重庆堰塘—冲冲田系统对现代水资源管理的启示
2015-03-05戴芹芹王志芳
戴芹芹,王志芳
(1.浙江省宁波市鄞州区东吴镇人民政府,315113,宁波;2.北京大学建筑与景观设计学院,100080,北京)
近年,我国暴雨不断,洪涝灾害频发,造成了严重的经济损失和社会影响。在面临“水太多”问题的同时,我们也面临着严重的水资源短缺难题,地下水资源枯竭、干旱频发的报道也屡见不鲜。这一切都与城市建设过程中水资源管理理念和方式出现的问题相关。古人在长期与水旱灾害的斗争过程中,积累了丰富的水资源管理经验,形成了独特的地方知识,应该加强对这部分知识的研究,来服务与指导现代的水资源管理。以重庆为研究区,从水资源管理的角度对堰塘—冲冲田系统进行分析,剖析其中的生态智慧,供各地在城镇发展和新农村建设过程中借鉴,以妥善管理水资源、保护环境。
一、研究区域与方法
1.区域特征与问题
重庆洪灾频发、水资源短缺,同时面临着排水与蓄水的双重水资源管理难题。这些难题既是城市化发展的结果,也受制于当地的自然环境特征。重庆地势起伏大,层状地貌明显,以山地、丘陵为主,喀斯特地貌分布广泛。这里雨量充沛,年平均降水量1 000~1 350 mm,但降水集中,月际变化大,降水主要集中在4—8月,约占全年降水总量的72.8%,且多为雷阵雨、大雨、暴雨。较大降水天气过程多集中在6月中旬到7月上旬,干旱多发生在7月下旬到8月下旬的相对较短时段。以上降水特点,形成重庆地区冬季干、春少雨,夏多暴雨、旱涝交替的气候规律。这样的气候特点给当地的农业生产带来严峻挑战。如何减轻洪涝灾害又有效地留住雨水,是当地农业生产必须解决的一个难题。
2.资料收集与方法
图1 堰塘—冲冲田系统示意图
通过田野调查、文献阅读,了解场地的环境特点和自然环境数据。以Google地图、GPS辅助,采用乡土地图法进行地方水资源管理知识的挖掘,深入剖析堰塘—冲冲田系统形成的理念与方法,并通过GIS水文分析,对其进行验证。
二、堰塘—冲冲田系统概述
为了最大限度储藏、利用降水,且免受山洪威胁,重庆地区逐渐形成了一套庞大的堰塘—冲冲田系统,它可以有效地综合解决雨水蓄滞和雨洪安全的难题。
这套系统的基本结构:将水田顺着径流路径布置于丘麓坳谷,旱田分布于两侧的丘坡,房屋建于丘顶和中上丘坡。这种顺丘麓坳谷逐层开垦而成的水田被当地人叫作冲冲田。在冲冲田上游洼地内修筑塘库,雨季蓄积雨水,旱季利用地势,顺着冲冲田进行自流灌溉。降雨时,雨水沿坡地顺势依次汇于堰塘、冲冲田,集于河沟,最后汇入江河(见图1),在做到有效蓄水的同时,保证了排水的通畅。
本文将这种丘陵地区特殊的水资源管理和利用系统叫作堰塘—冲冲田系统,它广泛分布于重庆山区的大部分农村地区,形成了独特的地方景观。依靠冲冲田的位置,可以快速有效地识别出场地的径流路径及分水岭的位置。
1.组成要素
堰塘—冲冲田系统由冲冲田多级系统和大量小型的堰库群所组成。
(1)冲冲田
图2 正冲、侧冲示意图
冲冲田是丘陵地区沿丘麓坳谷逐层开垦的农田,根据位置不同分为正冲、干冲(也称侧冲)(见图 2)和冲口。正冲即坳谷正中较易汇水的水田,是场地的径流区;侧冲则指正冲两侧具有一定坡度,不易汇水的旱田,正冲和侧冲的交界线即流域中的高地区和径流区的交界线。冲口是指两条或多条冲冲田的交汇点。
(2)塘库群
为了保证场地用水,重庆多年来形成了冬囤水田保水稻栽秧插、堰塘保渗灌、水库做后盾抗伏旱的格局。重庆山丘毗连,农田分散,水利建设多以小型为主,小者建堰塘(也称山湾塘),大者修小水库,形成塘库群蓄水。
堰塘:山区或丘陵地区修筑的一种小型蓄水塘,是重要的农业灌溉和生活用水来源。
冬囤水田:能就地蓄水、就地灌溉的水田,因为冬天田中蓄水而得名。冬囤水田与工程蓄水(如堰塘、水库)互为调节,减少水在灌溉渠道中的流失、渗漏、蒸发等,客观上增加了工程蓄水效益。
2.塘库群空间位置的选择
塘库群的选址必须满足3个条件:①具有天然洼地;②高地势,能利用地形优势形成自流灌溉;③地质岩性适合,土壤的保水性好,地下没有地缝。因此,塘库群的位置一般都处于流域高处的洼地,在雨水汇入冲冲田之前就对雨水进行收集。通过与GIS水文模拟的径流对照,水库主要位于场地的4级径流区,大堰塘位于5级径流区,大量的小堰塘处于场地的6、7级径流区。这种堰塘—冲冲田的时空组合有利于利用地形完成排水、蓄水两大任务。
3.宏观、中观、微观系统的相互协调
处于4、5、6级径流区的塘库群,实际上是从宏观、中观、微观等3个空间层次形成了水资源管理的相互协调机制。雨水先后汇于堰塘、水库,他们的容量、服务半径、抗旱性、调蓄能力依次扩大。干旱时节,水库成了农业灌溉的最后一道防线。
由水库、堰塘、冬囤水田所组成的塘库群格局,是一套与当地气候、地形、用水、需水量紧密结合的灌溉系统,它们相互补充、相互协调,维系着这个区域的用水平衡,共同塑造着大地景观;同时也是重要的雨洪水源头控制设施。
三、堰塘—冲冲田系统的生态适宜性
1.土壤适宜性
重庆土壤由岩石风化而成,山坡多页岩风化不完全的棕紫泥土保水性差,不宜种植水稻。山坡上的土壤受到雨水侵蚀,冲刷而下的泥沙在坳谷沉淀形成土壤淤积区。这一“上蚀下淤”的地貌过程,使得山麓坳地淤积形成了土壤养分和蓄水性都较好的水稻土。依山谷逐层开垦水田,其土壤最适宜水稻生长,再加上农田中的田埂、沉沙池等的作用,使随着雨水流失的土壤能更好地保留在田地中,起到水土保持的作用。
2.地形、动力适宜性
将冲冲田与塘库群沿着径流路径布置,其中冲冲田位于低地,塘库群位于高地,可以进行自流灌溉,解决灌溉动力的问题。
3.排水、用水适宜性
山麓坳谷汇集大量雨水很容易产生内涝,受到排水问题的严重困扰。将受雨水冲刷、滞蓄影响较小,同时用水需求大的水田安排在降雨时汇洪排流的山麓坳地,用田埂将雨水围留在水田中,在保证水田用水的同时还保证了山坡、坡顶的房屋免受山洪危害,削弱下游洪峰峰值。冲冲田系统不但是当地的排洪系统,每年4—10月,水田都要蓄积40 cm高的水量,因此它也是重要的源头蓄水设施。
四、堰塘—冲冲田系统的水资源管理智慧
1.暴雨管理与灌溉相结合
堰塘—冲冲田系统充分考虑暴雨控制和灌溉需求,国外大量LID、BMP研究中雨洪水控制措施在很大程度上与堰塘、冲冲田的构建模式相一致,具有3个特点:①源头收集暴雨水,起到了蓄滞雨水的作用;②零能耗自流灌溉,是绿色、可持续的灌溉设施;③径流路径最长化,可以将暴雨水最大限度地储存、吸收在水田内,减小暴雨的峰值,推迟峰值来临的时间,减小暴雨对下游的冲击和下游洪涝发生的可能性。
2.灌溉系统与地下水系统相结合
水库、堰塘、水田是重要的地下水补给区。雨水收集在堰塘、水田后,慢慢下渗,以地下径流的方式慢慢地补给地下水和河流的基流。
3.暴雨管理与净化系统相结合
堰塘、冲冲田不仅是雨洪管理的重要设施,还能起到消纳、降解和吸附污染物的重要作用,是重要的净化设施。国外大量LID、BMP研究中非点源污染控制措施在很大程度上与堰塘—冲冲田的构建模式相一致。
五、与其他地区传统水资源管理模式的区别
1.与中国古城水资源管理模式的区别
中国古城防洪系统采用城墙、壕池、城内沟渠、排水管道等措施综合管理雨洪,采用“防、导、蓄、高、坚、护、管、迁”的古城防御方略,由障水系统、排水系统、调蓄系统、交通系统组成,一般具有军事防御与排水、排涝两大综合功能。防洪体系的设计因地制宜,用水之利,避水之害,根据地形的不同,具体表现形式也不一样。比如黄泛平原古城就保留了大面积的坑塘、湖面,而江南水城的特色则是发达的城市水网。堰塘—冲冲田系统是针对丘陵地形,基于农业需求发展起来的,它缺少古城防洪系统的军事防御功能,仅以蓄水、灌溉、排涝功能的最大化为目的。
2.与湿润区水资源管理模式的区别
湿润区的水资源管理以防洪排涝为主,主要以大面积的水体、水塘、运河及灌溉系统为主,随着地形的变化表现出不同的形态。比如圩田就是江南人民为适应潮水的大幅度涨落而创造的一种农田开发的独特形式。
湿润区梯田是湿润区山地地区的一种主要的水资源管理模式,分为沿等高线梯田、方形梯田、山脚梯田、鱼梁堰梯田等多种形式,尤以等高线梯田最为常见。与重庆地区堰塘—冲冲田系统沿着径流路径而建不同,等高线梯田系统沿山脊线整坡开发。湿润地区常年降雨丰富,梯田是对土地与水源的最大化利用。沿着径流路径布置的堰塘—冲冲田是为了在收集雨水的同时,解决瞬时暴雨所导致的排水问题,避免房屋建筑等受到山洪的冲击。
3.与干旱区水资源管理模式的区别
在干旱地区,收集雨水、防止蒸发是水资源管理的重点,干旱区以蓄水系统为核心,各种储水设施、引水设施构成干旱区水资源管理的主要手段。旱梯田是缺水的丘陵区、山区常见的水资源管理模式,人们通过改造地形达到滞水、蓄水的目的。
基于地方知识的传统雨洪管理模式受当地的气候、降雨类型、地形地貌等因素的影响较大,都是因地制宜地解决当地水问题,每一种传统的雨洪管理模式都有其特点和局限性。湿润区以防洪排涝为核心,干旱区以雨水收集及防治蒸发为核心,平原、丘陵、山区、沿海地区又由于地形的不同,表现出不同的水景观特点。山地梯田是干旱区和湿润区都会采取的景观形式。
堰塘—冲冲田,既有别于旱梯田,也与湿润区梯田不同,它不是单一的适应干旱或湿润气候的水资源管理模式,而是应对干湿交替气候所产生的独特的水资源管理模式。分散式的堰塘、水库等小型集水洼地体现了对干旱气候的适应,同时沿径流路径开垦的农田不仅是对干旱的一种适应,也是对瞬时暴雨的一种适应,成为主要的泄洪道。
六、堰塘—冲冲田系统对现代水资源管理的启发
1.尊重场地,遵从自然
我国现行的城市建设往往忽略场地现状,很多对维护场地的健康和安全具有重要意义的地方元素、针对性的适应方式随着城市化的进程被瞬间抹平,如在高地挖湖,将堰塘填平,城市给排水过多地依赖工程措施,造成湖泊靠人工水利工程补给,下雨时积涝成灾等严峻的生态问题,给城市供水系统、排水系统都造成极大的压力。
堰塘—冲冲田系统各组成元素的选址,完全尊重并依赖高低起伏的山地地形。古代人清楚地意识到,山地地形在增加了瞬时径流量大、蓄水难问题的同时,也为解决这个难题提供了良好的地形条件与契机,遵从并加以利用是古代人解决水资源管理难题的不二法则。堰塘—冲冲田系统的布局法则,应该运用到现代城市建设中来,将受雨洪影响较小的城市绿地布于山麓坳谷,将建设用地布于高地,将原有的堰塘化为城市的水景和灌溉水源,使新建的城市能够维持场地原有的汇流方式,利用绿地系统来削减雨洪水,并保证其他区域的安全。借鉴地方智慧来帮助我们对土地利用的区域地点做出明智的选择和判断,以杜绝潜在的威胁。
2.多功能,分散处理
我国现行的绿地、水利、水景建设,功能单一,规模大,对场地原有的景观过程破坏大。如水景观建设,往往单一满足观赏需求,较少与雨水收集、地下水下渗、绿地灌溉等功能结合起来。古人由于无法克服长距离、高落差所引起的运输问题,面对分散的灌区,采用了小而分散的、多层次的蓄水系统,并且巧妙借助了地形,利用重力形成自流灌溉。这些建在径流始端的小而分散的塘库群维持了场地原有的水文过程,尽量减少建设对场地的水文过程、河流生态的破坏,并且起到了源头控制雨洪水、通过下渗缓慢补给下游径流的作用。系统每个组成元素不是单一功能,而是多功能、复合型的,是对场地水文过程的综合干预,整个系统综合考虑了下渗、排水、蓄水等问题。
我国幅员辽阔,自然、地理、社会环境复杂,不能指望一种方法可以适用于所有地区、解决所有地区的水问题。研究基于地方知识的水资源管理模式,有助于我们找到新型雨洪管理理念的本土化实践方式。
[1]威廉·M·马什.景观规划的环境学途径[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]杨庭硕,田红.本土生态知识引论[M].北京:民族出版社,2010.
[3]李建钦,陈学礼,等.哈尼族生态适应与社区资源可持续管理研究[J].西南林学院学报,2007(3).
[4]车伍,乔梦曦,等.中国古代雨水管理实践的现代启示[G].中国土木工程学会水工业分会排水委员会,2012.
[5]俞孔坚,王志芳,等.论乡土景观及其对现代景观设计的意义[J].华中建筑,2005(4).
[6]刘德,胡文质.重庆近百年旱涝特点分析及预测[J].四川气象,1993(12).
[7]张朝贵,蓝世杰.重庆市水利志[M].重庆:重庆出版社,1996.
[8]蒋祖晋.纳溪县以冬囤水田为主体建设高效农田生态系统[J].四川水利,1994(2).
[9]俞孔坚,张蕾.黄泛平原古城镇洪涝经验及其适应性景观 [J].城市规划学刊,2007(5).