小城镇绿色基础设施的气候适应性设计

李 瀚 应 君

浙江农林大学风景园林与建筑学院 杭州 311300

进入21 世纪, 全球气候问题愈加严峻, 温室效应造成全球气候出现极端现象。 城镇在扩展其边界的同时, 侵占了大量的生态空间, 破坏了区域原有的生态系统, 导致极端气候现象引发的灰色基础设施问题更加明显, 滋生了如城市“看海” 这样的雨洪处理失调问题。 基础设施应该在人、 环境与资源之间达到一种平衡, 寻求有效承载气候变化带来的新方法[1-2]。 为了构建更加健康的小城镇环境支撑体系, 应将绿色基础设施运用到基础设施适应当地气候的框架内, 使其通过景观改造有效适应不同气候因素, 创造科学合理的城镇绿色空间。

1 气候适应性设计和绿色基础设施理论

气候问题对于人类居住环境的发展产生重要影响, 气候环境的适宜程度决定着人类生产生活的方方面面。 正如约翰·西蒙兹[3]所提到的“气候因素是人类创造满足其需要环境的先觉因素,人们无法摆脱其影响, 除了适应别无他法。” 城镇的发展受到诸多因素的影响, 既包括自然地理因素也包括历史人文因素, 在这些因素中, 气候是最为活跃和敏感的影响因子。 随着中国城镇化进入一个新的发展阶段, 小城镇一级的建设成为推进我国城镇化的重要支点。 小城镇作为介于城市与乡村的过渡区域, 具有“上承城市, 下启乡村” 的枢纽作用, 小城镇自身环境的良性发展将成为中国新型城镇化有效推进的先决条件。 当今城镇建设往往奉行灰色基础先行的建设理念, 导致市政基础设施建设目的变得单一而粗暴, 忽视了区域的生态平衡问题, 使其应对气候问题的能力有所下降。

1.1 气候适应性设计的内涵

气候适应性设计最先广泛运用于建筑单体上,指在设计中充分利用气候资源, 发挥“趋利避害” 的精神, 达到不用或者少用人工机械设备,创造健康、 舒适环境的目的, 最终实现减少不可再生资源的消耗和保护生态环境的目标[4]。 然而,随着人类社会的迅速发展, 城市面对来自外部的极端气候现象和内部因人口增长及社会迁徙而推动的大规模城镇化建设和发展所导致的自身生态失衡问题。 仅仅从小范围的区域或依托建筑单体进行气候适应性设计研究是不够的, 应该从不同层面充分考虑不同地区的气候环境特点。

总体而言, 气候适应性理论应该涵盖更大的研究及设计范围。 不仅要从空间尺度对设计对象和气候环境两个方面进行考量[5], 而且还要考虑不同气候因素带来的环境影响。 同时, 基于特定地区和自然地理要素而孕育的社会文化因素也是应该纳入考虑的重要方面。

1.2 绿色基础设施的发展

绿色基础设施这一概念的正式提出是在20 世纪90 年代中期, 虽然只有短短的20 多年, 但是早在人类文明发展伊始就已经开始有其踪迹。 从距今5000 多年的良渚古城兴建水利工程应对季节洪峰并储存雨水用于灌溉, 到无数历史名城的发展兴起, 都离不开一个类似良渚古城这样完善的水利工程来支撑城市环境安全的基础设施体系,例如济南古城内外贯通的排水系统[6]、 福州“多湖围一城” 的陡湖系统[7]就成为守护人类居住环境不受外部气候现象干扰的支撑和保障。

美国设计师奥姆斯特德构建的“波士顿翡翠项链” 体系被认为是第一个严格意义上的近代绿色基础设施, 它不仅为周围居民提供必要的活动空间而且具有一定调节周边环境的能力, 它的出现使美国掀起了对于连续开放空间的热潮。 随着时代的发展, 城市的功能和规模都远超以往城市,但是在面对自然灾害方面的能力依然相当脆弱。俞孔坚面对城市无处不在的灰色基础设施, 试图从中国古老的农耕智慧, 如陂塘、 低堰等生态友好型举措中吸取经验运用到绿色基础设施的建设中以解决现实的城市问题[8]。 绿色基础设施在连接城市破碎的自然环境、 增强城市弹性方面所起的作用被越来越多的人所认知, 其以一种系统的方式建立起城市与人及自然和谐完整的平衡, 创造了一个健康可持续发展的环境。

2 基于气候适应性的绿色基础设施特征

气候变化所引起的极端气候现象加剧了城市安全运行的风险[9], 其中洪涝灾害是极端气象灾害中造成经济损失最多的一项。 城市大量的硬质地面在应对短时间的强暴雨时需要很久才能渗入地表, 导致居住区和建筑物被降水所淹没。 因此,“变灰为绿” 正在成为基础设施发展的方向, 城市中不同绿色空间所构成的绿地系统也越来越受到重视, 绿地也越来越多地被称为“绿色基础设施”, 并如同城市中其他基础设施一样成为城市持续发展和居民生活不可或缺的一部分[10]。 基于气候适应性的绿色基础设施特征主要体现3 个方面:

1) 连接性。 钢筋混凝土制成的灰色基础设施有利于加强城市内部个体之间的交流, 但更多地阻碍了人与自然或自然之间的相互联系, 将城市分割成一个个孤立的小岛。 面对气候因素造成的负面效应, 破碎的城市生态系统无法有效应对。绿色基础设施概念的提出旨在通过建立一系列的线性绿色空间加强城市蓝—绿网络, 结合景观生态学的理论加强城市内外物质、 能量和资源的联通性。

2) 多尺度适应性。 绿色基础设施是一系列适应不同尺度、 不同空间的自然、 半自然及人工绿色空间与环境资源的总和[11]。 根据2014 年美国景观设计师协会(ASLA) 发布的指南, 绿色基础设施资源可依据尺度大小分为7 个类别, 大到国家公园、 城市开放空间及城市绿地与公园系统,小到绿色屋顶、 雨水花园和垂直绿化[12]。 面对复杂多变的气候灾害, 不同尺度的绿色基础设施虽然包含的内容不同, 但在应对气候问题上往往发挥相似功能, 例如, 较大尺度的湿地公园往往成为某一地区重要的雨洪调控中心, 但也不能忽视该地区其他绿地如街角的雨水花园、 绿色廊道及绿色停车场在分散雨洪、 滞渗雨水方面所起的作用。

3) 生态系统服务与多功能性。 通过绿色基础设施体系的建立, 加强与自然的联系, 大大提升了城市的生态服务潜力。 绿色基础设施提供了自然本身以及一系列模仿自然能量活动的过程, 在一定区域范围内通过不同的组成要素为该地区带来清洁的水, 清洁的水可调节气候、 固碳、 促成良性的水文循环及应对极端气象灾害的影响, 这些生态功能是适应气候变化的重要举措。 一些城市绿色空间比如下凹式绿地或绿色廊道, 平时是人们开展户外活动的公共空间, 雨洪内涝时又可以成为城市的临时泄洪区。

3 游埠镇中心绿地气候适应性设计研究

3.1 区域背景及设计目标

游埠位于兰溪市西南, 地处金衢盆地中部,钱塘江中上游, 衢江中下游东南岸。 镇西南丘陵起伏, 最高点海拨67.5 m, 地势较高： 东南为衢江北岸冲积平原, 地势平坦, 水资源丰富, 土地肥沃： 衢江环流东南, 游埠溪横穿镇内。 该地区属亚热带季风气候, 温和湿润, 四季分明, 年平均气温17.7 ℃, 降雨量约1 400 mm： 多年平均蒸发量1 389 mm, 年际变化大, 年内分布不均。

作为该地区重要的潜在“气候调节” 场所,中心绿地期望有效应对镇区范围内因强对流天气产生的雨洪灾害、 促进当地水文循环的同时, 通过大范围“增湿增绿” 创造冷岛效应, 充分发挥绿色基础设施的气候调节功能。

项目坐落于镇区东北部, 游埠溪与衢江分枝的交汇地带, 其内遍布耕地, 总占地约21 hm2。通过“退耕还湿” 的策略, 打造具有综合功能的湿地公园: 一是减轻城市管网的排水压力, 营造城市天然的雨水调蓄基地： 二是应对游埠溪潜在的季节洪峰危机, 通过设计创造生机, 为当地旅游业的发展带来新的动力： 三是为当地居民提供舒适及充满乐趣的户外活动场所。

3.2 设计策略

3.2.1 利用传统智慧， 构建雨洪调节体系

游埠溪在兰溪市境内流长23 km, 流域面积119 km2, 落差315 m。 因断面小, 地势平缓, 两侧易遭洪水侵袭。 为防止暴雨引发的流速过快,故对场地内现有的两条水系进行疏通扩建, 以增强雨洪的滞纳能力。 此外, 面对此地夏季连绵数月的梅雨, 本方案通过利用中国传统的绿色排水蓄水设施——坑塘, 建立充满古老智慧的自然调控系统。 坑塘在传统城镇中是一种较为常见的半人工的绿色基础设施, 它主要是以下渗、 蓄滞和就地净化为主的软性绿色基础设施[13]。 同时, 人工开挖出的大小形状各异的坑塘, 可以提供丰富的物产, 如蒲苇、 鱼虾和其他经济产品, 提高其附加产值(图1)。

通过在拓宽的水系周边的耕地上挖掘无数个深浅不一的水塘, 在连绵不绝的梅雨季节可以滞留雨水, 少雨时段可以变成下凹式绿地, 实现“潦则丰, 旱则竭” 因季象而不同的半自然湿地生态系统。 如果短时间内雨量过大, 地表所汇集的雨水过多, 多余的雨水在经过坑塘的沉淀后就可以因势流入就近的水系中。

3.2.2 营造植物生境， 创造舒适气候

植物被看成是一种天然的空调机, 科学测试表明, 乔灌草相结合的复合植物群落斑块有着良好的降温效果, 其次是乔木群落： 数据还表明低密度植物群落的降温效果优于较高空间密度的植物群落[14]。 因此在植物的布局上, 通过在坑塘的间隔地带种植耐水性良好的乔木, 坑塘内种植一些适应当地气候的湿生植物, 有助于净化水体的同时促进水汽升腾增加湿度, 并且在拓宽的水系上增筑人工建设的植被岛, 以绿岛和蓝岛(坑塘) 相互融合共同调节区域气候。 除了增加水体面积和开辟场地种植湿生植物外, 通过疏林草地的形式形成较好的景观效果, 同时改善城市下垫面促进空气流通形成良好的循环体系(图2)。

3.2.3 内外联动， 重塑江南韵味

图1 水系构建示意

图2 蓝绿结合的气温调控示意

方案通过搭建一条沟通全园的景观绿道, 将场地内不同景观元素串联起来加强各个区域之间的联系性。 设计架空于场地之上的空中栈道能够给人带来不同的感官效果： 以圈层结构为主的外部环形绿道与空中栈道相组合的形式有效沟通公园与周边社区： 内部散布于坑塘及湿地绿岛之间的游步道和栈道可加强游客对于湿地植物和景观的认知。 3 种不同的步道系统, 与互相连通的湾、溪、 塘等湿地水景观空间相融合, 形成一种水陆迂回、 岛屿间列、 小桥凌波而过的江南水乡氛围。

4 结语

气候适应性设计不单单涉及风景园林学和建筑学, 它是一个交叉多门学科领域的相关理论和方法, 还应以生态学、 气象学等学科领域的相关知识作为理论支撑, 科学分析城市所遇到的气象灾害危机, 建设与城市环境相协调的绿色基础设施。 对于小城镇而言, 极端的气候变化会对其现存的灰色基础设施的效率带来影响并阻碍着城市的健康发展。 积极利用绿色基础设施应对气候灾害, 并尽可能改造城市现有公共空间已成为一种趋势。 游埠镇中心绿地设计研究探讨了城镇应如何利用现有空间, 创造复合功能的绿地系统。 该设计依托于项目本身所处的环境和地域文化考虑,为汛期预留出充足的雨水滞留场所, 防止内涝灾害对于当地环境冲击的同时保持低影响的开发。从绿色基础设施角度出发对绿色空间规划设计,使其在发挥现有功能的同时承担应对极端气候现象对人居环境的破坏, 充分发挥自然做功的环境适应性及强调舒适度与生态平衡的功能适应性[15-16], 建立有别于传统基础设施的良性建设。