基于韧性城市理念下的蓄滞洪区景观设计策略

胡尚万，吴 威

(上海应用技术大学生态技术与工程学院,上海 201418)

0 引言

近年来,全球气候问题愈发严重,大气环流和水文循环导致的水环境变化[1],在全球引起了诸多的水文气象变化,从而导致城市洪涝灾害频发,根据国家水利部和气候中心数据统计,城市洪涝灾害在全国各地频发,多省市发生大面积洪涝灾害,比如2021年河南郑州特大暴雨灾害,2023年福建7月和9月两次特大暴雨灾害及上海6月持续暴雨导致城市内涝。蓄滞洪区作为城市防洪减灾系统中重要的关键因素,在城市洪涝灾害来临时,传统的城市蓄滞洪区建设缺乏韧性[2],因而各领域学者逐渐开始重视城市蓄滞洪区在雨洪方面的研究,积极探寻应对城市雨洪灾害的方法和策略。韧性城市研究应运而生,韧性城市理念不仅能应用在城市内涝防治方面,还能应用于城市雨洪管理规划中[3]。于是部分学者开始将韧性城市理念引入城市蓄滞洪区韧性防洪研究,2015年廖桂贤等学者提出了“韧性承洪”的理念,通过建设自然的蓄滞洪区应对雨洪灾害,提升城市雨洪韧性[4];2018年康征等学者认为韧性城市建设要更强调社会怎么去适应洪涝灾害[5]。与此前蓄滞洪区景观的传统硬质工程建设相比,基于韧性城市理念下的蓄滞洪区景观建设具有更高的灵活性、适应性和韧性,其设计思想更满足当今城市蓄滞洪区景观建设的韧性需求,其韧性设计能够减少城市洪涝灾害的发生,为解决城市洪涝灾害问题提供新的思路。

1 相关概念研究

1.1 韧性城市

国外将“韧性”与城市规划结合,“韧性”理念逐渐运用于城市系统应对灾害中继而形成“韧性城市”,韧性城市联盟将“韧性城市”界定为城市系统在面临风险冲击时,软硬件层面均有抗干扰能力和韧性能力,能降低风险及损失,快速恢复到原始状态或通过适应达到更好的新状态[6]。韧性城市建设包括工程韧性、生态韧性、经济韧性和社会韧性四个重要组成部分,涉及自然、社会、经济等各个领域[7]。本文主要研究在生态韧性上,韧性城市生态韧性强调场地适应外部冲击和维持生态动态平衡的能力,即具有快速恢复能力、适应新平衡能力、维持生态平衡稳定能力等[8]。

韧性城市理念在景观上体现为以人为本、绿色、协调、可持续发展等,强调城市及城市景观具备适应、调节、更新的能力,发挥景观韧性功能,维持景观自身的动态平衡[9]。

1.2 蓄滞洪区

蓄滞洪区主要是指河堤外洪水临时贮存的低洼地区及湖泊等,大多为江河洪水淹没和泛滥的区域,是城市防洪体系中的重要组成部分。在发生雨洪洪灾时,蓄滞洪区可临时蓄滞上游过量洪水、削减上游洪峰及洪水资源蓄滞利用等,能够缓解城市雨洪洪涝,减轻城市洪水压力[10]。蓄滞洪区多具有极强的亲水性和良好的生态环境,在对蓄滞洪区建设时要合理利用蓄滞洪区景观内部的绿地、人文、水文和动植物等资源,既要满足当代社会居民对亲近自然的生活和工作需要,也要协调人与自然的关系,保护好生物多样性和生态环境,维护场地景观生态系统平衡与稳定。

蓄滞洪区现存在的问题：蓄滞洪区景观绿地碎片化分散在城市中,与城市割裂,蓄滞洪区景观缺乏滨水活性;在面临洪水时传统蓄滞洪区景观应对洪涝灾害能力不足,表现在三个方面：1)洪水来临时,调蓄洪水的势能会对场地造成冲击性伤害;2)调蓄洪涝后,调蓄滞留的水体会将场地淹没,造成淹没性伤害,对景观生态系统产生威胁,景观功能减退,生物多样性逐渐减少等;3)洪涝退去时,会造成场地水土流失。因而文中蓄滞洪区景观设计和建设的重点放在提升景观生态韧性和雨洪管理上面。

1.3 韧性城市理念与蓄滞洪区景观设计关联分析

蓄滞洪区景观设计作为指导蓄滞洪区建设的重要工作,其目标和韧性城市生态韧性建设是一致的,所以其也具备韧性城市理念的强调特征。以韧性城市理念作为指导蓄滞洪区景观设计的理论依据,指导其开展景观生态韧性和景观雨洪韧性的设计是可行的。

1)两者结合顺应景观生态系统动态协调发展。蓄滞洪区湿地本身具有复杂多样的生态系统,蓄滞洪区景观设计是统筹河流与绿地形成的自然生态系统和周边环境相互适应的过程,是动态变化和适应性生长的;韧性城市理念强调遵循自然生态系统的自然演替和生长的过程,韧性城市生态韧性强调通过景观生态系统的复杂多样性,增强景观生态系统应对外部复杂、不确定性干扰的自组织力与自适应力,对自然生态环境进行修复和保护,并协调解决城市建设与生态系统之间的问题。将韧性城市理念引入蓄滞洪区景观设计中,更多的是整合优化和协调景观生态系统层面,提升蓄滞洪区的生态韧性和生态适应能力,达到增强环境韧性和抗干扰力的目标。

2)韧性城市理念指导蓄滞洪区景观设计具有可行性。韧性城市理念强调用尽量少的人工干预帮助蓄滞洪区建设修复生态问题,通过增加景观生态系统多样性来增强系统适应与调节能力,激发景观的自主能动性,即用最接近于自然的手段建设蓄滞洪区景观。同时,韧性城市理念在设计前期对场地的科学预判分析,将更好地帮助蓄滞洪区景观提升生态系统应对各种不确定性灾害干扰的韧性,让蓄滞洪区景观更具成长更新的潜力,有助于解决当前蓄滞洪区面临的诸多建设问题,使城市蓄滞洪区景观更好地发挥生态效益和雨洪效益,更有效地改善城市水环境[11]。

2 基于韧性城市理念下的蓄滞洪区景观设计原则

2.1 生态优先原则

生态优先是建设适宜性生态系统的第一要义,在蓄滞洪区景观的韧性设计中要以生态优先为前提,明确场地生态环境承载范畴,进行实际设计的时候要与各要素相联系,通过构建生态的景观系统,和利用不同因素之间的相互制衡关系来发挥景观的自适应力,达到生态系统的稳定和景观系统的正面生长能力,减少和弱化外部影响尤其是人类对整个生态系统的负面影响,促进生态系统平衡稳定[9]25。

2.2 动态适应原则

面对外部干扰时,景观能不断调整自身景观系统去动态适应这些不同的外部干扰。在对城市蓄滞洪区景观进行韧性设计时,要以动态适应变化的思维来分析场地现状,系统中的各项技术措施都需要适应区域,并在适当条件下优化调整景观,提升蓄滞洪区景观的动态适应能力,缓解外部干扰和降低灾害影响,促进生态系统适应动态变化,实现场地可持续发展。

2.3 可持续发展原则

可持续发展是韧性城市理念的最终目标也是景观在韧性发展下追求的发展状态。在进行蓄滞洪区景观的韧性设计中应充分保证蓄滞洪区景观生态系统能够自我适应和发展,强调使用简单、生态、自然的措施来减少初期建设成本,突出可循环使用的乡土元素,减少人工干预、减少能源消耗,并实现场地可持续循环发展[9]26。

3 基于韧性城市理念下的蓄滞洪区景观设计策略

本文基于韧性城市理念指导蓄滞洪区景观设计,结合前文聚焦于蓄滞洪区景观生态韧性和雨洪韧性的提升,以便于更好的发挥蓄滞洪区景观的生态韧性功能和雨洪调蓄功能。

3.1 景观生态韧性设计

结合蓄滞洪区生态现状,科学规划设计蓄滞洪区景观系统,包括地形、水体、植物等生态韧性设计,满足景观生态功能,提升景观生态韧性,确保景观生态平衡稳定,更好的适应外界不确定性干扰。

3.1.1 地形韧性设计

地形是蓄滞洪区景观的骨架,也是其他活动空间建设的平台基础,地形的韧性设计要在充分尊重原有地形的前提下以土方平衡为导向进行竖向设计,根据蓄滞洪区地形、坡度等现状和设计目标对地形布局进行调整重构与改造优化,部分设计如图1所示,箭头为水流方向。坡度是影响雨水径流流速的主要因素之一,对场地平均坡度大于5°的区域进行局部微地形设计、人工降低坡度、设计阶梯式景观等平缓坡地高差,减缓径流流速,降低雨洪冲刷对场地生态环境的影响,保护生态平衡;对场地平均坡度小于5°的区域进行局部地形景观改造、设置自然起伏的缓冲区、线性植草沟、雨水花园、生态驳岸、消落带和生态岛等,并引导和滞留地表雨水径流,降低雨洪径流冲击的影响,发挥场地景观生态和雨洪功能,促进场地适应雨洪干扰,保护生态平衡。

3.1.2 水体韧性设计

水体是蓄滞洪区景观设计的关键景观要素,水体位置的确定应结合地形的高程、坡度、坡向以及雨水径流的汇水趋势等;水体的大小、深度要综合考虑场地所在地降雨量和场地设定的所需调蓄洪量等因素。在保证防洪标准和场地安全的前提下,蓄滞洪区水体设计根据场地水文条件的季节变化、水体水深、水量水速、水体水位等,对水底和水岸进行韧性改造,降低雨洪水体冲蚀,并选择适宜场地的水体岸线、消落带和景观驳岸,设计相应的韧性多层次淹没的生态汇水景观[12],既能提供满足与人互动的滨水活动空间,又能适应洪水变化和改善水体生态环境。

水体设计有两种状况,若场地内有自然水系,则进行相应的多层次韧性改造调整,顺应自然与周边水系协调,并对水体区域适度自然化韧性处理,促进场地适应雨洪并提高水体自我修复、净化的能力,保护生态水环境;若场地内无自然水系,则通过地形、高程等调控从而影响场地的水文过程,根据场地情况选择营造大型调蓄水体,如拟自然的湖泊、雨水湿地等,或选择结合局部营造中小型集水湿地,如季节性水面、雨水花园等[13]。再根据场地现状资料和水文在ArcGIS中进行分析,根据国家生态环境部制定的《河湖生态缓冲区保护修复技术指南》等相关文件中的水域缓冲区等级和宽度的划分标准进行赋值,结合蓄滞洪区上位规划和专家意见,进而确定适合做水体的位置和大小,适当开挖适宜蓄滞洪区的水体,与周边水系进行联通,形成完整的景观水体,并设计多层次淹没的水体景观,促进场地适应外界干扰,提升区域水体生态韧性。

3.1.3 植物韧性设计

植物配置设计根据场地高程分析、雨洪条件、能否淹没范围等科学地选择非雨季抗旱性强和雨季抗淹性能强的本土植物,其次选用根系发达、净化能力较强的本土植物[14],最后选择乡土植物搭配,营建韧性多层次季节性植物群落,提升场地植物生态韧性,促进生态系统自身调节功能的完善,增强场地适应环境变化。且在植物配置方面还要注意选用不同层次的植物进行组合,同时,注意植物色彩、形态以及主次的协调,构成层次丰富、季相变化明显的植物生态景观。

3.2 景观雨洪韧性设计

韧性的蓄滞洪区景观不仅能消纳自身场地的雨水径流,还能协调周边水系的雨洪调蓄。根据洪水来临时场地季节性水位变化和不同重现期洪水位的淹没范围进行多层次景观雨洪韧性设计,实现雨洪的收集、净化和回收利用,促进场地雨洪调蓄能力和增强场地适应洪水的能力,维持场地生态平衡。

3.2.1 水量平衡划分淹没范围

在满足蓄滞洪区防洪安全的前提下进行景观雨洪韧性设计,设计之前结合场地现状条件对场地进行洪水来临之前的水量平衡分析,科学合理地选择蓄滞洪区水量平衡影响要素包括场地降雨量、地表径流量、蒸发量、渗透量、调蓄容积量等,使用容积法V=10HφF计算场地径流调蓄容积,再推导出适用于场地的水量平衡方程,验算场地的雨洪调蓄能力[15],根据得到的水量平衡数据结果在ArcGIS中模拟出不同重现期洪水位变化下的淹没范围,合理的划分场地不可淹没范围、可淹没范围和韧性淹没调节范围[16],如图2所示。根据场地情况,对这几个范围进行不同的景观雨洪韧性设计,打造不同的多层次韧性雨洪景观,提升蓄滞洪区景观雨洪韧性,促进场地对雨洪的适应性和调蓄功能。

3.2.2 营建韧性淹没调节范围

韧性淹没调节范围是连接不可淹没范围、可淹没范围的枢纽,根据不同季节雨洪的水位变化及淹没情况对其采用合理的景观多层次雨洪韧性设计,并通过植物、景观小品等构建雨洪韧性景观,如设计韧性水域缓冲区景观、韧性消落带景观等。在韧性淹没调节范围合理增加滨水活动空间和场地,满足亲水和社交活动的休闲需求,协调环境保护与人类开展观光游览活动的矛盾,如在滨水活动区设计阶梯式驳岸等,洪水调蓄时水位上涨不会对景观生态系统造成破坏,雨洪调控退去后人们又可以通过阶梯到水岸进行亲水活动。因而营建韧性淹没调节范围,可以在雨洪来临时将上游过量洪水调蓄排入蓄滞洪区,使水位淹没在可调控的韧性淹没调节范围中,能够确保场地正常安全运行,并能维持蓄滞洪区景观生态平衡稳定。

3.2.3 构建景观雨洪韧性系统

将洪水融入蓄滞洪区景观中,对场地进行雨洪分析,合理设计不同的雨洪韧性景观,结合设计的水体、韧性雨洪调蓄设施及水利管网等共同构成蓄滞洪区景观雨洪韧性系统,调蓄雨洪时发挥景观雨洪韧性系统雨洪蓄滞功能、雨洪适应功能和系统自我调节功能,并结合水利工程设施调控场地和上游雨洪,削减蓄滞洪区上游洪峰,减轻上游行洪压力。

4 结语

韧性城市理念指导蓄滞洪区景观设计是解决目前城市雨洪问题的新思路和方向。文中通过研究韧性城市与蓄滞洪区景观,将两者结合进行关联分析,聚焦于提升蓄滞洪区景观生态韧性和雨洪韧性,归纳出基于韧性城市理念下的蓄滞洪区景观生态韧性设计策略(即地形韧性设计、水体韧性设计和植物韧性设计)和景观雨洪韧性设计策略(即水量平衡划分淹没范围、营建韧性淹没调节范围和构建景观雨洪韧性系统),为蓄滞洪区景观设计提供实质性的设计策略。但文章缺少具体场地实践应用的反馈验证,存在许多的不足,后续仍需深入探究。同时希望能够通过本文研究,让更多学者能够重视蓄滞洪区景观建设的研究和解决蓄滞洪区韧性建设过程中的问题,并更加关注城市雨洪管理,使城市与自然和谐相处,共同可持续发展。