生态城市概念下的城市可持续雨水管理绿地系统研究

雷凯元

(西南交通大学建筑学院，四川成都610031)

作为一种人类聚居环境，城市经过数千年的发展仍存在各种问题，强调对自然进行改造以适应人类社会需要的城市发展模式已不能满足城市可持续发展的要求，因此强调“人——自然——社会”三位一体的“生态城市“概念得以提出。作为建设生态城市的要素之一，现有的城市绿地系统已不能满足发展“生态城市”要求，城市绿地系统可以也应当承载更多的功能，如解决现阶段城市所面临的、发展生态城市所亟待解决的城市雨水问题。利用城市绿地解决城市雨水问题的关键是转变现有城市绿地系统观念。在生态城市视野下对城市可持续雨水管理绿地和现有城市绿地系统进行物质空间整合，发展城市可持续雨水管理绿地系统是建设生态城市的必然要求。

1 城市生态系统的演进历程及生态城市概念的提出

1.1 城市生态系统的演进

城市是人类以聚居为目的的，对自然进行改造最彻底的产物。作为一种人居环境，城市的发展反映了不同历史阶段人类改造自然的价值观和意志。城市因政治而生，最早的城市是当时人类社会的组织中心及精神统治中心，具有组织人类社会生产活动的重要作用。随着人类社会生产力水平提高，城市的生产功能得到进一步强化，在人类社会经济活动中扮演日益重要的角色，城市生态系统从原本功能较为单一的“政治城市”过渡为“经济城市”。进入20世纪后半叶之后，随着人类社会步入“信息时代”，城市的功能也发生着变化，城市成为处理各种信息的中心，城市由此发展成为“信息城市”。城市经过数千年的发展，由最早的“政治城市”发展至现在的“信息城市”阶段，其发展目的侧重点始终是为人类社会服务，其发展的模式也一直是反自然的——以牺牲自然生态系统为代价建设城市生态系统，这样的发展模式注定是不可持续的。

1.2 生态城市概念的提出

二十世纪80年代发展起来的生态城市理论认为城市发展存在生态极限，“生态城市”概念正是认识到原有城市发展模式种种弊端而提出的。从生态学的角度出发，“生态城市”应当被视作城市生态系统演进到“顶级状况”的一种设想。“生态城市”的概念引发了世界范围的广泛关注，但由于生态城市本身就是一个发展中的事物，时至今日仍然没有给出一个广泛认可的定义，但大都认可“生态城市”应该是系统结构合理、功能高效、关系协调、人与自然和谐共存可持续发展的城市模式，强调的是“人—自然—社会”三位一体。

2 城市绿地系统与城市雨水管理绿地的发展

2.1 城市绿地系统的产生与发展

城市绿地系统作为城市生态系统的一部分，其产生与发展始终伴随着城市的产生与发展。城市绿地系统是城市发展到一定阶段的产物，城市绿地的出现即是为了调和人类作为具有智能的社会化的动物需要改造自然建设人工化的城市以满足自身发展和人类作为自然产物对自然具有的生理与心理需求之间的矛盾。由于国内外城市及环境保护发展阶段、研究重点不同，目前还没有一个统一的、公认的概念来定义城市绿地系统。城市绿地系统在中国大百科全书中释义为“城市中由各种类型、各种规模的园林绿地组成的生态系统，用以改善城市环境，为城市居民提供游憩境域”。早期的城市规模较小，城市建设引起的各种问题并不突出，因此这一时期的绿地主要是各种私有的园林。近代工业化前，城市虽然也已经出现公共绿地，但各种私有的园林仍然是城市绿地的主要组成。这一时期由于城市规模较小，生态问题尚不突出，因此对于城市绿地生态服务功能并没有提出过高的要求，城市绿地的存在主要是为了满足人类游憩观赏的需要，主要通过造园手段来满足人民的这种需要。正因如此，这一时期的城市绿地并没有形成真正的城市绿地系统，城市绿地成点状分布于城市，并且这种分布往往是不均匀的。作为一种资源，在这一时期城市绿地并不由市民共享，而通常是被统治阶级所掌控，因此城市绿地在城市水平格局上主要集中分布于城市中统治阶级聚居的区域。随着近代工业化，城市的数量激增规模也急剧扩大，城市中人与自然的矛盾激化，各种生态问题日益突出甚至引发社会问题，城市人居环境越发恶化，为了解决这些快速城市化带来的问题，城市规划者开始探索解决问题的方法，城市绿地系统规划正是作为解决这些问题的途径之一在此时得以提出。一方面随着封建制度解体，城市绿地作为一种资源能够被更广大的城市居民所共享，另一方面各种城市化伴生的环境、生态以及社会问题也亟待更多的城市绿地来改善，正是在这一时期，通常意义上的城市绿地系统开始逐步形成。大量新建或改建的公园以及城市中的自然环境保留地成为城市绿地的主要组成部分，同时一些公共绿化设施和私人营造的绿地也是城市绿地系统的重要补充。此时城市绿地在城市水平格局上分布开始更为均匀，此外由于城市建设技术的提高，城市绿地在城市垂直格局上也占有了更多的空间。城市绿地开始逐步形成一个有机连接系统，并承担起更多的生态服务功能与社会服务功能。

2.2 生态城市概念下现有城市绿地系统的不足

在生态城市的概念下，原有的城市绿地系统已不能满足城市发展的需要。(1)城市绿地的生态服务功能没有得到正视。事实上城市绿地时至今日仍然更多的被视作是欣赏对象或休憩空间，而不是维护城市生态系统健康稳定以及改善城市生态环境的重要手段。城市设计者在考虑城市绿地的时候，考虑的更多是绿地的视觉效果，更进一步是绿地对于城市居民的使用功能。而城市绿地或城市绿地系统作为城市生态系统中重要的一环，如何让它们对城市环境的生态服务功能最大化则被较少的考虑到，而这种生态服务功能却恰好是城市绿地系统最重要的功能。(2)城市绿地系统具有一个功能特点——维持城市生态系统中某些生态要素的流动。因此城市绿地应该具有完整而连续的系统结构，城市绿地具有立体空间上多层次的系统结构，所谓完整性是指绿地系统应该包括与绿色植被有协同作用的各种生态要素，共同形成一个有机整体。所谓连续是指绿地系统中的各要素在不同空间上、不同层次上能够形成循环有序的过程，并能与外界绿地系统中的各元素协调共生。系统结构决定系统功能，因此只有系统结构保持完整有序才能保证系统功能的完整性和连续性。但事实是现有的城市绿地系统是指是一个断裂的系统，不能支持诸如水、生物、能量在系统之间的有效流动。(3)现有城市绿地系统对空间的利用不够高效。生态城市要求功能高效，现有的城市绿地或者城市绿地系统对于所占有的空间利用率仍有提升空间。如前文所述，现有城市绿地系统更多的是从感知的观赏性和使用性来考虑的，功能较为单一。实际上现有的城市绿地系统完全可以承载更多的功能，如作为解决城市雨水问题的补充手段，从而提高空间的利用率提升所占有空间的价值。

3 城市所面临的雨水问题及其解决方案

3.1 城市面临的雨水问题及传统解决方案

尽管城市在数千年的发展中不断完善，但是城市中依旧存在着各种问题，只有解决这些问题才能建设真正的生态城市。其中雨水问题就是现阶段城市面临的、亟待解决的突出问题。

快速的城市化、城市建设改变了城市所在地原有的自然环境、气候条件。湿地、耕地、林地被越来越多的建筑物和各种硬化铺装所替代。城市下垫面不透水比例的大幅增加，明显改变了城区的水文、水利特性，引起城区径流系数的明显增大和汇流时间的显著减小，因此，在相同的降水条件下，导致城区洪峰出现提前和洪峰流量增加。根据美国USEPA的研究，城市化会导致城市区域发生暴雨时出现较之这一区域城市化前更强的洪峰与更大的径流量，如图1所示，这就使得城市中出现严重的雨洪问题。

图1 城市化导致地表径流的改变

为了解决这些问题，现有的城市排水机制是对雨水进行末端治理，要求雨水排得越快越好。根据这个理论，提高城市排水标准是增强城市应对雨洪的主要解决方案。但是这样的解决方案存在诸多问题：

(1)大幅提高排水标准花销巨大，并且对已建成排水系统进行改造会对城市居民的生活造成不便。同时，随着城市化进程的深入，现有排水机制的排水系统也不可能无限的增大，现有的排水机制难以解决越发严重的城市雨洪问题，这种末端治理的排水方式是不可持续的。

(2)这样的排水方式实质没有认识到雨水作为一种城市资源是可以进行利用的，大量宝贵的城市水资源未经利用就排放，不能实现本地水资源的可持续利用。这样的思维方式实际加剧了城市水资源的匮乏，同时，由于城市雨水经由管道快速排走，城市的地下水位得不到有效补给，造成许多城市地下水位下降，甚至形成地陷，严重影响到城市安全。

(3)城市雨水虽然是一种城市资源，同时也具备污染物的二重属性。由于城市污染问题严重，城市雨水也不是一种清洁的资源，需要进行适当的处理。将雨水直接排走不仅会增大城市污水处理量，还有可能造成城市水环境污染。

3.2 可持续雨水管理绿地及其目标

可持续雨水管理绿地是基于可持续雨水管理系统的低冲击开发(Low Impact Development)模式，是一种以生态系统为基础，利用景观绿地设施从径流源头开始的暴雨管理方法。从一味的“排”到“渗、蓄、滞、排、用”结合，不仅是城市雨水管理方式的转变，更是人们对资源环境认识的转变，这也是生态城市概念下城市雨水系统发展的趋势。完整的可持续雨水管理目标包括水量和水质两个方面，其目标是使得城市水循环过程接近自然的水循环过程通过设置生物滞留区、渗透沟、种植屋面、雨水桶、透水路面以及植物缓冲区等景观绿地设施达到对雨水的径流消减、径流滞留、径流蓄集、径流传输、水质净化等方面的管理，增加雨水在城市中渗透、滞留、蒸发的机会，使城市水系统更接近自然水循环过程。

3.3 现有可持续雨水管理绿地的现状及不足

实际上，国内外已经践行这样的雨水管理模式，在美国以及新西兰都有较多的实践案例，我国可持续雨水管理的研究与设计也已经开展十余年。城市可持续雨水管理绿地作为城市绿地系统的组成部分开始分布于城市的水平及垂直格局中。可持续雨水管理绿地和现有的城市绿地系统在物质空间上的功能整合提高了原有绿地所占城市空间的利用效率，符合建设生态城市的发展需要。

但是无论国内或者国外，可持续雨水管理绿地的实践结果都不尽如人意，城市雨水问题依然严峻，并且随着城市规模的扩大、城市化进程的深入，以及全球极端气候频发，城市雨水带来的问题越发严重。即使在实践可持续雨水管理较为成功的城市，也不得不面临这样的问题。究其原因，一方面，可持续雨水管理绿地尚处于初步阶段，作为一种新兴的事物，公众的接受程度较低，大众意识较为薄弱，建设的力度尚且不足；另一方面，现有城市可持续雨水管理绿地概念自身尚待发展，现有的城市可持续雨水管理绿地多着重研究单块绿地自身的服务功能，而没有意识到可持续雨水管理绿地要更好的发挥其自身功能，也应该像城市绿地一样发展为一个系统。可持续雨水管理绿地系统和城市绿地系统一样要发挥自身应有的功能就需要维持系统内部以及自身与其他城市系统间生态要素的流动。单独的、割裂开来的可持续雨水管理绿地是没有办法解决城市雨水问题的。

4 发展城市可持续雨水管理绿地系统的可能与趋势

在建设生态城市的概念下，城市可持续雨水管理绿地与现有城市绿地系统在物质空间上整合为城市可持续雨水管理绿地系统，并在此基础上完善城市可持续雨水管理绿地系统是必然的发展趋势。其原因如下：

(1)城市雨洪管理绿地与城市绿地系统满足在物质空间层面上进行内整合的前提，这种整合必须以能够保证或促进各种功能作用的正常发挥为基础。绿地系统和城市可持续雨水管理绿地在功能上并不矛盾，城市雨水管理绿地自身功能的实现很大程度城市绿地系统提供的生态服务功能，两者在功能上是相互促进的，因此满足在物质空间上内整合的前提。

(2)在城市物质空间上整合两者有助于物质空间利用率的提高，合理利用城市土地，促进城市可持续发展。现有的城市绿地系统占用了大量的城市物质空间，如果再建设城市可持续雨水管理绿地系统势必会造成城市当中不必要的空间浪费和土地资源浪费，影响到城市其他功能空间的建设。同时，城市绿地系统本身也应该承载更多生态与社会功能，两者整合之后，实际上原有物质空间的利用效率得到提高，符合生态城市“功能高效”的要求。

(3)现有城市雨水可持续管理绿地需要发展成系统需要现有城市绿地系统为依托。如前文所述，伴随城市的发展，城市绿地系统也得到了长足发展。而城市可持续雨水管理绿地则是新兴事物，单独对其进行发展是一个相对漫长的过程，但城市雨水问题急需解决，为了解决发展所需要的时间与需求的迫切性之间的矛盾，依托现有的城市绿地系统进行功能空间的整合，可以加快城市可持续雨水管理绿地系统生成的过程。

尽管如此，将现有的城市绿地系统和城市可持续雨水管理绿地进行物质空间上的功能整合形成可以形成城市可持续雨水绿地管理系统，但这种系统仍然是有待发展的。首先，因为整合主要的物质空间是现有城市绿地系统本身的连续性不够好，因此整合后城市可持续雨水管理绿地系统的连续性也有待改善，这样才能保证雨水等生态要素在系统间的流动。其次，现有的城市可持续雨水管理绿地、城市绿地系统以及市政基础服务设施(如排水管道等)的连接性并不理想(图2)。城市生态系统的复杂性使得一个系统中的问题往往需要多个系统配合解决。因此城市雨水问题绝不仅仅是城市排水系统或者城市可持续雨水管理绿地系统的问题，各种生态要素不仅需要在系统内部流动，各个系统间也应保证这些生态要素的流动。因此，在生态城市概念下的城市可持续雨水管理系统除了保证系统内部的连续性以外，也应保证自身与其他的市政基础服务设施系统直接的连接性(图3)。

图2 现有城市可持续雨水管理绿地与其他系统间关系示意

图3 生态城市概念下可持续雨水管理绿地系统与其他系统间关系示意

综上，在生态城市的概念下，现有城市可持续雨水管理绿地应当在物质空间上完成和现有城市绿地系统的整合，形成城市可持续雨水管理绿地系统。合理的城市可持续雨水管理绿地系统自身应具有较好的连续性，同时也应该是一个开放的系统，保证生态要素能在本系统中以及与其他系统间的有效流动，这样的城市可持续雨水管理绿地系统才能整合城市间其他系统共同解决城市亟待解决的各种雨水问题，而这也是建设生态城市要求下城市可持续雨水管理绿地系统的发展趋势。

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