基于“三生”空间的都江堰末级渠系多功能优化

赵瑞泽　杨青娟

摘要：都江堰水利工程是著名的世界文化遗产、水利工程遗产，由都江堰渠首工程、各级灌排渠系及控制性工程等构成，其中各级灌排渠系等级分为干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠5级，斗渠及以下渠系统称为末级渠系。都江堰末级渠系在成都平原覆盖范围广阔，多存在于乡村空间内，并与乡村“三生”功能密切相关。其作为乡村景观的重要构成要素，承担原有灌溉功能的同时，也应承载着该区域内生态、生产等复合功能。因此从乡村“三生”空间的视角出发，以末级渠系为研究对象，基于乡村“三生”空间用地分类对贯穿成都平原的末级渠系段落进行功能识别，结合实地调研及文献研究对相关渠系的渠系空间分布、渠系特点、多功能构成等进行分析总结，以此构建由多个软件如ArcGIS、Fragstats耦合的末级渠系多功能属性识别的流程方法，并在中观及微观等多尺度视角下对末级渠系进行相应的多功能优化方法研究，从而更好地保证作为“活化石”的都江堰灌渠渠系的健康发展。

关键词：都江堰灌区;末级渠系;“三生”空间;功能识别

中图分类号：TU992文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2021）04-0152-07

作者简介：赵瑞泽（1997—），男，安徽蚌埠人，硕士研究生，主要从事海绵城市及景观设计研究。E-mail：qaz347180870@qq.com。

通信作者：杨青娟，博士，教授，主要从事海绵城市及乡村遗产景观研究。E-mail：yqj@home.swjtu.edu.cn。

在城乡统筹发展的大背景下，中国的乡村建设迅速发展。在发展过程中，习近平总书记的“两山论”“山水林田湖是一个生命共同体”等理论强调了尊重、顺应、保护自然的理念，推行可持续发展的生态文明新理念[1]。都江堰灌区是中国历史上重要的经济区，也是最为精华的农业生产地区之一，它是在经历长期适应洪水的大地改造、农业开发与人居建设后逐渐形成的[2]。在都江堰无坝引水水利工程的影响下，川西平原形成了发达的灌溉渠系，干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠5级扇形水网均匀分布于成都平原，孕育了大量的场镇、林盘等;水系、水田水塘、林盘聚落共同构建了庞大完整的成都平原乡村生态体系，具有很高的生态和遗产价值[3]。为了更好地推进都江堰灌区乡村生态系统与经济、生活协同可持续发展，当地政府在精华灌区修复工程、天府源生态综合体等乡村振兴战略实践中明确提出，在项目规划建设中融入“三生”（生产、生态、生活）理念，形成乡村生态文明振兴新范式。

在灌溉渠系5级扇形水网中，干渠属于内江分流后的输水一级渠道，支渠是干渠分流后二级渠系，二者一般借助天然河道修建形成，主要发挥内江灌溉的输水作用;斗渠、农渠、毛渠属于次级渠系即末级渠系，其中斗渠多由人工开挖，起到输水、配水的作用;农渠和毛渠完全由人工建造形成，农渠从斗渠引水流入毛渠用于灌溉农田。末级渠系作为灌区引水、输水、配水的最后程序，是农业生产稳定运行的重要保障;同时，由于末级渠系与灌区林盘聚落空间交错纵横（林盘多位于斗渠一侧，农渠、毛渠则分布于林盘中），其与乡村空间生活属性密切关联，也是生物迁徙、能量传输、物种交流等生态功能的重要载体。

末级渠系由于其空间位置、固有生产属性和生态功能，具有相应“三生”复合功能。故此基于“三生”空间视角，针对末级渠系进行“三生”功能识别提升研究，有利于都江堰灌区乡村的生态文明振兴。

1关键概念辨析

1.1“三生”空间及其识别划分

1990年以来，中国台湾颁布了一系列强调“三生”协调、“三生”平衡的政策促进乡村保护与发展的协调共生[4]。“三生”理念即“三生”融合，指生产、生活和生態融合一体[5]，强调了生态理念与生产和生活之间的协同发展，提出了在生活和生产中提倡生态可持续发展的新理念，解决了生态保护与经济发展等问题之间的矛盾。而“三生”理念的落实则与国土空间息息相关。国土空间均存在着生产、生态、生活功能，彼此相互依存、相互竞争，使得其功能存在主导和辅助的区别，对于具有多功能性的国土空间如何确定其空间主导功能以及空间开发强度和方向也成为了一大难题[6]。针对这一难题，众多学者从不同规划领域包括从城市维度、乡村维度、城乡结合维度上展开内涵界定[7]，李广东等综合了国内外多位学者的相关研究，从用地分类、景观功能综合、生态系统服务的视角，构建“三生”空间功能分类体系，系统整合空间价值量的核算函数，从而去定量计算空间功能价值，确定空间主导类型，接着对比各个用地类型的价值量占比，再以“三生”功能为单元分别汇总价值量，从而确定各用地类型主导功能及多功能组合概况[8]。本研究重点为末级渠系，故此精确至双重功能12种组合模式（图1）。

在涉及到“三生”空间用地分类体系研究中，扈万泰等选取的塘栖镇[9]与本研究主要对象都江堰乡村末级渠系为同一维度，即均为乡村维度，本研究基本沿用其乡村用地分类体系，并结合乡村维度下扈万泰等的用地分类研究结果[9-10]，提出生态-生产-生活空间用地分类参考（表1）。本研究以此分类方法对“三生”空间末级渠系进行识别。

1.2末级渠系及其特征

都江堰渠系工程以分配水量及灌溉面积为划分等级依据，主要分为干渠、支渠、斗渠、农渠，此四者均为固定沟渠，在农渠以下的小渠道（即毛渠）多为季节性的临时渠系，各级水渠之间相互连通，引水、输水能力随着渠系等级递减[11]。干支渠渠系工程由当地灌溉管理处管理，斗渠渠系及以下工程由区域镇、村进行管理[12]。

末级渠系是灌溉系统进入土地田块的最末级渠道，主要指灌溉系统中斗级、农级渠系工程。斗渠指灌溉渠系系统中由支渠引水，输水到农渠或直接配送到灌区的渠道。农渠指从斗渠中引水至耕地进行灌溉的最末级固定渠道。毛渠指由农渠引水向田块中的畦、沟配水的田间临时渠道[11]（图2）。

1.3基于“三生”空间识别的末级渠系多功能研究

末级渠系作为都江堰灌区重要组成部分，贯穿分布于多种类型乡村用地，在不同“三生”乡村用地空间承担相应的空间主导功能（表2）。如贯穿相应单重生产型空间区域时，应以相应生产性功能为主体;贯穿生产主-生态副空间时，应在生产功能的基础上解决生产功能与生态功能之间的矛盾，提升生产主空间的生态功能。

1.3.1基于“三生”空间的末级渠系识别分析流程

研究构建了乡村区域末级渠系识别优化的方法流程。该流程主要分为4个部分：（1）研究区域前期数据处理;（2）“三生”空间渠道属性判定;（3）廊道景观格局分析;（4）基于格局指标的末级渠系廊道优化。通过文献总结及专家咨询等得出相应流程部分所需模型方法及步骤推衍（表3），最终提出“三生”空间视角下的末级渠系多功能提升框架（图3）。

2基于识别结果的“三生”空间末级渠系多功能优化研究

实地调研、村民访谈及大量的文献研究显示，末级渠系除去灌溉、排水功能外，还承担着生物栖息、能量传输、生活用水等多重功能，但目前有关末级渠系的功能提升研究领域相对较为单一，多为针对单因子功能提升，缺乏对复合功能区域渠系提升及整体渠系格局与周边环境的思考。在景观生态学层级，通过研究区域整体景观指数，如连通度、分维度等指数对整体渠系生态网络及生态功能进行优化提升;在乡土景观文化层级，对渠系所承担的乡村多功能提出科学的建议举措。

2.1单重功能“三生”空间末级渠系优化设计研究

穿越单重功能空间的末级渠系首先应支持该区域的主要功能，具体“三生”功能包括。

2.1.1末级渠系生产功能提升

对于灌溉渠系而言，灌溉生产功能属于其固有属性，无须过度强调，斗渠及农渠应以修缮现状为主，其主要生产功能主要体现在毛渠（非固定性渠道）方面。临时渠道选择主要遵循2个原则：（1）保证生产效率的提升。（2）保证充足的灌溉量。

2.1.2末级渠系生态功能提升

末级渠系作为乡村廊道空间的重要组成部分，其承担着多种生态功能。但是就调研现状而言，为了追求输水效率的提升，绝大多数的末级渠系硬质化严重，连通性和生物栖息作用等遭到了严重的破坏。就生态功能的物质主要载体而言，主要为渠系周边缓冲带的宽度、植物配置方式及种类、渠系驳岸等。

末级渠系生态功能提升主要考虑以下3个方面：（1）末级渠系本身驳岸做法的提升，在保证其输水安全及效率的同时，使用生态工法确定沟渠生态化设计形式、结构、规格及尺寸[18]，尽可能地软化其驳岸表面，使其承载其相应的生物、能量运输及栖息等生态功能。（2）提升周边缓冲带植物配置方式及景观美学效应。（3）既有研究表明，对于超过50cm深的U型渠、矩形渠等渠系，每隔20m做一段1m左右的生物迁徙板，有助于生物迁徙等活动，促进各个斑块之间的物种交流[19]。

2.1.3末级渠系生活功能提升

单重功能生活空间主要考虑周边居民与末级渠系之间的关系。其主要为渠系周边居民的自发性行为，没有常规意义上的好坏属性之分，应加以引导发展，结合灌溉渠系特点，从生活美学和农民对生活渠系的设施利用优化2个方面出发进行思考。

通过实地调研及相关研究等表明，灌区内居民针对渠系的使用主要包括取水浇菜浇花、洗刷衣物、浸泡竹蓖、引水自用等功能。其中，与末级渠系有关的主要为渠系上的桥、踏步;洗衣台、盥洗点等。洗衣台较为常见，可分为公用型和自用型[20]。公用型一般位于林盘外的较大的沟渠边，台面以水泥板或大石板铺设;自用型一般位于房前屋后的水渠旁。洗衣台、阶台和踏步多用条石、石板、水泥板等构筑（图4）。对此功能提升主要考虑生活美学、居民需求等对其进行优化设计。

2.2雙重功能“三生”空间末级渠系提升

针对9种双重功能“三生”空间类型，其中生态主空间内的末级渠系应以自然保护为主。更相关的主要为在生活及生产主空间进行研究，提出与末级渠系具有密切联系的3种“三生”空间类型进行功能分析及提升研究。

2.2.1生产主-生态副空间末级渠系功能提升

生产功能的承载主要依托于农田。丛景观生态学的角度，其是由耕地与耕地农田边界组成的镶嵌斑块。在生产主空间中，农田作为景观基质，农田边界（非耕作生境）在其中增加异质性，提升破碎化水平，增加农田生态系统的稳定性，承担着主要生态功能[21]。常见的非耕作生境/农田边界主要包括周边绿篱、篱笆、防护林、沟渠、道路等一些线性生境斑块要素[22]。农渠、毛渠作为典型的非耕作生境类型，承担着重要的异质性斑块镶嵌作用。

对于生产主空间中末级渠系的生态功能提升应在不影响生产功能的基础上主要考虑渠系缓冲区绿带植物配置、形状调整、微观尺度渠系生态设计。

（1）位于农田周边的末级渠系主要为农渠及毛渠，参考英国农场环境管护缓冲区宽度设置：1～3m沟渠，一般设置0.5m的缓冲带，分类型、分区段丰富其缓冲带植物配置，无缓冲带渠系可种植乡土草本花木，多为草花、低灌，合理增加和配置多种植物组合，吸引授粉、增加生物多样性、消减面源污染等。

（2）在斑块类型层级，通过分维数、形状指数等指数指标为依据去适度丰富以渠系为边界形状变化，在局部边界如十字交叉处、营建小水域堰塘，便于取水同时增加边缘变化。微观视角下的末级渠系生态改造则主要参考“2.1”节中生态功能提升。

2.2.2生活主-生产副空间末级渠系功能提升

都江堰灌区内典型的乡村聚落形式主要为林盘聚居，其主要模式为农田-林地-菜地-住宅。在林盘空间内分布着大量农渠，且部分居民在周边渠系筑堰蓄水或溪沟筑堤形成堰塘、池沼。与生产结合的渠系功能提升考虑对渠系水体的利用。（1）借助渠系形成堰塘，推广相应水产品养殖经济，如养殖鱼类结合水禽养殖、荷塘莲藕养鱼等;（2）院坝内开辟菜地、果园借助渠系或池沼进行灌溉种植，与家庭养殖形成“家庭养殖-池沼能源-乡村种植”等循环经济生态模式。

2.2.3生活主-生态副空间末级渠系功能提升

生活主空间中末级渠系主要为农渠，分布于房前屋后、乡村路侧等处（图5），其主要承接了周边居民排放的生活污水及家禽养殖污染。在降雨过程中，雨水冲刷地面形成地表径流，林盘中居民院落及周边家禽畜养产生污染随着地表径流就近排入周边农渠，伴随着理化反应而产生黑臭污染水渠。对于其功能提升主要考虑2个方面：（1）在景观水平上，增加末级渠系连通度，增加水体流动性;（2）提升农渠消减生活面源污染能力，主要物质载体为缓冲带绿地等[23]。可考虑对一定区域内农渠进行连通，在相关农渠末端设置相应排水沟进行连接，在该区域内设置专门的排水口进行污染处理设施，通过设置排水沟渠和专门的污水处理设施，对农业面源污染存在一定的消减作用[24]。

3讨论与结论

都江堰工程作为水利工程可持续发展的标志性工程，孕育了繁荣富饶的天府之国，在不破坏生态环境的前提下，营造了包含城市、郊区、林盘聚落等的灌区复合型生态系统[25]。都江堰灌区承担了川西平原近千万亩良田的灌溉，同时兼顾灌区内各类用水需求。但由于多方面原因，都江堰灌区内灌溉渠系工程的保护存在一定的薄弱环节，大量的渠堰出于对输水效率的追求完全被现代建筑技术改造，原先承担着灌区内多功能支撑的渠系遭到了较为严重的破坏，对此应深刻反思，并基于相应的研究领域开展相应的保护研究工作。

目前，都江堰灌区渠系工程相关研究较少，主要集中在灌溉方式（输水效率、节水调度等）、工程遗产保护、文化保护借鉴（堰塘体系、人居环境建设等）、水资源保护（水质现状评价等）等方面，且研究对象多为整体灌溉工程或者干支渠，较少出现对乡村渠系功能及以末级渠系为对象的研究。而在渠系功能的相关研究中，多集中在农田水利（渠系景观生态格局、渠系生态工程等）、灌溉制度等单因子功能方面，缺乏对乡村空间多功能的相关研究。本研究借助“三生”空間理念对都江堰灌区末级渠系廊道空间的多功能性进行识别分类，提出了基于ArcGIS和Fragstats软件耦合的末级渠系识别分类、提升方法的技术框架，为都江堰灌区末级渠系工程的健康发展提出科学建议。

由于篇幅限制，本研究未对末级渠系提升措施进行详细阐述，今后研究方向应综合考虑以下几点：（1）研究区域景观及斑块类型2个层级下渠系廊道的隔离和通道作用;（2）各级道路、灌溉渠系廊道的空间分布、多功能特点、区域自然环境，因地制宜地建立多功能提升设计模式;（3）在生态主空间以保护为主的前提下，生活及生产主空间内，用渠系廊道的生产-生态-生活功能提升方法，切实解决乡村末级渠系生态-生产-生活功能协同振兴问题。

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