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基于海绵城市建设指引的迁安市集雨型绿色基础设施体系构建策略初探

2016-09-20戈晓宇李雄

风景园林 2016年3期
关键词:集雨迁安市雨洪

戈晓宇 李雄*

基于海绵城市建设指引的迁安市集雨型绿色基础设施体系构建策略初探

戈晓宇李雄*

城市绿色基础设施作为海绵城市建设的重要载体,能够发挥出强大的集雨型功能。以迁安市集雨型绿色基础设施构建为研究对象,以汇水区划分、空间布局策略、径流控制级别、径流控制功能作为主要研究内容,通过田野调查和教学研讨等研究方法,梳理了京津冀地区由城市绿地系统作为主要载体的集雨型绿地系统的构建方法,归纳了集雨型绿色基础设施体系对绿地系统集雨功能的补充作用;结合专家访谈和课堂授课反馈信息,总结出海绵城市建设中存在的误区与偏差。以此来探讨符合京津冀地区城市实际情况的集雨型绿色基础设施体系构建策略,为海绵城市建设和城市绿地建设提供借鉴。

海绵城市;集雨型绿地;城市绿地系统;绿色基础设施

Fund Item: Supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities: "Team Development of Landscape Architecture Theory Academic Research"(2015ZCQ-YL-01);Supported by Beijing Co-building Project(2015BLUREE01);Supported by the Research on the application of Low Impact Development in Urban Green Space (Department of Urban Construction in the Department of Housing and Urban-rural Development-07)

1 前言

城镇的快速扩张改变了城市下垫面条件和水文机制,引发城市内涝积水、水污染加剧、河湖生态恶化等问题[1],这些问题严重制约我国城镇生态环境改善[2]。为解决这些问题,我国借鉴低影响开发建设模式,结合城市建设的现实需要,提出并推广海绵城市建设理念[3]。很多海绵城市技术措施是以城市绿色基础设施体系作为载体。由城市森林、湿地、水道、城市绿地及其他自然区域等组成的绿色基础设施[4]作为海绵城市建设的重要载体,具有巨大潜力。我国目前缺乏一套有效的以绿色基础设施为载体的同时满足集雨作用与绿地功能,适应区域雨洪调蓄需求和水资源条件的规划方法。如何在海绵城市建设中既满足雨洪调蓄功能,又能平衡绿色基础设施景观、生态等基本功能,是目前行业亟待解决的问题。

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2 研究背景

习近平总书记在2013年中央城镇化工作会议上明确指出:解决城市缺水问题,必须顺应自然,要优先考虑把有限的雨水留下来,优先考虑更多利用自然力量排水,建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市[5]。2014 年10月,我国住房和城乡建设部组织编制了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》,这为我国海绵城市体系的建设提供了基本理论指导。2015年4月,国家财政部全国首批海绵城市建设试点城市名单公示,有16个城市获得了中央财政补贴用于海绵城市建设,迁安市是京津冀地区唯一的试点城市。2015年10月11日,国务院办公厅颁布了《关于推进海绵城市建设的指导意见》(国办发〔2015〕75号),要求到2020年,城市建成区20%以上的面积达到目标要求;到2030年,城市建成区80%以上的面积达到目标要求(将70%的降雨就地消纳和利用)[6]。

迁安市位于华北平原北部,燕山南麓,滦河岸边,市域总面积1 208km2。迁安市属暖温带,半湿润、季风型大陆性气候,具有华北地区气候特征。多年平均降水量655.8mm,其中70~80%集中在汛期的7、8、9这3个月份。迁安市中心城区属平原地势由西北向东南倾斜,呈东、西、北三面高,南面低的“簸箕”状。主要排水河道由西向东有西沙河、滦河、三里河及支流等。主要的积水地段位于南部低洼区,重力流排水条件较差。根据《迁安市绿地系统规划》(2013-2030),迁安中心城区到2030年规划建设用地面积为8 809 hm2,建设用地内绿地总面积达3 632.7hm2,城市建设用地绿地率41.24%,其中公园绿地面积达1 442.64 hm2,人均公园绿地面积18.03m²/人[7]。在获评海绵城市建设试点城市后,迁安市海绵城市建设已经全面展开(图1)。

北京林业大学园林学院一直在积极探索基于海绵城市建设指引的集雨型绿色基础设施体系的构建方法,在2013级科学硕士研究生风景园林规划设计课程教学中,将住房与城乡建设部课题“低影响开发的园林绿地应用研究”与科学硕士教学有机结合,以“迁安市集雨型绿地系统规划”作为课程教学主题。

3 以绿地系统为载体的低影响开发体系构建策略

在海绵城市技术体系中,绿色屋顶是重要的技术手段,在实地调查中课题组得知迁安市建成区建筑大多没有预留绿色屋顶的荷载,因此绿色屋顶只能通过规划控制对未来建设提出要求来实现。透水铺装能够有效消减城市径流,但在城市建成区,大量的透水铺装改造不仅会为城市居民生活造成不便,也会带来巨大的资金压力。绿色屋顶和透水铺装这两项重要技术手段在城市建成区几乎无法推行,这使得城市绿地几乎成为了唯一的城市海绵体。

3.1汇水分区的划分

以迁安市绿地系统为载体的低影响开发体系的构建,是从城市雨洪管理的视角研究城市绿地系统的集雨型功能。位于城市不同汇水区的城市绿地面临着不同的雨洪威胁,彼此之间在集雨型功能方面几乎不存在联系。因此,城市绿地系统对于径流控制的作用应该分为各个汇水分区进行研究,从中观层面探寻集雨型绿地系统的构建策略。图2为课题组根据迁安市中心城区雨水工程规划图中的汇水分区,将整个绿地系统划分成了若干城市片区作为基本的研究单元。

3.2城市绿地系统水敏性分析

以迁安市绿地系统为载体的城市低影响开发体系的构建,首先应确定城市雨洪调蓄与城市绿地系统之间的关系,这就需要进行城市绿地系统的水敏性分析。因此,课题组选取雨水管网信息、地形因子、绿地需水量和城市内涝分布图[8]作为水敏性分析的影响指标。通过研究区雨水管网矢量化信息和DEM数据,对研究区进行水敏性分析,结合城市绿地系统分布特征,确定绿地周边的雨洪压力和绿地自身水资源需求的关系。图3中颜色的深浅表示城市雨洪压力的级别,一级易涝区需要周边绿地起到雨洪调蓄的作用。

3.3集雨型绿地的空间策略

集雨型绿地的空间策略是在迁安市绿地系统规划(2013-2030)的基础上,从布局的角度探索各类绿地的建设策略,这受到绿地所在位置属性的影响,包括建成区与非建成区,内涝区与非内涝区等因素的影响。

3.3.1建成区与非建成区的建设策略差异

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我国海绵城市的建设理念是在我国城市建设已经相对成熟的背景下提出的,在非建成区,海绵城市建设可以在规划过程中参考《海绵城市建设技术指南》中的径流控制指标,对具体建设项目提出径流控制的要求。而在建成区,很多绿地建设已经初具规模,绿地集雨型功能的实现主要依赖对已建成绿地的改造。为了避免海绵城市建设对现有绿地基本功能产生影响,控制改造过程中的工程投资,建成区和非建成区的集雨型绿地系统建设应采取差异化的处理方式。对于建成区,绿地资源稀缺、用地条件紧张是主要问题,可采取一种土地集约型的方式解决内涝问题——“暴雨花园”。暴雨花园可以与城市雨水管网对接,利用小规模大尺度的下沉空间,集中对径流进行滞留、下渗和存储,在控制建成区城市绿地改造规模的条件下,减轻城市雨水排水管网的压力,解决建成区内涝问题。

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3.3.2附属绿地源头消减径流

传统的城市雨水排水系统倾向于集中处理雨水,成本相对较高,而且不利于水质控制和雨水利用。“源头消减”是低影响开发的核心理念之一,不仅有助于消减径流,缓解雨水管网压力,而且有助于充分利用雨水资源,减轻水资源短缺的压力[9]。如图4,在城市绿地系统的分布中,附属绿地呈现出“面”状的分布,分布在各类城市用地之中,这种分布特点与源头消减的要求非常契合。如果将附属绿地建设成为集雨型绿地,不仅能够在源头控制径流,而且能够发挥出雨水资源利用方面的作用。建筑屋顶径流水质相对洁净易于使用,排放集中易于收集。[10]如果能设置蓄水池将雨水收集,用于代替市政水源,将会在一定程度上节约城市水资源。

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3.4城市绿地在径流控制中的作用分级

城市绿地在消减径流中的作用过程并不是一次完成的,而是通过各级绿地逐步降低径流污染物浓度、减少径流量。在径流产生、汇集、排放的过程中,不同类型的城市绿地发挥了不同级别的作用——街区级、片区级和城市级。径流在产生和汇集的过程中,主要依赖街区级绿地进行径流控制;径流在排放过程中,街区级、片区级绿地可以分级串联或者共同进行径流控制(图5)。

街区级绿地主要为附属绿地,起到源头消减的作用;片区级绿地包括公园绿地、防护绿地,能够缓解城市内涝点、内涝路段的径流排放;城市级绿地包括公园绿地、防护绿地和其他绿地,能够起到大规模调蓄作用。

3.5城市绿地在径流控制功能分类

在海绵城市建设技术指南中,渗、滞、蓄、净、用、排是海绵城市建设的关键技术手段,对于某个具体的绿地建设项目,其面临的雨洪问题的类型和雨洪调蓄的容量是基本恒定的,径流的下渗滞留、储存利用和净化处理之间存在一定的重合关系,在规划设计中海绵城市技术手段的选用也应该具有一定的倾向性,这种倾向主要取决于城市绿地所面临的具体问题以及集雨型功能对于城市绿地自身功能的影响程度。本文提出将城市绿地分为5种功能类型,分别为水资源利用型、水质净化型、雨洪调蓄型、洪涝控制型以及径流消减型(图6)。

雨洪调蓄型绿地是指位于城市外围的城市绿地,能够接收外源雨水,可以在城市雨水管网内的径流排入自然水系之前进行滞留、渗透和净化。洪涝控制型绿地能够对绿地内部和外部径流进行滞留、下渗等处理的绿地,目的是利用有限的绿地缓解内涝问题,洪涝控制型绿地包括公园绿地中的社区公园、带状公园、街旁绿地、各类附属绿地,以及各类防护绿地。在城市内涝路段,社区公园、带状公园、街旁绿地等可以设计成为“暴雨花园”,通过较大规模、尺度的下沉空间滞留雨水,暴雨花园对管理养护的要求更高,需要设计师兼顾旱季和雨季的景观效果和功能。径流消减型绿地是指在一定设计重现期内,通过各种低影响开发技术的应用实现内部径流不排入市政管网的绿地。在海绵城市建设中,城市绿地应该改变传统的雨水排水模式,尽可能消纳绿地内部产生的径流,从而对缓解市政管网压力做出贡献,也能够保证绿地自身的游憩、景观、生态、防灾避险等基本功能不受集雨型功能的影响。水质净化型绿地是指具有较强水质净化功能的绿地,这类绿地通常具有较大尺度的水面,能够接收外源雨水。水资源利用型绿地是指以雨水收集和雨水利用为主要目的的城市绿地,包括各种类型的附属绿地。

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4 以绿色基础设施为载体的低影响开发建设策略

在课题研究中,课题组发现城市绿地系统对于径流的调蓄能力有限,在保证城市绿地基本功能的前提下无法完全满足海绵城市建设要求。因此课题组以迁安市绿地系统作为低影响开发体系的基础,并向绿色基础设施领域进行拓展,将城市森林、湿地、河道及其他自然区域等拓展成为集雨型绿色基础设施,共同对径流控制发挥作用(图7)。

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4.1上游雨洪安全线

迁安市是典型的半山区城市,呈东、西、北三面高,南面低的“簸箕”状。迁安中心城区坐落于中部平原,地势为西北高,东南低。在防洪工程规划中,计划利用小水库滞蓄山洪。从海绵城市建设的角度出发,东西北三面浅山地带的城市森林将会构成城市上游的雨洪安全线,通过设置海绵城市设施引导外围山洪就地消减或进入上游河道,保证中心城区雨洪安全。

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4.2下游自然排放区

城市绿地对于径流的控制能力是有限的,当暴雨发生时,迁安市中心城区南部经常发生内涝灾害,这时内涝区附近的林地和湿地可以成为雨水管网的自然排放区,释放出大量雨水径流,缓解城市径流排放压力(图8)。

5 绿色基础设施在城市雨洪调蓄中发挥的功能

城市绿色基础设施在何种情况下作为具有雨洪调蓄功能的海绵体,城市绿地能够在多大程度上发挥雨洪调蓄的功能,城市绿地的基本功能是否会受到影响,这是风景园林行业从业者所共同关心的。在课题研究初期,课题组只在技术路线、功能定位、空间策略等层面进行了归纳与总结,并未得出量化的数据作为支撑。

5.1海绵城市建设的误区——过度依赖绿地系统的集雨功能

城市绿地是构建优质人居环境和生态环境的核心组成部分,承担着生态、游憩、景观、文化、防灾避险等功能。绿地对径流进行消减、净化、滞留的作用是绿地生态功能的组成部分,城市绿地的各种功能之间应维持平衡的状态,应遵循以人为本的原则。而城市雨水管网则担负着城市雨水排放的本职责任,无论是否有海绵城市的建设理念,雨水管网永远是市民所依赖的城市雨洪安全线。在美国许多州,尽管实行了低影响开发建设理念,但雨水管网设计重现期仍然保持在2-10年一遇[11],各种低影响开发设施只对雨水排放起到辅助和促进作用,而不是承担所有的城市排水任务。

5.2海绵城市建设的偏差——艺术性与科学性的失衡

在教学研讨中,很多同学倾向于将城市中大部分绿地进行完全下沉式处理,这样的方式能够滞留大量径流,却让城市绿色的艺术属性和游憩功能受到了极大影响。科学性与艺术性是风景园林学科的两个重要属性,成功的风景园林作品往往能在二者之间找到平衡。单纯的艺术美学无法诠释当今的风景园林建设,单纯的工程科学也不能完全概括风景园林的内涵,面对海绵城市建设的浪潮,风景园林行业的从业者需要保持理性的态度,将科学态度与艺术美学融入城市绿地建设之中,促使海绵城市成为城市绿地建设的重要推动力。

5.3绿地内部径流消减

表1 集雨型城市绿地系统建设模式汇总表Tab.1 Summary table of the construction mode of rainwater-harvesting urban green space system

在海绵城市建设浪潮之中,城市绿地需要承载雨洪调蓄功能成为了无法回避的问题,城市绿地的传统排水方式需要改变。城市绿地在一定设计降雨量下能够做到内部径流不外排。这种方式是绿地为城市雨洪调蓄作出的积极贡献,在工程建设中也有较强的可实施性。

5.4绿地作为城市雨洪调蓄功能的延展

在面临雨洪威胁的情况下,城市绿地可以与市政雨水管网对接,使绿地外部径流下渗、滞留。在不影响绿地自身游憩、景观、生态、文化功能的前提下,在一定的设计降雨量条件下,附属绿地接收城市用地内地表径流和建筑屋顶雨水,可以发挥源头消减的作用;社区公园、带状公园、街旁绿地通常与城市道路相邻,可以通过设置下沉空间在内涝路段滞留雨水;郊野公园、森林公园、风景林地、防风林等防护绿地和其他绿地,可以成为雨水管网的自然排放区。如果将绿地视作单纯的城市海绵体,绿地的调蓄能力是巨大的,如果要绿地在保持自身功能的前提下发挥出适当的雨洪调蓄功能,就需要平衡绿地功能、集雨功能、工程造价,考虑绿地生态、经济等方面绩效评价及其所在区位的雨洪压力等因素,需要从绿地自身需求和承载力出发,自下而上地研究绿地调蓄能力的合理范畴。

5.5展望

表1中的内容是课题组根据《迁安市绿地系统规划》(2013-2030)进行的集雨型绿地建设研究成果。在课题研究中,课题组以现有绿地系统规划成果作为研究对象,并向城市绿色基础设施进行拓展,以汇水分区划分作为基本研究单元,从绿地水敏性分析出发,确定集雨型绿地空间策略、作用分级和功能分类,并将绿色基础设施作为低影响开发体系的重要支撑。研究过程中始终伴随着径流量消减和雨水资源利用的测算,但对于相对复杂的城市雨洪过程来说,简单的计算和定性的分析并不能完全满足海绵城市建设的要求,综合定性与定量分析,基于空间策略、情景设置和软件平台进行的城市绿色基础设施雨洪调蓄能力模拟是能够切实指导海绵城市建设的研究工作,也是课题组在未来的研究方向。

致谢:

本文中的图片均来源于北京林业大学2013级风景园林硕士研究生风景园林设计课程教学成果,感谢李雄老师、朱建宁老师、刘祎绯老师、王应临老师、刘利刚老师在课堂教学过程中的指点与帮助,感谢郑曦老师、王沛永老师在课题研究中给予的指导。

注释:

图1、8为曾慧子,翟紫呈,包珑钰,李欣蕊绘制;图2、3为高原,王心怡,蒋雨婷,徐倩绘制;图4引自参考文献[7];图5为李佳怿绘制;图6为吴晨、高凡、万凌纬、赵雪莹、杨扬绘制;图7为魏晓玉,纪茜,王越绘制。

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Research on Building of Rainwater-harvesting Green Infrastructure Pattern of Qian’an based on the Instruction of Sponge City Construction

GE Xiao-yu LI Xiong

Urban green infrastructure plays a powerful function in rainwater-harvesting as an significant carrier of Sponge City construction. With field investigation and teaching research, the paper provides a summary of constructing methods of rainwater-harvesting green space system based on the green system in Beijing,Tianjin and Hebei areas. Choosing Qian'an rainwater-harvesting green infrastructure system as the research object, we put emphasis on catchment division, spatial layout strategy, runoff control level and runoff control function. The paper sums up the errors and deviations in the Sponge City construction, combined with expert interviews and teaching feedback information. It proposes the construction strategy of rainwater-harvesting green infrastructure system which could conform to the actual situation in cities of Beijing, Tianjin and Hebei areas and provides reference for the construction of Sponge City and urban green space.

Sponge City;Rainwater-harvesting Green Space;Urban Green Space System;Green Infrastructure

TU986

A

1673-1530(2016)03-0027-080

10.14085/j.fjyl.2016.03.0027.08

2016-02-02

2016-03-14

2015年“中央高校基本科研业务费专项资金资助(2015ZCQ-YL-01)”;2015年“北京市共建项目”资助(2015BLUREE01);住房和城乡建设部课题“低影响开发的园林绿地应用研究”资助(建城[2015]园林绿化第07号)

戈晓宇/1986年/男/内蒙古人 /博士/北京林业大学园林学院,城乡生态环境北京实验室,讲师/风景园林规划设计与理论(北京100083)

GE Xiao-yu was born in 1986 in Chifeng of Inner Mongolia. He works in School of Landscape Architecture of Beijing

Forestry University. And he is also a lecturer in Beijing Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment,majored in Landscape Architecture Planning Design and Theory(Beijing 100083)

李雄/1964年/男/山西人/博士/北京林业大学园林学院院长,城乡生态环境北京实验室,教授,博士生导师/风景园林规划设计与理论(北京100083)

邮箱(Corresponding author Email):bearlixiong@sina.com

LI Xiong was born in 1964 in Taiyuan of Shanxi Province,working in Beijing Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment as a Professor and doctoral tutor, and he is also the Dean of School of Landscape Architecture in Beijing Forestry Uniersity. He focuses on the Landscape Architecture Planning Design and Theory(Beijing 100083)

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