美麗中國的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施：理論與實踐

[摘 要]本文根據(jù)作者在2014年中國水利部科技委全體會議上的主旨報告整理而成。文章針對當前水環(huán)境、水生態(tài)問題和治水理念及方法的誤區(qū)，提出通過建立水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施來綜合解決。作者通過多尺度的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和工程設(shè)計實踐案例，對包括水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施空間邊界（水生態(tài)紅線）的劃定方法、水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建技術(shù)等展開討論和驗證，闡明建立水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的必要性、可行性和實際的效果。文章指出，通過水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)，不僅可以為城市及居民提供可持續(xù)的、全面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，還可以在很大程度上避免灰色基礎(chǔ)設(shè)施的高投入和高維護成本以及破壞水生態(tài)系統(tǒng)的弊端。建設(shè)水生態(tài)文明，要求我們在思想上進行革命，在方法上進行創(chuàng)新，在體制上打破邊界。

[關(guān)鍵詞]美麗中國；水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施；水利工程；水生態(tài)紅線；水利部科技委

[中圖分類號]TU983；X32-013 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6848（2015）01-0005-14

[作者簡介]俞孔堅（1963—），男，浙江金華人，博士，北京大學(xué)景觀設(shè)計學(xué)院研究院教授，博士研究生導(dǎo)師，北京土人景觀與建筑規(guī)劃設(shè)計研究院首席設(shè)計師，主要從事城市和區(qū)域規(guī)劃、景觀設(shè)計學(xué)研究。（北京 100086）

Abstract： This article was collected from a keynote speech， which was reported by the author on the 2014 Congress of the Science and Technology Committee of The China's Ministry of Water Resources. This report proposed that aquatic environmental problems should be resolved by establishing the aquatic ecological infrastructure， aiming at the aquatic environment， aquatic ecological problems and erroneous zones of the ideas and methods of water control. Multiple examples are presented to illustrate the theory and methodology of building aquatic ecological infrastructure， which demonstrates the necessity， feasibility and the actual effect of building the ecological infrastructure. To give up the conventional single-minded grey infrastructure solutions and to take the ecological solutions are， however， innovation processes that require revolutionary thinking， breakthrough from the current systems of administration and technique codes.

Key words： Wild China； aquatic-ecological infrastructure； hydraulic engineering； baseline of aquatic ecology；Science and Technology Committee of The China's Ministry of Water Resources

一、引言

這里要探討的問題，是關(guān)于如何科學(xué)、系統(tǒng)地對待水的問題，是生態(tài)治水的問題。多年來，這個問題在水利界已經(jīng)得到部分前輩學(xué)者的注意，他們的聲音雖然沒能成為水利系統(tǒng)的主旋律，卻如春天晨起的鳥鳴，呼喚著充滿希望的一天。最值得關(guān)注的呼聲來自劉樹坤、董哲仁、汪恕誠等人①。而這次學(xué)術(shù)報告，則是從一個規(guī)劃師的角度，基于多年來在水生態(tài)規(guī)劃設(shè)計方面的實踐，來談一些心得。

首先，我們必須認識到，水問題的綜合征與解決之道的單一性，是導(dǎo)致中國系統(tǒng)性水危機的根本所在。中國的水資源和水環(huán)境問題非常嚴重②，包括水資源短缺、水質(zhì)污染、洪水、城市內(nèi)澇、地下水水位下降、水生棲息地喪失、城市濱水區(qū)利用等。在許多地方，這些問題是災(zāi)難性的，慘不忍睹。這些水問題的綜合征帶來的水危機，并不是水利部門或者某一部門管理下發(fā)生的問題，而是系統(tǒng)性、綜合性的。而非常遺憾的是，對待這些綜合性的水問題，我們當前的解決之道卻往往是單一而片面的。我們熱衷于通過單一目標的工程措施，以及構(gòu)建“灰色”的基礎(chǔ)設(shè)施來解決這些復(fù)雜、系統(tǒng)的問題，結(jié)果卻使問題更為嚴重，從而進入一個惡性循環(huán)。例如：我們不惜每年斥巨資，修建更加強悍的鋼筋水泥大堤來防洪，而洪水的破壞力卻演變得更加可怕，城市內(nèi)澇也更加嚴重；我們熱衷于在城市中布設(shè)更加粗大的管道和更大功率的水泵來排除內(nèi)澇，一任珍貴的雨水排入大海，而地下水水位卻年年在下降；我們把跨流域調(diào)水作為自豪的水利工程來建設(shè)，而區(qū)域性的水危機卻演變成了全國性的水危機，且日益嚴重；我們研發(fā)和投資更加精密的污水凈化設(shè)施，試圖來解決污水問題，而對大面積的面源污染、75%的地表水污染和日益嚴重的地下水污染，卻束手無策；我們設(shè)立了一個個遠離城市的自然保護區(qū)，試圖來保護日益減少的生物多樣性，而我們眼皮底下的、具有重要功能的濕地卻在日益減少和被毒化，大量尋常的鄉(xiāng)土物種正在迅速消失或成為瀕危物種……狹隘的、簡單的工程思維，體現(xiàn)在（或起源于）部門分割、地區(qū)分割、功能分割的水資源管理方式，即“小決策”，這非常不利于水系統(tǒng)的綜合治理和水生態(tài)的可持續(xù)改善。

水是世界上最不應(yīng)該被分離的元素，水系統(tǒng)本是地球上一個連續(xù)的系統(tǒng)，可是我們目前的工程與管理體制，卻把水系統(tǒng)分解得支離破碎：水和土分離，防洪堤、壩的建設(shè)標準是“三面光”的；水和生物分離，建設(shè)了防洪設(shè)施，沒有了河漫灘，導(dǎo)致生物棲息地減少，生物大量消失，防洪規(guī)范里甚至不允許河道中有樹木和植被；水和城市分離，江河兩岸的城市，比如武漢、南京等長江沿岸城市，本來應(yīng)該是濱水城市，但是站在城市里我們發(fā)現(xiàn)，城和江是被分割的，因為防洪堤壩已經(jīng)高出長江3米至5米了；甚至城市里的排水和給水兩個過程都是分離的，分別由不同的部門管理，排水有排水公司，給水有給水公司，他們考慮的都是各自的效益；防洪和抗旱分離，各大城市一到下雨天，所采取的措施是在盡可能短的時間內(nèi)把所有的水都排出城市，而干旱的季節(jié)又都要從外面調(diào)水來抗旱，抽地下水來灌溉綠地。這些都是由簡單的工程思維和管理上的“小決策”帶來的弊端。誠如Odum所說：“小決策是一切問題的根源?！雹偎?，解決諸多水問題的出路，在于回歸水生態(tài)系統(tǒng)的完整性，以此來綜合地解決問題。

二、通過建立水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施來綜合解決水問題

水環(huán)境與水生態(tài)問題是個跨尺度、跨地域的系統(tǒng)性問題，也是互為關(guān)聯(lián)的綜合性問題。諸多水問題產(chǎn)生的本質(zhì)是水生態(tài)系統(tǒng)整體功能的失調(diào)，因此，解決水問題的出路不在于河道與水體本身，而在于水體之外的環(huán)境。如：大量的雨并不是落到河道里面的，所以防洪沒有必要與河道過不去；污染也主要不是由水本身帶來的，所以，水凈化的解決之道也不在水體本身。解決城鄉(xiāng)水問題，必須把研究對象從水體本身擴展到水生態(tài)系統(tǒng)，通過生態(tài)途徑，對水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進行調(diào)理，增強生態(tài)系統(tǒng)的整體服務(wù)功能。供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、生命承載服務(wù)和文化精神服務(wù)②，這四類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)成水系統(tǒng)的一個完整的功能體系。以保障水系統(tǒng)綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目標的基礎(chǔ)性空間結(jié)構(gòu)（景觀格局），就是水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。它有別于傳統(tǒng)的工程性的灰色基礎(chǔ)設(shè)施，是一個生命的系統(tǒng)；它不是為單一功能目標而設(shè)計的，而是用來綜合地、系統(tǒng)地、可持續(xù)地解決水問題。③

水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施包括自然水生態(tài)系統(tǒng)，也包括生態(tài)化的水工基礎(chǔ)設(shè)施。國際上對生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施（Ecological Infrastructure）已有明確的理解和定義。④因為地球上已經(jīng)沒有完全不受人類干預(yù)的水系統(tǒng)了，所以，從理論上講，不存在所謂人工的和自然的水系統(tǒng)的區(qū)別。經(jīng)過規(guī)劃設(shè)計、管理并用于保障人類所需的生態(tài)服務(wù)的水系統(tǒng)，都是水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)成部分。只有這樣，我們才能對水生態(tài)系統(tǒng)有一個完整的認識，才能對水紅線及水系統(tǒng)進行管理。水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施就像人的血脈一樣，有動脈、支脈，還有毛細血管。建立水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵是科學(xué)的規(guī)劃，其技術(shù)要點在于水生態(tài)紅線的科學(xué)劃定，明確水系統(tǒng)“大腳”的邊界到底在哪。它絕對不是河道和水域的邊界，而是由對水過程具有關(guān)鍵意義的點、線、面和空間聯(lián)系所構(gòu)成的空間格局（見圖1）。這就需要用跨尺度的系統(tǒng)思維來思考，應(yīng)該在全國尺度、區(qū)域尺度和城市尺度上，從宏觀、中觀、微觀不同層面，來建立一個連續(xù)的系統(tǒng)。規(guī)劃的基本原理是：在研究水文過程的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物過程、地質(zhì)狀況、文化遺產(chǎn)保護和生態(tài)游憩系統(tǒng)，進行系統(tǒng)的空間整合。景觀安全格局（特別是生態(tài)安全格局，Ecological Security Pattern）的理論與方法⑤，為水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的空間界定提供了科學(xué)的理論和方法。將水安全格局、地質(zhì)安全格局、生物保護安全格局、文化遺產(chǎn)安全格局和生態(tài)游憩安全格局等整合在一起，構(gòu)成一個以水為核心的綜合安全格局，在此基礎(chǔ)上規(guī)劃一個生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。它保障關(guān)鍵的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，特別是雨洪調(diào)蓄、生物保護、游憩體驗等，并且用這個生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施決定未來城鎮(zhèn)化的空間格局，這樣的規(guī)劃過程和規(guī)劃成果被稱為“反規(guī)劃”（Negative planning）。②

一個完整的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的建立，需要在規(guī)劃和工程設(shè)計兩個層面上進行。下面通過具體的規(guī)劃設(shè)計實踐，來闡明水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建的方法論和技術(shù)。

三、多尺度水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃實踐

一些不同尺度上的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃研究和實踐，為全國范圍內(nèi)的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)計的建立，提供了可資參考的經(jīng)驗。

（一）國土尺度上水生態(tài)安全格局與水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施研究

在國土尺度上，水生態(tài)安全格局和水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施是國家長遠的生態(tài)安全和城鎮(zhèn)化空間格局的基礎(chǔ)。北京大學(xué)做了這樣的研究：基于百萬分之一數(shù)字高程和國土資源數(shù)據(jù)，運用GIS分析和水過程的模擬，以江河湖泊為源，進行沒有防洪設(shè)施條件下的洪水淹沒模擬，并用歷史上實際洪水淹沒區(qū)進行校正。結(jié)果顯示，模擬的淹沒區(qū)與歷史洪水淹沒區(qū)在空間上非常吻合，中國最大的洪水淹沒范圍只占到國土總面積的6.2%。也就是說，如果我們放開所有的堤壩，沒有任何防洪設(shè)施，中國最大能淹掉的國土面積，最多也只有6.2%；而在一年一遇的洪水情況下，只淹掉0.8%的國土面積；在中等水平情況下（20年一遇），也只淹到全國國土面積2.2%。根據(jù)這個數(shù)據(jù)，我們建立了洪水調(diào)蓄的高、中、低三個安全格局（見圖2）。①

基于這個初步研究，我們有必要對中國歷年來的防洪抗洪工程作一個反思：我們每年用數(shù)以千億元的投入來進行防洪工程的建設(shè)，實際上我們保護的對象僅僅是國土面積的很小一部分。這給我們一個啟發(fā)，如果國家能留出相應(yīng)的面積來滯蓄洪水，那么我們就可以一勞永逸地解決水患的問題。當然，這是一個理論數(shù)值。我們進一步分析就會發(fā)現(xiàn)，中國近70%的人口和近70%的年GDP產(chǎn)出，恰恰在這6.2%的洪泛區(qū)內(nèi)（見圖3）。這不是水利部門的問題，而是城市建設(shè)和國土開發(fā)的歷史錯誤。我們建城伊始，特別是在過去三十年快速的建城過程中，從沒有充分考慮到水安全和水生態(tài)的問題。我們在建城的時候，不斷在農(nóng)業(yè)時代留下的舊有城市格局上，不明智地進行慣性擴張。如果說國家能夠給水系統(tǒng)6.2%的土地，結(jié)合林業(yè)部門的水源涵養(yǎng)地，我們就可以建立國土尺度上的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。未來中國至少還有400個擁有10萬至20萬人口的城市和集鎮(zhèn)要建設(shè)，非常遺憾的是，國家的國土開發(fā)和城市建設(shè)決策部門仍然沒有意識到這個問題的嚴重性，中國現(xiàn)在的和規(guī)劃中的城市或城市群恰恰大都分布在洪泛平原和盆地的中央地帶，更確切地說是潛在的滯洪區(qū)，它們慣性地不斷蔓延，結(jié)果使城市發(fā)展格局、水生態(tài)安全格局、農(nóng)田發(fā)展格局之間產(chǎn)生了日益嚴峻的不可調(diào)和的矛盾。這意味著未來的城市仍然要跟洪水作無休止的斗爭，這是一場不可能勝利的戰(zhàn)爭，未來中國的城市和居民還將持續(xù)不斷地付出巨大的代價。

反過來，如果基于水生態(tài)安全格局和水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施來考慮國土開發(fā)和城市化空間格局，中國未來的城市化可以有更理想的格局：應(yīng)該沿淺山區(qū)，包括華北平原的淺山區(qū)、成都平原的淺山區(qū)、關(guān)中平原的淺山區(qū)等分布。黨的十八大提出了三個格局協(xié)調(diào)的重要性，可謂非常及時而又異常緊迫。亡羊補牢猶未為晚，中國城市化才進行了一半，未來至少還有4億至5億人口要涌入城市，我們應(yīng)該盡快根據(jù)生態(tài)安全格局，特別是水生態(tài)安全格局和水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，來主動調(diào)整中國城鎮(zhèn)化空間布局，明智地解決中國未來千秋萬代的可持續(xù)發(fā)展問題（見圖4）。①

（二）區(qū)域水生態(tài)安全格局與水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施：北京案例

在區(qū)域尺度上，水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施和城市發(fā)展空間格局的協(xié)調(diào)，是城市和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。以北京為例，每年城區(qū)地下水水位下降1米至2米，在山區(qū)下降2米以上，情況非常嚴重。但是北京市域每年大量雨水在雨季被排掉，其中城區(qū)就流失2.3億噸。②（2012年北京降水達708毫米，比較豐沛，降雨補給地下水使平原區(qū)地下水位平均回升0.6米。③）這么珍貴的雨水，為什么要白白排掉呢？所以如何把北京的水留在地表并補充地下水，如何與游憩系統(tǒng)、公園、綠地、自行車廊道結(jié)合在一起，如何讓留在地表的水與生物保護結(jié)合在一起，與文化遺產(chǎn)保護系統(tǒng)結(jié)合在一起，以及與城市居民日常的綠色出行結(jié)合在一起，這就要通過系統(tǒng)的方法來整合一個具有綜合生態(tài)功能的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，而水是其中的核心和關(guān)鍵。我們必須認識到，水生態(tài)系統(tǒng)不是河流與湖泊水體，而是與土地、生物、文化遺產(chǎn)及人的生活緊密關(guān)聯(lián)的一個生態(tài)系統(tǒng)。

目前北京市各種生態(tài)環(huán)境問題之所以日益嚴重，在某種程度上就因為它的城市格局有問題。它是蔓延式的、攤大餅式的，沒有為城市里面的水系統(tǒng)和生物棲息地預(yù)留科學(xué)合理的空間，沒有形成一個彈性的網(wǎng)絡(luò)。比如，雨水淹沒了街道，但旁邊的河道和湖泊里卻沒有水；綠地不但沒有發(fā)揮調(diào)節(jié)的作用，反而增加了市政排水系統(tǒng)的壓力和水資源困境；公園和綠地沒有與水系很好地結(jié)合，下雨時，公園的雨水往城市雨水管道排，而干旱時，綠地又需要澆灌，與城市用水競爭；大量的河道都是危險的禁地，不但沒有成為日常通勤和游憩通道，反而成為市民活動的障礙。意識到這些問題的存在， 北京市國土資源局委托北京大學(xué)做了一個以水為核心的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃。這個基礎(chǔ)設(shè)施在三個安全水平上劃出了三條基線：底線生態(tài)安全格局（也就是必須要保護的生態(tài)安全格局）、中等安全水平上的生態(tài)基線和理想的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。這三種水平上的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施分別要求北京市域內(nèi)留出47%、70%和85%的土地，來進行以水為核心的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建，并由此通過“反規(guī)劃”來實現(xiàn)城市的合理布局（見圖5、圖6、圖7）①

如果按照最優(yōu)化的理想基礎(chǔ)設(shè)施來布局北京的城市建設(shè)，那么北京市區(qū)就可以躲避洪澇災(zāi)害的困擾。同時，如果把北京市的洪水淹沒區(qū)與北京市的地質(zhì)可滲水區(qū)域耦合在一起，我們就會發(fā)現(xiàn)北京市雨洪完全能夠在這些區(qū)域滲透下去，補充地下水。如果根據(jù)這個生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施進行北京市城市空間格局的優(yōu)化設(shè)計，那么北京容納5000萬人是可能的。而現(xiàn)在北京市的政策恰恰還是繼續(xù)與洪水作斗爭、無節(jié)制地修建工程排澇系統(tǒng)，包括修更粗的排水管道、修更大的地下儲水池、安裝更大的排水泵和修更大的防洪閘，這些做法只能加劇水系統(tǒng)問題的綜合征，是小決策導(dǎo)向的治水工程，無助于水問題的長遠解決，更不能建立良好的水生態(tài)系統(tǒng)。北京大學(xué)于7年前完成的北京水生態(tài)安全格局，不幸在2012年的“7·12”洪澇悲劇中得到了驗證（見圖5）。北京“7·12”特大暴雨造成了77人死亡的代價，而死亡事故的發(fā)生地點，正好與7年前做的洪水安全格局吻合。如果當時能避開那些潛在淹沒區(qū)，也就是在水生態(tài)安全格局區(qū)域進行城市開發(fā)建設(shè)，也就不會有這樣的悲劇發(fā)生。

北京市的城市擴張是沿高速路網(wǎng)和灰色基礎(chǔ)設(shè)施來進行的，二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)、五環(huán)……依此蔓延，如果以水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施為限定框架來進行城市的建設(shè)，就可以用穿插式的、組團式的方式進行（見圖6）。水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施可以給北京市未來的空間擴展提供一個剛性的框架，為城市適應(yīng)各種自然災(zāi)害提供一個彈性的空間。根據(jù)這樣的一個生態(tài)規(guī)劃，北京未來的城市規(guī)劃不應(yīng)該再在平原上發(fā)展，而應(yīng)該往淺山區(qū)發(fā)展。北京市淺山區(qū)有近4000平方公里的面積，有足夠的土地來建至少300個人口在10萬至20萬左右的小城鎮(zhèn)，這樣的城市就可以避免城市面臨的洪澇問題，在節(jié)約了良田的同時，也擁有非常美麗和舒適的居住環(huán)境（見圖7）。

另外，以水為核心的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，也為如何進行大規(guī)模的植樹造林提供了依據(jù)。2012年北京市開展了100萬畝的生態(tài)造林工程，這些林子應(yīng)該種在什么地方呢？通常情況下，人們會沿環(huán)路、沿高速干道去造林，類似于第一條綠化隔離帶、第二條綠化隔離帶。這樣的林子沒能發(fā)揮應(yīng)有的功效，無助于洪澇的滯蓄，也不能有效地供人使用，連動物也不敢在高速路兩側(cè)活動，因為高速路是生物最危險的殺手。所以科學(xué)的造林應(yīng)該沿著以水為核心的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施去布局，特別是沿著河流廊道和水域及洪泛區(qū)，把足夠?qū)挼暮勇┝粝聛恚诤勇┥戏N樹，形成濱河綠道，這就減緩了洪水的威力，同時還能把洪水滯蓄并滲到地下。通過沿河綠道，把綠地與公園系統(tǒng)聯(lián)系起來，把自行車和步行系統(tǒng)建立起來，為城市提供多種生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)。遺憾的是，我們的河道防洪設(shè)計仍然在沿用一些早已過時、已被證明是不科學(xué)的、落后的規(guī)范。如規(guī)定在行洪的河漫灘上不能種樹，甚至不能有灌叢和植被，三面光被認為是最好的。這種片面以行洪為目標的水利工程，毀掉了多少原本生態(tài)而美麗的母親河。

（三）城區(qū)水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施：武漢五里界生態(tài)城市案例

在城區(qū)尺度上，水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施可以作為生態(tài)城市建設(shè)的基本骨架。北京大學(xué)在武漢做了這樣一個案例：用水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施來定義城市格局和形態(tài)。湖北被譽為千湖之省，武漢被譽為百湖之市，大小坑塘無以計數(shù)。千百年來，農(nóng)民開墾土地，靠天吃飯，在大地上修建了無數(shù)個陂塘，形成了一個與旱澇變化相適應(yīng)的陂塘系統(tǒng)，這是很珍貴的水文化遺產(chǎn)。但是在城鎮(zhèn)化過程中，它們都被“三通一平”地填掉了，取而代之的是排洪管道和泵站。一套沒有自我調(diào)節(jié)能力、需要靠耗能和大量人工維系的“灰色”基礎(chǔ)設(shè)施，取代了千百年來農(nóng)民們積累的智慧結(jié)晶。中國當代城市普遍蒙受的雨澇困擾，基本源于對這樣的水生態(tài)景觀的破壞和灰色工程的泛濫。原因很簡單，中國大部地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候，一天的強降雨可以達到年降雨量的20%—30%。在這樣的強降雨情況下，需要多粗的管道才能避免城市的瞬間澇災(zāi)呢？靠管道來解決城市排澇，既不經(jīng)濟，也不可持續(xù)。如果將這些原有的陂塘系統(tǒng)進行保護和完善，并結(jié)合城市水系統(tǒng)和綠地系統(tǒng)進行規(guī)劃，用潛在的淹沒范圍確定公園以及綠地系統(tǒng)的邊界（生態(tài)水線），又將其與城市的步行道和自行車道相結(jié)合，發(fā)揮水的綜合生態(tài)服務(wù)功能，便可構(gòu)成城市的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，以此來決定城市的空間格局。用這個以水為核心的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，代替常規(guī)的雨洪排澇灰色基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)一個沒有集中排水管道的城市，不但可以節(jié)省數(shù)以億計的管網(wǎng)投資，而且可以充分利用雨水，營造一個低維護的宜居城市。在最終形成的城市規(guī)劃格局中，城市建筑本身是高密度的，但是有足夠的空間可以讓雨水和生物棲息地留下來，而雨水經(jīng)沉淀、過濾和生物凈化后，完全可以作為水資源再利用，滋潤這個土地；地表水也可以有生產(chǎn)功能，種植荷花、菱角、慈姑、荸薺等水生植物，甚至還可以養(yǎng)魚；在沿水系綠地，則可以形成綠色通勤和休閑廊道。①

四、水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的工程設(shè)計

以上是不同尺度上水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建方法，下面通過幾個案例來探討水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建的關(guān)鍵工程技術(shù)類群，探討如何進行以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為導(dǎo)向的設(shè)計，實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)的供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、命承載服務(wù)以及文化與精神的服務(wù)。

（一）與洪水為友的生態(tài)防洪技術(shù)

該類技術(shù)強調(diào)洪水不是不可避免的，也不是必須要對抗的敵人。用富有彈性的生態(tài)防洪，代替鋼筋水泥的灰色防洪設(shè)施，這是建立可持續(xù)的水生態(tài)基礎(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)之一。首先要給洪水留足空間，這需要對水過程有科學(xué)的認識，通過分析和模擬，確定水安全紅線；其次，讓茂密的鄉(xiāng)土植被與地形結(jié)合，形成富有彈性的防洪堤。這樣的生態(tài)防洪會隨著時間的推移，而變得更加有效和可持續(xù)性，而不是用高高的水泥防洪大堤擠壓洪水空間，那將與自然力形成沒有任何彈性的死守戰(zhàn)，結(jié)果功虧一簣。

浙江臺州的永寧公園是10年前嘗試完成的一個示范工程。永寧江是臺州黃巖的母親河，蜿蜒曲折，原來非常漂亮，老百姓可以在江邊洗涮，牛也可以下去喝水。后來投資了2億人民幣，做了一個固化河道、三面光的水利工程。工程做到一半時，市長連夜打來電話說，老百姓告狀了，水牛沒地方喝水了，魚沒地方產(chǎn)卵了，連泥鰍都沒地方呆了，蝌蚪爬不上岸了，連人掉下去也很難爬上來，一條美麗的母親河就這樣沒有了。針對這一普遍存在的過度的水利工程，首先要砸掉水泥硬化河渠，恢復(fù)生物棲息地，用生態(tài)的理念來解決洪水的問題。經(jīng)過系統(tǒng)的分析，確定不同重現(xiàn)期洪水的淹沒范圍，可把它們建成公園和濕地。把原來的水泥防洪堤砸掉，改用大量的鄉(xiāng)土植被來護坡，包括蘆葦、菖蒲、芒草等等，兩年之后永寧江就恢復(fù)得非常漂亮。公園里有一套棧道系統(tǒng)，有的會在一年一遇或五年一遇的洪水中被淹沒，但洪水退后，人們?nèi)匀豢梢岳^續(xù)在河漫灘上行走，做到與洪水為友。①

與洪水為友還可以通過各種濱水空間的生態(tài)設(shè)計來體現(xiàn)，如可以通過棧橋式濱水堤岸來實現(xiàn)，也可以通過階梯式的濱水堤岸設(shè)計來實現(xiàn)。

（二）加強型城市人工濕地凈化系統(tǒng)

濕地凈化技術(shù)在國內(nèi)外都有非常多的研究和實踐，水利界也已有豐富的實踐。②如何將這種技術(shù)與日常生活、城市游憩環(huán)境相結(jié)合，使科學(xué)與藝術(shù)完滿結(jié)合，非常富有挑戰(zhàn)性。加強型城市人工濕地凈化系統(tǒng)將景觀作為生命系統(tǒng)，在城市中建立具有高效、復(fù)合功能的濕地凈化系統(tǒng)，將嚴重污染的水體或中水凈化為可以安全使用的干凈的水體。中國75%的水體受到污染，面源污染治理一直是水體凈化的難點，濕地被認為是解決面源污染問題的有效途徑，但需要占用面積較大的土地。與傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)，以及目前國內(nèi)外常用的“多塘-濕地耦合系統(tǒng)（包括表流系統(tǒng)和潛流系統(tǒng)）和“沉淀池-促滲草坪系統(tǒng)”相比，該技術(shù)模塊整合了物理沉淀、土壤過濾凈化和生物吸附凈化等技術(shù)，項目本身是城市綠地的一部分，具有如下明顯的創(chuàng)新和技術(shù)優(yōu)勢：（1）以鄉(xiāng)土生物鏈和鄉(xiāng)土生物棲息地為主體的“非工程性”措施，系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性；（2）梯田濕地和曝氣跌水、景觀墻復(fù)合凈化設(shè)施；（3）與科普教育和城市公園建設(shè)相結(jié)合，占地少，適合于人口稠密的城市區(qū)域的復(fù)合型面源污染治理。

作為“加強型城市人工濕地凈化技術(shù)模塊”的示范工程，上海世博園后灘公園利用二十年一遇的河漫灘，建立了一個人工濕地凈化系統(tǒng)，占地10hm2（含3hm2濕地），將劣V類的黃浦江水凈化為III類水，日凈化能力2400T，可供5000個人的用水需求，相當于一年維護費用達500萬元的污水處理廠。河水污染，主要是富營養(yǎng)，大量的N、P、K正好是植物生長所需要的肥料。該設(shè)計從農(nóng)民開墾梯田的景觀中獲得靈感，把水處理系統(tǒng)做成梯田，而梯田則是最好的水土保持技術(shù)，同時也是灌溉和施肥過程的體現(xiàn)，而施肥的過程實際上就是水污染凈化的過程。我們把水提高到3米高的跌瀑墻上后再落下，就變成一個曝氣增氧的過程，再通過潛流濕地，利用植物根系吸收水里面的營養(yǎng)。不同植被吸收不同的養(yǎng)分，有的植物甚至可以吸收重金屬，如蘆葦就是一種最好的有凈化功能的植物。這條狹長的過濾帶在凈化水的同時，也變成了一個生物多樣性很高的生物棲息地，有20多種鳥到這里安家，這個項目已成為水生態(tài)治理的國際范例。③

（三）城市雨洪管理的綠色海綿技術(shù)

該類技術(shù)將景觀作為生態(tài)雨洪滯蓄和凈化設(shè)施，緩解城市雨澇問題，并具有補充地下水、恢復(fù)濕地等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。我國660多個城市中有400多個缺水；受季風(fēng)氣候影響，大多數(shù)城市70%—80%的年降水都集中在夏季，按照暴雨標準修建城市排洪設(shè)施造價昂貴且維護困難，同時造成地表水資源流失，生物棲息地消失。綠色海綿設(shè)計將中國傳統(tǒng)的陂塘蓄水系統(tǒng)、?；~塘技術(shù)提升與當代雨水生態(tài)邊溝和潛流濕地凈化等技術(shù)相結(jié)合，配合短距離市政管網(wǎng)，構(gòu)成雨洪滯蓄、凈化和地下水回補的成套系統(tǒng)。該技術(shù)模塊具有如下明顯的創(chuàng)新與優(yōu)勢：（1）應(yīng)用生態(tài)安全格局方法，劃定集水城區(qū)-匯水濕地綜合體，將集水城區(qū)與匯水濕地（海綿）整體規(guī)劃，以滿足蓄滯水量平衡要求；（2）構(gòu)建具有鄉(xiāng)土生物保護、游憩與科普教育功能的“雨洪管理綠色海綿”，在匯水濕地范圍，采用填-挖技術(shù)，就地平衡土方，低成本創(chuàng)造過濾區(qū)、雨洪水蓄滯區(qū)“海綿地形”，同時營造多樣化的生物棲息地與游憩環(huán)境；（3）構(gòu)建水質(zhì)凈化-蓄滯水-地下水回補濕地系統(tǒng)，整合潛流和表流濕地技術(shù)，進行土壤和生物凈化，將經(jīng)過生物凈化后的雨水匯入低洼濕地，補充地下水。

34公頃的哈爾濱群力濕地公園，是“城市雨洪管理綠色海綿技術(shù)”的示范工程。該公園位于面積33平方公里的城市中心，可以直接消納123公頃范圍內(nèi)的雨水，同時，通過與局部市政排水管道相接，有效地消納方圓300公頃范圍內(nèi)的雨水。該設(shè)計用了最簡單的填挖方技術(shù)，在地塊四周做了一圈水泡和丘地，丘地上架起高空廊橋，連接多個觀光塔和亭子，濕地里設(shè)計一系列步道和平臺，供人游憩使用。讓雨水經(jīng)過層層的過濾和凈化，進入中央自然濕地，補充地下水。經(jīng)過一年時間，就建成了一個城市雨洪公園，成本非常低，現(xiàn)在已經(jīng)被列為國家級濕地公園。這里夏天郁郁蔥蔥，即使在冬天，仍然是一片自然之色。水泡和丘地間，形成一系列表流濕地、潛流濕地，使雨水在流動過程中被過濾和凈化?，F(xiàn)在鳥類也進來了，濕地周邊的房子也建起來了，通過這個水生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，帶動了城市的發(fā)展，城市土地的價值也因此而提高。①

（四）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)仿生修復(fù)技術(shù)模塊

該類技術(shù)利用雨水，通過模擬生態(tài)系統(tǒng)自我再生過程，實現(xiàn)高度人工化環(huán)境中的土地生態(tài)修復(fù)，使生態(tài)修復(fù)和重建過程本身成為同多種生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的過程。目前我國面臨嚴重的土壤污染、土壤鹽堿化、土地生態(tài)退化問題，城市建設(shè)中通常采用客土、覆蓋等造價昂貴、難以持續(xù)的工程措施。本技術(shù)模塊把待修復(fù)的土地視為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供者，修復(fù)的過程同時又是提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的過程，探索出一套創(chuàng)新性解決方案：（1）構(gòu)建多樣化微地形空間組合，利用場地本身具有的地形變化，結(jié)合填挖方，營造具有梯級變化的多樣化地形系統(tǒng)；（2）構(gòu)建與微地形相適應(yīng)的鄉(xiāng)土生境重建與演化系統(tǒng)，利用微地形形成的土壤、水熱條件差異組合，通過鄉(xiāng)土植物混播開啟與微環(huán)境相適應(yīng)的鄉(xiāng)土自然群落演替過程；（3）構(gòu)建市民游憩活動空間系統(tǒng)，將土地修復(fù)的全過程，通過空間體驗和解說，動態(tài)地展示給市民，持續(xù)提供科普教育。

作為“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)仿生修復(fù)技術(shù)模塊”的示范，天津橋園所在地原為打靶場，場地低洼，地面建筑物已被拆除，場地垃圾遍地，污水橫流，鹽堿非常嚴重。對于這樣一個城市廢棄地，為了開啟自然過程，讓自然系統(tǒng)做功，形成有一個無需更多能源與資源投入、可以自我進化、且滿足使用者審美與游憩需求的地域性景觀。本修復(fù)工程有以下幾個步驟和內(nèi)容：首先，營造地形收集雨水，形成多樣化的生境條件。場地挖了21個深度不同的集雨坑，每個洼坑有不同的標高，有深有淺，它們形成了具有不同水分和鹽堿條件的生境，適宜不同植物群落的生長。第二步，開啟群落演化，群落的形成從種子開始，在每個低洼地和水泡四周播撒混合的植物種子，應(yīng)用適者生存的原理，形成與不同生境相適應(yīng)的植物群落。這些群落是動態(tài)的，由于初始生境不能滿足某些植物的生長，所以被播種的植物在生長過程中逐漸被淘汰，一些沒有人工播種的鄉(xiāng)土植物，通過各種傳媒不斷進入多樣化的生境，成為群落的有機組成部分。第三步，在修復(fù)的自然生態(tài)本底上，引入步道系統(tǒng)和休息場所。多個洼地和水泡內(nèi)都有一個平臺，伸入群落內(nèi)部，使人有貼近群落體驗的機會。洼地和水泡間的游步道聯(lián)接成網(wǎng)。與步道網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，建立環(huán)境解說系統(tǒng)，使游客在體驗鄉(xiāng)土景觀之美的同時，獲得關(guān)于地域自然系統(tǒng)的知識。經(jīng)過三年的生態(tài)修復(fù)，土壤和水質(zhì)條件都明顯改善，鄉(xiāng)土生物多樣性大大提高，植物從2008年的36種自然增加到2012的126種，成為廣大市民喜愛的游憩公園。①

（五）家庭水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)

水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，不光指的是大江大河，它還可以一直延伸到我們的社區(qū)，到房子里面去，到我們的屋頂，到我們的陽臺。全國有約500億平方米的建筑，如果所有屋頂?shù)挠晁寄艿玫绞占?，所有社區(qū)的雨水都得到收集利用，那么，每個城市建成區(qū)內(nèi)的雨澇問題就不會像現(xiàn)在這么嚴重了。

這是作者自己家的一個實驗，用20多平米的陽臺收集屋頂?shù)挠晁?，然后灌溉陽臺上的蔬菜，一年可以生產(chǎn)32公斤的蔬菜。在讓雨水進入室內(nèi)，把雨水再利用，與多孔石材結(jié)合，做成一個生態(tài)墻，三年之后上面已近生長了20多種生物，有多種蕨類和苔蘚。北京冬天很干，我們把雨水儲存起來，冬天這道生態(tài)墻解決了室內(nèi)干燥的問題，家里就可以不用加濕器；夏天可以降溫，就可以不用空調(diào)。這樣，每年可以節(jié)省2000度電。現(xiàn)在這套家庭水生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)變成了一個供老師學(xué)生和環(huán)保人士參觀學(xué)習(xí)的基地。如果每家每戶都能夠解決雨水、解決空調(diào)的問題，那么中國就可以省下10個三峽水庫所發(fā)的電，我們?nèi)珖罅康拇髩伟l(fā)電設(shè)施都可以取消，還中國大地一個完整的水生態(tài)系統(tǒng)，這就是真正的美麗中國所需要的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。②

（六）水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施工程綜合技術(shù)集成

上述各類生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)可以在不同規(guī)模上進行整合集成，構(gòu)成系統(tǒng)解決城市水問題的跨尺度的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。下面以六盤水市水生態(tài)綜合治理案例來說明。

六盤水是一個在20世紀60年代中期建立起來的工業(yè)城市，以其涼爽的高原氣候而著稱，城市被石灰?guī)r的山丘環(huán)抱，水城河穿城而過。城市人口密集，在60km2的土地上，居住了約60萬的人口。作為改善環(huán)境的重要舉措之一，市政府委托設(shè)計師制定了一個整體方案，以解決多重與水有關(guān)的嚴重挑戰(zhàn)，其中包括雨洪管理、水污染、修復(fù)母親河、創(chuàng)建濱水公共空間等。六盤水市的水生態(tài)綜合治理旨在減緩來自山坡的水流，建造一個以水為基礎(chǔ)的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施來保存和改善雨水，使水成為重建健康生態(tài)系統(tǒng)的活化劑，提供自然和文化服務(wù)，使這個工業(yè)城市變?yōu)橐司映鞘小?/p>

為了構(gòu)建完整的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)計師同時關(guān)注水城河流域和城市兩方面。首先，河流串聯(lián)起現(xiàn)存的溪流、濕地和低洼地，形成一系列蓄水池和具有不同凈化能力的濕地，構(gòu)建了雨洪管理和生態(tài)凈化系統(tǒng)。這一方法不僅最大限度地減少了城市雨澇災(zāi)害，而且在旱季也能有持續(xù)不斷的水源。第二，拆除渠化河流的混凝土河堤，重建自然河岸的濕地系統(tǒng)，發(fā)揮河流的自凈能力。第三，建立連續(xù)開放空間及人行道和自行車道系統(tǒng)，增加通往濱水的通道。最后，項目將濱水區(qū)開發(fā)和河道整治結(jié)合在一起。以水為核心的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，促進了六盤水的城市改造，提高了城市土地的價值，增進了城市活力。

作為六盤水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的主要項目之一，明湖濕地公園的項目規(guī)模為90公頃。這個公園的場址原本為被破壞的濕地、廢棄的魚塘及管理不善的山坡地，垃圾遍地，污水橫流。作為生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的示范項目，設(shè)計的第一步是盡可能重建生態(tài)健康，從而恢復(fù)生物多樣性和鄉(xiāng)土棲息地，改善地表水質(zhì)，建立高品質(zhì)的開放空間體系，最后促進整個城市的發(fā)展。具體措施包括：

（1）拆除混凝土河堤，重建水生生境。沿河建造曝氣堤堰，以增加水體含氧量，促進富營養(yǎng)化的水體進行生物修復(fù)。

（2）建造梯田濕地和陂塘系統(tǒng)，以減少洪峰流量并調(diào)節(jié)季節(jié)性雨水。梯田和陂塘的靈感來源于當?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)，通過攔截和保留水分，使陡峭的山坡成為豐產(chǎn)的農(nóng)田。它們的位置、形式、深度都基于不同的地質(zhì)信息和水流分析而設(shè)定。根據(jù)不同的水和土壤環(huán)境，種植鄉(xiāng)土植被（主要采用播種方式）。這些梯田狀棲息地減緩了水流，水中的營養(yǎng)物質(zhì)成為微生物和植物快速生長的養(yǎng)分來源，從而加快了水體凈化。

（3）沿著水路設(shè)計人行道和自行車，在濕地梯田之間形成回路。在自然的基地上，設(shè)有大量座椅、涼亭和觀光塔，便于所有人進入，并設(shè)計了一個環(huán)境解說系統(tǒng)以幫助游客理解自然和文化含義，融教育于審美體驗之中。場地中最具標志性的建筑物是暖色的彩虹橋，它與當?shù)貨鏊瑵駶櫶鞖庑纬蓪Ρ?。這座長堤連接中心濕地（湖）的三面，創(chuàng)造出令人難忘的散步及聚會場所，迅速成為備受當?shù)孛癖姾瓦h近游客喜愛的社交和休閑環(huán)境。

通過這些景觀技術(shù)，衰退的水系統(tǒng)和城市周邊的廢棄地被成功轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝堋⒌途S護的城市客廳。它巧妙地調(diào)蓄雨水、凈化面源污染造成的地表污水、修復(fù)原生棲息地，以實現(xiàn)生物多樣性，并吸引了廣大的居民和游客，于2013年被認定為“中國國家級濕地公園”。

五、結(jié)語

總而言之，面對水系統(tǒng)的綜合征，我們需要一場革命，一場“大腳革命”。我們必須有完整的、系統(tǒng)的解決途徑，實際上就是真正的水生態(tài)文明途徑。這個生態(tài)文明依賴于這樣一個水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，它與原來的灰色水利工程、灰色基礎(chǔ)設(shè)施是相對立的。要實現(xiàn)這樣一套生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，我們需要在思想上進行革命，在體制上打破邊界，在方法上進行創(chuàng)新，在技術(shù)上有所突破。目前，上文所提及的這些理念和設(shè)計已在全國乃至世界范圍內(nèi)的200多個城市進行了實踐，①希望能為美麗中國的生態(tài)文明建設(shè)提供參考與借鑒。

責(zé)任編輯：胡穎峰