金云峰

周 艷

沈 潔*

重慶直轄以來(lái)，人口經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)劇烈演替，城市規(guī)?？焖贁U(kuò)張，大面積自然綠地和水系被建設(shè)用地征占，造成大部分建成區(qū)匯水路徑阻隔，整體水文格局紊亂。受重慶地區(qū)復(fù)雜山地建設(shè)條件的影響，部分建成區(qū)出現(xiàn)了雨水匯流變快、沖刷力變強(qiáng)、匯流時(shí)間縮短、下墊面滲透率降低等現(xiàn)象，水文地質(zhì)災(zāi)害潛藏，伴隨而來(lái)的雨水徑流污染和循環(huán)問題日趨受到關(guān)注。妥善處理城市空間系統(tǒng)與水文綠地空間系統(tǒng)的相互關(guān)系成了城市可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)因。

目前，國(guó)際上城市化水平較高的國(guó)家在雨水系統(tǒng)的生態(tài)管理上，其理論技術(shù)體系和法律管理制度已趨于成熟完善。比如美國(guó)在最佳管理措施(BMPs)基礎(chǔ)上推進(jìn)的低影響開發(fā)設(shè)計(jì)(LID)、英國(guó)的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(SUDS)以及澳大利亞的水敏感性城市設(shè)計(jì)(WSUD)等均已具有高效的實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值[1-2]。而國(guó)內(nèi)相關(guān)的研究實(shí)踐開展較晚，尺度偏向微觀，缺乏流域尺度的綜合全局觀，且多集中于平原城市。因此，尋找一套適應(yīng)于山地水文特征的區(qū)域性多尺度情境下的生態(tài)雨水系統(tǒng)構(gòu)建方式具有其特殊的創(chuàng)新價(jià)值。

本文基于山地水文循環(huán)過程特征分析，以位于盤溪河支流的流域單元為研究對(duì)象，探尋適應(yīng)山地特征的LID雨景單元設(shè)計(jì)方法，以期對(duì)同類型區(qū)域的生態(tài)修復(fù)與優(yōu)化建設(shè)實(shí)踐有所助益。

1 山地水文特征分析

1.1 水“源”——流域降雨時(shí)序不均

降雨是山地水文循環(huán)過程的重要組成部分之一，起到補(bǔ)充湖庫(kù)庫(kù)容和地下水量等源頭作用，能促進(jìn)山地水文格局生態(tài)過程的發(fā)生。重慶地區(qū)雨量豐沛，主城區(qū)多年平均降雨量約為1.2m，降雨時(shí)間及強(qiáng)度分配存在明顯的季節(jié)性差異，降雨量的75%集中在4—9月，5、6、9月為降雨最集中的汛期，主要降雨類型為中雨和小雨，7、8月為大雨和暴雨，表現(xiàn)出雨峰靠前、雨型急促、匯流歷時(shí)短、峰高量大等特點(diǎn)[3]，徑流污染過程的初期沖刷效應(yīng)明顯。但大量建成區(qū)的灰色快排市政基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)法對(duì)降雨進(jìn)行有效的利用和消納。

1.2 水“流”——徑流地貌空間復(fù)雜

山地水文的徑流階段是雨水匯入自然水體的遷移過程，其中地表徑流過程中的匯流時(shí)間和徑流峰值受地貌結(jié)構(gòu)與下墊面類型影響較大。重慶主城區(qū)以低山、丘陵為主體的地貌組合呈層狀分布，內(nèi)部最大高差達(dá)1 417m，地勢(shì)起伏明顯，坡地分布廣泛[4]。較平原城市，主城區(qū)建筑小區(qū)依附山地地形建設(shè)，坡度多在10%以上，形成了分臺(tái)聚居、垂直分異的組團(tuán)布局模式[5]。主城區(qū)道路多為坡段路，大于3%的道路占80%以上，5%的大縱坡段比例較大，局部甚至超過9%[6]。在主城區(qū)廣場(chǎng)及綠地的地形處理方式中，臺(tái)地和斷崖類型景觀最為典型，局部地段高差明顯，例如濱水綠地入水段可達(dá)幾百米。復(fù)雜的地貌空間存在雨洪災(zāi)患威脅，增大了合理引導(dǎo)雨水徑流的工程技術(shù)難度。并且，主城區(qū)流域的下墊面不透水面積逐步擴(kuò)張，降雨產(chǎn)流的正常水循環(huán)體系出現(xiàn)斷裂，徑流傳輸空間的生態(tài)敏感性和脆弱性更加突出。

1.3 水“匯”——枝狀匯流循環(huán)不暢

在匯水過程中，山地水網(wǎng)體系因徑流空間地貌復(fù)雜多樣，依托流域特性匯集形成層級(jí)清晰的樹枝狀水網(wǎng)結(jié)構(gòu)。并且，山地匯水空間層級(jí)豐富，匯水結(jié)構(gòu)復(fù)雜，依次劃分為流域、子流域、流域單元、子流域單元和集水區(qū)5個(gè)層次[7]。山地開發(fā)過程中存在大量將湖庫(kù)坑塘等集水區(qū)渠化改道、截彎取直、侵占填埋等現(xiàn)象，直接阻隔了匯水路徑的連通性，使水文動(dòng)力缺失、水系循環(huán)不暢，由此造成了主城區(qū)內(nèi)眾多湖庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)崩潰、水體污染嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，主城區(qū)82%的湖庫(kù)水質(zhì)降為劣V類[8]，既不能滿足景觀水體功能，同時(shí)水文調(diào)蓄功能也逐步喪失，故城市建設(shè)前期應(yīng)嚴(yán)格控制藍(lán)綠保護(hù)水文線，最大程度減少對(duì)水“匯”過程的干擾。

2 山地LID雨景單元設(shè)計(jì)策略

圖1 基地概況及集水區(qū)劃分

圖2 基地排水條件

結(jié)合重慶盤溪河支流流域單元實(shí)踐案例，探討山地水文特征下的低密度建成新區(qū)水生態(tài)優(yōu)化策略。研究項(xiàng)目位于重慶市渝北區(qū)北部新區(qū)，屬于盤溪河上游區(qū)域的子流域。規(guī)劃研究范圍總面積為417hm2，水體面積達(dá)11hm2，整體北高南低，高差近130m。西鄰照母山森林公園，公園東部余脈嵌入基地。3條城市主干道與其相接，金開大道貫穿其中。內(nèi)部5個(gè)湖庫(kù)分屬于5個(gè)子流域單元，集水區(qū)共計(jì)61個(gè)(圖1)。最初建設(shè)目標(biāo)為生態(tài)環(huán)境友好的低密度宜居新區(qū)，但缺乏生態(tài)水文保護(hù)研究的前期開發(fā)模式對(duì)水文敏感區(qū)進(jìn)行了粗暴的人工干預(yù)，比如圍筑湖庫(kù)坑塘、填埋連接湖庫(kù)上游的小型湖泊濕地、暗渠化道路中的自然溪溝、硬化河流自然式緩沖護(hù)坡、侵占潛在匯水區(qū)域與路徑[9]，嚴(yán)重破壞了坡面結(jié)構(gòu)及坡地植物系統(tǒng)，造成上游翠微、頤和湖庫(kù)庫(kù)容陡降，中游青年、茶坪湖庫(kù)水體循環(huán)不暢，下游六一湖庫(kù)自凈功能驟降、局部水體污染嚴(yán)重，整體水網(wǎng)體系出現(xiàn)斷裂。極端氣候下，上游雨水匯流變快、匯流時(shí)間縮短、沖刷力變強(qiáng)，而下游行洪系統(tǒng)泄洪不暢，存在山地崩塌、滑坡、泥石流等水文災(zāi)患(圖2)。

基于山地水文特征影響下的藍(lán)綠生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)破壞機(jī)制，利用低密度建成新區(qū)易于布置低影響開發(fā)LID雨景單元設(shè)施的空間優(yōu)勢(shì)，針對(duì)其內(nèi)部山地匯水路徑阻隔、湖庫(kù)水體循環(huán)不暢及淤堵污染等問題，提出了修復(fù)潛在匯水路徑來(lái)連通水網(wǎng)系統(tǒng)的適應(yīng)性策略。并結(jié)合山地建筑小區(qū)、道路、廣場(chǎng)及綠地等主要類型，提出了典型山地條件下的LID雨景單元優(yōu)化策略，將不同級(jí)別類型的雨景單元累加組合，構(gòu)建具有山地特征的低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)(圖3)。

2.1 藍(lán)綠水網(wǎng)匯水機(jī)制修復(fù)

首先，對(duì)建成區(qū)進(jìn)行生態(tài)本底評(píng)估，基地現(xiàn)狀下墊面共61個(gè)地塊，根據(jù)前期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和降雨數(shù)據(jù)，運(yùn)用《重慶市海綿城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中的計(jì)算公式，得到基地的年徑流控制總量為43%，污染物控制率為36%，遠(yuǎn)低于相應(yīng)的生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合山地徑流控制難度及改造經(jīng)濟(jì)成本等因素，將該區(qū)域年徑流總量的控制目標(biāo)定為65%，徑流污染控制率調(diào)整為45%。

其次，利用GIS的水文功能分析模塊對(duì)可改造區(qū)域的建設(shè)強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)，梳理水系網(wǎng)絡(luò)，保留原生天然坑塘、溝渠、濕地沖溝等，甄別匯水?dāng)帱c(diǎn)及潛在徑流通道，連通山地自然排水廊道，完善公園山體綠地的坡體加固工程，復(fù)明城市道路的地下暗渠，促進(jìn)各等級(jí)水系的連通性，保證蓄洪與泄洪能力(圖4)。

最后，以山地建筑小區(qū)、道路、廣場(chǎng)及綠地為例，置入典型山地條件下的初級(jí)LID雨景單元，加以重復(fù)、鏈接、嵌套累加形成初、支、次、主、超結(jié)構(gòu)的低影響開發(fā)雨水單元系統(tǒng)[10](圖5)。

2.2 山地LID雨景單元設(shè)計(jì)

2.2.1 散納廣滯的建筑小區(qū)LID雨景單元設(shè)計(jì)

1.了解現(xiàn)實(shí)問題。為了讓學(xué)生全面了解問題，主動(dòng)參與課堂教學(xué)，筆者為學(xué)生播放相關(guān)視頻紀(jì)錄片，學(xué)生在感到震撼的同時(shí)，也對(duì)環(huán)境污染問題有了更深入的了解，產(chǎn)生了掌握相關(guān)詞匯的迫切欲望。

山地建筑小區(qū)空間布局豎向變化明顯，硬質(zhì)化率高，綠地集中，雨水產(chǎn)流點(diǎn)多而不定，整體蓄水能力弱。結(jié)合山地住區(qū)布局及地形特征，宜采用小規(guī)模分散式的雨水處理方式，引導(dǎo)外向型雨水排放向內(nèi)向消解型轉(zhuǎn)變，形成獨(dú)立的雨水消解單元，構(gòu)建住宅級(jí)-組團(tuán)級(jí)-住區(qū)級(jí)的多級(jí)網(wǎng)狀雨水滲透系統(tǒng)。通過綠色屋面的預(yù)處理，初期棄流的雨水由雨落管及雨水桶進(jìn)入宅間庭院的LID雨水滯留設(shè)施進(jìn)行初級(jí)滯留，飽和時(shí)通過滲透溝渠、植草淺溝等傳輸措施到達(dá)組團(tuán)級(jí)調(diào)節(jié)塘下凹綠地進(jìn)行二次消減，匯入居住區(qū)級(jí)的雨水花園，最后將超量雨水排放至山體綠地等終端蓄存單元。中坡和緩坡為基地住區(qū)2種主要的建設(shè)地形，針對(duì)坡度小于10%的緩坡，以協(xié)信TOWN城小區(qū)為例，可采用相似的方式將環(huán)狀組團(tuán)作為雨水消解單元，鏈接一個(gè)或多個(gè)緩坡上獨(dú)立的單元來(lái)完成對(duì)雨水的控制引導(dǎo)。中坡坡度介于10%～25%之間，采用填挖方對(duì)建設(shè)地形進(jìn)行改造，形成分臺(tái)帶狀布局模式，其中綠地空間呈多級(jí)臺(tái)地狀，局部有陡坎。結(jié)合萬(wàn)科悅府小區(qū)地形呈階梯三維化的特點(diǎn)，可設(shè)置階梯式過濾草溝，將同臺(tái)地匯聚區(qū)的雨水通過梯級(jí)流動(dòng)的方式引入跌落式雨水花園來(lái)調(diào)節(jié)水量，同時(shí)將陡坎、斜坡進(jìn)行綠化處理，降低徑流流速。暴雨時(shí)，泛洪雨水可依托開放式溝渠及雨水塘排入湖庫(kù)和城市雨水管渠，滿足暴雨排洪的要求(圖6)。

圖3 構(gòu)建山地低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的總體策略

圖4 基地藍(lán)綠水網(wǎng)匯水機(jī)制修復(fù)策略

2.2.2 減峰控污的城市道路LID雨景單元設(shè)計(jì)

城市道路既是雨污產(chǎn)生、排放的主要場(chǎng)所，也是構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的基礎(chǔ)性骨架結(jié)構(gòu)。依據(jù)山地道路縱坡大、保水能力弱、初期徑流污染嚴(yán)重、徑流峰值高等特點(diǎn)，可采用梯級(jí)生物滯留帶的雨水處理方式[11]。低強(qiáng)度降雨時(shí)，通過鋪設(shè)透水鋪裝及生態(tài)樹池對(duì)雨水進(jìn)行初級(jí)滲透，再借助路緣石豁口進(jìn)入攔污槽等預(yù)處理設(shè)施，過量雨水則通過植草淺溝等凈化傳輸導(dǎo)入隔離帶中的階梯狀生物滯留池，最大限度地過濾蓄積雨水。若遇高強(qiáng)度降雨，超負(fù)荷雨水就近導(dǎo)入綠地雨水調(diào)節(jié)塘，完成調(diào)蓄和錯(cuò)峰。同時(shí)為防止雨水下滲造成的地基不穩(wěn)，必須做好相應(yīng)的防滲措施，比如將非透水性材料應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)的基層與中下面層中。以基地內(nèi)坡度為4%的金開大道部分路段為例，可采取路段初期棄流、源頭截污等措施解決徑流污染問題。根據(jù)路段徑流量，在縱向上每間隔15m設(shè)置0.02m×0.02m的梯級(jí)生物滯留池，且選用耐淹耐污性強(qiáng)的本土植物，使雨水快速消納擴(kuò)散(圖7)。

2.2.3 高蓄低存的城市廣場(chǎng)LID雨景單元設(shè)計(jì)

基地廣場(chǎng)用地高差明顯、硬質(zhì)化率高，分為下沉和臺(tái)地2種形式，其雨水徑流匯聚速度快、沖刷力大、積水嚴(yán)重、污染物易累積。多途徑收集雨水、增強(qiáng)場(chǎng)地的蓄水能力為基于低影響開發(fā)的下沉廣場(chǎng)設(shè)計(jì)的基本原則?；貎?nèi)的協(xié)信星光天地下沉廣場(chǎng)高差達(dá)2m，雨水收集改造通過在地上部分鋪設(shè)攔污槽過濾較大的固體懸浮物，再通過滲透溝槽傳輸至低洼處。在地下廣場(chǎng)的下凹綠地敷設(shè)滲漏溝，雨水通過硬質(zhì)鋪地上的不透水層流入蓄水涵箱，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)蓄雨水、削減洪峰的目的。下沉廣場(chǎng)根據(jù)降雨量的大小呈現(xiàn)出旱、雨、澇3種不同的景觀效果。

頤和公園臺(tái)地廣場(chǎng)遵循水文路徑完成雨水的階梯性流動(dòng)，在每級(jí)臺(tái)階上設(shè)置連續(xù)的線性植被滲渠，通過生態(tài)樹池將雨水徑流引入植被緩坡區(qū)的分散小型生物滯留池，溢流雨水最終匯入同臺(tái)地水平硬質(zhì)區(qū)域中的下凹綠地。廣場(chǎng)入口的水景區(qū)可依據(jù)高差設(shè)計(jì)成梯級(jí)跌落式水景，增設(shè)小型曝氣裝置來(lái)提高水文動(dòng)力。為滿足山地廣場(chǎng)的防曬需求，植物配置應(yīng)以耐旱濕的鄉(xiāng)土喬木為主，搭配相應(yīng)的灌草地被，形成層次豐富的小型LID植物群落(圖8)。

2.2.4 梯級(jí)滯蓄的公園綠地LID雨景單元設(shè)計(jì)

圖5 山地雨景單元系統(tǒng)的銜接關(guān)系

圖6 萬(wàn)科悅府小區(qū)LID雨景單元設(shè)計(jì)

作為雨水消解的終端核心單元，山地公園綠地既要消減處理周邊建筑及道路的雨水徑流，又要承接自身徑流的蓄存排放?；貎?nèi)公園坡度較陡，平均坡度在25°以上，最大達(dá)60°。坡體土壤蓄水層較薄，內(nèi)部存在眾多短流程沖溝，降雨持續(xù)或急促時(shí)，快速匯流攜帶的大量砂石和雜物給周邊住區(qū)帶來(lái)一定的安全隱患。頤和生態(tài)公園作為基地內(nèi)典型的坡地公園，坡面呈上陡下緩狀，坡頂表層巖石裸露，施工遺留的大量棄土廢渣造成了嚴(yán)重的匯水阻隔。為修復(fù)坡體生態(tài)，保證山體穩(wěn)固性，需對(duì)山地綠地進(jìn)行水文地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估，加固地質(zhì)不良區(qū)域，識(shí)別潛在匯水路徑，采用梯級(jí)分層滯蓄的方式對(duì)地表徑流進(jìn)行有機(jī)引導(dǎo)。在上游坡頂修筑0.5m×0.5m的截洪溝，錨固失穩(wěn)地段，清除坡面危石。中游間隔布置梯級(jí)濕塘，最大限度地消減水文動(dòng)力，調(diào)節(jié)沖溝徑流量。上下游交界處設(shè)置截污溝，再次對(duì)徑流雨水凈化過濾，下游采用生態(tài)方槽軟化硬質(zhì)化駁岸，利用生態(tài)袋加固駁岸。同時(shí)對(duì)引流載體自然型沖溝進(jìn)行分級(jí)改造，穩(wěn)固沖溝兩側(cè)地形，充分利用高差緩沖導(dǎo)控引流水體。山體步道一般可與梯臺(tái)結(jié)合，在步道兩側(cè)建立植草淺溝和礫石溝系統(tǒng)，將收集的徑流傳輸至梯臺(tái)的生物滯留池。針對(duì)公園西北高處斷崖空間的修復(fù)治理，應(yīng)以最大限度保留原始地貌為原則，結(jié)合連續(xù)帶型的崖線界面，配置多層次根系發(fā)達(dá)的喬-灌-草植物群落以涵養(yǎng)水源，保證崖線周邊的生態(tài)地質(zhì)安全(圖9)。

圖7 金開大道部分路段LID雨景單元設(shè)計(jì)

圖8 頤和公園臺(tái)地廣場(chǎng)LID雨景單元設(shè)計(jì)

圖9 頤和公園綠地LID雨景單元設(shè)計(jì)

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于低影響開發(fā)的山地特征的藍(lán)綠生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)修復(fù)設(shè)計(jì)實(shí)踐，提出了針對(duì)山地地域生態(tài)特征的各種類型用地的LID雨景單元設(shè)計(jì)及組合方式，探討了建筑小區(qū)、城市道路、廣場(chǎng)及公園綠地之間處理雨水徑流的銜接方式，系統(tǒng)性地提出了藍(lán)綠基礎(chǔ)設(shè)施與灰色排水市政設(shè)施協(xié)調(diào)的高效實(shí)踐途徑，從生態(tài)安全格局評(píng)估、城市自然水文系統(tǒng)恢復(fù)、雨水排放管理利用等方面實(shí)現(xiàn)了山地城市的優(yōu)化提升。在山地新城規(guī)劃初期，從流域整體格局出發(fā)，保留水文系統(tǒng)自然生態(tài)本底，統(tǒng)一構(gòu)建多目標(biāo)雨水系統(tǒng)控制專項(xiàng)規(guī)劃，預(yù)見性地保護(hù)天然水文空間，建立城市水環(huán)境與城市空間新型共融關(guān)系。針對(duì)山地舊城更新，需重新對(duì)水文環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合可拓展改造的空間統(tǒng)籌布局藍(lán)綠生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，恢復(fù)完整多樣的水網(wǎng)格局，達(dá)到舊城升級(jí)轉(zhuǎn)型的目的；后續(xù)仍需結(jié)合建成后的生態(tài)保護(hù)與建設(shè)效果評(píng)估，針對(duì)性地做出優(yōu)化與調(diào)整。

注：文中圖片均由作者繪制。