態系統平衡與穩定。

蓄滯洪區現存在的問題：蓄滯洪區景觀綠地碎片化分散在城市中,與城市割裂,蓄滯洪區景觀缺乏濱水活性;在面臨洪水時傳統蓄滯洪區景觀應對洪澇災害能力不足,表現在三個方面：1)洪水來臨時,調蓄洪水的勢能會對場地造成沖擊性傷害;2)調蓄洪澇后,調蓄滯留的水體會將場地淹沒,造成淹沒性傷害,對景觀生態系統產生威脅,景觀功能減退,生物多樣性逐漸減少等;3)洪澇退去時,會造成場地水土流失。因而文中蓄滯洪區景觀設計和建設的重點放在提升景觀生態韌性和雨洪管理上面。

1.3 韌性城市理念與蓄滯洪區景觀設計關聯分析

蓄滯洪區景觀設計作為指導蓄滯洪區建設的重要工作,其目標和韌性城市生態韌性建設是一致的,所以其也具備韌性城市理念的強調特征。以韌性城市理念作為指導蓄滯洪區景觀設計的理論依據,指導其開展景觀生態韌性和景觀雨洪韌性的設計是可行的。

1)兩者結合順應景觀生態系統動態協調發展。蓄滯洪區濕地本身具有復雜多樣的生態系統,蓄滯洪區景觀設計是統籌河流與綠地形成的自然生態系統和周邊環境相互適應的過程,是動態變化和適應性生長的;韌性城市理念強調遵循自然生態系統的自然演替和生長的過程,韌性城市生態韌性強調通過景觀生態系統的復雜多樣性,增強景觀生態系統應對外部復雜、不確定性干擾的自組織力與自適應力,對自然生態環境進行修復和保護,并協調解決城市建設與生態系統之間的問題。將韌性城市理念引入蓄滯洪區景觀設計中,更多的是整合優化和協調景觀生態系統層面,提升蓄滯洪區的生態韌性和生態適應能力,達到增強環境韌性和抗干擾力的目標。

2)韌性城市理念指導蓄滯洪區景觀設計具有可行性。韌性城市理念強調用盡量少的人工干預幫助蓄滯洪區建設修復生態問題,通過增加景觀生態系統多樣性來增強系統適應與調節能力,激發景觀的自主能動性,即用最接近于自然的手段建設蓄滯洪區景觀。同時,韌性城市理念在設計前期對場地的科學預判分析,將更好地幫助蓄滯洪區景觀提升生態系統應對各種不確定性災害干擾的韌性,讓蓄滯洪區景觀更具成長更新的潛力,有助于解決當前蓄滯洪區面臨的諸多建設問題,使城市蓄滯洪區景觀更好地發揮生態效益和雨洪效益,更有效地改善城市水環境[11]。

2 基于韌性城市理念下的蓄滯洪區景觀設計原則

2.1 生態優先原則

生態優先是建設適宜性生態系統的第一要義,在蓄滯洪區景觀的韌性設計中要以生態優先為前提,明確場地生態環境承載范疇,進行實際設計的時候要與各要素相聯系,通過構建生態的景觀系統,和利用不同因素之間的相互制衡關系來發揮景觀的自適應力,達到生態系統的穩定和景觀系統的正面生長能力,減少和弱化外部影響尤其是人類對整個生態系統的負面影響,促進生態系統平衡穩定[9]25。

2.2 動態適應原則

面對外部干擾時,景觀能不斷調整自身景觀系統去動態適應這些不同的外部干擾。在對城市蓄滯洪區景觀進行韌性設計時,要以動態適應變化的思維來分析場地現狀,系統中的各項技術措施都需要適應區域,并在適當條件下優化調整景觀,提升蓄滯洪區景觀的動態適應能力,緩解外部干擾和降低災害影響,促進生態系統適應動態變化,實現場地可持續發展。

2.3 可持續發展原則

可持續發展是韌性城市理念的最終目標也是景觀在韌性發展下追求的發展狀態。在進行蓄滯洪區景觀的韌性設計中應充分保證蓄滯洪區景觀生態系統能夠自我適應和發展,強調使用簡單、生態、自然的措施來減少初期建設成本,突出可循環使用的鄉土元素,減少人工干預、減少能源消耗,并實現場地可持續循環發展[9]26。

3 基于韌性城市理念下的蓄滯洪區景觀設計策略

本文基于韌性城市理念指導蓄滯洪區景觀設計,結合前文聚焦于蓄滯洪區景觀生態韌性和雨洪韌性的提升,以便于更好的發揮蓄滯洪區景觀的生態韌性功能和雨洪調蓄功能。

3.1 景觀生態韌性設計

結合蓄滯洪區生態現狀,科學規劃設計蓄滯洪區景觀系統,包括地形、水體、植物等生態韌性設計,滿足景觀生態功能,提升景觀生態韌性,確保景觀生態平衡穩定,更好的適應外界不確定性干擾。

3.1.1 地形韌性設計

地形是蓄滯洪區景觀的骨架,也是其他活動空間建設的平臺基礎,地形的韌性設計要在充分尊重原有地形的前提下以土方平衡為導向進行豎向設計,根據蓄滯洪區地形、坡度等現狀和設計目標對地形布局進行調整重構與改造優化,部分設計如圖1所示,箭頭為水流方向。坡度是影響雨水徑流流速的主要因素之一,對場地平均坡度大于5°的區域進行局部微地形設計、人工降低坡度、設計階梯式景觀等平緩坡地高差,減緩徑流流速,降低雨洪沖刷對場地生態環境的影響,保護生態平衡;對場地平均坡度小于5°的區域進行局部地形景觀改造、設置自然起伏的緩沖區、線性植草溝、雨水花園、生態駁岸、消落帶和生態島等,并引導和滯留地表雨水徑流,降低雨洪徑流沖擊的影響,發揮場地景觀生態和雨洪功能,促進場地適應雨洪干擾,保護生態平衡。

3.1.2 水體韌性設計

水體是蓄滯洪區景觀設計的關鍵景觀要素,水體位置的確定應結合地形的高程、坡度、坡向以及雨水徑流的匯水趨勢等;水體的大小、深度要綜合考慮場地所在地降雨量和場地設定的所需調蓄洪量等因素。在保證防洪標準和場地安全的前提下,蓄滯洪區水體設計根據場地水文條件的季節變化、水體水深、水量水速、水體水位等,對水底和水岸進行韌性改造,降低雨洪水體沖蝕,并選擇適宜場地的水體岸線、消落帶和景觀駁岸,設計相應的韌性多層次淹沒的生態匯水景觀[12],既能提供滿足與人互動的濱水活動空間,又能適應洪水變化和改善水體生態環境。

水體設計有兩種狀況,若場地內有自然水系,則進行相應的多層次韌性改造調整,順應自然與周邊水系協調,并對水體區域適度自然化韌性處理,促進場地適應雨洪并提高水體自我修復、凈化的能力,保護生態水環境;若場地內無自然水系,則通過地形、高程等調控從而影響場地的水文過程,根據場地情況選擇營造大型調蓄水體,如擬自然的湖泊、雨水濕地等,或選擇結合局部營造中小型集水濕地,如季節性水面、雨水花園等[13]。再根據場地現狀資料和水文在ArcGIS中進行分析,根據國家生態環境部制定的《河湖生態緩沖區保護修復技術指南》等相關文件中的水域緩沖區等級和寬度的劃分標準進行賦值,結合蓄滯洪區上位規劃和專家意見,進而確定適合做水體的位置和大小,適當開挖適宜蓄滯洪區的水體,與周邊水系進行聯通,形成完整的景觀水體,并設計多層次淹沒的水體景觀,促進場地適應外界干擾,提升區域水體生態韌性。

3.1.3 植物韌性設計

植物配置設計根據場地高程分析、雨洪條件、能否淹沒范圍等科學地選擇非雨季抗旱性強和雨季抗淹性能強的本土植物,其次選用根系發達、凈化能力較強的本土植物[14],最后選擇鄉土植物搭配,營建韌性多層次季節性植物群落,提升場地植物生態韌性,促進生態系統自身調節功能的完善,增強場地適應環境變化。且在植物配置方面還要注意選用不同層次的植物進行組合,同時,注意植物色彩、形態以及主次的協調,構成層次豐富、季相變化明顯的植物生態景觀。

3.2 景觀雨洪韌性設計

韌性的蓄滯洪區景觀不僅能消納自身場地的雨水徑流,還能協調周邊水系的雨洪調蓄。根據洪水來臨時場地季節性水位變化和不同重現期洪水位的淹沒范圍進行多層次景觀雨洪韌性設計,實現雨洪的收集、凈化和回收利用,促進場地雨洪調蓄能力和增強場地適應洪水的能力,維持場地生態平衡。

3.2.1 水量平衡劃分淹沒范圍

在滿足蓄滯洪區防洪安全的前提下進行景觀雨洪韌性設計,設計之前結合場地現狀條件對場地進行洪水來臨之前的水量平衡分析,科學合理地選擇蓄滯洪區水量平衡影響要素包括場地降雨量、地表徑流量、蒸發量、滲透量、調蓄容積量等,使用容積法V=10HφF計算場地徑流調蓄容積,再推導出適用于場地的水量平衡方程,驗算場地的雨洪調蓄能力[15],根據得到的水量平衡數據結果在ArcGIS中模擬出不同重現期洪水位變化下的淹沒范圍,合理的劃分場地不可淹沒范圍、可淹沒范圍和韌性淹沒調節范圍[16],如圖2所示。根據場地情況,對這幾個范圍進行不同的景觀雨洪韌性設計,打造不同的多層次韌性雨洪景觀,提升蓄滯洪區景觀雨洪韌性,促進場地對雨洪的適應性和調蓄功能。

3.2.2 營建韌性淹沒調節范圍

韌性淹沒調節范圍是連接不可淹沒范圍、可淹沒范圍的樞紐,根據不同季節雨洪的水位變化及淹沒情況對其采用合理的景觀多層次雨洪韌性設計,并通過植物、景觀小品等構建雨洪韌性景觀,如設計韌性水域緩沖區景觀、韌性消落帶景觀等。在韌性淹沒調節范圍合理增加濱水活動空間和場地,滿足親水和社交活動的休閑需求,協調環境保護與人類開展觀光游覽活動的矛盾,如在濱水活動區設計階梯式駁岸等,洪水調蓄時水位上漲不會對景觀生態系統造成破壞,雨洪調控退去后人們又可以通過階梯到水岸進行親水活動。因而營建韌性淹沒調節范圍,可以在雨洪來臨時將上游過量洪水調蓄排入蓄滯洪區,使水位淹沒在可調控的韌性淹沒調節范圍中,能夠確保場地正常安全運行,并能維持蓄滯洪區景觀生態平衡穩定。

3.2.3 構建景觀雨洪韌性系統

將洪水融入蓄滯洪區景觀中,對場地進行雨洪分析,合理設計不同的雨洪韌性景觀,結合設計的水體、韌性雨洪調蓄設施及水利管網等共同構成蓄滯洪區景觀雨洪韌性系統,調蓄雨洪時發揮景觀雨洪韌性系統雨洪蓄滯功能、雨洪適應功能和系統自我調節功能,并結合水利工程設施調控場地和上游雨洪,削減蓄滯洪區上游洪峰,減輕上游行洪壓力。

4 結語

韌性城市理念指導蓄滯洪區景觀設計是解決目前城市雨洪問題的新思路和方向。文中通過研究韌性城市與蓄滯洪區景觀,將兩者結合進行關聯分析,聚焦于提升蓄滯洪區景觀生態韌性和雨洪韌性,歸納出基于韌性城市理念下的蓄滯洪區景觀生態韌性設計策略(即地形韌性設計、水體韌性設計和植物韌性設計)和景觀雨洪韌性設計策略(即水量平衡劃分淹沒范圍、營建韌性淹沒調節范圍和構建景觀雨洪韌性系統),為蓄滯洪區景觀設計提供實質性的設計策略。但文章缺少具體場地實踐應用的反饋驗證,存在許多的不足,后續仍需深入探究。同時希望能夠通過本文研究,讓更多學者能夠重視蓄滯洪區景觀建設的研究和解決蓄滯洪區韌性建設過程中的問題,并更加關注城市雨洪管理,使城市與自然和諧相處,共同可持續發展。