高效精準(zhǔn)的城市河流生態(tài)景觀構(gòu)建方法研究

胡麗香　任鵬　翟蘋

關(guān)鍵詞：城市河流；生態(tài)景觀；構(gòu)建方法

中圖分類號(hào)：ＴＶ８５；Ｐ９０１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０５．０２１

引用格式：胡麗香，任鵬，翟蘋．高效精準(zhǔn)的城市河流生態(tài)景觀構(gòu)建方法研究［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（５）：１０３－１０７，１１４．

河流是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。城市河流在城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮生態(tài)廊道的作用，為生物提供遷移和繁衍的場所。隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市河流得到大規(guī)模治理，但在保障防洪安全、改善城市環(huán)境的同時(shí)，存在一些不可忽視的問題，比如隨著防洪標(biāo)準(zhǔn)的提高，河流拓寬、堤防抬高導(dǎo)致河流兩岸綠地生境遭到破壞，兩岸堆積的大量棄土難以處理等，進(jìn)而面臨著重新構(gòu)建穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，營造地域特色，合理布置服務(wù)設(shè)施和高效管理等難題［１－４］ ，如何高效精準(zhǔn)地系統(tǒng)解決城市河流生態(tài)景觀重構(gòu)問題是河流生態(tài)治理亟須解決的難題。

１河流生態(tài)景觀構(gòu)建面臨的問題

１．１景觀地形塑造

目前景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域主要基于手繪和ＡｕｔｏＣＡＤ 軟件進(jìn)行二維地形塑造，這種方法對于高差小、起伏緩和、造型規(guī)則的簡單場地較為適宜，在比較復(fù)雜崎嶇的山體等景觀地形中則面臨著空間效果難以把控、設(shè)計(jì)易出現(xiàn)安全問題、土方難以完全平衡等問題［５－６］ ，完全解決這些問題需要耗費(fèi)大量時(shí)間。一方面，巨大的高差會(huì)增加工作量；另一方面，多變的造型很難用二維線條表達(dá)，高臺(tái)與低谷之間的錯(cuò)落關(guān)系也更加復(fù)雜。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中無法直觀顯示設(shè)計(jì)方案的效果，常常造成返工修改，后期土方平衡更是難上加難。

１．２場地雨水管理

雨水管理涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，自然地理、城市水利、城市規(guī)劃、風(fēng)景園林等專業(yè)都開展了有關(guān)雨水的研究，包括城市暴雨及內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估、雨水管網(wǎng)系統(tǒng)評估、暴雨雨型分析、景觀生態(tài)格局、城市水系統(tǒng)、城市綠地定量分析等。目前濱水綠地雨水管理要么從宏觀上提出指導(dǎo)意見與準(zhǔn)則，可實(shí)施性較差；要么從微觀角度提出老舊綠地的單一海綿城市改造，主要研究植草溝、雨水花園、旱溪等典型海綿設(shè)施節(jié)點(diǎn)，通過改變節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行雨水管理，涉及的尺度較小，缺少海綿城市視角下綠地的系統(tǒng)專項(xiàng)研究。

１．３植物選擇及群落配置

城市生態(tài)環(huán)境是一個(gè)綜合的、多元的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，不同立地條件下土壤、光照、水分等狀況不同，因此在植物選擇和群落配置時(shí)，不僅要考慮植物的自然生態(tài)特性，而且要考慮城市特殊的生態(tài)條件。我國植物設(shè)計(jì)普遍從美學(xué)價(jià)值角度出發(fā)進(jìn)行主導(dǎo)設(shè)計(jì)，然而過分注重美學(xué)上的追求，設(shè)計(jì)前期缺乏對植物配置的科學(xué)分析，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)完成后出現(xiàn)大量不合理的地方。此外，在“適地適樹”的景觀植物選擇上，多以經(jīng)驗(yàn)為主，雖然可以對植物種植場地提供一些建議，但是在對植物種植場地的生態(tài)因子評價(jià)方面缺乏系統(tǒng)的方法與技術(shù)平臺(tái)。自然界中沒有一種植物可以完美適應(yīng)任何環(huán)境條件，而環(huán)境條件又存在異質(zhì)性，因此對植物種植場地進(jìn)行環(huán)境分析和評價(jià)顯得尤為必要。

１．４景觀布局規(guī)劃

景觀是人類的世界觀、價(jià)值觀、倫理道德的反映，是人類的愛和恨，欲望與夢想在大地上的投影。景觀布局是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的途徑，是利用科學(xué)理論創(chuàng)造景觀的過程。景觀生態(tài)規(guī)劃（Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｌａｎ?ｎｉｎｇ）以區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)整體優(yōu)化為基本目標(biāo)，通過研究景觀格局與生態(tài)過程、人類活動(dòng)與景觀的相互作用，建立區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化利用的空間結(jié)構(gòu)和模式，是景觀合理布局的重要方法。傳統(tǒng)景觀布局主要依靠景觀設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)判斷，容易出現(xiàn)主觀性太強(qiáng)、多專業(yè)融合難、服務(wù)設(shè)施機(jī)械布置等問題。雖然一些學(xué)者和設(shè)計(jì)師已經(jīng)開始用景觀生態(tài)學(xué)理論來指導(dǎo)城市河流治理工作，但具體應(yīng)用時(shí)偏重定性研究，沒有根據(jù)城市河流復(fù)合功能（水安全、水生態(tài)、水景觀、水文化等）的需求，構(gòu)建適用于城市河流生態(tài)治理的適宜性評價(jià)指標(biāo)體系，沒有根據(jù)量化的結(jié)果來指導(dǎo)城市河流的空間布局設(shè)計(jì)。

１．５城市河流智能管理平臺(tái)構(gòu)建

城市河流管理原來僅局限于河流水體管理，包括水量和水質(zhì)管理，現(xiàn)在城市河流管理已經(jīng)從工程水利向環(huán)境水利和生態(tài)水利發(fā)展，既包括水安全管理，也包括水生態(tài)、水環(huán)境、水資源和水景觀管理［７－８］ ，城市河流管理已經(jīng)成為四水同治的集合體。目前，雖然我國水體治理取得了不小的成績，但是還存在城市河流管理多專業(yè)數(shù)據(jù)各自采集、信息割裂、互通困難等問題，給生態(tài)河流管理工作帶來很大阻礙。

２城市河流生態(tài)景觀構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)

本研究聚焦城市河流生態(tài)景觀構(gòu)建的系統(tǒng)解決方案和高效精準(zhǔn)的構(gòu)建方法，通過科學(xué)研究和實(shí)踐創(chuàng)新相結(jié)合的方式，從景觀地形塑造、雨水高效管理、生態(tài)節(jié)約型植物配置、景觀布局、智慧管理等方面開展不同層面、不同尺度的研究，創(chuàng)建了“山－水－林－游－管”五類要素集成的城市河流生態(tài)景觀高效精準(zhǔn)構(gòu)建方法。共研發(fā)并提出了５ 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括三維動(dòng)態(tài)地形塑造技術(shù)、雨水多維高效管理技術(shù)、生態(tài)節(jié)約型植物智能配置技術(shù)、四位一體景觀布局技術(shù)、水利園林融合的智能管理構(gòu)建技術(shù)。

２．１山——三維動(dòng)態(tài)地形塑造技術(shù)

“山”指景觀地形的塑造。地形是景觀的骨架，地形對于景觀空間的塑造至關(guān)重要。在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)環(huán)境下，只能憑經(jīng)驗(yàn)手繪等高線，地形形態(tài)難以把握，精確的土方計(jì)算更加困難。因此，如何進(jìn)行便捷、準(zhǔn)確的地形設(shè)計(jì)是生態(tài)景觀領(lǐng)域的難點(diǎn)和重點(diǎn)。本文創(chuàng)新性研發(fā)了一套生態(tài)景觀三維動(dòng)態(tài)地形塑造技術(shù)，該技術(shù)根據(jù)生態(tài)景觀地形設(shè)計(jì)流程，從現(xiàn)狀地形分析、初步方案塑形、復(fù)核優(yōu)化到滿足土方平衡的方案優(yōu)選，可以實(shí)現(xiàn)ＳｋｅｔｃｈＵｐ、Ｃｉｖｉｌ ３Ｄ、Ｒｅｖｉｔ、Ｅｎｓｃａｐｅ 等軟件全過程耦合運(yùn)用，并實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)展示。在鄭州市賈魯河治理項(xiàng)目中，為了消納２ ５００ 多萬ｍ^３的土方，從場地現(xiàn)狀地形分析、初步方案塑形、復(fù)核優(yōu)化到滿足土方平衡的方案優(yōu)選，采用三維動(dòng)態(tài)地形塑造技術(shù)，高效高質(zhì)地實(shí)現(xiàn)了土方平衡，見圖１、圖２。

基于三維模型可以進(jìn)行多項(xiàng)量化分析，包括精確的土方工程量計(jì)算、視線分析、高程分析、坡度坡向分析、匯水區(qū)域分析等，科學(xué)精準(zhǔn)指導(dǎo)后續(xù)節(jié)點(diǎn)、園路、植物、排水設(shè)計(jì)，見圖３。該方法解決了傳統(tǒng)二維制圖在地形塑造中效果難以把控、方案調(diào)整煩瑣、設(shè)計(jì)效率低、土方難以完全平衡等難題。

２．２水——雨水多維高效管理技術(shù)

“水”指場地雨水管理。地形骨架確定后，最重要的就是雨水管理。在海綿城市建設(shè)背景下，綠地常規(guī)雨水管理方式是全面建設(shè)海綿設(shè)施，充分發(fā)揮綠地的海綿功能，超標(biāo)雨水通過管道快速排走，這極大發(fā)揮了綠地的海綿功能，但是仍然面臨一些難以處理的問題，比如人工堆山排水安全如何保障、綠地排水沒有出路、建筑屋面雨水污染嚴(yán)重、透水鋪裝耐久性差且易堵塞等?；诖?，本文研發(fā)了山體雨水高效疏導(dǎo)技術(shù)（Ｍ）、地景海綿保障技術(shù)（Ｆ）、屋面雨水處理的復(fù)式豎向海綿系統(tǒng)（Ｂ）和適用于海綿城市的生態(tài)鋪裝儲(chǔ)水裝置（Ｓ）等，空間上構(gòu)建ＭＦＢＳ 四位一體的多維高效生態(tài)海綿技術(shù)體系，建立從源頭到末端的全過程雨水控制與管理體系，見圖４。

針對人工堆山，研發(fā)“井” 字形山地立體排水系統(tǒng)，兼具保土固坡、緩滯快滲、高效疏導(dǎo)等功能，實(shí)現(xiàn)山體雨水的安全生態(tài)管控；針對平緩場地，提出多標(biāo)準(zhǔn)的地景海綿保障技術(shù)，統(tǒng)籌水、土壤和植物三要素，布置區(qū)域性下凹地景海綿設(shè)施，當(dāng)遇到暴雨或特大暴雨時(shí)，能夠吸收容納１～５０ａ 一遇的降雨量，實(shí)現(xiàn)綠地景觀與海綿功能的最大化；針對建筑，充分利用建筑立墻，研發(fā)了兼具景觀效果和雨水處理回用功能的“屋面雨水處理的復(fù)式豎向海綿系統(tǒng)” 專利技術(shù)（ 專利號(hào)：ＺＬ２０１８２１７６４４５３．１），生態(tài)高效地管控建筑屋面雨水；針對硬質(zhì)鋪裝場地，研發(fā)了適用于景觀園路、廣場等硬質(zhì)場地的“生態(tài)鋪裝儲(chǔ)水裝置” 專利技術(shù)（專利號(hào)：２０１６２０４２９５４３．Ｘ），解決傳統(tǒng)透水鋪裝易堵塞、耐久性差的問題，實(shí)現(xiàn)雨天快速滲透、雨后緩釋清水、高效攔污再生的功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)綠色、高效、凈化、回流、涵養(yǎng)水源的功能，其在賈魯河的應(yīng)用見圖５～圖７。應(yīng)用多維高效生態(tài)海綿系統(tǒng)，可以極大地提高場地雨水徑流的削峰減排效果，實(shí)現(xiàn)區(qū)域８５％徑流總量控制目標(biāo)，在常規(guī)降雨中項(xiàng)目區(qū)出水口無產(chǎn)流，１０ ａ 一遇洪峰流量由１．８０ ｍ^３／ｓ 削減為１．１５ ｍ^３／ｓ，可消減排水區(qū)洪峰流量約３６．１％，延后項(xiàng)目區(qū)峰值出現(xiàn)時(shí)間約１ ｈ，徑流總量和洪峰削減效果顯著。賈魯河兩岸綠地全面運(yùn)用雨水多維高效管理技術(shù)，經(jīng)歷鄭州“７·２０”特大暴雨后，賈魯河人工堆山和綠地海綿設(shè)施依然安全無恙。

２．３林——生態(tài)節(jié)約型植物智能配置技術(shù)

“林”指植物的配置。植物是園林造景要素中唯一具有生命的要素，也是生態(tài)景觀設(shè)計(jì)中最難以掌控的要素。傳統(tǒng)植物選擇及配置主要依靠設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)判斷，定性分析城市植被區(qū)劃和生境，側(cè)重植物空間藝術(shù)效果，針對性弱，容易出現(xiàn)植物成活率低、后期養(yǎng)護(hù)管理難等問題。針對上述問題，探索研發(fā)了基于生境圖譜的生態(tài)節(jié)約型植物配置技術(shù)，并構(gòu)建了“數(shù)字化植物智能配置平臺(tái)”?；冢茫椋觯椋?３Ｄ 技術(shù)和ＧＩＳ 技術(shù)對制約植物生長的光照、土壤、水３ 個(gè)重要生態(tài)因子進(jìn)行分析，并在空間上對這３ 個(gè)生態(tài)因子分析圖進(jìn)行疊加，生成現(xiàn)狀場地的“種植生境圖譜”，見圖８。在此基礎(chǔ)上，通過對鄭州地區(qū)園林植物信息的收集整理，建立集存儲(chǔ)信息、檢索信息、篩選信息、分析數(shù)據(jù)等功能于一體的“數(shù)字化植物智能配置平臺(tái)”，使植物配置從“人工經(jīng)驗(yàn)定性”轉(zhuǎn)為“智能精準(zhǔn)定量”，最終實(shí)現(xiàn)快速有效的生態(tài)節(jié)約型植物群落配置，從源頭上解決了因植物配置過于主觀、不夠精準(zhǔn)而帶來的后期養(yǎng)護(hù)管理難、成活率低等問題。賈魯河兩岸綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)中利用“數(shù)字化植物智能配置平臺(tái)”，在充分掌握現(xiàn)狀植物生境的基礎(chǔ)上，因地制宜進(jìn)行植物配置，實(shí)施后植物成活率高達(dá)９５％。

２．４游——四位一體景觀布局技術(shù)

“游”指與人游憩相關(guān)的景觀設(shè)施的布局。傳統(tǒng)景觀布局主要依靠景觀設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，容易出現(xiàn)主觀性太強(qiáng)、多專業(yè)融合難、服務(wù)設(shè)施機(jī)械布置等問題，導(dǎo)致總體布局不科學(xué)，不能滿足游人游憩需求。為了突破多專業(yè)壁壘，研發(fā)了一套四位一體景觀布局技術(shù)，以滿足河流水安全、水生態(tài)、水景觀、水文化四位一體復(fù)合功能為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建適用于城市河流生態(tài)治理的景觀生態(tài)適宜性評價(jià)指標(biāo)體系，包括防洪安全層、生態(tài)環(huán)境層、視覺景觀層和人文環(huán)境層四大層面的評價(jià)指標(biāo)?；冢牵桑?快速有效對河流現(xiàn)狀進(jìn)行景觀生態(tài)適宜性評價(jià)，將復(fù)雜多元的因素在空間上有機(jī)疊加，根據(jù)綜合評分，因地制宜地進(jìn)行景觀節(jié)點(diǎn)布局，包括一級節(jié)點(diǎn)和二級節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)級別，分級布置服務(wù)設(shè)施，各級節(jié)點(diǎn)景觀密度不同，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，見圖９。最終實(shí)現(xiàn)城市防洪、生態(tài)修復(fù)、景觀提升和文化融合等多重目標(biāo)，解決了城市河流治理多專業(yè)融合難、景觀布局主觀性強(qiáng)、服務(wù)設(shè)施布置機(jī)械等問題。

２．５管——水利園林融合的智能管理構(gòu)建技術(shù)

“管”指河流的養(yǎng)護(hù)管理。城市河流往往由園林和水利兩個(gè)部門來養(yǎng)護(hù)管理，水利與園林?jǐn)?shù)據(jù)各自采集，信息交互割裂、互通困難，邊界條件獨(dú)立，應(yīng)用服務(wù)對象單一，這給河道管理工作帶來很大阻礙。本文突破水利和園林的界限，在數(shù)據(jù)庫中可以交叉索引，同時(shí)將遙感影像專題圖進(jìn)行融合疊加，直觀顯示，最終實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用層模型內(nèi)的流程關(guān)聯(lián)，得到基于水利和園林兩種因素的應(yīng)用結(jié)果。在一體化感知基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)融合式模型應(yīng)用，比如河流水量配置影響下的園林灌溉系統(tǒng)和人工濕地影響下的河道洪水預(yù)測，通過增加互相關(guān)聯(lián)條件，實(shí)現(xiàn)模型優(yōu)化，得到最終的管理決策方案。通過合理規(guī)劃、分區(qū)設(shè)計(jì)、統(tǒng)一平臺(tái)、資源共享，突破水利和園林行業(yè)壁壘，創(chuàng)建一個(gè)完善高效的智能化園區(qū)管理平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)“一張圖信息全展示、一賬號(hào)管理全覆蓋”的目標(biāo)，最大限度節(jié)約管理成本。

３結(jié)語

在當(dāng)今生態(tài)文明建設(shè)新時(shí)期，人民群眾在物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富得到滿足的同時(shí)，對優(yōu)美生態(tài)環(huán)境的需求日益強(qiáng)烈，生態(tài)可持續(xù)、優(yōu)美高品質(zhì)的城市河流景觀成為民眾關(guān)注的熱點(diǎn)，如何系統(tǒng)科學(xué)地構(gòu)建安全可達(dá)、生態(tài)可持續(xù)、景觀高品質(zhì)、文化特色鮮明的濱水景觀，是河流治理面臨的難題。本研究創(chuàng)建了“山－水－林－游－管”五類要素集成的城市河流生態(tài)景觀構(gòu)建技術(shù)體系，攻克了影響河道生態(tài)景觀的五大關(guān)鍵技術(shù)，并在鄭州市賈魯河生態(tài)綠化工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行管理中進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了非常顯著的生態(tài)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益，對于城市河流生態(tài)治理工程建設(shè)，具有非常廣泛而深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。

【責(zé)任編輯 呂艷梅】