福州市“三坊七巷”雨洪管理系統(tǒng)分析其對海綿城市建設(shè)的啟發(fā)

張嘉誠 ，何東進(jìn) ,2*，嚴(yán)思曉 ，張麗平 ，游巍斌 ，巫麗蕓 ，周夢遙

（1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建農(nóng)林大學(xué) 金山學(xué)院）

我國城市經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象，據(jù)住建部2010年對中國32個省351個城市的內(nèi)澇情況調(diào)研顯示，有213個城市出現(xiàn)不同程度的積水內(nèi)澇，內(nèi)澇災(zāi)害積水深度超過50mm的城市占74.6%[1]，因此，雨洪管理問題已經(jīng)成為城市建設(shè)中急需解決的難題，而海綿城市是以此為背景下提出的新型城市建設(shè)模式，結(jié)合了自然生態(tài)功能與人工干預(yù)功能，并有效的控制雨水徑流速度，實(shí)現(xiàn)雨水自然滲透、凈化、積存[2]。我國城市雨洪管理研究起步于20世紀(jì)80年代，初期主要集中在雨水利用，近年來雨洪管理研究重心逐漸轉(zhuǎn)向雨洪調(diào)控及污染控制[3]。

福州市因單一、工程化、管網(wǎng)式的雨洪管理方法而出現(xiàn)每逢暴雨必淹的現(xiàn)象，許多學(xué)者對福州市內(nèi)澇現(xiàn)狀進(jìn)行探究，并提出研究對策，如林琳[4]等提出了福州城區(qū)雨水利用的總體構(gòu)想，利用模式和實(shí)現(xiàn)途徑；楊冬冬[5]等從暴雨產(chǎn)流、傳輸和匯集三個階段有針對提出雨洪管理措施。這些研究從傳統(tǒng)排走雨水轉(zhuǎn)變?yōu)橛晁疂B透與調(diào)蓄利用。徐媛[6]首次對福州市“三坊七巷”古代雨水管理開展智慧分析，但尚未對海綿體排水進(jìn)行系統(tǒng)比較。因此，筆者試圖以福州市“三坊七巷”的雨洪管理系統(tǒng)作為研究對象，通過分析對比傳統(tǒng)排水系統(tǒng)與海綿體排水系統(tǒng)的特征及其成效，根據(jù)地理位置、環(huán)境氣候等自然因素的現(xiàn)狀，探索適應(yīng)福州市海綿城市建設(shè)的雨洪管理模式，以解決當(dāng)前城市建設(shè)亟待解決的水生態(tài)問題。

1 “三坊七巷”概況

“三坊七巷”位于福州市鼓樓區(qū)，占地約40hm2（圖1）?！拔魅?，中一街，東七巷，內(nèi)一河”是“三坊七巷”的總體布局?！叭黄呦铩币阅虾蠼譃榻绶謻|、西兩片，東片由南往北依次為：吉庇巷、宮巷、安民巷、黃巷、塔巷、郎官巷、楊橋巷共7巷；西片由南往北依次為：光祿坊、文儒坊、衣錦坊共3坊，其次巷與巷之間分布大小不一的弄，以南后街為軸線，內(nèi)河安泰河環(huán)繞街區(qū)。其中分布眾多風(fēng)格獨(dú)特的宅第園林，以山水為核心，結(jié)合植物、建筑，營造自然的人居環(huán)境，比如南后街的董執(zhí)誼故居、衣錦坊的水榭戲臺、光祿坊的光祿吟臺、文儒坊的陳承裘故居、郎官巷的二梅書屋、宮巷的林聰彝故居、塔巷的王麟故居、黃巷小黃樓、林則徐故居等宅第園林[7]。

圖1 “三坊七巷”位置圖Fig.1 The location of “Three Lanes and Seven Alleys”

該地區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,夏季炎熱多雨,冬季溫暖少雨。據(jù)查閱1981-2010年福州市氣象數(shù)據(jù)可知（圖2），福州市年平均氣溫20.2℃ ,年平均降雨量1468.5mm,但時(shí)空分布很不均勻。年降雨量大體由西北向東南呈逐漸遞減趨勢,東南沿海1300mm～1400mm,西北山區(qū)最高可達(dá)1700mm以上。雨季主要集中在4～9月，其中4～6月梅雨型降雨量充沛,降雨時(shí)間長，易形成內(nèi)澇。7～9月臺風(fēng)型降雨勢猛,雨期短，頻頻發(fā)生暴雨，容易形成洪災(zāi)，究其原因主要有以下4點(diǎn)：（1）福州市江北城區(qū)三面環(huán)山，地勢較低，由城區(qū)內(nèi)的數(shù)十條內(nèi)河構(gòu)成的水系網(wǎng)格以及基礎(chǔ)設(shè)施的排水管道組成的雨水管理系統(tǒng)共同承擔(dān)城區(qū)的排水功能，北面山區(qū)形成的洪水徑流到城內(nèi)的內(nèi)河，超過排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；（2）福州市內(nèi)的排澇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)是5年一遇，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低；（3）閩江的洪潮水位頂托，無法從排澇閘排水；（4）不透水鋪裝在福州市建設(shè)中仍然占據(jù)主導(dǎo)地位[8]。這些現(xiàn)狀容易造成福州市雨洪管理系統(tǒng)達(dá)不到排洪、排澇的要求，然而“三坊七巷”排水設(shè)施卻還能在多次洪澇中巍然不動，幾乎沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)澇情況，雨洪總能自然滲透到地表下或者排到外江去，“三坊七巷”的雨洪管理系統(tǒng)值得深究，由小尺度到大尺度延伸到對福州市雨洪管理的途徑。

圖2 福州市1981-2010年平均每月降雨量與氣溫的變化Fig.2 The changes of average monthly rainfall and temperature in Fuzhou during 1981-2010

2 “三坊七巷”雨洪管理系統(tǒng)分析

2.1 “三坊七巷”的雨洪管理系統(tǒng)

2.1.1 傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)

“三坊七巷”內(nèi)的傳統(tǒng)排水系統(tǒng)（圖3）主要分為雨水管渠排水系統(tǒng)和自然滲透排水系統(tǒng)[9]。雨水管渠排水系統(tǒng)：雨水地表徑流，經(jīng)過雨水管渠流入安泰河，由安泰河設(shè)置的排澇站或水閘把雨水匯入閩江。雨水管渠排放系統(tǒng)包括暗渠、明渠、院溝三種形式。自然滲透系統(tǒng)是以院落為單位，院落內(nèi)分布前、中、后天井，利用天井滲水、蓄水功能形成的自然滲透系統(tǒng)。

圖3 傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)Fig.3 Traditional drainage system

通過對區(qū)域街道內(nèi)古代保留的暗渠調(diào)查統(tǒng)計(jì)，得出 （表1）：“三坊七巷”8條街道布置的暗渠總長2725m，其中楊橋巷、光祿坊、吉庇巷3條街道并沒有暗渠，據(jù)考察由于市政道路建設(shè)，這3條街道已變成公路，傳統(tǒng)的排水設(shè)施早已更換。為了對比排水效果，筆者在2016年9月的暴雨 （日降雨量≥50mm），對這11條道路的排水現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究（圖4），把各街道長度劃分位三等分，利用刻度尺對三等分點(diǎn)積水情況測量，求出平均值，結(jié)果顯示楊橋巷、吉庇巷、光祿坊積水深度高達(dá)25cm左右，然而“三坊七巷”內(nèi)部街道積水相對較淺，積水深度最高12cm。這表明“三坊七巷”內(nèi)“魚骨”式的暗渠能加快雨水的徑流速度，削減雨洪峰值量。

表1 街道現(xiàn)存排水暗渠統(tǒng)計(jì)表Table1 Statistics of the existing street drainage culvert

圖4 “三坊七巷”街道水位變化圖Fig.4 Waterlevelofstreetin “ThreeLanesandSevenAlleys”

“三坊七巷”建筑群的建筑形式符合江南地區(qū)雨水豐富的特點(diǎn)，曲線形的馬鞍墻、建筑屋面，能夠分散雨水并延長雨水屋面徑流的時(shí)間。雨水從四面坡屋面匯流到院落天井，這種院落排水方式體現(xiàn)了“四水歸堂”的集水理念[10]。天井由青石板砌成，青石板間最大的縫隙寬可達(dá)4cm左右，這種鋪裝工藝符合雨水快速自然滲透的要求。天井底下面是地漏，深度為30cm左右，地漏下層為沙土，利于滲水。天井的構(gòu)造實(shí)際是一個蓄水池，符合古人“肥水不流外人田”的思想。

2.1.2 海綿體排水系統(tǒng)

海綿體排水系統(tǒng)由綠色海綿體、棕色海綿體、藍(lán)色海綿體組成的排水系統(tǒng)，分別代表植物、土壤、水體三大元素[11]。綠色海綿體主要通過植物冠層截留減緩雨水徑流速度；棕色海綿體主要通過地表土壤縫隙促進(jìn)雨水滲透；藍(lán)色海綿體主要通過水池、古井、河流調(diào)蓄雨水。“三坊七巷”海綿體排水系統(tǒng)運(yùn)用這三大元素進(jìn)行雨洪管理，采用 “源頭—中端—末端”的雨洪管理控制[12]，達(dá)到具有截留、促滲、過濾、凈化和調(diào)蓄等功能。

表2 “三坊七巷”3種海綿體的作用效果Table 2 The effect of three kinds of spongy bodies in“Three Lanes and Seven Alleys”

表3 “三坊七巷”海綿排水系統(tǒng)以及雨洪管理措施Table3 Sponge drainage system and rain flood water management measures

2.1.2.1 源頭——綠地、透水鋪裝

綠地內(nèi)植物類型豐富多樣，植物作為構(gòu)成綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施的重要元素，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，主要有以下3個方面：（1）植物莖與葉，包括根系與土壤相互作用，可以滯留和滲透雨水，減少雨水徑流量、減緩雨水流速，還可以凈化、滯納雨水中的污染物，這是綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施的基本調(diào)節(jié)作用[13]；（2）植物根系吸收滲透到土壤的雨水，并通過莖葉的蒸騰作用向大氣中釋放，某些植物還能吸收空氣中的浮塵和有害離子，改善空氣質(zhì)量。植物的蒸騰作用能夠調(diào)節(jié)微氣候，緩解城市熱島效應(yīng)，并且促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)中水循環(huán)；（3）植物是重要的景觀元素，具有觀賞價(jià)值。透水鋪裝的材料是青石板，青石板是一種材質(zhì)疏松的鋪裝材料，透水效果較好。暴雨來臨時(shí)，雨水能夠沿著青石板縫隙迅速地滲透地面。這樣從雨水的源頭就能控制徑流量，在源頭上分散雨水徑流的方向[14]。

2.1.2.2 中端—管渠、街道

“三坊七巷”內(nèi)采用雨污分流制排水體制[15]，將污水歸入市政污水管網(wǎng)系統(tǒng),雨水就近排入安泰河中，能夠防止雨水受到污染。“三坊七巷”遍布眾多管渠，錯綜復(fù)雜的管渠包圍著“三坊七巷”，水文生態(tài)相當(dāng)穩(wěn)定，不易于暴雨的發(fā)生，同時(shí)街道也屬于中端雨洪管理措施，利用街道中間高兩邊低的高差，把雨水匯入暗渠或者明渠里。這樣雨水流經(jīng)中端過程中，增加徑流的長度，使徑流方向多元化，有效削減雨洪峰量。

2.1.2.3 末端——內(nèi)河、池塘、水井

雨水最終流入大的末端是河流、池塘、水井?！叭黄呦铩北话蔡┖铀鼑蔡┖尤L 2520m，平均寬度9m，河道最窄處3.5m，河床標(biāo)高3.5m。在整改之前，安泰河水質(zhì)污染嚴(yán)重，大量工業(yè)污水對河道造成嚴(yán)重污染，昔日的護(hù)城河成了污水溝。河道水質(zhì)整治工程，以截污截留，清淤清礙，凈化補(bǔ)水相輔等措施解決河道水質(zhì)問題，經(jīng)過改造后，河流水質(zhì)清澈見底，排水通暢?！叭黄呦铩眱?nèi)雨水管道主要排入安泰河，安泰河對于調(diào)節(jié)雨水的雨峰期有重要作用，河道寬、長等特點(diǎn)成為“三坊七巷”這么多年沒有出現(xiàn)內(nèi)澇問題很重要的因素。除此之外，院落的水井也是雨水的儲存器，中國古代人民的智慧都是來源于對自然規(guī)律的認(rèn)識，水井作為生活用水的重要來源，能夠利用自然的雨水，并且增加地下水的儲蓄量，水井同時(shí)能夠調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度，使得夏季能夠舒適的濕度，冬季補(bǔ)充水資源[16]?！叭黄呦铩崩锩娴慕ㄖ海坝^池塘數(shù)量多，這些水池能夠儲積大量的雨水，在園林景觀上加以利用。

2.2 雨洪管理成效分析

表4 “三坊七巷”雨洪管理成效比較Table4 Comparison of rain flood water management effectiveness

“三坊七巷”雨洪管理系統(tǒng)分為傳統(tǒng)排水系統(tǒng)與海綿體排水系統(tǒng)，通過表4對比兩種系統(tǒng)排水功效，表明海綿體排水系統(tǒng)比傳統(tǒng)排水系統(tǒng)減緩排放、增加下滲、過濾雨水、凈化雨水、調(diào)蓄雨水都更有優(yōu)勢，雨水管渠排水系統(tǒng)是構(gòu)成“三坊七巷”雨洪管理系統(tǒng)的骨架，海綿排水系統(tǒng)實(shí)際上是傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的衍化，它們的排水理念都是自然滲透、自然積存、自然凈化。所以，傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的保留也對水生態(tài)問題也具有不可忽視的作用，因此，兩者融合發(fā)揮出最大的效果，使得5年一遇的排澇標(biāo)準(zhǔn)增加到20年一遇的排澇標(biāo)準(zhǔn)。

3 “三坊七巷”雨洪管理系統(tǒng)對海綿城市建設(shè)的啟示

3.1 古人理水理念的借鑒

“三坊七巷”的傳統(tǒng)排水系統(tǒng)體現(xiàn)了古代人民尊重自然，順應(yīng)自然，堅(jiān)持城市溝渠排水的原則：“地高則溝之，下則堤之”，“內(nèi)為落渠之瀉，因大川而注焉”[17]。因此，建設(shè)海綿城市一方面要尊重水生態(tài)平衡，容納水而非排走水；另一方面要考慮立地條件，做到因地制宜，低洼處用作蓄水功能，如滯澇地、濕地公園、湖泊等，以調(diào)控雨洪。可見，在海綿城市建設(shè)中，研究古代排水系統(tǒng)成功的案列，對海綿城市的建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

3.2 綠色生態(tài)理念的引入

“三坊七巷”海綿體采用生態(tài)觀念，利用自然的規(guī)律來管理雨水，在最大程度上減少人工的技術(shù)措施。綠色海綿體（綠色植物）的凈化和吸污功能對徑流進(jìn)行凈化，同時(shí)植物能同化徑流中的一些化學(xué)元素，水質(zhì)與養(yǎng)分循環(huán)結(jié)合起來，引進(jìn)凈化能力較強(qiáng)的樹種進(jìn)行種植。棕色海綿體（土壤、鋪裝的縫隙）對降雨的攔蓄功能尤其重要，這一功能主要與土壤的滲透能、孔隙度及土壤層持水量、持水能力等指標(biāo)有關(guān)。藍(lán)色海綿體（水池、水井、河流）是雨水最終的落腳點(diǎn)，利用各種人工或自然水體、池塘、濕地或低洼地對雨水調(diào)蓄、凈化和利用,改善城市水生態(tài)環(huán)境。

3.3 雨洪管理理念的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的雨洪管理方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會建設(shè)的需要，必須在傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加海綿體排水系統(tǒng)的方法，使排水系統(tǒng)的各個部位能夠發(fā)揮出最大的功能效益。“三坊七巷”不僅采用了古代傳統(tǒng)排水方法，如管渠的鋪設(shè)、屋頂坡面的設(shè)計(jì)都是利用傳統(tǒng)的方法，而且綜合了海綿體排水方法，如從源頭—中端—末端途徑實(shí)現(xiàn)雨洪管理，從而達(dá)到雨洪蓄排一體化的目的。

4 結(jié)語

海綿城市建設(shè)在降低雨洪峰值，保持水土等方面具有重要作用，人們對此已經(jīng)有一定的認(rèn)識。隨著雨水洪澇的日益嚴(yán)重，人們對雨洪管理越來越重視，如何建設(shè)海綿城市成為現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。“三坊七巷”的綠色海綿體、棕色海綿體、藍(lán)色海綿體構(gòu)成了一套相對完整的排水系統(tǒng)，豐富了傳統(tǒng)排水系統(tǒng)。這些海綿體有效的促進(jìn)雨水排放、滲透、凈化、儲蓄。

“三坊七巷”的雨洪管理就是從源頭的控制到中端的分散，最后到末端的匯集，其包括三個內(nèi)容，從源頭要降低對環(huán)境的浪費(fèi)，中端過程減少生態(tài)系統(tǒng)的污染負(fù)荷，末端修復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)，這一管理的機(jī)制為福州市建設(shè)海綿城市提供了參考。每個城市都有其特點(diǎn)，要做到因地制宜，不能盲目建設(shè)海綿城市。海綿城市不能完全解決城市的洪澇問題，卻能降低人類改造自然的影響，使居民居住在更加安全、生態(tài)的社區(qū)。

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