基于适应性思维的山地城市防灾避难规划研究

2018-04-13李和平

安全与环境工程 2018年2期

曹　珂，李和平，李　斌

(1.重庆工商大学旅游与国土资源学院，重庆 400067;2.重庆大学建筑城规学院，重庆 400045)

我国幅员面积70%为山地，半数城镇于山地环境中孕育、发展，具有山地特征[1]。山区地形、地质和生态条件与平原地区截然不同，受自然环境影响制约更为显著。因此，山地城市防灾减灾及其环境治理的方式方法与平原城市存有较大差异，须更尊重山地环境，因地制宜。基于上述背景，本文希望通过对适应性理论思维以及山地城市孕灾、成灾机制的深入剖析，探讨该地域环境中城市规划设计的防灾避难方法。

1　适应性理论与山地城市防灾设计

在山地地区，一方面用地稀缺，人工建设须开拓山地环境争取用地；另一方面复杂的地质构造与特殊的地形地貌共同作用下的脆弱生境为各类山地灾害提供了潜在的孕灾条件。因此，山地城市建设须分别从“发展”与“安全”的角度综合平衡，对上述灾害进行预防、缓解和应对，这便是山地城市防灾避难规划的“适应性”思维。

1. 1　适应性理论及其思维主旨

适应(Adaptation)原指自然界中生物以对自身机能、行为的调节顺应外部环境变化，以求得其生存发展的生物现象[2]。适应的概念最早源自生物学界达尔文(Darwin C)的进化论[3]；之后，经过亨德森(Henderson L)等[4]生物学家的发展完善逐渐成为一种探索世间主体与客体之间相互关系与作用影响的理论思想，进而被应用到文化学、人类学、地理学以及景观与建筑设计等专业方向中。

基于“适应性”主客体对象类型的差异，不同学科领域对于“适应性”概念的界定与表述大相径庭。遗传学认为，适应是指人类或生物种群通过变异与新的环境变化条件相协调的过程；生理学认为，适应是指生命有机体在客观环境变化时生理特性所发生的变化；心理学认为，适应是指生命有机体由于感受器受到刺激物的持续作用而使“分析器”性能发生转化的机制；而在人文地理学中，适应则指人类活动随地理环境变化而相应调节的过程；在哲学层面，适应则指有机体与环境之间通过主体与客体的相互作用所达成的一种平衡状态。在本文的研究中，“适应”被作为一种哲学观与设计理念，用以指导山地城市防灾避难规划设计方法论的建构。简单来说，“适应”本质上是“有机主体”与“客观环境”相互协调的动态过程[5]。在这一过程中，既有主体对环境的“适”，又有主体反馈于环境的“应”，本文将分别结合其内在机制，探讨适应性原理在山地城市防灾避难规划中的应用。

1.2　典型适应模式在山地城市防灾避难规划中的应用

根据“适应主体”在应对“客观环境”时所作出的反映方式及其强度的不同，适应可分为“从动”、“协动”和“能动”三种不同的方式。在山地城市建设对山区灾患环境的适应过程中，上述典型适应模式则分别反映为用地选址层面的预防避灾、空间组织层面的调节减灾以及设施布局层面的疏解救灾[5]。

1.2.1从动适应：预防避灾

“从动”即“跟从而动”，是适应机制中最直接与朴素的一种适应模式，其为原始状态下主客系统发生矛盾时，主体系统通过单方面改变自身状态而对客体系统进行“顺从”的一种适应方式。在山地环境中，地质条件复杂，相对渺小的人工力量难以改变和化解区域性的孕灾型地质构造。因此，在城市营建中，应在选址阶段便对具有重大灾患的区域进行从动适应的避让，保障人工建设区域的相对安全。在此种适应关系中，人工建设的主体行为相对被动，只能以“条件反射”的方式对客观上可判、可察的“孕灾地段”进行避让，为应对山地灾害问题的基础设计思路。

1.2.2协动适应：调节减灾

“协动”即“协同而动”，是一种“有机主体”突破对客观环境的被动顺从状态，与“客观环境”相互影响、相互调节、双向适应，进而达至主客“对等平衡”的适应机制。在山地环境中，由于地质、地形、气候条件的复杂多变及其相互间的交叉影响，孕灾地段的具体范围以及灾患影响强度始终处于动态变化的过程之中。因此，山地城市建设发展应做好与灾患伴生的准备，在局域地段的空间组织与建筑处理上，应依据国家对建设项目环境评价的相关规定，对城市规划建设区范围内的所有建设项目进行工程地质勘察与评估，同时通过对人工与自然的协动调节，做好能够有效控制伴生灾害冲击与破坏的空间方案响应，为山地城市建设提供安全保障。

1.2.3能动适应：疏解救灾

“能动”即“应能而动”，是一种“有机主体”为达到自身发展目标，有目的、有计划地对客观环境做出“积极回应”的调节过程，其不以客观条件为前提，不以顺从、调节为手段，而更强调“主体”的中心性与目标性。在山地环境中，任何区域都是潜在的孕灾环境，随时可能诱发各种类型的地质灾害，仅仅依靠对灾患地段与伴生灾害“从动”、“协动”的避让和调节适应始终无法彻底避免灾害的发生。因此,对山地城市而言，还应防患于未然，做好随时应对突发灾害的准备，充分考虑灾后救助与群众避难的问题，结合自身空间、交通结构组织避难场所、疏散通道、救灾生命线，使城市在遭遇重大灾害的情况下，不至于陷入瘫痪，依旧具备自我救助能力。此即山地城市应对地质灾害的能动适应策略，是一种基于长远考虑、从根本上扭转环境制约因素，使客观条件朝着主观的“理想状态”发展的“治本式”适应模式，避免了山地城市在应对地质灾害时“毕其功于防患”的单一设计思路。

综上可见，山地自然环境存有巨大的孕灾风险，因此山区城市必须做好与灾害伴生的长远思想准备，在城市选址、布局与建设的各个阶段融入防救灾和减灾的考虑。在山地城市规划设计中，应分别结合各种常见灾害“由患生灾”、“因灾致难”的次第孕育过程与成灾机制进行针对性的避让、调整与疏救，此亦即山地城市规划设计对自然灾害的从动、协动和能动适应，见图1。

图1　　　　适应性思维与山地城市避难防灾规划的设计原则、设计策略及空间对象Fig.1　　　　Design principle,strategy and function object of adaptive thinking in disaster prevention and refuge planning in mountainous cities

2　可察之患，避让为先——规划选址的从动适应

从长远来看，城市基址的地质条件决定着城市安全的基础。因此，对孕生于脆弱灾害环境中的山地城市而言，其选址分析尤其应注意对易诱发重大地质灾害的区域进行避让，以从动适应的方式防患未然，并结合灾害的孕育机制，对地震、滑坡、崩塌、山洪等典型山地灾患进行综合评价和避让[6-7]。

2. 1　地震灾害的成灾机制与避让方法

地震灾害是由于地壳内巨大的能量喷发所致，进而造成地壳表面的震动、断裂和位移，其源于大陆板块间的碰撞所引致的地层错动，并受活动断层带分布影响。由此可见，活动断层带的分布与活性在一定程度上决定着地震灾害的孕灾范围与成灾强度。在我国，地质构造复杂的山地区域，是活动断层发育的主要区域[8]。对建设于有地震断层带分布环境中的城市而言，其将长期受潜在地震灾害威胁，而对直接位于地震断层带上的城市来说，灾害发生时所受的冲击将更为严重。以2008年我国的汶川地震为例，因位于龙门山地震断层带正上方，映秀、北川县城在地震中就遭受到比震源中心汶川县城更为严重的灾害冲击。地震后，北川、映秀县城内多处位于地震断层带上方的桥梁、道路、房屋，无论事先是否经过抗震设计，均在地震中因断层活动产生的撕裂、剪切以及强震效应被扭曲、错断；而位于地震断层带两侧几十米外的其他建、构筑物则在地震中却能够基本保持不倒[9]。可见，地震断层带是地震灾害产生的主要诱因，其对城市人工建成空间的破坏呈现出一定的规律性(如与震中等距地区地震断层带沿线的破坏远大于一般区域)。因此，“避让断层”是山地区域中城市选址与建设的重要内容，城市新建、扩建均应避免在地震断层带上方与断层应力集中的区域进行，并留出200 m至500 m的安全防护距离，见图2[10]。若建成区已位于地震断层带之上，则城市须进行逐步搬迁或进行建筑加固。

图2　地质断层的成灾机理与避让方式Fig.2　Disaster mechanism and avoidance method of geological fault

2.2　滑坡和崩塌灾害的成灾机制与避让方法

滑坡和崩塌也是山地城市中常见的地质灾害现象。滑坡常因山坡上层岩土受到重力作用所导致，表现为岩土及其上方建、构筑物沿滑坡面整体滑错，常发生于因溪河水流侵蚀形成的山体临空面垂直应力集中区，且在重力作用下，这些地段的土质疏松区极易产生滑动、下落。例如位于我国四川万州西北“豆芽棚”一带城市组团建造于滑坡地层上方，曾于1993出现过威胁5万余人生命安全的组团式整体滑坡。崩塌为山体陡崖区松动岩土在重力作用下突然产生坠落的现象，其频发于山体岩石裂隙发育、坡度险陡的区域，因岩石和土壤受风化侵蚀使山体变形、表层土质松动，诱发崩塌灾害[11]。例如攀枝花、万州、奉节、巫山等我国西南“川江”流域的城镇，大多处于湍急峡谷地段，江河水流走向与地质构造应力相互吻合，常在山体表面的岩土层中形成集中、高强度斜向或垂直应力，每年汛期期间都会发生十数次规模大小不等的山地滑坡事件。可见，滑坡和崩塌灾害根本源于山体表层岩土的结构失稳与应力错位。因此，山地城市规划建设应对具有此类地质构造的区域重点避让，留出防护绿地空间，避免因在近山区大规模人工建设诱发更为严重的地质灾害，见图3。

2. 3　山地洪流灾害的成灾机制与避让方法

山洪和泥石流是山地环境中洪涝灾害的特殊成灾方式。不同山地环境中立体泄洪能力具有天然差别，这种差别在夏季汛期因季节性降水量的巨大变化极易造成山坡表面径流量的陡增，进而对流经区域形成巨大洪流冲击。在我国四川西部、甘肃南部以及云南、贵州等地，每到汛季，山洪和泥石流灾害频发。例如2010年，甘南藏族自治州舟曲县的特大

图3　滑坡和崩塌灾害的成灾机理与避让方式Fig.3　Disaster mechanism and avoidance method of landslides and avalanches

泥石流灾害因强降雨引发形成，造成县城北面三眼峪、罗家峪泥石流下泄，导致大量房屋被冲毁，1 434人遇难，331人失踪[11-12]。具体而言，山洪为冲沟与谷地地表径流溢出河道、沟谷而造成的山地水患类型；泥石流则为与山洪灾害伴生或因其他灾害诱发形成，导致大量石沙在水流裹卷下在山坡地表上形成快速洪流运动，并不断将流经地段的建筑与其他地表堆积物卷入洪流中，产生巨大冲击力，对所过之处造成破坏，威胁城市居民生命、财产安全的洪涝灾害类型。从成灾机制来看，两类灾害均源于短期强降雨使山地环境中溪沟水位快速上涨，带动地表松动岩土奔涌所致。在此过程中，山地城市所在区域的地质构造、地形地貌以及地表土壤、植被的条件，乃至季节性气候因素均会对灾害的发生与作用强度产生影响。此外，工程建设、矿藏开采等人工活动也会影响到山体表面岩土的稳定性和为泥石流灾害提供物源，增大上述灾害发生的危害。因此，山地城市建设应在选址层面对山体汇水面交界处的冲沟与低洼汇水区进行重点避让，留出自然泄洪通廊，用作防护绿地处理，在冲沟两边50～100 m区域内避免人工建设，见图4[13]。

图4　山洪和泥石流灾害的成灾机理与避让方式Fig.4　　　　Disaster mechanism and avoidance method of flash flood and debris flow

综上可见，在山地城市中各类地质灾害的成因与分布具有一定的规律性：地震灾害通常发生于地壳活动断层带上方；滑坡、崩塌、山洪、泥石流灾害则集中分布于河流切割强烈、表层土质疏松、岩石裂隙发达、构造应力复杂的山地区域，其中山洪、泥石流又尤其常见于夏季降水丰沛与暴雨多发的山区。因此，在山地城市规划设计中，须结合各类地质灾害的孕灾机制，分析判断灾患区域，在选址阶段对其进行避让，科学合理地确定可建用地范围，详见表1。

表1　山地城市典型地质灾害的成因、分布及其避让选址原则Table 1　Cause,location and avoiding principle of typical geological disasters in mountainous cities

3　伴生之灾，导引为宜——空间布局的协动适应

从理论层面上看，山地城市在建设过程中只要能够避让灾害诱发的源头区域便能确保城市发展的安全。但实际操作中灾患环境与适建土地常常相互交织、穿插，难以彻底区分。此外，伴随山地城镇化进程的推进，山地城市在建设用地稀缺的状态下还需要进一步拓展空间，需在地质生态条件敏感的山坡地段中最大程度地争取用地。在此背景下，若一味地避让任何可能的孕灾区域则易使建设用地过度分散、城市结构破碎，不利于长期发展。因此，在保障选址总体安全的大前提下，山地城市规划建设可兼顾发展需求，合理利用一些潜在灾害发生概率与灾害发生时冲击影响较低的山坡用地，同时通过合理的空间布局组织减低或消解成灾时各类灾害对城市的破坏，求得发展与安全的平衡。这便是山地城市规划设计中应对自然伴生灾害的协动适应思路。

3. 1　断层应力的建筑布置应对策略

地震灾害由大陆板块碰撞以及内部能量释放引致，其成灾机理虽具一定的规律性(与地壳中活动断层带的分布密切相关)，但也有着较大的偶然性，单纯通过选址层面的避让难以做到彻底免除灾害发生的可能性。因此，山地城市的规划设计还需秉持防治结合原则，除尽可能避让断层区灾害隐患外，还应结合地震时地表应力的作用机理，通过具有针对性的空间布局，减低活动断层带周边城市建成环境所受到的灾害冲击。

简单来说，地震断层带通常分为正断层、逆断层和平推断层三大类。正断层、逆断层主要受到张拉力及重力作用影响，造成断层带上下盘相应的沉降和隆起，其周边区域拉、压应力集中；反之，平推断层两盘基本无上下相对运动，而沿着断层面在水平方向发生相对位移，与断层走向平行的两侧区域则主要受到剪应力作用，易诱发地表“滑错”。在上述应力作用机理下，为减低地震灾害成灾时对城市空间的破坏和影响，正断层、逆断层带周边区域的建筑布置宜采取团状或点状方式，降低建筑密度，提高绿地率；而在平推断层带侧旁区域，则宜顺沿应力发展方向以建筑长边平行于应力布置建筑(尤其板式建筑)，避免褶曲形成过程中水平扭力对建筑的扭错，见图5。

图5　地震应力作用机理与相应的减灾布置方法Fig.5　Mechanism of seismic stress and corresponding method of disaster reduction

3. 2　滑坡和崩塌灾害的护坡挡墙抵御模式

除自然孕灾机制外，山地城市挖填、爆破等人工建设活动对山地地形的改造亦会造成局部地段山体岩层的松动和土壤环境的改变，进而诱发滑坡、崩塌等山地灾害。因此，山地城市建设既要整体避让区域性滑坡地质带，也需对小范围的不稳定岩层进行加固和防护，抵御人工建设环境边坡上方土层松动，避免岩土滑落给城市建成环境带来的危害。具体来说，山体边坡的防护和加固宜因地制宜：在坡度较缓区域自然放坡，遇放坡难度较大的陡壁区域宜通过挡土墙进行防护；对坡顶、坡脚高差大的区段，则宜结合地形分解挡墙为多级，避免“一墙到底”，同时保证各级挡墙顺坡后退。此外，挡土墙的设计宜尽量采取缓坡或背坡形式，减轻墙体背部受压，在内部岩土重力冲击下能够牢固稳定，见图6。

3. 3　山地洪流灾害的人工排水疏导方式

对于山地洪流灾害而言，立体式洪灾冲击主要作用于山地冲沟及其两侧区域。在防患方面，对冲沟用地的避让、预留出泄洪通道固然能保证汛期时城市安全，但伴随建成区域的逐步拓展，山地城市中建设用地对自然排洪廊道的侵占现象愈发严重，难以避免。在此背景下，可通过保留主要泄洪通道、合并次要冲沟水系、以人工管网与截洪沟统一组织山体地表汇水的方式协调山地城市用地整合与城市安

图6　减缓背部压力的挡墙设置方式Fig.6　　　　Retaining wall setting method for reducing back pressure

全保障间的矛盾。具体操作中，可结合建设区域的水文条件与空间布局划分排水区，在此基础上，顺应地形变化、沿等高线组织汇水路径和分层设置截洪沟，对不同高层的截洪管网进行纵向连接，使之最终汇入自然排洪廊道，疏解各人工场地中潜在的水患影响，见图7。

4　未然之难，绸缪在前——避难防灾的能动适应

在地质条件错综复杂、生态环境极度脆弱的山地城市中，“天灾”终究难以根除。因此，山地城市的规划设计除应以从动、协动方式避灾减灾外，还需绸缪在前，做好随时应对遇突发灾害的准备，通过合理的避难规划减低灾害转变为灾难的几率，能动适应灾患冲击[14]。

图7　结合地形的山洪和泥石流人工排水疏导方式Fig.7　Artificial dredging mode for flash flood and debris flow combined with terrain

4. 1　防灾避难场所的集中与分散设置

灾害发生后，城市建成环境将遭受巨大冲击。此时，城市需要通过预先的防灾规划布置，保证避难疏散与紧急救护工作的有序组织，减轻灾害的影响，这便涉及防灾分区与避难场所的规划。其中，防灾分区是为城市建设区内人群在发生灾害时自我救护与避难组织的独立空间单元，通常结合中心城区的土地利用规划的空间结构关系进行划分；避难场所则是灾害发生时为受灾人群提供临时避难空间与救助物资的具体场所空间，通常结合城市中体育用地、公园绿地、校园操场等建(构)筑物少、拥有开阔空间的用地进行布局。在山地城市规划设计中，上述避、救灾设施与要素的布置须根据山地环境和灾害影响机制综合考虑。受地形因素影响，山地城市通常呈现出指状、带状或组团式的空间结构，因此山地城市的防灾分区组织也应结合上述各类结构方式进行组团分片，避免分区范围跨越山脉或河流以及由此造成的避难疏散人群跨区穿行[15]。此外，山地城市的避难场所布置则还应遵循散、多、小的原则，因地制宜地顺应城市的空间环境特点，在有限的空旷用地中尽可能地均衡布置，以便于人群就近避藏,见图8。而在避难场所的场地规模和服务半径上，山地城市也应结合用地紧张和交通联系不变的实际情况适当调整指标，参照国内外相关区域的规范标准进行配建[16]。

4. 2　避难救灾交通的多渠道多维度组织

另一方面，在灾害发生时，地震断层错断，山洪、泥石流冲毁路基或被滑坡、崩塌岩土掩埋、堵塞路面等问题常常造成城市道路系统的瘫痪，进而影响受灾区域同外部的联系通畅，阻碍城市避难疏散以及外部救援的有序组织[17]。因此，在道路系统规划方面，山地城市应选择既距潜在灾害源地有一定距离，又与各个防灾分区联系便捷的主要道路作为避难救灾通道，予以重点加固和定期维护。同时，在交通组织方面，避难救灾通道还须做好职能分工：为便于受灾地段与外部快速联系，须利用对外交通接口较多的干道作为救援通道，而为便于各防灾片区内人群的疏散和快速到达避难场地，避难通道则须选择人群密集区域与开敞空间联系便捷的道路，并注重系统内部的连接。此外，为保证受灾时城市交通的有序组织，避难救灾通道在道路断面宽度上还应达到相应标准。具体而言，连接受灾区域各防灾指挥中心与外部救援的避难救灾主干路、连接干道与防灾分区的避难救灾次干路以及各防灾分区内部的疏散道路的宽度分别应不低于20 m、15 m和8 m[18]。

图8　山地城市的应急疏散机制与分散式避难场所设置方式Fig.8　Emergencey evacuation mechanism of mountainous cities and the setting way of scattered shelters

5　结　语

山地城市规划在地质条件复杂、敏感的区域中孕育发展，用地紧张又充满灾害隐患，城市建设须在规模拓展与发展安全间寻求平衡，保证可持续发展，此为山地城市规划设计中需要迫切解决的现实问题。为此，本文引入适应性理论，从对山地城市各种灾害机制的从动、协动、能动适应性思维出发，探索了山地城市防灾避难设计策略，以完善相关理论，指导设计实践。

参考文献：

[1] 赵万民.山峡库区人居环境建设[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[2] Henderson L J.TheFitnessoftheEnvironment[M].London: Macmillan,1913.

[3] 达尔文.物种起源[M].周建人，叶笃庄，方字熙，译.北京：商务印书馆，2009.

[4] Spencer H.ThePrinciplesofBiology[M].Miami:Hardpress Publishing,2013.

[5] 曹珂.山地城市设计的地域适应性理论与方法[D].重庆：重庆大学,2016.

[6] 殷坤龙,张桂荣.地质灾害风险区划与综合防治对策[J].安全与环境工程,2003(1):32-35.

[7] 黄光宇.山地城市学原理[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[8] 仇勇海,戴塔根，刘继顺，等.地震的成因与解释[M].长沙：中南大学出版社有限责任公司，2012.

[9] 中国地震局监测预报司.汶川8.0级地震科学研究报告[M].北京：地震出版社，2009.

[10]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑抗震设计规范：GB 50011—2010[S].2010.

[11]罗晓娟,李铁,余勇利,等.浙西南丘陵山区沟谷泥石流降雨特征分析[J].安全与环境工程,2012,19(3):20-23.