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        城市韌性理論下的河流斷面形態(tài)設計策略

        2021-06-11 03:31:22葛壁芝
        山西建筑 2021年12期
        關鍵詞:濱水韌性河流

        葛壁芝 黃 焱

        (浙江工業(yè)大學設計與建筑學院,浙江 杭州 310000)

        0 引言

        隨著全球氣候變暖的趨勢加劇,城市極端天氣的頻繁發(fā)生也更加普遍,如旱災,臺風,洪澇災害等。而沿海地區(qū)由于海平面上升,海岸帶災害也正呈現加劇趨勢。與此同時,隨著城市體量的急速膨脹,用地緊張等問題,大量城市河道被侵占填埋或被截彎取直,河道河岸也因單純的防洪、排澇、排污目的而被不斷硬化渠化,河流河岸帶滲透能力急速下降。而雨水在城市下墊面缺少有效阻滯、滲透情況下,直接流入河流及城市管網,使得城市洪澇災害發(fā)生更為頻繁,強度更大。城市脆弱性凸顯,導致城市防洪壓力大。在這樣的背景下,城市中水域環(huán)境、濱水空間既不能滿足防洪排澇,調蓄水資源的作用,又無法維持河流生態(tài)系統(tǒng)正常結構與功能,也無法滿足人們日益增長的濱水休閑娛樂空間需要。

        1 城市韌性理論對河流的實踐影響與發(fā)展概述

        1973年,加拿大生態(tài)學家Holling首次將“韌性”概念引入生態(tài)學[1]。隨后,“韌性”這一概念被引入城市研究領域,聯動生態(tài)學、社會學和城市規(guī)劃等多學科,面向未來的多樣不確定性風險探索城市環(huán)境中的動態(tài)適應性策略[2]?!绊g性”的概念經歷了工程韌性—生態(tài)韌性—演進韌性的演變,其在演進中已經拋棄了對平衡狀態(tài)的追求,在于強調系統(tǒng)并非一定要恢復到原有狀態(tài),而是通過對干擾抵抗、吸收、修復等一系列過程建立新的平衡,強調了系統(tǒng)所有具有持續(xù)的適應能力[3]。韌性規(guī)劃要求提高城市應對不確定性因素的沖擊、防御風險,并迅速適應和恢復的能力[4]。城市韌性規(guī)劃正逐漸成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

        1.1 城市韌性理論與實踐

        “城市韌性”是指城市系統(tǒng)在面臨外在擾動時,具備積極應對,快速恢復和整合各種資源以獲得持續(xù)發(fā)展的能力,使城市系統(tǒng)在應對外在擾動時表現得更加堅強,在常態(tài)下表現得更有生機[1]。荷蘭的洪水應對措施除了赫赫有名的攔海大壩與三角洲工程,近幾十年來也融入了更多具有彈性的“軟”工程,諸如利用廣場、停車場、人行道等基礎設施在洪水來臨時刻作為蓄水作用,打破了水陸空間的界限,在考慮防洪安全的同時,也給濱水河岸帶來更多活力,推動了河岸帶經濟的發(fā)展,同時也有效提升了環(huán)境的生態(tài)質量和景觀質量。紐約市政府在2013年發(fā)布了《一個更強大、更具韌性的紐約》,在城市建設中全面推行韌性理念,隨后又推出了曼哈頓濱水區(qū)彈性U型保護系統(tǒng)的“Big U”構想[5]。一些具有雨洪管理豐富經驗與先進理念的歐美城市其治水模式已從“安全抵御洪水”向“在洪水中安全”全面轉變,針對城市河流的改造與濱水環(huán)境更新,也從“防御”向“適應”轉變。從河流與城市的相互作用角度分析,提高河流韌性的改造設計是符合城市未來發(fā)展需要的必須環(huán)節(jié),其中對河流斷面形態(tài)的設計則是增強河流韌性的重要組成部分,對于實現城市韌性有著重要助益。

        1.2 國內河流韌性的引入與發(fā)展

        2013 年,“海綿城市”概念在中國被提出,俞孔堅等人用海綿來比喻城市中自然水系統(tǒng)的彈性,指出“河流兩側的自然濕地如同海綿,調節(jié)河水之豐儉,緩解旱澇災害”[6]。隨后我國興起了研究和建設海綿城市的熱潮,與海綿城市相關的城市韌性概念也越來越受到關注。胡岳將韌性理論融入城市水系統(tǒng)規(guī)劃,提出水利設施建設不能只強調功能性和工程性,而應當將其與城市景觀設施結合,將“災害抵抗”轉為“調合共生”[7]。在城市河流改造方面,俞孔堅等人以水系統(tǒng)韌性為指導,設計并完成了位于上海世博園西端的標志性項目——后灘公園。該項目通過降低防洪堤構建內河濕地來增強水系統(tǒng)彈性,改善了濱江生態(tài)水系統(tǒng)的連續(xù)性和完整性。廣東省近年來推進的“萬里碧道”工程也是增強河流韌性的系統(tǒng)性工程,強調水岸同治,將河道治理從傳統(tǒng)的水域拓展到水陸復合區(qū)域甚至更大范圍的城市腹地,打造以水為廊道的公園群落[8]。從城市規(guī)劃的角度看,城市顯然把規(guī)劃重點轉向河流:水邊的生活和工作環(huán)境、城市海灘和新的河邊長廊正在開發(fā),以提高城市生活質量。

        總體而言,基于城市韌性理論開展河流改造設計的研究與實踐在中國已經取得了一定的成果,普遍認同在城市可持續(xù)發(fā)展中的河流韌性的重要性。但是關于城市河流韌性的研究多集中在理論層面的宏觀指導,而實踐方面開展最多的是對河流岸線和河流斷面管控的剛性模式。許多城市的河流重建景觀項目,盡管已經成功實施,可以發(fā)現多是單一類型的河流斷面形態(tài),缺少從城市河流斷面形態(tài)角度探討其與河流韌性的關系及與之相適應的策略研究。

        2 韌性理論與河流斷面形態(tài)設計的契合度

        “城市韌性”被認為是城市系統(tǒng)適應不確定性的能力,即城市系統(tǒng)能夠消化和吸收外界干擾并保持原有主要特征、結構和關鍵功能的能力[9]。文章基于河流與城市間的關聯作用提出自然聯系,功能復合,動態(tài)適應三個方面結合的契合度進行分析。

        2.1 自然聯系

        自然聯系性是指在河流斷面形態(tài)設計中結合具體的自然地貌,水文,植被及區(qū)域經濟條件,按照城市河流的發(fā)展規(guī)律實施的一種具備多種功能的設計策略。在城市韌性理論中,城市具有主動適應自然規(guī)律的能力。河流作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,與城市的韌性有著緊密關系。河流斷面形態(tài)作為決定河流形態(tài)的關鍵因素,深刻影響著河流的生態(tài)功能。同時,河流斷面形態(tài)決定并持續(xù)影響著河流向城市過渡的空間與功能。一方面將自然環(huán)境引入城市,另一方面城市的物質能量流也被導入河流生態(tài)系統(tǒng)。因此,河流和城市之間建立起了有機聯系。

        2.2 功能復合

        城市韌性理論認為城市的發(fā)展具有諸多的不確定性和可能性,韌性城市應具有滿足當下及未來不同發(fā)展需求的能力。河流斷面形態(tài)的功能復合設計策略不僅體現河流形態(tài)對于城市雨洪問題的直接與間接影響,而且對于改善城市小氣候,提升城市空間品質,滿足人們休閑,娛樂,審美等多方面需求也有著重要作用。因此,對于河流斷面形態(tài)的設計需要融合多方面的訴求。這與韌性城市的多功能訴求有著相通之處,并且在具體技術操作層面河流斷面形態(tài)設計也具有這種融合的潛力。

        2.3 動態(tài)適應

        城市韌性理論認為城市的發(fā)展是一個動態(tài)過程,城市應在自身發(fā)展過程中尋求動態(tài)平衡。根據韌性城市理論設計的河流斷面形態(tài)具有能夠抵御,吸收,適應各種不確定性的干擾,并從中恢復,演進和適應的能力。以此為依據,韌性河流斷面形態(tài)具有充分利用自身的動態(tài)適應性主動適應外界干擾,能夠應對河流的年際、季節(jié)變化和洪水等各類自然災害所帶來的不確定性,有計劃的預留水的彈性空間;能夠完善河流水網與濱水綠廊功能與結構,加強與河流廊道和濱水綠廊的連通性;加強水陸交接界面的物質能量的傳輸,形成良好的生物棲息環(huán)境等。河流斷面形態(tài)設計是在韌性城市理論指導下達成河流韌性、城市韌性的一種重要具體措施與手段。

        3 河流斷面形態(tài)具體設計方法

        基于上文提出自然聯系,功能復合,動態(tài)適應三種河流斷面形態(tài)設計策略,本節(jié)將從河流整合性,連通性兩個方面探討提高城市河流韌性的河流斷面形態(tài)具體設計方法。

        3.1 基于河流整合性的河流斷面形態(tài)設計

        生態(tài)整合性是指生態(tài)系統(tǒng)在其所處的正常條件下,系統(tǒng)保持最佳操作和維持良好平衡的一種狀態(tài)[10]。而河流整合性可以理解為以流水地貌為依托的整個河流系統(tǒng)在四維時空(縱向、橫向、垂向、時間向)中其組分、結構、功能在物理、化學、生物,以及社會、經濟和文化等多個維度處于最佳狀態(tài)。

        從河流整合性的角度出發(fā),應當考慮河流斷面形態(tài)可應對的季節(jié)變化和洪水風險的不確定性,有計劃地預留河流的彈性空間,以及與城市空間的有效聯系。對硬質駁岸到外圍的濱河區(qū)域,通過對原有邊界的改造延伸,將狹窄的線性空間線轉變?yōu)楣δ軓秃系膸顓^(qū)域,為水的橫向延展創(chuàng)造更多的適應性空間(見圖1,圖2)。通過改造河岸,硬質邊界不再是單純的防洪功能,而是面積廣闊滿足不同功能需要的水陸過渡區(qū)。延伸擴展形成的水陸過渡帶,改善了水陸割裂的狀態(tài),并大大增強了洪水調蓄能力。這種對水陸邊界地帶所做的調整,既增強了場地的使用率,又提高了城市調節(jié)洪水的力量,并且加強了人們對河水自然漲落現象的認識(見圖3)。河流斷面形態(tài)的空間擴張在材料使用上既可以采用磚石、混凝土等剛性材料,也可以是沙土,植物等柔性材料,重要的是結合河流斷面形態(tài)設計將它們有效組合形成河流韌性。

        對于較寬的河流可以創(chuàng)造一個逐步過渡到相鄰空間的區(qū)域。在斷面形式上由一系列臺階,或是平臺,或是坡地構成。水陸之間沒有明顯的邊界,河流與陸地相互滲透,空間功能難以明確定義,也預示著更多可能性(見圖4)。寬闊的河岸臺階創(chuàng)造了水邊的公共空間,提供了人與河流在不同水位接觸的機會。人與河流空間關系的變化豐富了人與水之間的關聯,增加了濱水空間的功能多樣性。

        因此,通過對河流斷面形態(tài)的改造設計,可以形成豐富的斷面空間類型。這種河流斷面形態(tài)的重新配置,使城市空間與河流空間的相互交織成為可能,以此來促進河流空間與城市的整合性,形成完善的河流生態(tài)功能,防洪功能,休閑功能等。讓退化消亡的城市河流再次成為城市景觀的生命線,而煥發(fā)出勃勃生機。

        針對公共活動頻繁,人流密集的岸線區(qū)域,要考慮到人類活動與河流空間在斷面形態(tài)上的有效銜接。河岸帶可根據場地周邊空間特點,間斷性地嵌入一些融合了商業(yè)、文化、運動、休閑、綠地等功能的空間。這類空間要以調蓄洪水為基礎功能,并融合多種功能保持空間彈性。同時在設置時要避開生態(tài)脆弱敏感區(qū)以免過度干擾河流生態(tài)系統(tǒng)的情況發(fā)生。在設置戶外設施時可拆卸的或臨時性的設施是比較適合的,可通過濱水河岸帶的坡地或臺地上創(chuàng)建一些用作浴場、游樂場的空間。 對于人流稀少的濱水岸線可以按照“防沖不防淹”原則進行設計,允許短期可淹沒。

        對于水陸交接范圍內動植物活動和棲息環(huán)境較好的岸線區(qū)域,生態(tài)敏感性強的局部區(qū)域,提倡設計為低干擾區(qū),形成“望水”而不“臨水”的河流斷面形態(tài)。同時在與低干擾區(qū)保持一定距離的河岸帶中設計相應的慢行系統(tǒng),加強人與河岸帶的互動,使城市河流斷面空間形成動靜結合,張弛有度的濱河開放空間格局。在河水流速較低的河灣區(qū)域可創(chuàng)造一些小生境,豐富的沉積物使得水生植物,濱水植物,魚類,兩棲動物,鳥類和哺乳動物等生物能很好地生存發(fā)展,大大增強了河流生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。在建筑密集的城市區(qū)域中,這樣的小生境殊為可貴,為水陸兩相的物質、能量、物種的傳輸、流動、遷徙創(chuàng)造了重要通道。

        3.2 基于河流連接性的河流斷面形態(tài)設計

        根據景觀生態(tài)學理論,連接度是描述景觀中廊道和基質在空間上如何連接和延續(xù)的一種測定指標,是表征景觀中各元素在結構和功能上的聯系。連接度越大,空間的連通性、滲透性越好[11]。由此,河流連接性可以理解為河流與周圍不同空間功能上的聯系。連接性越大,河流與周圍空間的互動協同越強。

        河流有著復雜而綜合的特點,不僅與城市中的其他河流、濕地構成了相互連通的水網體系,還與濱水的城市綠地,公園和街區(qū)等也發(fā)生著緊密聯系。通過增加河流與城市間的功能增強通道功能聯系,將使河流具有更高的連接性。

        通過增加洪泛區(qū),可以加強河流與城市功能的連接性,創(chuàng)造新的空間。區(qū)別于傳統(tǒng)的以防洪為目的的水利工程建設,在河流斷面形態(tài)改造設計中需要看到洪水的正向生態(tài)作用,改變傳統(tǒng)的把水和洪水逐出城市的“硬抵抗”策略,轉向允許洪水適度淹沒指定區(qū)域的彈性適應方式(見圖5)。洪泛區(qū)通常由堤岸和消落帶組成,它們的不同組合與變化構成了具有韌性的河流景觀。堤岸橫截面的形態(tài)及其在洪泛區(qū)的所處位置是河流能否功能復合,動態(tài)適應的決定性因素。在河流洪泛區(qū)內,可結合地形設置生態(tài)緩沖帶,包括由喬木,灌木,地被植物構成的各種綠地,允許周期性淹沒。若河流主槽容量有限的河段,可在河流斷面形態(tài)設計時考慮預留更多的洪泛區(qū)。對于城市人流密集區(qū),可制定洪水可淹沒但不影響正常生產生活的設計原則。在河流斷面形態(tài)中設置包含長廊、座位等設施的臺階或臺地等,可短期淹沒和儲水的雨洪廣場,地勢低洼區(qū)的高架步道等功能性結構空間。

        就河流空間來說其也是重要的野生動植物棲息地。因此,需提升河流空間與其他水系和綠地生態(tài)棲息地間的連接性,使河流城市藍綠生態(tài)網絡的有機組成。通過河流斷面形態(tài)的定向性設計,可以改變河流內部的水流流向與流速,繼而加強水陸間,河流間的聯系。就加強水陸間聯系而言,可設置向主河槽延伸的防波堤削弱主水流對河岸的侵襲,并在防波堤內側形成一個水流平緩,泥沙不斷淤積的淺灘區(qū),其也是溝通水陸兩相間物質、能量、物種的重要通道。引導水流變化的水利設施可以設置由河岸向主河槽延伸,也可由河流底部向水面突起。通過有目的地組合,可以創(chuàng)造多樣化的河流水文,繼而形成異質多樣的河流生態(tài)系統(tǒng)。這為河流適應不同干擾,以及在干擾后重新獲得新平衡創(chuàng)造了更多可能。

        4 結語

        城市韌性理論內涵豐富,對于具體城市問題能起到很好的指導作用。本文基于城市韌性理論,提出了基于城市韌性的河流斷面形態(tài)設計策略及具體設計方法。

        區(qū)別于傳統(tǒng)水利工程確定的單一防洪目標導向和強調剛性工程的設計施工,本文探索如何通過城市河流斷面形態(tài)設計以自然聯系、功能復合和動態(tài)適應的方式推進城市河流有效應對未來諸多不確定因素的干擾。本文的研究成果豐富了韌性城市理念,突破了以防洪為單一目標的傳統(tǒng)水利工程治河思路,基于生態(tài)、城市等多維度考量,尋求多元韌性發(fā)展的路徑。最終成果表明,基于河流斷面形態(tài)的整合性與連接性的河流斷面形態(tài)設計是增強河流韌性的重要切入點,這或許會成為未來完善韌性城市建設的重要措施之一。

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