劉芊池,蔡君*,沈詩佳
城市河流濱水空間低碳景觀評價指標體系構建研究
劉芊池1,蔡君1*,沈詩佳2
北京林業(yè)大學園林學院, 北京 100083
全球氣候變化日益嚴峻,城市發(fā)展過程中各領域的低碳設計逐漸成為未來可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向。本文深入探討了當前城市河流濱水空間景觀設計的現(xiàn)狀及存在問題,并針對當前城市河流景觀存在的問題及低碳設計相關行業(yè)評價標準的不完善性,采用層次分析法等研究方法建立了城市河流濱水空間低碳景觀評價指標體系,包含生態(tài)健康(B1)、駁岸安全(B2)、低碳技術應用(B3)和可持續(xù)發(fā)展(B4)4個二級指標以及水質(zhì)達標率(C1)、岸帶植被覆蓋度(C2)、生物多樣性指數(shù)(C3)等16個三級指標,確定了各指標的量化標準與權重,并根據(jù)河流低碳景觀設計指數(shù)為河流濱水空間景觀設計方案提供一種量化評價方法。研究結果可在未來對城市河流景觀規(guī)劃建設中有效降低碳排放和提升景觀碳匯效能提供理論依據(jù),為踐行“雙碳”政策和綠色可持續(xù)發(fā)展理念做出積極貢獻。
城市河流; 濱水空間; 低碳景觀; 評價指標體系
隨著全球氣候變化的嚴重性日益凸顯,城市在發(fā)展過程中的能源消耗、碳排放迅速增長等極易引發(fā)霧霾、沙塵暴等諸多環(huán)境問題。河流濱水空間作為城市居民生活的重要場所,其景觀設計與規(guī)劃對城市生態(tài)及人居環(huán)境具有重要影響。伴隨低碳城市[1]、低碳經(jīng)濟[2]等概念的不斷產(chǎn)生,城市河流及其濱水區(qū)域在城市生態(tài)環(huán)境[3]、生物多樣性保護[4]及提高市民生活質(zhì)量等方面均發(fā)揮重要作用。與此同時,河流濱水空間設計理念從注重水資源的有效利用和防洪排澇[5],逐漸開始向重視生態(tài)修復、景觀美化和公共空間優(yōu)化提升等多方面轉(zhuǎn)移。
然而,當前城市河流景觀規(guī)劃設計也存在著商業(yè)開發(fā)過度、駁岸硬質(zhì)化、生態(tài)功能退化、水體自凈能力差、地域特色缺乏等問題,這些問題不僅影響了城市河流的生態(tài)健康[6],也降低了城市居民對河流的親水性以及對景觀的體驗感。此外,一些城市河道由于過分強調(diào)河流生態(tài)安全與保護[7–9],使得河流本身脫離了游憩、文化休閑、科普教育等相關城市服務功能,這些問題的產(chǎn)生為今后城市河流濱水空間設計的可持續(xù)發(fā)展造成不利影響。
近年來隨著“雙碳”政策的實施,河流濱水空間的景觀設計在踐行“低碳”的理念下不斷對城市藍綠空間系統(tǒng)的碳匯能力[10]和不同城市河流空間的低碳景觀[11]建設等方面進行探索。然而通過梳理總結相關文獻可以發(fā)現(xiàn),研究者一般通過量化研究的方式來檢驗城市公共空間綠地的碳匯能力[12],研究內(nèi)容多側重于方法探索和實際應用,而對水生生態(tài)系統(tǒng)的碳匯效能及研究關注較少。在低碳景觀的設計中多使用可再生材料、節(jié)能減排技術,增加雨水花園、生態(tài)濕地等措施減少景觀建設的碳足跡[13],但對這些措施的實施效果討論較少。在河流景觀設計方面,設計者在“碳中和”、“碳匯”等概念的體現(xiàn)更多呈現(xiàn)于科普展示[14,15]、服務居民生活、宣傳綠色低碳生活方式、為市民提供學習和體驗低碳生活場所文化教育等方面,并希望通過景觀設計和主題公園的建設,增強公眾對低碳政策的了解和對氣候變化問題的認識。
此外,在其他領域的低碳設計中,利用可再生能源、節(jié)能技術和綠色建筑等方式也是設計者在低碳景觀方面的體現(xiàn)[16]。然而,當前我國河流濕地相關的低碳設計雖然數(shù)量較多,但缺乏針對低碳設計策略的評價體系與評價指標。部分景觀設計方案內(nèi)容與低碳設計的核心目標相差較大[17],一些河流景觀的低碳設計僅通過河流沿岸公園的建設運營傳播低碳環(huán)保理念[18-20],沒有明確具體量化的碳減排目標和實施策略,從而不足以滿足真正意義上的低碳設計的要求。
因此,低碳景觀評價體系的建立可幫助設計者對其設計措施的應用效果具體量化,促進景觀建設的可持續(xù)發(fā)展。在結合國內(nèi)外相關研究成果以及水利[21–23]、城鄉(xiāng)規(guī)劃[24,25]、建筑[26-29]、旅游[30]等相關行業(yè)的技術規(guī)范與標準的基礎上,依據(jù)科學、全面、獨立、可操作等原則,結合低碳景觀應具備的價值功能構建城市河流濱水空間低碳景觀設計評價指標體系,可對我國未來建立健全景觀規(guī)劃中的低碳設計的評價方法提供有力參考,同時也可為促進河流濱水空間景觀綠色低碳發(fā)展提供技術量化支持。
評價指標選擇遵循科學性、全面性、普適性原則。在查閱近十年40余篇國內(nèi)外關于低碳設計、低碳景觀、低碳城市、河流生態(tài)健康評估、河流濱水景觀設計等相關研究資料以及10余項園林、城鄉(xiāng)規(guī)劃建設、生態(tài)環(huán)境技術等國家標準及行業(yè)規(guī)范[31]的基礎上,歸納并整理出與河流濱水空間低碳景觀設計相關的評價指標60余個,結合景觀設計、城鄉(xiāng)規(guī)劃、生態(tài)保護等行業(yè)內(nèi)10余位相關專家三輪總體評價,最后綜合確定各評價指標與標準。
基于以上評價指標構建原則及方法,采用層次分析法確定指標體系構成。指標體系包括目標層(A)、標準層(B)和指標層(C)三個層次,其中目標層為城市河流濱水空間低碳景觀設計評價,標準層包括城市河流生態(tài)健康、駁岸安全、低碳技術應用、可持續(xù)發(fā)展4個方面,指標層包括水質(zhì)達標率、植被覆蓋度、生物多樣性指數(shù)、生態(tài)駁岸占比、防洪達標率、岸坡穩(wěn)定性、堤防安全性、節(jié)能設施應用率、成本節(jié)約率、綠色基礎設施利用率、綠色慢行網(wǎng)絡覆蓋度、流域碳匯能力、再生資源利用率、污水凈化效果、生態(tài)教育宣傳有效性、社會公眾低碳理念認可度等16個方面[32]。
2.2.1 河流生態(tài)健康功能指標(B1)河流生態(tài)健康功能主要反映城市河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況,包含城市河流水質(zhì)達標率、岸帶植被覆蓋度及生物多樣性、生態(tài)駁岸占比4項指標。
河流水質(zhì)達標率指評價流域內(nèi)達標水體區(qū)域面積占流域水體總面積的百分比。其監(jiān)測次數(shù)及水質(zhì)類別應遵循我國地表水資源質(zhì)量評價技術規(guī)程[33]相關規(guī)定。計算公式如下:
植被覆蓋度是反映河流兩岸綠化程度的指標[34],指河流流域內(nèi)自然或人工植被地面面積占河流流域范圍總面積的百分比。植被覆蓋率計算公式為:
生物多樣性指數(shù)是用以反映河流流域內(nèi)生物多樣性水平的指標[35],可評估河流生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的豐富程度和健康狀況。生物多樣性指數(shù)計算公式為:
河流生態(tài)駁岸占比可反應當前景觀河岸與和河流水體之間水體交換及調(diào)節(jié)功能,在城市河流中主要由恢復后的自然河岸及具有“可滲透性”的人工駁岸[36]構成,其包含河流的自然岸線、生物有機材料駁岸和結合工程材料等具有一定生態(tài)效應的駁岸。計算公式如下:
2.2.2 河流駁岸安全功能指標(B2)河流駁岸安全功能主要體現(xiàn)城市河流在氣候變化的挑戰(zhàn)下抵御城市洪澇和地質(zhì)災害的能力,包含河道防洪達標率、河道岸坡穩(wěn)定性、河岸堤防安全性3項指標。
河道防洪達標率可評價在河道設計洪水條件下,其防洪工程設施(如堤壩、水閘、排水系統(tǒng)等)的性能和效果[37]。該指數(shù)可表示在給定的洪水情境下,河道能夠成功防止洪水溢出并保護周邊地區(qū)不受洪水侵害的概率。近年來隨著全球極端天氣的增加以及暴雨等引起的地質(zhì)災害的頻發(fā),未來的河道防洪設計中應將極端氣象災害納入,因此可將現(xiàn)有河道防洪達標率計算公式進行以下更進:
河道岸坡穩(wěn)定性主要受岸坡傾角、岸坡高度及基質(zhì)類別等因素影響[38],但隨著當前極端天氣和各種環(huán)境壓力日趨增加,河岸與河堤坡面穩(wěn)定性也會受到流水沖刷、降雨浸泡、地下水位變化以及人為活動等因素影響。因此,基于以上因素影響下的河道岸坡穩(wěn)定性計算方法可更進為如下計算方法:
河岸堤防的安全性評估應考慮其級別、種類、歷史背景以及河流流域內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展情況。評估內(nèi)容應涵蓋堤防工程的質(zhì)量核查、防洪準則的復核、滲透安全性核查以及結構穩(wěn)定性核查等方面。依據(jù)堤防工程安全評價導則得到河岸堤防的各項計算數(shù)據(jù),并根據(jù)堤防的運營管理和工程質(zhì)量評估結果依據(jù)安全等級進行分類。
2.2.3 河流低碳技術應用指標(B3)河流低碳技術應用主要體現(xiàn)城市河流濱水景觀在規(guī)劃設計以及建設過程中對當下低碳理念與政策、減碳技術與材料、增匯策略與方法等應用呈現(xiàn)的程度,包含節(jié)能設施應用率、成本節(jié)約率、綠色基礎設施利用率、綠色慢行網(wǎng)絡覆蓋度、流域碳匯能力、再生資源利用率、污水凈化效果7項指標。
節(jié)能設施應用率可衡量城市河流濱水景觀在節(jié)能技術措施方面的采納程度,該指數(shù)表示在城市河流濱水景觀中,已經(jīng)安裝和使用的節(jié)能設施與流域總體可安裝設施的比例。計算公式為:
成本節(jié)約率可衡量景觀建設過程中景觀建設者采取節(jié)約成本措施的有效性,反應管理者對成本控制以及資源管理的水平,該指數(shù)表示景觀建設在低碳設計后節(jié)約成本與計劃成本的比值。計算公式為:
綠色基礎設施利用率可以用來評估城市河流濱水景觀在基礎設施方面對生態(tài)和低碳設計的承諾和實踐,該指數(shù)表示在河流中設計實施的綠色基礎設施,如綠色屋頂、雨水花園、滲透性鋪裝、生態(tài)濕地等相對于河流流域總面積的比例。計算公式為:
綠色慢行網(wǎng)絡覆蓋度可用于評估城市河流在鼓勵綠色出行和提升城市生態(tài)質(zhì)量方面的努力和成果,該指數(shù)表示在城市河流設計中,綠色慢行道路如步行道、自行車道、生態(tài)走廊等的總長度相對于城市河流各類道路的總長度的比例。計算公式為:
流域碳匯效能可具體反應城市河流濱水景觀內(nèi)各種生態(tài)系統(tǒng)和管理措施對于減緩氣候變化的貢獻,該指數(shù)表示城市河流濱水景觀中植被、水體、土壤對碳的吸收和儲存的潛在最大碳匯量與當前城市河流濱水景觀中植被、水體、土壤碳匯量的比例。計算公式為:
再生資源利用率可以在景觀建設等細節(jié)中反應城市河流濱水景觀在總體設計過程中低碳理念與技術的應用程度。該指數(shù)表示河流景觀建設中使用的可再生或回收的資源總量占景觀建設中使用的所有資源總量的百分比。計算公式為:
污水凈化效果可用于評估河流整體污水處理系統(tǒng)在實際運行中的凈化效果,能夠衡量河流濱水景觀設計中污水處理設施對污水中污染物的去除效果與實際運行條件之間的匹配程度。計算公式為:
2.2.4 河流可持續(xù)發(fā)展情況指標(B4)河流可持續(xù)發(fā)展主要體現(xiàn)為未來發(fā)展過程中低碳設計的發(fā)展水平,包含生態(tài)教育宣傳有效性和社會公眾低碳理念認可度2項評價指標。其中,生態(tài)教育宣傳有效性主要用來衡量公眾對生態(tài)環(huán)保思想以及低碳技術的了解程度,可采用公眾對生態(tài)環(huán)保思想了解與認可程度量表進行打分評價。社會公眾低碳理念認可度可評估公眾對當前河流低碳景觀建設的認可程度[39],可采用社會低碳理念認可度調(diào)查打分量表進行打分評價。
通過對各指標層進行深入分析,匯總各評價指標計算方法[25-41],結合當前城市綠化、環(huán)境保護等各指標涵蓋標準,對當前城市河流濱水景觀發(fā)展現(xiàn)狀綜合研究分析,各評價指標及具體賦分標準劃分(見表1)。
表 1 各評價指標分值標準及賦分值
表 2 城市河流低碳設計評價指標權重值
將各指標在[0,4]進行賦分并通過加權求和得到城市河流濱水景觀低碳設計整體評價指標賦分值,利用河流低碳景觀設計指數(shù)作為整體評價指標。河流低碳景觀設計指數(shù)以各評價指標根據(jù)目標層、準則層和指標層逐層加權得到具體分值,計算公式為:
表 3 城市河流低碳景觀設計指數(shù)評價標準
河流低碳景觀設計評價指標的構建是一個系統(tǒng)性、科學性和操作性并重的過程,不僅需要充分考慮到低碳設計的全過程和多方面因素,同時也要確保評價指標的準確性、全面性和可操作性。因此,在本研究確定評價指標的基礎上,未來仍有許多工作及研究有待深入開展。
首先,城市河流濱水空間低碳景觀的形式和特點隨著地區(qū)和時間的變化而改變,因此,本研究建立的評價體系需要在相關參考文獻研究范圍內(nèi)進行應用。在未來指標評價完善與優(yōu)化方面,需要更廣泛的參考世界其他地區(qū)的研究成果,從而能夠更全面地覆蓋低碳設計的各關鍵領域。其次,河岸堤防安全性等具有較高主觀性的評價指標可能影響評價結果的準確性和客觀性。流域內(nèi)植被、水體、土壤潛在最大碳匯量等一些具體數(shù)值指標的估算在實際參量過程中可能會因數(shù)據(jù)獲取難度較大,以及相關定義標準不清晰等原因而難以測算。因此,在未來評價指標體系的完善中,針對以上評價指標需要更明確的量化方法和更精確的評價標準。
綜上所述,城市河流濱水空間低碳景觀評價指標體系的構建和應用,可使城市在濱水區(qū)域創(chuàng)造出綠色、健康和宜人的公共空間,增加獨特的美學和文化價值,提升城市的宜居性和吸引力。此外,低碳設計評價體系也可幫助城市在濱水景觀項目的規(guī)劃和設計階段,堅持低碳和可持續(xù)發(fā)展的原則,有效降低碳排放,提高能源效率和資源利用率,更好地實現(xiàn)節(jié)能和減排的目標,可為應對全球氣候變化和實現(xiàn)綠色發(fā)展做出積極的貢獻。
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Index System and Evaluation Method about Low-Carbon Design of Urban River Waterfront
LIU Qian-chi1, CAI Jun1*, SHEN Shi-jia2
100083,
As global climate change intensifies, low-carbon design across various sectors is emerging as a crucial area of research for sustainable urban development. This paper thoroughly examines the current state and challenges of urban river waterfront landscape design, considering both the existing issues in urban river landscapes and the inadequate evaluation standards for low-carbon design. Employing research methods such as the Analytic Hierarchy Process among others, it establishes a comprehensive low-carbon landscape evaluation index system for urban river waterfront spaces. This system includes four secondary indicators: ecological health (B1), revetment safety (B2), low-carbon technology application (B3), and sustainable development (B4), along with 16 tertiary indicators such as water quality compliance rate (C1), riparian vegetation coverage (C2), and biodiversity index (C3). The study also defines the quantitative standards and weights for each indicator. By offering a quantitative evaluation method based on the Low-Carbon Landscape Design Index (LDI) for riverfront spaces, the research provides a theoretical foundation for effectively reducing carbon emissions and enhancing the efficiency of landscape carbon sinks during planning and construction. These findings significantly contribute to the implementation of policies aimed at "carbon peaking and carbon neutrality goals," reinforcing the concept of green and sustainable development.
Urban rivers; waterfront space; low carbon landscape; evaluation index system
TU986
A
1000-2324(2023)05-0765-09
10.3969/j.issn.1000-2324.2023.05.017
2023-05-08
2023-11-11
劉芊池(1997-),女,碩士研究生,風景園林方向. E-mail:liuqianchi1025@foxmail.com
Author for correspondence. E-mail:juncai@bjfu.edu.cn