景观格局优化视角下水环境生态空间适应性发展研究——以大运河沿线台儿庄古镇为例

赵亚琛

曾 坚*

大运河沿线的历史古镇承载着中华民族几千年的历史文化记忆。近年来，随着大运河的成功申遗，如何保护和发展沿线古镇聚落引起了各界广泛关注。大运河沿线历史古镇的水环境生态系统不仅影响大运河的复兴，更决定着大运河沿线古镇聚落的发展与活力。随着城镇化发展的加快，大运河沿线历史古镇水环境生态空间肌理割裂、技术性应变不足、界面单一等问题的出现，导致水环境生态系统的发展过程呈现出复杂性和动态性。水环境问题的改善不应仅局限于水体本身，更应构建完善的水环境生态系统，促进水环境空间的健康发展[1]。

景观格局优化是基于景观生态学领域在景观生态规划、土地科学和计算机技术的基础上提出的，是景观生态学研究中的基础内容[2]，主要以科学技术模拟和综合分析等方法对景观元素空间、区域环境和水文环境进行结构优化和技术提升，以此维持景观环境、景观物质流和能量流的稳定，从而消除既有胁迫因子，改善景观环境，提高景观系统的生态效益[3-5]。水环境生态空间是景观生态空间格局中的重要组成部分，水环境空间结构优化和技术提升在景观空间格局优化中具有重要作用。目前，关于水环境景观空间格局优化的研究主要集中在水环境景观元素属性分析及相关元素的定性分析方面，缺少在水环境景观格局优化中的生态化定量分析，且景观生态空间格局中水环境发展的适应性较差[6-8]，因此在景观格局优化的发展背景下，引入水环境生态空间适应性发展理念以解决景观生态环境导向下聚落水环境空间的发展问题至关重要。

适应性的定义和内涵最初是指在生态环境因素的引导下，生物进化和演变过程中相互制约影响的研究论断，最早适用于生态学和生物学领域[9]。人文主义生态规划大师帕特里克·盖迪斯(Patrick Geddes)将村镇聚落看作是生物有机体，在自然生态环境的制约和约束下，逐渐发展和演变出空间适应性从而达到相对平衡的状态。随后，适应性发展理念被逐渐引入风景园林规划和城市建设等多个领域，并涉及理论、方法和实践等多维度、多层次的研究。

台儿庄古镇位于大运河全线的中段位置，是山东段运河与江南段运河重要的交接枢纽，古镇内的水巷系统在延续明清时期格局的基础上，具有区别于江南水乡水环境的生态特殊性，但是在古镇的开发建设过程中，也逐渐表现出古镇水生态环境的不适应性和局部敏感性。本文在台儿庄古镇生态文明发展和景观格局优化的背景下，研究分析台儿庄古镇水环境生态空间存在的问题，探索具有有序合理发展特征、有效平衡古镇水环境空间协调性发展和保持水环境系统绿色生态性发展的适应性发展模式，构建以适应和融合为主的适应性发展框架，将适应性的水环境空间发展应用于古镇水环境生态系统的发展中，探究古镇水环境生态系统的适应性发展策略，以期对台儿庄古镇水环境生态空间的可持续发展提供指导作用。

1 问题的提出

1.1 水环境生态空间肌理割裂

聚落的水环境空间是景观生态环境网络空间的重要纽带，是生态系统空间中能量和物质传输的重要节点。从运河水环境发展的角度来看，台儿庄古镇的水系统以面积较大的水体环境为主，受新型城镇化乡村建设活动和水环境功能定位的影响，古镇的水环境空间建设和开发虽然在一定程度上保持了原有的历史环境风貌，但是在古镇的局部开发建设中，古镇水环境空间被分割为独立的斑块并增加了水巷空间的密度和局部的连接度，在局部空间中弱化了水体空间的整体性特征，导致古镇水环境的空间肌理格局受到一定影响。同时，具有较强水环境调蓄能力的水体空间被商业建筑所替代，导致水环境生态失衡、古镇空间水环境适应性降低、高敏感性突出。

1.2 水环境生态空间技术性应变不足

在快速城镇化背景下，城乡的快速发展制约了景观生态系统的发展，人类活动的介入及生产生活污水的排放造成了古镇微环境生态系统质量的明显下降，间接影响了台儿庄古镇水域生态环境的稳定性。同时，近年来雨洪灾害频发也加剧了水域环境生态系统的脆弱性，生态功能性逐渐减弱，水环境生态空间技术性应变不足，水环境生态系统缺乏有效的技术措施应对当前景观生态环境的激变。

1.3 水环境生态空间界面单一

台儿庄古镇被誉为“江北水乡”，水环境下的历史文脉是古镇空间发展的重点。台儿庄古镇的水网空间较为丰富，但古镇的景观空间发展立足于现代空间的商业化互动，着眼于空间经济建设效果，忽视了景观空间的发展，导致古镇水环境景观生态空间发展不足、重要历史景观文脉缺失，致使古镇空间的发展活力降低。

2 框架构建和实践研究思路

2.1 水环境生态空间适应性发展框架构建

Forman教授在对景观格局的优化方法进行总结和归纳时强调了景观空间格局优化中结构优化和技术提升的重要作用[4]。因此，古镇空间水环境的适应性发展理念是在景观格局优化和可持续发展理念的基础上，以保持生态平衡、消除水环境胁迫因子和改善景观环境为目标，进一步提升古镇的景观空间活力和实现古镇经济、社会、文化的多方面协同发展。主要措施如下：首先，优化水环境生态空间结构，加强古镇水环境空间抗生态敏感性的能力，保持生态平衡；其次，提升台儿庄古镇水环境生态空间的适应性技术，消除胁迫因子；最后，在生态环境适应性发展的前提条件下，对水环境生态空间界面提出合理引导策略，以增加古镇景观空间的文化脉络，提升古镇的空间活力(图1)。

图1 景观格局优化视角下古镇水环境生态适应性发展框架

2.1.1 保持水环境生态平衡

从水环境生态空间结构优化入手，在综合用地现状和实地调研的基础上，对水环境布局和水环境生态敏感性进行分析，构建快速适应外部环境发展变化、合理应对不稳定性因子的空间网络结构。在提高水环境生态空间的适应性方面，以全面性和系统性的策略完善空间网络结构[10]，在生态敏感性分析的基础上，形成合理的生态空间结构体系，保持水环境生态的平衡。基于适应性生态空间结构发展的阶段性和延展性，合理考虑景观空间发展的多样性，拟定水环境生态空间的多功能性分区，满足旅游休闲、生态保护、生产运输和防灾减灾等多尺度空间需求。

2.1.2 消除水环境的胁迫因子

适应性生态技术是消除水环境胁迫因子的有效方法，有利于保持水环境系统的稳定性，恢复水环境系统的缓冲和调节能力。雨洪灾害是水环境生态空间的重要胁迫因子，受雨洪灾害因子的影响，古镇水环境呈现出特殊性和脆弱性特征，因此应构建适应性的生态技术，以调节雨洪灾害下对水环境系统的影响、避免自然活动和人为活动造成的水土流失、控制古镇水环境的污染源，以及净化古镇内排放的污水。以适应性生态技术调节为核心，构建水环境生态空间的技术体系，进一步消除水环境生态空间的胁迫因子，加强古镇内水环境的自维持力和适应性循环能力，更好地应对气候变化和生态环境变化所带来的冲击，实现古镇水环境系统的稳步健康发展[11]。

2.1.3 改善水环境的景观空间

在古镇水环境生态基底发展的前提下，构建具有自组织性的适应性水环境滨水景观空间界面，从河街空间模式出发，完善古镇景观空间的河街空间肌理；增加自然驳岸、人工驳岸、桥梁、河埠等滨水空间界面样式，提升水环境空间的活力，完善水环境适应下的古镇空间格局和景观环境要素，改善水环境的景观空间，进一步促进运河古镇的发展。

2.2 水环境生态空间适应性发展的实践研究思路

台儿庄古镇位于大运河山东段的最南端，是连接大运河山东段和江南段的重要门户区域。台儿庄古镇水环境丰富，具有典型的运河聚落景观空间格局特点(表1，图2)。将景观格局优化视角下的水环境生态空间适应性发展框架和台儿庄古镇水环境生态空间的发展特点相结合，从景观生态结构优化、景观生态技术提升和景观空间肌理完善的角度出发，分析台儿庄古镇水环境生态空间敏感性及水环境生态空间雨洪下垫面调蓄能力，提出台儿庄古镇水环境生态空间的适应性发展策略(图3)。

表1 台儿庄古镇运河水系、汪塘规模统计

图2 台儿庄古镇水系和汪塘

图3 台儿庄古镇水环境适应性发展思路框架

3 台儿庄古镇水环境生态空间适应性发展问题分析

3.1 台儿庄古镇水环境生态空间敏感性分析

台儿庄古镇规划基地占地面积约200hm2，古镇内水网密布，水系纵横交错，运河东西走向穿古镇而过。古镇内有10余条水街及多处水巷和汪塘，同时，为缓解古镇内的排水压力修建有多处水渠，具有典型的江南水乡和江北古镇的水系特点。

水环境敏感性分析是构建适应性水环境生态空间格局和划分水环境生态空间管控分区的前提。采用Google卫星影像图并参考台儿庄古镇平面图，对图像进行裁剪、融合、分类及配准等，基于前期的现状调研提取古镇水环境生态空间的关键要素，综合考虑人为因素和自然因素对水域生态环境的影响，同时考虑水环境的连接性、水域空间的整体性和水渠空间的聚水性，选取运河水环境、古镇水域环境、水渠环境、古镇建设环境和古镇地形环境等多项评价因子，应用ArcGIS软件对台儿庄古镇水环境生态空间的敏感性进行评价，并划分为极高敏感区、高敏感区、中敏感区、较低敏感区和低敏感区，通过不同评价因子分析图的叠加得到古镇水环境生态空间敏感性综合分析图(图4)。

图4 台儿庄古镇水环境生态空间敏感性分析

分析结果如下。1)水环境生态空间极高敏感区域包括运河沿线和龟汪交界区域、运河沿线与西塘湾交界区域，以及运河沿线与庙汪交界区域，该区域汪塘的面积较大且水面与运河沿线的连接性较强，水网环境易受到外界干扰。古镇的汪塘是一种水体吸收力极强且调水蓄水能力较强的自然海绵体，呈现分散式的点状分布特征。2)水环境生态空间高敏感区域主要集中在运河沿线的景观绿带区域和古镇的水巷区域，该区域具有较强的水体调蓄和吸收能力，并可起到水环境生态缓冲带的作用，对雨洪灾害等外界干扰较为敏感，呈现分散式的带状分布特点。3)水环境生态空间中敏感区域呈现出面积较大、具有连续性的块状分布特点，主要集中在古镇商业性建设用地区域。4)水环境生态空间较低敏感区域和低敏感区域主要集中在古镇北部和东部的民居区域，不具有水环境调蓄和水体吸收能力，不具备应对外界环境干扰的生态敏感性。

3.2 台儿庄古镇水环境生态空间雨洪下垫面调蓄分析

根据前期调研和现状分析，古镇水环境景观的下垫面类型主要包括不透水垫面、透水垫面、绿地、水体和裸地5类，不同下垫面径流系数会对古镇的雨水径流量产生不同影响[11]。雨水径流量过低会降低雨洪调蓄能力，易引发雨洪灾害。根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》等技术规范类文件对下垫面净流系数的规定，不透水垫面、透水垫面、绿地、水体和裸地的下垫面径流系数取值φ分别为0.90、0.30、0.10、1.00、0.30。利用AutoCAD、ArcGIS等数据处理和地理分析工具对不同用地类型的下垫面面积进行统计，通过计算不同用地类型的面积比重和不同用地类型的总径流量，加权得出古镇景观空间系统中下垫面的综合径流量系数(表2)。分析表明：受古镇商业化建设的影响，台儿庄古镇的商业性开发建设程度较高，屋顶样式多采用传统的民居样式，坡屋顶形式偏多，几乎不存在屋顶绿化。与传统古镇相比，台儿庄古镇内的不透水铺装面积较大，需要进行调整和改善。

表2 台儿庄古镇不同类型下垫面径流系数统计

4 台儿庄古镇水环境生态空间适应性发展策略的提出

4.1 台儿庄古镇水环境生态空间适应性网络结构发展

4.1.1 构建适应性水环境生态安全体系

适应性水环境生态安全体系的构建以生态空间结构持续性和稳定性的发展为前提，以景观生态安全体系“斑块-廊道-基质”为基础选择核心保护区、绿色生态廊道和适应性空间节点作为应对外界环境干扰和冲击的生态网络构成单元[12](图5)。参照台儿庄古镇的自然生态环境特征，同时基于前期的水环境敏感性分析，将具有重要抗干扰和抗冲击性作用的生态斑块作为核心保护区，即古镇南部运河区域和大面积的汪塘生态区，该区域的生态敏感性较高，在保护生态环境的稳定性和维持区域内物种的多样性方面具有重要作用。在保护生态斑块的基础上，加强对破碎生态核心区的修复，完善水环境生态网络的功能性需求，控制该区域内的商业用地面积，减少因古镇旅游产业的发展而产生的人工干扰和环境污染等问题；古镇内的水街和连通性较强的水巷可作为绿色生态廊道连接呈现分散布局的核心生态斑块和空间发展节点，构建水街生态性缓冲绿带的同时，在生态技术的引导下加强绿色生态廊道下垫面的入渗能力，提高雨水径流系数；以古镇中规模较小的水塘、绿地等具有一定水体调蓄和生态控制能力的基质作为水环境生态安全体系的关键性补充区域，通过一定程度的调节作用减轻水环境核心保护区域内的生态压力。通过“斑块-廊道-基质”生态网络构成元素的串联和相互渗透，形成一个稳定的、具有较强抗干扰能力的水环境生态安全体系，保障古镇水环境景观生态系统的有序发展。

图5 适应性水环境生态安全体系示意

4.1.2 划分水环境生态空间管控分区

古镇水环境生态空间管控分区主要以景观格局保护、发展和协调为原则实现古镇空间的生态平衡，根据水环境生态空间敏感性分析，将古镇划分为不同敏感性等级的区域，以此为基础按照不同的功能分区划分为水环境净调区、水环境调蓄区、水环境缓冲区和水环境协调区。其中，水环境净调区和水环境调蓄区属于生态保护的核心区域，需要加强该区域生态资源的保护和控制性利用[13]，禁止对该区域进行大规模的开发性建设；水环境缓冲区域具有较好的生态缓冲能力，可抵抗一定程度的人为活动干扰，也可作为储备性的开发建设区域、绿色生态空间的补充区域，以及绿色开放的生态功能型休闲服务空间[14]；水环境协调区的生态风险等级较低，可用于商业性建设，满足多功能的休闲娱乐文化等景观项目的开发需求，促进古镇经济、社会、文化等多方面发展，激活台儿庄古镇空间的景观发展活力[15](图6)。

图6 台儿庄古镇水环境生态空间管控分区

4.2 台儿庄古镇水环境生态空间适应性生态技术发展

4.2.1 完善水环境下垫面雨洪调蓄

调节古镇下垫面的径流量是完善古镇水环境下垫面雨洪调蓄能力的有效方法之一[16]。一般来说，下垫面的蓄水能力和地表的径流量呈反比，蓄水能力越强，地表径流量越少。通过统计台儿庄古镇不同类型下垫面的径流系数，结合古镇雨洪入渗的网络架构(表3)，提出如下适应性管控措施来控制年径流总量，减少综合径流系数：首先，调整台儿庄古镇空间的下垫面类型，在古镇商业街两侧增加透水铺装的面积，可采用透水性较强的植草砖代替部分不透水铺装，车行道中使用新型露骨料的混凝土地面，并在道路两侧配以植草沟增加雨水渗透和过滤的能力[17]；其次，在古镇的北部和东部民居建设区域中增加景观公共绿地面积，在满足古镇外貌整体协同度的基础上，适当增加屋顶绿化，在原址空间形态的基础上，增加绿化环境较好的展览馆和民间文化遗产工作室等，维护古镇水生态系统的同时也宣传了运河古镇的民俗文化；最后，适当增加古镇运河风景区内的下沉式公共绿地，对古镇和运河附近的汪塘水环境空间进行生态化处理，增加弹性海绵体，形成雨水调蓄的适应性景观生态发展空间。

表3 台儿庄古镇雨洪入渗网络架构

4.2.2 发展水环境系统的生态化技术

台儿庄古镇运河水域、汪塘、水街和水巷都是水环境系统生态化技术中的重要海绵体。古镇水环境生态系统受到气候极端变化的自然环境和商业化旅游人为因素的影响，存在水体污染、固体废弃物污染、水网系统破坏和雨洪内涝等问题，因此，需构建生态化的技术手段加强古镇水环境的自我协调修复能力，在保持水环境系统生态性和完整性的同时，增设可起到缓冲活化作用的公共空间。在商业化旅游人为因素的影响方面，控制古镇旅游开发产生的固体废弃物及餐饮系统中污水和厨余垃圾的排放对水环境的污染，采用截污净化缓冲、生态沼气池技术和集约化利用等方式对废弃垃圾的排放进行统一收集净化和资源循环利用。在气候极端变化的自然环境方面，结合生态工程技术增加地带性植被、生态浮床、集流调蓄空间等绿色基础设施，以生态化技术和资源环境的优化增强生态系统的适应性发展能力，依据“渗、蓄、滞、净、用”的水循环技术流线，提高水环境系统的雨水渗透、雨水调蓄、雨水径流、生态净化和资源利用等生态功能，进一步加强水环境系统的生态适应能力和水环境系统的自我利用效率(表4，图7)。

表4 古镇水环境系统生态化技术

图7 台儿庄古镇适应性水循环示意

4.3 台儿庄古镇水环境生态空间适应性肌理界面发展

4.3.1 重塑水巷景观空间肌理模式

交错纵横的水巷空间是江北运河古镇中最具特色的传统空间，其既是台儿庄古镇重要的生态基底，也是台儿庄古镇空间格局中最具有文化意境的公共空间。街道景观是古镇空间中最重要的交通空间和文化感知空间，在商业化空间形态的引导下，不同的空间组合形式可在一定程度上提高运河古镇景观的空间活力，增加古镇空间水环境的层次感。

4.3.2 优化滨水景观空间界面

河埠和码头是大运河沿线水运和古镇岸上的交汇点，古时在水运中发挥着重要的水上交通停靠作用。河埠和码头的形式多样(图8)，是重塑千年水城的重要水上景观元素。台儿庄古镇的运河码头和河埠主要布置在水街、水巷与道路的交叉口处，主要以游览集散和历史文化展示为主，少部分承担着运输集散功能。目前，运河沿线的码头和河埠在台儿庄古镇保护和发展的要求下被恢复、修缮和保护，用以优化滨水景观空间界面形式，提高滨水景观空间活力。

图8 台儿庄古镇不同样式的河埠和码头示意

5 结语

适应性的水环境生态系统是台儿庄古镇良好景观空间的重要组成部分，更是其可持续发展的新动能。本文从分析台儿庄古镇水环境生态空间发展的现存问题入手，以景观空间格局优化的角度，从景观生态结构优化、景观生态技术提升和景观空间肌理完善3个方面构建了台儿庄水环境生态空间适应性发展框架，分析了古镇水环境生态空间适应性发展的问题，从水环境生态安全体系和生态管控分区的网络结构优化、水环境下垫面雨洪调蓄和水环境系统生态化技术提升，以及水巷景观空间肌理模式和滨水景观空间界面完善等层面，提出塑造生态、安全、美观和可持续的水环境生态空间适应性发展策略，以期解决水环境生态空间肌理割裂、技术性应变不足及界面单一等问题。研究可为大运河沿线古镇聚落水环境生态空间的发展提供参考。

注：文中图片均由作者绘制。