藍綠生態(tài)網(wǎng)絡系統(tǒng)修復的LID雨景單元設計方法研究
——基于山地水文特征分析

金云峰

周 艷

沈 潔*

重慶直轄以來，人口經(jīng)濟結構劇烈演替，城市規(guī)?？焖贁U張，大面積自然綠地和水系被建設用地征占，造成大部分建成區(qū)匯水路徑阻隔，整體水文格局紊亂。受重慶地區(qū)復雜山地建設條件的影響，部分建成區(qū)出現(xiàn)了雨水匯流變快、沖刷力變強、匯流時間縮短、下墊面滲透率降低等現(xiàn)象，水文地質(zhì)災害潛藏，伴隨而來的雨水徑流污染和循環(huán)問題日趨受到關注。妥善處理城市空間系統(tǒng)與水文綠地空間系統(tǒng)的相互關系成了城市可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動因。

目前，國際上城市化水平較高的國家在雨水系統(tǒng)的生態(tài)管理上，其理論技術體系和法律管理制度已趨于成熟完善。比如美國在最佳管理措施(BMPs)基礎上推進的低影響開發(fā)設計(LID)、英國的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(SUDS)以及澳大利亞的水敏感性城市設計(WSUD)等均已具有高效的實踐指導價值[1-2]。而國內(nèi)相關的研究實踐開展較晚，尺度偏向微觀，缺乏流域尺度的綜合全局觀，且多集中于平原城市。因此，尋找一套適應于山地水文特征的區(qū)域性多尺度情境下的生態(tài)雨水系統(tǒng)構建方式具有其特殊的創(chuàng)新價值。

本文基于山地水文循環(huán)過程特征分析，以位于盤溪河支流的流域單元為研究對象，探尋適應山地特征的LID雨景單元設計方法，以期對同類型區(qū)域的生態(tài)修復與優(yōu)化建設實踐有所助益。

1 山地水文特征分析

1.1 水“源”——流域降雨時序不均

降雨是山地水文循環(huán)過程的重要組成部分之一，起到補充湖庫庫容和地下水量等源頭作用，能促進山地水文格局生態(tài)過程的發(fā)生。重慶地區(qū)雨量豐沛，主城區(qū)多年平均降雨量約為1.2m，降雨時間及強度分配存在明顯的季節(jié)性差異，降雨量的75%集中在4—9月，5、6、9月為降雨最集中的汛期，主要降雨類型為中雨和小雨，7、8月為大雨和暴雨，表現(xiàn)出雨峰靠前、雨型急促、匯流歷時短、峰高量大等特點[3]，徑流污染過程的初期沖刷效應明顯。但大量建成區(qū)的灰色快排市政基礎設施無法對降雨進行有效的利用和消納。

1.2 水“流”——徑流地貌空間復雜

山地水文的徑流階段是雨水匯入自然水體的遷移過程，其中地表徑流過程中的匯流時間和徑流峰值受地貌結構與下墊面類型影響較大。重慶主城區(qū)以低山、丘陵為主體的地貌組合呈層狀分布，內(nèi)部最大高差達1 417m，地勢起伏明顯，坡地分布廣泛[4]。較平原城市，主城區(qū)建筑小區(qū)依附山地地形建設，坡度多在10%以上，形成了分臺聚居、垂直分異的組團布局模式[5]。主城區(qū)道路多為坡段路，大于3%的道路占80%以上，5%的大縱坡段比例較大，局部甚至超過9%[6]。在主城區(qū)廣場及綠地的地形處理方式中，臺地和斷崖類型景觀最為典型，局部地段高差明顯，例如濱水綠地入水段可達幾百米。復雜的地貌空間存在雨洪災患威脅，增大了合理引導雨水徑流的工程技術難度。并且，主城區(qū)流域的下墊面不透水面積逐步擴張，降雨產(chǎn)流的正常水循環(huán)體系出現(xiàn)斷裂，徑流傳輸空間的生態(tài)敏感性和脆弱性更加突出。

1.3 水“匯”——枝狀匯流循環(huán)不暢

在匯水過程中，山地水網(wǎng)體系因徑流空間地貌復雜多樣，依托流域特性匯集形成層級清晰的樹枝狀水網(wǎng)結構。并且，山地匯水空間層級豐富，匯水結構復雜，依次劃分為流域、子流域、流域單元、子流域單元和集水區(qū)5個層次[7]。山地開發(fā)過程中存在大量將湖庫坑塘等集水區(qū)渠化改道、截彎取直、侵占填埋等現(xiàn)象，直接阻隔了匯水路徑的連通性，使水文動力缺失、水系循環(huán)不暢，由此造成了主城區(qū)內(nèi)眾多湖庫生態(tài)系統(tǒng)崩潰、水體污染嚴重。據(jù)統(tǒng)計，主城區(qū)82%的湖庫水質(zhì)降為劣V類[8]，既不能滿足景觀水體功能，同時水文調(diào)蓄功能也逐步喪失，故城市建設前期應嚴格控制藍綠保護水文線，最大程度減少對水“匯”過程的干擾。

2 山地LID雨景單元設計策略

圖1 基地概況及集水區(qū)劃分

圖2 基地排水條件

結合重慶盤溪河支流流域單元實踐案例，探討山地水文特征下的低密度建成新區(qū)水生態(tài)優(yōu)化策略。研究項目位于重慶市渝北區(qū)北部新區(qū)，屬于盤溪河上游區(qū)域的子流域。規(guī)劃研究范圍總面積為417hm2，水體面積達11hm2，整體北高南低，高差近130m。西鄰照母山森林公園，公園東部余脈嵌入基地。3條城市主干道與其相接，金開大道貫穿其中。內(nèi)部5個湖庫分屬于5個子流域單元，集水區(qū)共計61個(圖1)。最初建設目標為生態(tài)環(huán)境友好的低密度宜居新區(qū)，但缺乏生態(tài)水文保護研究的前期開發(fā)模式對水文敏感區(qū)進行了粗暴的人工干預，比如圍筑湖庫坑塘、填埋連接湖庫上游的小型湖泊濕地、暗渠化道路中的自然溪溝、硬化河流自然式緩沖護坡、侵占潛在匯水區(qū)域與路徑[9]，嚴重破壞了坡面結構及坡地植物系統(tǒng)，造成上游翠微、頤和湖庫庫容陡降，中游青年、茶坪湖庫水體循環(huán)不暢，下游六一湖庫自凈功能驟降、局部水體污染嚴重，整體水網(wǎng)體系出現(xiàn)斷裂。極端氣候下，上游雨水匯流變快、匯流時間縮短、沖刷力變強，而下游行洪系統(tǒng)泄洪不暢，存在山地崩塌、滑坡、泥石流等水文災患(圖2)。

基于山地水文特征影響下的藍綠生態(tài)網(wǎng)絡系統(tǒng)破壞機制，利用低密度建成新區(qū)易于布置低影響開發(fā)LID雨景單元設施的空間優(yōu)勢，針對其內(nèi)部山地匯水路徑阻隔、湖庫水體循環(huán)不暢及淤堵污染等問題，提出了修復潛在匯水路徑來連通水網(wǎng)系統(tǒng)的適應性策略。并結合山地建筑小區(qū)、道路、廣場及綠地等主要類型，提出了典型山地條件下的LID雨景單元優(yōu)化策略，將不同級別類型的雨景單元累加組合，構建具有山地特征的低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)(圖3)。

2.1 藍綠水網(wǎng)匯水機制修復

首先，對建成區(qū)進行生態(tài)本底評估，基地現(xiàn)狀下墊面共61個地塊，根據(jù)前期基礎數(shù)據(jù)和降雨數(shù)據(jù)，運用《重慶市海綿城市規(guī)劃與設計導則》中的計算公式，得到基地的年徑流控制總量為43%，污染物控制率為36%，遠低于相應的生態(tài)標準。結合山地徑流控制難度及改造經(jīng)濟成本等因素，將該區(qū)域年徑流總量的控制目標定為65%，徑流污染控制率調(diào)整為45%。

其次，利用GIS的水文功能分析模塊對可改造區(qū)域的建設強度進行分級，梳理水系網(wǎng)絡，保留原生天然坑塘、溝渠、濕地沖溝等，甄別匯水斷點及潛在徑流通道，連通山地自然排水廊道，完善公園山體綠地的坡體加固工程，復明城市道路的地下暗渠，促進各等級水系的連通性，保證蓄洪與泄洪能力(圖4)。

最后，以山地建筑小區(qū)、道路、廣場及綠地為例，置入典型山地條件下的初級LID雨景單元，加以重復、鏈接、嵌套累加形成初、支、次、主、超結構的低影響開發(fā)雨水單元系統(tǒng)[10](圖5)。

2.2 山地LID雨景單元設計

2.2.1 散納廣滯的建筑小區(qū)LID雨景單元設計

1.了解現(xiàn)實問題。為了讓學生全面了解問題，主動參與課堂教學，筆者為學生播放相關視頻紀錄片，學生在感到震撼的同時，也對環(huán)境污染問題有了更深入的了解，產(chǎn)生了掌握相關詞匯的迫切欲望。

山地建筑小區(qū)空間布局豎向變化明顯，硬質(zhì)化率高，綠地集中，雨水產(chǎn)流點多而不定，整體蓄水能力弱。結合山地住區(qū)布局及地形特征，宜采用小規(guī)模分散式的雨水處理方式，引導外向型雨水排放向內(nèi)向消解型轉變，形成獨立的雨水消解單元，構建住宅級-組團級-住區(qū)級的多級網(wǎng)狀雨水滲透系統(tǒng)。通過綠色屋面的預處理，初期棄流的雨水由雨落管及雨水桶進入宅間庭院的LID雨水滯留設施進行初級滯留，飽和時通過滲透溝渠、植草淺溝等傳輸措施到達組團級調(diào)節(jié)塘下凹綠地進行二次消減，匯入居住區(qū)級的雨水花園，最后將超量雨水排放至山體綠地等終端蓄存單元。中坡和緩坡為基地住區(qū)2種主要的建設地形，針對坡度小于10%的緩坡，以協(xié)信TOWN城小區(qū)為例，可采用相似的方式將環(huán)狀組團作為雨水消解單元，鏈接一個或多個緩坡上獨立的單元來完成對雨水的控制引導。中坡坡度介于10%～25%之間，采用填挖方對建設地形進行改造，形成分臺帶狀布局模式，其中綠地空間呈多級臺地狀，局部有陡坎。結合萬科悅府小區(qū)地形呈階梯三維化的特點，可設置階梯式過濾草溝，將同臺地匯聚區(qū)的雨水通過梯級流動的方式引入跌落式雨水花園來調(diào)節(jié)水量，同時將陡坎、斜坡進行綠化處理，降低徑流流速。暴雨時，泛洪雨水可依托開放式溝渠及雨水塘排入湖庫和城市雨水管渠，滿足暴雨排洪的要求(圖6)。

圖3 構建山地低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的總體策略

圖4 基地藍綠水網(wǎng)匯水機制修復策略

2.2.2 減峰控污的城市道路LID雨景單元設計

城市道路既是雨污產(chǎn)生、排放的主要場所，也是構建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的基礎性骨架結構。依據(jù)山地道路縱坡大、保水能力弱、初期徑流污染嚴重、徑流峰值高等特點，可采用梯級生物滯留帶的雨水處理方式[11]。低強度降雨時，通過鋪設透水鋪裝及生態(tài)樹池對雨水進行初級滲透，再借助路緣石豁口進入攔污槽等預處理設施，過量雨水則通過植草淺溝等凈化傳輸導入隔離帶中的階梯狀生物滯留池，最大限度地過濾蓄積雨水。若遇高強度降雨，超負荷雨水就近導入綠地雨水調(diào)節(jié)塘，完成調(diào)蓄和錯峰。同時為防止雨水下滲造成的地基不穩(wěn)，必須做好相應的防滲措施，比如將非透水性材料應用于路面結構的基層與中下面層中。以基地內(nèi)坡度為4%的金開大道部分路段為例，可采取路段初期棄流、源頭截污等措施解決徑流污染問題。根據(jù)路段徑流量，在縱向上每間隔15m設置0.02m×0.02m的梯級生物滯留池，且選用耐淹耐污性強的本土植物，使雨水快速消納擴散(圖7)。

2.2.3 高蓄低存的城市廣場LID雨景單元設計

基地廣場用地高差明顯、硬質(zhì)化率高，分為下沉和臺地2種形式，其雨水徑流匯聚速度快、沖刷力大、積水嚴重、污染物易累積。多途徑收集雨水、增強場地的蓄水能力為基于低影響開發(fā)的下沉廣場設計的基本原則。基地內(nèi)的協(xié)信星光天地下沉廣場高差達2m，雨水收集改造通過在地上部分鋪設攔污槽過濾較大的固體懸浮物，再通過滲透溝槽傳輸至低洼處。在地下廣場的下凹綠地敷設滲漏溝，雨水通過硬質(zhì)鋪地上的不透水層流入蓄水涵箱，實現(xiàn)儲蓄雨水、削減洪峰的目的。下沉廣場根據(jù)降雨量的大小呈現(xiàn)出旱、雨、澇3種不同的景觀效果。

頤和公園臺地廣場遵循水文路徑完成雨水的階梯性流動，在每級臺階上設置連續(xù)的線性植被滲渠，通過生態(tài)樹池將雨水徑流引入植被緩坡區(qū)的分散小型生物滯留池，溢流雨水最終匯入同臺地水平硬質(zhì)區(qū)域中的下凹綠地。廣場入口的水景區(qū)可依據(jù)高差設計成梯級跌落式水景，增設小型曝氣裝置來提高水文動力。為滿足山地廣場的防曬需求，植物配置應以耐旱濕的鄉(xiāng)土喬木為主，搭配相應的灌草地被，形成層次豐富的小型LID植物群落(圖8)。

2.2.4 梯級滯蓄的公園綠地LID雨景單元設計

圖5 山地雨景單元系統(tǒng)的銜接關系

圖6 萬科悅府小區(qū)LID雨景單元設計

作為雨水消解的終端核心單元，山地公園綠地既要消減處理周邊建筑及道路的雨水徑流，又要承接自身徑流的蓄存排放?；貎?nèi)公園坡度較陡，平均坡度在25°以上，最大達60°。坡體土壤蓄水層較薄，內(nèi)部存在眾多短流程沖溝，降雨持續(xù)或急促時，快速匯流攜帶的大量砂石和雜物給周邊住區(qū)帶來一定的安全隱患。頤和生態(tài)公園作為基地內(nèi)典型的坡地公園，坡面呈上陡下緩狀，坡頂表層巖石裸露，施工遺留的大量棄土廢渣造成了嚴重的匯水阻隔。為修復坡體生態(tài)，保證山體穩(wěn)固性，需對山地綠地進行水文地質(zhì)災害評估，加固地質(zhì)不良區(qū)域，識別潛在匯水路徑，采用梯級分層滯蓄的方式對地表徑流進行有機引導。在上游坡頂修筑0.5m×0.5m的截洪溝，錨固失穩(wěn)地段，清除坡面危石。中游間隔布置梯級濕塘，最大限度地消減水文動力，調(diào)節(jié)沖溝徑流量。上下游交界處設置截污溝，再次對徑流雨水凈化過濾，下游采用生態(tài)方槽軟化硬質(zhì)化駁岸，利用生態(tài)袋加固駁岸。同時對引流載體自然型沖溝進行分級改造，穩(wěn)固沖溝兩側地形，充分利用高差緩沖導控引流水體。山體步道一般可與梯臺結合，在步道兩側建立植草淺溝和礫石溝系統(tǒng)，將收集的徑流傳輸至梯臺的生物滯留池。針對公園西北高處斷崖空間的修復治理，應以最大限度保留原始地貌為原則，結合連續(xù)帶型的崖線界面，配置多層次根系發(fā)達的喬-灌-草植物群落以涵養(yǎng)水源，保證崖線周邊的生態(tài)地質(zhì)安全(圖9)。

圖7 金開大道部分路段LID雨景單元設計

圖8 頤和公園臺地廣場LID雨景單元設計

圖9 頤和公園綠地LID雨景單元設計

3 結語

本文基于低影響開發(fā)的山地特征的藍綠生態(tài)網(wǎng)絡系統(tǒng)修復設計實踐，提出了針對山地地域生態(tài)特征的各種類型用地的LID雨景單元設計及組合方式，探討了建筑小區(qū)、城市道路、廣場及公園綠地之間處理雨水徑流的銜接方式，系統(tǒng)性地提出了藍綠基礎設施與灰色排水市政設施協(xié)調(diào)的高效實踐途徑，從生態(tài)安全格局評估、城市自然水文系統(tǒng)恢復、雨水排放管理利用等方面實現(xiàn)了山地城市的優(yōu)化提升。在山地新城規(guī)劃初期，從流域整體格局出發(fā)，保留水文系統(tǒng)自然生態(tài)本底，統(tǒng)一構建多目標雨水系統(tǒng)控制專項規(guī)劃，預見性地保護天然水文空間，建立城市水環(huán)境與城市空間新型共融關系。針對山地舊城更新，需重新對水文環(huán)境進行綜合評價，結合可拓展改造的空間統(tǒng)籌布局藍綠生態(tài)基礎設施，恢復完整多樣的水網(wǎng)格局，達到舊城升級轉型的目的；后續(xù)仍需結合建成后的生態(tài)保護與建設效果評估，針對性地做出優(yōu)化與調(diào)整。

注：文中圖片均由作者繪制。