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        基于海綿城市建設指引的遷安市集雨型綠色基礎設施體系構建策略初探

        2016-09-20 05:10:11戈曉宇李雄
        風景園林 2016年3期
        關鍵詞:集雨遷安市雨洪

        戈曉宇 李雄*

        基于海綿城市建設指引的遷安市集雨型綠色基礎設施體系構建策略初探

        戈曉宇李雄*

        城市綠色基礎設施作為海綿城市建設的重要載體,能夠發(fā)揮出強大的集雨型功能。以遷安市集雨型綠色基礎設施構建為研究對象,以匯水區(qū)劃分、空間布局策略、徑流控制級別、徑流控制功能作為主要研究內容,通過田野調查和教學研討等研究方法,梳理了京津冀地區(qū)由城市綠地系統(tǒng)作為主要載體的集雨型綠地系統(tǒng)的構建方法,歸納了集雨型綠色基礎設施體系對綠地系統(tǒng)集雨功能的補充作用;結合專家訪談和課堂授課反饋信息,總結出海綿城市建設中存在的誤區(qū)與偏差。以此來探討符合京津冀地區(qū)城市實際情況的集雨型綠色基礎設施體系構建策略,為海綿城市建設和城市綠地建設提供借鑒。

        海綿城市;集雨型綠地;城市綠地系統(tǒng);綠色基礎設施

        Fund Item: Supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities: "Team Development of Landscape Architecture Theory Academic Research"(2015ZCQ-YL-01);Supported by Beijing Co-building Project(2015BLUREE01);Supported by the Research on the application of Low Impact Development in Urban Green Space (Department of Urban Construction in the Department of Housing and Urban-rural Development-07)

        1 前言

        城鎮(zhèn)的快速擴張改變了城市下墊面條件和水文機制,引發(fā)城市內澇積水、水污染加劇、河湖生態(tài)惡化等問題[1],這些問題嚴重制約我國城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境改善[2]。為解決這些問題,我國借鑒低影響開發(fā)建設模式,結合城市建設的現(xiàn)實需要,提出并推廣海綿城市建設理念[3]。很多海綿城市技術措施是以城市綠色基礎設施體系作為載體。由城市森林、濕地、水道、城市綠地及其他自然區(qū)域等組成的綠色基礎設施[4]作為海綿城市建設的重要載體,具有巨大潛力。我國目前缺乏一套有效的以綠色基礎設施為載體的同時滿足集雨作用與綠地功能,適應區(qū)域雨洪調蓄需求和水資源條件的規(guī)劃方法。如何在海綿城市建設中既滿足雨洪調蓄功能,又能平衡綠色基礎設施景觀、生態(tài)等基本功能,是目前行業(yè)亟待解決的問題。

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        2 研究背景

        習近平總書記在2013年中央城鎮(zhèn)化工作會議上明確指出:解決城市缺水問題,必須順應自然,要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來,優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水,建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市[5]。2014 年10月,我國住房和城鄉(xiāng)建設部組織編制了《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建(試行)》,這為我國海綿城市體系的建設提供了基本理論指導。2015年4月,國家財政部全國首批海綿城市建設試點城市名單公示,有16個城市獲得了中央財政補貼用于海綿城市建設,遷安市是京津冀地區(qū)唯一的試點城市。2015年10月11日,國務院辦公廳頒布了《關于推進海綿城市建設的指導意見》(國辦發(fā)〔2015〕75號),要求到2020年,城市建成區(qū)20%以上的面積達到目標要求;到2030年,城市建成區(qū)80%以上的面積達到目標要求(將70%的降雨就地消納和利用)[6]。

        遷安市位于華北平原北部,燕山南麓,灤河岸邊,市域總面積1 208km2。遷安市屬暖溫帶,半濕潤、季風型大陸性氣候,具有華北地區(qū)氣候特征。多年平均降水量655.8mm,其中70~80%集中在汛期的7、8、9這3個月份。遷安市中心城區(qū)屬平原地勢由西北向東南傾斜,呈東、西、北三面高,南面低的“簸箕”狀。主要排水河道由西向東有西沙河、灤河、三里河及支流等。主要的積水地段位于南部低洼區(qū),重力流排水條件較差。根據《遷安市綠地系統(tǒng)規(guī)劃》(2013-2030),遷安中心城區(qū)到2030年規(guī)劃建設用地面積為8 809 hm2,建設用地內綠地總面積達3 632.7hm2,城市建設用地綠地率41.24%,其中公園綠地面積達1 442.64 hm2,人均公園綠地面積18.03m2/人[7]。在獲評海綿城市建設試點城市后,遷安市海綿城市建設已經全面展開(圖1)。

        北京林業(yè)大學園林學院一直在積極探索基于海綿城市建設指引的集雨型綠色基礎設施體系的構建方法,在2013級科學碩士研究生風景園林規(guī)劃設計課程教學中,將住房與城鄉(xiāng)建設部課題“低影響開發(fā)的園林綠地應用研究”與科學碩士教學有機結合,以“遷安市集雨型綠地系統(tǒng)規(guī)劃”作為課程教學主題。

        3 以綠地系統(tǒng)為載體的低影響開發(fā)體系構建策略

        在海綿城市技術體系中,綠色屋頂是重要的技術手段,在實地調查中課題組得知遷安市建成區(qū)建筑大多沒有預留綠色屋頂?shù)暮奢d,因此綠色屋頂只能通過規(guī)劃控制對未來建設提出要求來實現(xiàn)。透水鋪裝能夠有效消減城市徑流,但在城市建成區(qū),大量的透水鋪裝改造不僅會為城市居民生活造成不便,也會帶來巨大的資金壓力。綠色屋頂和透水鋪裝這兩項重要技術手段在城市建成區(qū)幾乎無法推行,這使得城市綠地幾乎成為了唯一的城市海綿體。

        3.1匯水分區(qū)的劃分

        以遷安市綠地系統(tǒng)為載體的低影響開發(fā)體系的構建,是從城市雨洪管理的視角研究城市綠地系統(tǒng)的集雨型功能。位于城市不同匯水區(qū)的城市綠地面臨著不同的雨洪威脅,彼此之間在集雨型功能方面幾乎不存在聯(lián)系。因此,城市綠地系統(tǒng)對于徑流控制的作用應該分為各個匯水分區(qū)進行研究,從中觀層面探尋集雨型綠地系統(tǒng)的構建策略。圖2為課題組根據遷安市中心城區(qū)雨水工程規(guī)劃圖中的匯水分區(qū),將整個綠地系統(tǒng)劃分成了若干城市片區(qū)作為基本的研究單元。

        3.2城市綠地系統(tǒng)水敏性分析

        以遷安市綠地系統(tǒng)為載體的城市低影響開發(fā)體系的構建,首先應確定城市雨洪調蓄與城市綠地系統(tǒng)之間的關系,這就需要進行城市綠地系統(tǒng)的水敏性分析。因此,課題組選取雨水管網信息、地形因子、綠地需水量和城市內澇分布圖[8]作為水敏性分析的影響指標。通過研究區(qū)雨水管網矢量化信息和DEM數(shù)據,對研究區(qū)進行水敏性分析,結合城市綠地系統(tǒng)分布特征,確定綠地周邊的雨洪壓力和綠地自身水資源需求的關系。圖3中顏色的深淺表示城市雨洪壓力的級別,一級易澇區(qū)需要周邊綠地起到雨洪調蓄的作用。

        3.3集雨型綠地的空間策略

        集雨型綠地的空間策略是在遷安市綠地系統(tǒng)規(guī)劃(2013-2030)的基礎上,從布局的角度探索各類綠地的建設策略,這受到綠地所在位置屬性的影響,包括建成區(qū)與非建成區(qū),內澇區(qū)與非內澇區(qū)等因素的影響。

        3.3.1建成區(qū)與非建成區(qū)的建設策略差異

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        我國海綿城市的建設理念是在我國城市建設已經相對成熟的背景下提出的,在非建成區(qū),海綿城市建設可以在規(guī)劃過程中參考《海綿城市建設技術指南》中的徑流控制指標,對具體建設項目提出徑流控制的要求。而在建成區(qū),很多綠地建設已經初具規(guī)模,綠地集雨型功能的實現(xiàn)主要依賴對已建成綠地的改造。為了避免海綿城市建設對現(xiàn)有綠地基本功能產生影響,控制改造過程中的工程投資,建成區(qū)和非建成區(qū)的集雨型綠地系統(tǒng)建設應采取差異化的處理方式。對于建成區(qū),綠地資源稀缺、用地條件緊張是主要問題,可采取一種土地集約型的方式解決內澇問題——“暴雨花園”。暴雨花園可以與城市雨水管網對接,利用小規(guī)模大尺度的下沉空間,集中對徑流進行滯留、下滲和存儲,在控制建成區(qū)城市綠地改造規(guī)模的條件下,減輕城市雨水排水管網的壓力,解決建成區(qū)內澇問題。

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        3.3.2附屬綠地源頭消減徑流

        傳統(tǒng)的城市雨水排水系統(tǒng)傾向于集中處理雨水,成本相對較高,而且不利于水質控制和雨水利用。“源頭消減”是低影響開發(fā)的核心理念之一,不僅有助于消減徑流,緩解雨水管網壓力,而且有助于充分利用雨水資源,減輕水資源短缺的壓力[9]。如圖4,在城市綠地系統(tǒng)的分布中,附屬綠地呈現(xiàn)出“面”狀的分布,分布在各類城市用地之中,這種分布特點與源頭消減的要求非常契合。如果將附屬綠地建設成為集雨型綠地,不僅能夠在源頭控制徑流,而且能夠發(fā)揮出雨水資源利用方面的作用。建筑屋頂徑流水質相對潔凈易于使用,排放集中易于收集。[10]如果能設置蓄水池將雨水收集,用于代替市政水源,將會在一定程度上節(jié)約城市水資源。

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        3.4城市綠地在徑流控制中的作用分級

        城市綠地在消減徑流中的作用過程并不是一次完成的,而是通過各級綠地逐步降低徑流污染物濃度、減少徑流量。在徑流產生、匯集、排放的過程中,不同類型的城市綠地發(fā)揮了不同級別的作用——街區(qū)級、片區(qū)級和城市級。徑流在產生和匯集的過程中,主要依賴街區(qū)級綠地進行徑流控制;徑流在排放過程中,街區(qū)級、片區(qū)級綠地可以分級串聯(lián)或者共同進行徑流控制(圖5)。

        街區(qū)級綠地主要為附屬綠地,起到源頭消減的作用;片區(qū)級綠地包括公園綠地、防護綠地,能夠緩解城市內澇點、內澇路段的徑流排放;城市級綠地包括公園綠地、防護綠地和其他綠地,能夠起到大規(guī)模調蓄作用。

        3.5城市綠地在徑流控制功能分類

        在海綿城市建設技術指南中,滲、滯、蓄、凈、用、排是海綿城市建設的關鍵技術手段,對于某個具體的綠地建設項目,其面臨的雨洪問題的類型和雨洪調蓄的容量是基本恒定的,徑流的下滲滯留、儲存利用和凈化處理之間存在一定的重合關系,在規(guī)劃設計中海綿城市技術手段的選用也應該具有一定的傾向性,這種傾向主要取決于城市綠地所面臨的具體問題以及集雨型功能對于城市綠地自身功能的影響程度。本文提出將城市綠地分為5種功能類型,分別為水資源利用型、水質凈化型、雨洪調蓄型、洪澇控制型以及徑流消減型(圖6)。

        雨洪調蓄型綠地是指位于城市外圍的城市綠地,能夠接收外源雨水,可以在城市雨水管網內的徑流排入自然水系之前進行滯留、滲透和凈化。洪澇控制型綠地能夠對綠地內部和外部徑流進行滯留、下滲等處理的綠地,目的是利用有限的綠地緩解內澇問題,洪澇控制型綠地包括公園綠地中的社區(qū)公園、帶狀公園、街旁綠地、各類附屬綠地,以及各類防護綠地。在城市內澇路段,社區(qū)公園、帶狀公園、街旁綠地等可以設計成為“暴雨花園”,通過較大規(guī)模、尺度的下沉空間滯留雨水,暴雨花園對管理養(yǎng)護的要求更高,需要設計師兼顧旱季和雨季的景觀效果和功能。徑流消減型綠地是指在一定設計重現(xiàn)期內,通過各種低影響開發(fā)技術的應用實現(xiàn)內部徑流不排入市政管網的綠地。在海綿城市建設中,城市綠地應該改變傳統(tǒng)的雨水排水模式,盡可能消納綠地內部產生的徑流,從而對緩解市政管網壓力做出貢獻,也能夠保證綠地自身的游憩、景觀、生態(tài)、防災避險等基本功能不受集雨型功能的影響。水質凈化型綠地是指具有較強水質凈化功能的綠地,這類綠地通常具有較大尺度的水面,能夠接收外源雨水。水資源利用型綠地是指以雨水收集和雨水利用為主要目的的城市綠地,包括各種類型的附屬綠地。

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        4 以綠色基礎設施為載體的低影響開發(fā)建設策略

        在課題研究中,課題組發(fā)現(xiàn)城市綠地系統(tǒng)對于徑流的調蓄能力有限,在保證城市綠地基本功能的前提下無法完全滿足海綿城市建設要求。因此課題組以遷安市綠地系統(tǒng)作為低影響開發(fā)體系的基礎,并向綠色基礎設施領域進行拓展,將城市森林、濕地、河道及其他自然區(qū)域等拓展成為集雨型綠色基礎設施,共同對徑流控制發(fā)揮作用(圖7)。

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        4.1上游雨洪安全線

        遷安市是典型的半山區(qū)城市,呈東、西、北三面高,南面低的“簸箕”狀。遷安中心城區(qū)坐落于中部平原,地勢為西北高,東南低。在防洪工程規(guī)劃中,計劃利用小水庫滯蓄山洪。從海綿城市建設的角度出發(fā),東西北三面淺山地帶的城市森林將會構成城市上游的雨洪安全線,通過設置海綿城市設施引導外圍山洪就地消減或進入上游河道,保證中心城區(qū)雨洪安全。

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        4.2下游自然排放區(qū)

        城市綠地對于徑流的控制能力是有限的,當暴雨發(fā)生時,遷安市中心城區(qū)南部經常發(fā)生內澇災害,這時內澇區(qū)附近的林地和濕地可以成為雨水管網的自然排放區(qū),釋放出大量雨水徑流,緩解城市徑流排放壓力(圖8)。

        5 綠色基礎設施在城市雨洪調蓄中發(fā)揮的功能

        城市綠色基礎設施在何種情況下作為具有雨洪調蓄功能的海綿體,城市綠地能夠在多大程度上發(fā)揮雨洪調蓄的功能,城市綠地的基本功能是否會受到影響,這是風景園林行業(yè)從業(yè)者所共同關心的。在課題研究初期,課題組只在技術路線、功能定位、空間策略等層面進行了歸納與總結,并未得出量化的數(shù)據作為支撐。

        5.1海綿城市建設的誤區(qū)——過度依賴綠地系統(tǒng)的集雨功能

        城市綠地是構建優(yōu)質人居環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的核心組成部分,承擔著生態(tài)、游憩、景觀、文化、防災避險等功能。綠地對徑流進行消減、凈化、滯留的作用是綠地生態(tài)功能的組成部分,城市綠地的各種功能之間應維持平衡的狀態(tài),應遵循以人為本的原則。而城市雨水管網則擔負著城市雨水排放的本職責任,無論是否有海綿城市的建設理念,雨水管網永遠是市民所依賴的城市雨洪安全線。在美國許多州,盡管實行了低影響開發(fā)建設理念,但雨水管網設計重現(xiàn)期仍然保持在2-10年一遇[11],各種低影響開發(fā)設施只對雨水排放起到輔助和促進作用,而不是承擔所有的城市排水任務。

        5.2海綿城市建設的偏差——藝術性與科學性的失衡

        在教學研討中,很多同學傾向于將城市中大部分綠地進行完全下沉式處理,這樣的方式能夠滯留大量徑流,卻讓城市綠色的藝術屬性和游憩功能受到了極大影響??茖W性與藝術性是風景園林學科的兩個重要屬性,成功的風景園林作品往往能在二者之間找到平衡。單純的藝術美學無法詮釋當今的風景園林建設,單純的工程科學也不能完全概括風景園林的內涵,面對海綿城市建設的浪潮,風景園林行業(yè)的從業(yè)者需要保持理性的態(tài)度,將科學態(tài)度與藝術美學融入城市綠地建設之中,促使海綿城市成為城市綠地建設的重要推動力。

        5.3綠地內部徑流消減

        表1 集雨型城市綠地系統(tǒng)建設模式匯總表Tab.1 Summary table of the construction mode of rainwater-harvesting urban green space system

        在海綿城市建設浪潮之中,城市綠地需要承載雨洪調蓄功能成為了無法回避的問題,城市綠地的傳統(tǒng)排水方式需要改變。城市綠地在一定設計降雨量下能夠做到內部徑流不外排。這種方式是綠地為城市雨洪調蓄作出的積極貢獻,在工程建設中也有較強的可實施性。

        5.4綠地作為城市雨洪調蓄功能的延展

        在面臨雨洪威脅的情況下,城市綠地可以與市政雨水管網對接,使綠地外部徑流下滲、滯留。在不影響綠地自身游憩、景觀、生態(tài)、文化功能的前提下,在一定的設計降雨量條件下,附屬綠地接收城市用地內地表徑流和建筑屋頂雨水,可以發(fā)揮源頭消減的作用;社區(qū)公園、帶狀公園、街旁綠地通常與城市道路相鄰,可以通過設置下沉空間在內澇路段滯留雨水;郊野公園、森林公園、風景林地、防風林等防護綠地和其他綠地,可以成為雨水管網的自然排放區(qū)。如果將綠地視作單純的城市海綿體,綠地的調蓄能力是巨大的,如果要綠地在保持自身功能的前提下發(fā)揮出適當?shù)挠旰檎{蓄功能,就需要平衡綠地功能、集雨功能、工程造價,考慮綠地生態(tài)、經濟等方面績效評價及其所在區(qū)位的雨洪壓力等因素,需要從綠地自身需求和承載力出發(fā),自下而上地研究綠地調蓄能力的合理范疇。

        5.5展望

        表1中的內容是課題組根據《遷安市綠地系統(tǒng)規(guī)劃》(2013-2030)進行的集雨型綠地建設研究成果。在課題研究中,課題組以現(xiàn)有綠地系統(tǒng)規(guī)劃成果作為研究對象,并向城市綠色基礎設施進行拓展,以匯水分區(qū)劃分作為基本研究單元,從綠地水敏性分析出發(fā),確定集雨型綠地空間策略、作用分級和功能分類,并將綠色基礎設施作為低影響開發(fā)體系的重要支撐。研究過程中始終伴隨著徑流量消減和雨水資源利用的測算,但對于相對復雜的城市雨洪過程來說,簡單的計算和定性的分析并不能完全滿足海綿城市建設的要求,綜合定性與定量分析,基于空間策略、情景設置和軟件平臺進行的城市綠色基礎設施雨洪調蓄能力模擬是能夠切實指導海綿城市建設的研究工作,也是課題組在未來的研究方向。

        致謝:

        本文中的圖片均來源于北京林業(yè)大學2013級風景園林碩士研究生風景園林設計課程教學成果,感謝李雄老師、朱建寧老師、劉祎緋老師、王應臨老師、劉利剛老師在課堂教學過程中的指點與幫助,感謝鄭曦老師、王沛永老師在課題研究中給予的指導。

        注釋:

        圖1、8為曾慧子,翟紫呈,包瓏鈺,李欣蕊繪制;圖2、3為高原,王心怡,蔣雨婷,徐倩繪制;圖4引自參考文獻[7];圖5為李佳懌繪制;圖6為吳晨、高凡、萬凌緯、趙雪瑩、楊揚繪制;圖7為魏曉玉,紀茜,王越繪制。

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        GB50400-2006, Engineering technical code for rain utilization in building and sub-district [S]. Ministry of housing and urban rural development,2006.

        Research on Building of Rainwater-harvesting Green Infrastructure Pattern of Qian’an based on the Instruction of Sponge City Construction

        GE Xiao-yu LI Xiong

        Urban green infrastructure plays a powerful function in rainwater-harvesting as an significant carrier of Sponge City construction. With field investigation and teaching research, the paper provides a summary of constructing methods of rainwater-harvesting green space system based on the green system in Beijing,Tianjin and Hebei areas. Choosing Qian'an rainwater-harvesting green infrastructure system as the research object, we put emphasis on catchment division, spatial layout strategy, runoff control level and runoff control function. The paper sums up the errors and deviations in the Sponge City construction, combined with expert interviews and teaching feedback information. It proposes the construction strategy of rainwater-harvesting green infrastructure system which could conform to the actual situation in cities of Beijing, Tianjin and Hebei areas and provides reference for the construction of Sponge City and urban green space.

        Sponge City;Rainwater-harvesting Green Space;Urban Green Space System;Green Infrastructure

        TU986

        A

        1673-1530(2016)03-0027-080

        10.14085/j.fjyl.2016.03.0027.08

        2016-02-02

        2016-03-14

        2015年“中央高?;究蒲袠I(yè)務費專項資金資助(2015ZCQ-YL-01)”;2015年“北京市共建項目”資助(2015BLUREE01);住房和城鄉(xiāng)建設部課題“低影響開發(fā)的園林綠地應用研究”資助(建城[2015]園林綠化第07號)

        戈曉宇/1986年/男/內蒙古人 /博士/北京林業(yè)大學園林學院,城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室,講師/風景園林規(guī)劃設計與理論(北京100083)

        GE Xiao-yu was born in 1986 in Chifeng of Inner Mongolia. He works in School of Landscape Architecture of Beijing

        Forestry University. And he is also a lecturer in Beijing Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment,majored in Landscape Architecture Planning Design and Theory(Beijing 100083)

        李雄/1964年/男/山西人/博士/北京林業(yè)大學園林學院院長,城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室,教授,博士生導師/風景園林規(guī)劃設計與理論(北京100083)

        郵箱(Corresponding author Email):bearlixiong@sina.com

        LI Xiong was born in 1964 in Taiyuan of Shanxi Province,working in Beijing Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment as a Professor and doctoral tutor, and he is also the Dean of School of Landscape Architecture in Beijing Forestry Uniersity. He focuses on the Landscape Architecture Planning Design and Theory(Beijing 100083)

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