川西林盤院落的地表徑流低影響措施設(shè)計(jì)研究

伍麗萍，楊青娟，蘭 茜

(西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院，成都 611756)

前 言

蜀郡太守李冰統(tǒng)籌修建的川蜀都江堰水利工程，滋養(yǎng)了巴蜀大地，岷江之水被導(dǎo)入平原的廣大農(nóng)田基底，讓川西平原有了密如蛛網(wǎng)的排灌體系?！按ㄎ髁直P”往往與灌渠比鄰而建，是農(nóng)村院落與周邊高大喬木、竹林、河流及外圍耕地等自然環(huán)境有機(jī)融合，是典型的農(nóng)村居住環(huán)境形態(tài)[1]。

然而隨著城市化的快速發(fā)展，鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)峻，水資源短缺、水環(huán)境污染和雨水內(nèi)澇日益成為世界性的危機(jī)和問題。由于受到人類活動(dòng)的長期影響，成都平原等地下水水質(zhì)不斷惡化[2]。川西林盤院落地表徑流的隨意排放對地下水水質(zhì)以及灌溉渠系水質(zhì)造成了嚴(yán)重的影響。川西林盤地區(qū)獨(dú)特的分散式村落布局，使得村落地表徑流污染雖總量不大，但分布非常分散，處理相對困難，加上一般家庭處理意識不強(qiáng)，因此對地表徑流的處理和利用沒有得到妥善解決，對周邊水體及都江堰灌區(qū)灌溉水系的污染日漸加重，不僅影響林盤水文環(huán)境質(zhì)量、破壞鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境，還對食品安全、公眾健康、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等帶來一系列危害。因此，對川西林盤院落的地表徑流特點(diǎn)、類型、來源、處理現(xiàn)狀等問題進(jìn)行研究，并給出相關(guān)優(yōu)化建議，對保護(hù)林盤地區(qū)地表徑流的非點(diǎn)源污染并對灌渠的保護(hù)有著重要意義。

1 林盤空間特征

1.1 林盤空間要素特征

千百年來，川西林盤遵循著自然生長法則，隨田而居、與林為伴、以水相依，在其特有社會環(huán)境下形成了獨(dú)具特色的物質(zhì)空間與居民活動(dòng)特點(diǎn)。在其他文獻(xiàn)對林盤定義的基礎(chǔ)上，可以將川西林盤定義優(yōu)化為：由田園、林木、水系、宅院等形態(tài)要素融合形成的田間‘盤狀’聚居點(diǎn)，是集生態(tài)、生產(chǎn)、生活、景觀、文化于一體的川西平原典型的人居環(huán)境鄉(xiāng)村聚落[3-4]。

林盤主要有四個(gè)空間要素：田園、林木、水系、宅院。田園即是農(nóng)田和果園，是林盤的核心生產(chǎn)資源。林木是林盤構(gòu)成的標(biāo)志與載體，是村民根據(jù)生活和生產(chǎn)勞作的需求，在宅旁栽植的植物群落。水系無疑是川西林盤形態(tài)特征形成的重要構(gòu)成之一，在很大程度上促進(jìn)了林盤的產(chǎn)生與發(fā)展。眾所周知的都江堰灌溉水系正是川西林盤賴以生存的命脈，它保障著灌區(qū)內(nèi)農(nóng)戶的生產(chǎn)和生活用水。宅院是林盤構(gòu)成的主體也是核心要素，決定著林盤的規(guī)模與興衰。宅院由建筑和院壩構(gòu)成。建筑規(guī)模和布局較靈活自由，其平面布局形式有“一”字形、“L”型、三合院和四合院四種基本形式，以及衍生的各種形式。院壩是農(nóng)戶生產(chǎn)生活的必要場地，所有建筑都與院壩相連組成農(nóng)家宅院。

1.2 院落空間構(gòu)成及尺度

林盤作為川西的一種人居聚落，其空間分布的最大特色是規(guī)模小而分散。林盤層級式展開的平面空間形態(tài)由內(nèi)向外依次為院壩—建筑—林地—田地(圖1)。(圖1右圖來源：方志戒《林盤文化國義》；右圖來源：谷歌地圖。)院壩處于建筑、院墻、籬笆等圍繞之下，是院落空間的中心所在；院落的外圍是菜地、果樹和林木等；外層是茂密的樹林與竹木，將院落緊緊圍繞其中，成為其安居的綠色屏障；林盤外圍是開闊的田地，是村民就近耕作的場所。

圖1 林盤聚落空間模式示意圖Fig.1 Schematic diagram of spatial mode of Linpan settlement

林盤在形成過程中，受各種因素影響，呈現(xiàn)出鄉(xiāng)土氣息濃厚的空間形態(tài)?？蓮囊?guī)模大小、居住組合方式、平面形態(tài)、綠化樹種等多角度來劃分林盤類型。一般來說，林盤依據(jù)聚居農(nóng)戶數(shù)量的不同，表現(xiàn)為林盤占地規(guī)模的大小和聚居人口數(shù)量的不同。成都市有關(guān)現(xiàn)狀林盤的調(diào)查分類將林盤分為小型、中型和大型林盤[3]，通常居住 10 戶以下的林盤稱為小型林盤(圖2)，其中也包括居住 1～2 戶的散戶；居住 10～40 戶的林盤稱為中型林盤(圖3)；居住 40 戶以上的稱為大型林盤(圖4)。其中以占地幾千平米的小型林盤分布最多[3]。(圖2～圖4來源：根據(jù)調(diào)研衛(wèi)星地圖以及參考文獻(xiàn)改繪)

圖2 小型林盤——水渠在林盤四周或從院前流過Fig.2 Small Linpan - the canal flows in front of the courtyard dam around the Linpan

圖3 中型林盤——林盤通常位于水渠兩側(cè)的林帶旁邊Fig.3 Medium Linpan - Linpan is usually located along strips of forest on either side of channels

圖4 大型林盤——林盤通常位于水渠兩側(cè)的林帶旁邊Fig.4 Large Linpan - Linpan is usually located on either side of rivers

1.3 林盤院落與水渠的關(guān)系

林盤水系主要包括灌渠、溪溝、堰塘、池沼、水井和排水溝等。經(jīng)過林盤的灌渠以斗渠、農(nóng)渠和毛渠為主，渠寬從二、三米到幾十厘米不等，幾乎每一座林盤都與灌渠或溪溝有著緊密的聯(lián)系。林盤與各類渠系關(guān)系如下：干渠河堤高大、河面寬，河水漲落季節(jié)變化較大，林盤通常不與它們直接相鄰。支渠和斗渠(圖5)河面較寬，兩岸有高大的防護(hù)林，林盤就藏身于兩岸林帶旁，渠內(nèi)一年四季流水湯湯，既是林盤的背景景觀，又是絕佳的天然屏障[4]。農(nóng)渠和毛渠(圖6)分布最多，流水緩緩，縈繞于林盤四周或穿行于宅院之間，十分宜人。不同規(guī)模的林盤與水系的關(guān)系見表1。

表1 不同林盤類型的院落與水系的關(guān)系Tab.1 Relationship between courtyard and water system of different Linpan types

圖5 林盤邊的支渠和斗渠Fig.5 Branch and canals beside the Linpan

圖6 環(huán)繞林盤的農(nóng)渠、毛渠、溪溝Fig.6 Agricultural canals, gross canals and streams surrounding Linpan

林盤農(nóng)戶常將灌渠縈繞于宅院前后，在渠上修筑小橋，建踏步等。流經(jīng)林盤的溪溝，在取水用水之處留有豁口，一般有高大的喬木或竹叢為之掩映，林下是汲水的踏步和洗淘的臺面。有的農(nóng)戶還將院旁的渠道拓寬，形成小水塘；有的還挖渠引流，將水引進(jìn)自家院壩后再回流至灌渠，巧妙利用。灌渠與河道之水除了灌溉、洗淘和養(yǎng)殖外，在很長的歷史時(shí)期，還被用作飲用水。直到上世紀(jì) 70 年代，都江堰灌區(qū)“上五縣”不少林盤村民還在飲用河渠水，只是后來由于水質(zhì)污染，才改為飲用地下水或自來水[5]。

2 林盤院落地表徑流來源及處理現(xiàn)狀

近年來，鄉(xiāng)村的物質(zhì)條件上升，生活水平逐漸上漲，但生態(tài)環(huán)境質(zhì)量卻有所下降。日常生活區(qū)域中產(chǎn)生的垃圾沒有得到科學(xué)合理的處置，對鄉(xiāng)村環(huán)境造成了直接的影響。唐聞力、付成果、鄧敏等研究了我國鄉(xiāng)村環(huán)境污染現(xiàn)狀、污染來源、處理現(xiàn)狀及治理對策，提到了農(nóng)村生活垃圾是鄉(xiāng)村污染的主要原因之一，具有堆放點(diǎn)分散、成分復(fù)雜、處理體系無序等特點(diǎn)[6～8]；張玲玲等研究了海綿型院落式民居雨水利用，分析不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的院落式民居雨水收集的可利用量，提出了適合典型院落式民居中應(yīng)用的雨水利用改造方案[9]；張小玲研究了農(nóng)家庭院初期徑流污染控制技術(shù)，通過發(fā)掘新型基質(zhì)以強(qiáng)化人工濕地及雨水滯留池精華能力[10]；魏孜等監(jiān)測了10場降雨事件下北京典型庭院屋面和庭院徑流的水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)屋面徑流水質(zhì)較好，符合生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)，初期沖刷效應(yīng)明顯，庭院雨水水質(zhì)相對較差，無法滿足生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[11]。

本文研究的林盤院落地表徑流主要是院壩內(nèi)的地表徑流。雖然目前我國在鄉(xiāng)村也正在積極推進(jìn)生態(tài)建設(shè)，逐漸建立小型生活污水的處理站，將廁所污水、廚房污水、洗滌污水等進(jìn)行集中處理，近年來林盤地區(qū)新建的農(nóng)村集中居住點(diǎn)也均配建污水處理設(shè)施，但總體來說，由于農(nóng)村地區(qū)環(huán)保設(shè)施數(shù)量少，覆蓋范圍小，林盤內(nèi)的地表徑流都是就地露天排放，垃圾清運(yùn)率低[12]， 洗衣洗菜等部分生活污水容易進(jìn)入院壩地表徑流，產(chǎn)生非點(diǎn)源污染，對水渠水質(zhì)和周邊環(huán)境污染較嚴(yán)重(圖7)。因此林盤院落地表徑流污染來源主要是部分生活污水的排放。根據(jù)文獻(xiàn)研究及現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果顯示，進(jìn)入地表徑流的生活污水主要包括村民生活過程中洗淘衣物、洗淘農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、沖刷畜禽糞便、沖刷生活垃圾堆放殘留物、以及沖刷農(nóng)業(yè)殘留污染等產(chǎn)生的污水。其徑流污染的初期沖刷效應(yīng)較明顯，無有毒有害物質(zhì)，主要為TP、TN、COD、SS等物質(zhì)，氮磷濃度較高，還含有一些醋酸、碘、鈉等化學(xué)物質(zhì)[8，10]。

圖7 林盤內(nèi)水渠污染現(xiàn)狀Fig.7 Pollution status of canals in Linpan

3 林盤院落地表徑流低影響處理措施

針對林盤內(nèi)農(nóng)村院落地表徑流水量差異大、污染源相對分散、可生化性好、無有毒有害物質(zhì)、氮磷濃度較高等特點(diǎn)，可采用分散處理模式，利用生態(tài)處理措施對污水進(jìn)行生態(tài)凈化。遵循因地制宜、利用為先、就地就近的原則，先通過低影響處理措施處理，再進(jìn)入排污管到達(dá)中小型污水處理設(shè)備或進(jìn)行自然處理等形式。具體措施包括：林盤院落空間設(shè)置雨水花園，鄰接綠地設(shè)置植草溝，利用農(nóng)戶周邊魚塘、農(nóng)田，構(gòu)建人工濕地，使污染物進(jìn)一步降解后再進(jìn)入自然水體。這種生態(tài)措施具有投資運(yùn)行成本低、景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)。本文依據(jù)不同規(guī)模林盤中院落與水渠的空間關(guān)系提出對地表徑流的低影響處理措施。

3.1 小型林盤

小型林盤聚居戶數(shù)一般在10戶以下，分散于田間、丘陵中或位于鄉(xiāng)村支路旁或農(nóng)渠旁，水渠通?？M繞于林盤四周或穿行于宅院之間。此類林盤住戶較為分散，可以對單戶設(shè)置處理措施。住戶院落與水渠臨近，降雨產(chǎn)生地表徑流時(shí)幾乎直接排入水渠，但可以用來布置措施的空間并不多，因此可以采用對土地占用不高、成本易控制的低影響處理措施，植草溝、雨水花園、生物滯留池等(圖8)。

圖8 小型林盤的措施示意圖Fig.8 Schematic diagram of small Linpan measures

對宅前有綠地的院落，可以在綠地中設(shè)置生態(tài)植草溝。生態(tài)植草溝是一種生態(tài)的地表排水方式，一般為依綠地建設(shè)的淺溝，溝內(nèi)種植植物，通過下滲、植物過濾等原理凈化和削減雨水徑流。院落地表徑流在排放前先通過生態(tài)植草溝輸送，可以截留徑流污染物，滯留雨水，削減徑流量。生態(tài)植草溝不需占用專門土地，可以提高土地利用率，并且造價(jià)低，可與鄉(xiāng)村中的排污管聯(lián)合運(yùn)行，可節(jié)約管道建設(shè)維護(hù)費(fèi)用，條件適合時(shí)也可代替管網(wǎng)，同時(shí)還可以增加綠地景觀效果。

對宅前無綠地，院壩直接與水渠相鄰的，可以在院壩中設(shè)置雨水花園。雨水花園是利用淺洼地形的一種生物滯蓄設(shè)施，淺洼內(nèi)種植適當(dāng)植物，通過吸附、滲透和過濾等原理對地表徑流進(jìn)行控制利用，具有良好景觀效果。林盤宅院的建筑除了住房以外，通常還包括一些生產(chǎn)性建筑，如養(yǎng)雞房、養(yǎng)豬房等。雨水花園可設(shè)置在這類家禽養(yǎng)殖屋舍前。生活中盥洗產(chǎn)生的污水、院壩地表徑流或沖圈水等可先排入雨水花園。經(jīng)過這類處理設(shè)施的生活污水得到初期過濾，凈化后除去了大部分氮磷等物質(zhì)，再進(jìn)入下一個(gè)處理措施。

3.2 大、中型林盤

大、中型林盤聚居戶數(shù)在10戶以上，住戶相對集中，所以在此合并考慮。此類林盤通常整個(gè)聚落周圍分布有渠系，且位于林帶旁邊，有足夠的綠地，因此此類林盤的院落地表徑流可采取雨水花園、小型人工濕地等多個(gè)措施組合凈化的方式(圖9)。單戶院落內(nèi)設(shè)置雨水花園或生物滯留池，林盤內(nèi)再尋找一處位置合適、面積足夠的綠地設(shè)置人工濕地，院落內(nèi)的雨水花園先行降解污染物后，再排入生態(tài)溝渠或雨水管網(wǎng)，進(jìn)入人工濕地進(jìn)一步去除剩余有機(jī)物和實(shí)現(xiàn)氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，去除SS、N、P、COD等污染物。經(jīng)過組合措施的凈化，可以降低區(qū)域洪澇風(fēng)險(xiǎn)，凈化雨水徑流，減小徑流直接進(jìn)入水渠或土壤的污染，同時(shí)減小徑流對下游設(shè)施的負(fù)荷沖擊。凈化后的污水可回用灌溉，也可以補(bǔ)充地下水。因人工濕地相對于雨水花園、植草溝等占地面積較大，因此可以三五戶甚至整個(gè)林盤聚落共用一個(gè)人工濕地，可以結(jié)合實(shí)際的自然條件與污水處理需求選擇合適的人工濕地類型。

圖9 大、中型林盤的措施示意圖Fig.9 Schematic diagram of medium and large Linpan measures

大中型林盤中的住戶雖不像分散住戶緊鄰水渠，但有的農(nóng)戶會將水系引流進(jìn)自家的宅院前后，形成毛渠或農(nóng)渠，因此在雨水徑流量較大時(shí)，可根據(jù)住戶情況選擇將措施處理后的尾水溢流進(jìn)入水渠，或收集儲存用于農(nóng)戶房前屋后的菜地或綠地灌溉。

4 結(jié)論與建議

川西林盤是特色鮮明的地域性鄉(xiāng)村聚落，水系是川西林盤靈魂所在。近年來，人們不斷開展了對川西林盤的研究和保護(hù)，對水系的保護(hù)和林盤鄉(xiāng)村污染治理也逐漸開展，但污染問題仍然嚴(yán)峻而緊迫。當(dāng)?shù)鼐用竦纳盍?xí)慣和污染防止意識對解決相關(guān)問題非常重要，但由于村民信息相對閉塞，多數(shù)村民并沒有積極參與環(huán)境保護(hù)的主動(dòng)性，村民生活習(xí)慣和建設(shè)地表徑流凈化措施的積極性短期內(nèi)往往難以改善。因此在不斷推動(dòng)林盤低影響處理措施建設(shè)的同時(shí)，積極培養(yǎng)村民的環(huán)保意識，開展可持續(xù)雨洪管理公眾教育，也是應(yīng)采取的必要措施。

綜上，根據(jù)大、中、小型林盤的規(guī)模及其與水系的空間關(guān)系，總結(jié)林盤院落地表徑流污染的來源及處理現(xiàn)狀，本研究對不同規(guī)模的林盤院落分別提出了相適應(yīng)的低影響處理措施：小型林盤可以在院壩或宅前綠地中設(shè)置雨水花園或生態(tài)植草溝：大、中型林盤可以采取雨水花園、人工濕地等多個(gè)措施的組合凈化，以減少地表徑流污染對林盤造成的影響，為川西林盤院落地表徑流的處理和都江堰灌溉水渠水質(zhì)優(yōu)化提供積極的建設(shè)策略和參考。同時(shí)相應(yīng)措施建設(shè)，結(jié)合環(huán)保知識宣傳，制定相關(guān)措施運(yùn)用維護(hù)的鄉(xiāng)規(guī)村約，讓每個(gè)農(nóng)民都能意識到自己的責(zé)任和義務(wù)，主動(dòng)參與到日常的污染處理中，對從根本上改變農(nóng)村生活污染嚴(yán)重、處理難的問題具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。