陕北传统雨水场地的生态智慧对现代海绵城市建设的启示

杨建辉 周庆华Yang Jianhui Zhou Qinghua   2018-08-19 10:02:33

摘要:陕北特殊的自然条件和雨洪过程决定了海绵城市建设的关键是以小流域为基本尺度、以流域内的各类场地为基本单元,实现对地表径流的有效管控,并区别于其他地域的海绵城市建设。针对小流域内生产与生活场地上的地表径流管控问题,长期以来形成的地域经验与智慧值得挖掘与总结。通过调查研究,总结了传统措施具有的高适宜性、低成本、多功能融合的特征以及防用结合、综合治理和就地取材、生态审美2条场地建设经验;根据地形地貌、生产与生活功能及其地表水文过程的差异,将传统雨水场地及措施归纳为4种场地类型,并分别总结了每类场地适宜的措施及其特点。在对比传统经验措施与现代海绵城市措施的基础上,从4个方面指出了传统雨水场地经验智慧对现代海绵城市建设的启示。

关键词:风景园林;传统生态智慧;海绵城市;雨水场地;陕北地区

文章编号:1000-6664(2018)07-0064-05

中图分类号:TU 986

文献标志码:A

收稿日期:2018-04-15

修回日期:2018-05-21

基金项目:住房和城乡建设部研究开发项目“西北半干湿地区雨水利用场地适宜性设计方法及策略研究”(编号2013-K1-4)资助

Abstract: The specific natural conditions and stormwater process bring out a key point which makes the small watershed as the cardinal scales with the different types of sites as basic units in the watershed area, to achieve the effective control of surface runoff, for distinguishing from the other regions of sponge city construction. Focus on the control of surface runoff in the production and living area of small watershed, there are lots of traditional experience and wisdom worth to dig and summarize. Through investigation and study, three characteristics and two experiences of the traditional construction way could be summarized. Firstly, according to the differences of landform, production and life functions and surface hydrological processes, the traditional stormwater sites could be summarized into four types: flatland, barren hillside, gully valley and human settlement. Secondly, the appropriate measures and their functional characteristics in each type of site are summed up respectively. Finally, on the basis of comparing the traditional experience measures with the "sponge city" strategy, the enlightenment of the traditional wisdom of rainwater field on recent "sponge city" construction could be pointed out as four aspects.

Key words: landscape architecture; traditional ecological wisdom; sponge city; stormwater site; Northern Shaanxi

1 背景

陕北地区是中国典型的缺水地区,特殊的湿陷性黄土构造伴随季节性强降雨,导致地域水土流失严重、雨洪灾害频发。干旱缺水、季节性雨洪、水土流失和相对严寒的气候条件造成当地的生态环境十分敏感脆弱,极易因不当的生产和开发方式而造成严重破坏[1-3]。长期以来,当地人民和相关技术人员总结形成了一套适合地域条件的乡土雨水场地建设经验和智慧措施,以满足人居生活与生产中遇到的上述困难和问题,最大限度地保护和维持了脆弱的生态环境[1,4-5]。当前,随着城市化进程的加快以及生活水平的提高,人居建设工程在规模和数量上都急剧增加,人居环境中的地域特色和传统景观风貌逐渐消失[6]。对于西部干旱区,由于经济条件落后,人居环境建设滞后,关于人类聚居环境背景、活动、建设三位一体的理论研究与综合评价属于空白[7],盲目建设导致建设工程对周边生态环境的破坏也越来越严重(图1);另一方面,海绵城市建设在各地落地时出现了大量水土不服的问题,措施千篇一律、照抄照搬情况严重。改变目前海绵城市建设中的不良现状需要通过建立健全的雨水管理法律法规体系,研究适宜不同气候条件、城乡梯度和功能类型的场地中的雨水低影响开发的技术体系和模式,并出台各地区海绵城市建设技术导则与评价体系,以及加强多方力量协同合作等来实现[8]。虽然当前海绵城市的地域化问题越来越引起重视,也有学者展开相关研究[7,9-11],但不成体系,对陕北地区涉及甚少。

在陕北地区,人居环境建设中的生态问题往往与雨洪管控息息相关,事实上,特殊的地域情况决定了陕北海绵城市建设不仅仅局限于城市内部,更广泛的城市上游小流域范围内的生产与生活场地上的地表径流管控反而是问题的关键所在[10]。而当前的相关研究主要集中在水土保持与生态建设[12-13]、雨水的资源化利用[14-15],以及黄土高原人居空间单元与聚落[16-18]等主要方向,对以小流域为关键尺度、以各类场地为基本单元的雨洪管控研究非常缺乏,对传统人居智慧的总结也仅局限于建筑本体和聚落形态[19-20]等方面,对于人居场地和生产场地等外部空间的营造智慧总结甚少。基于这一现实,本文试图总结陕北地区传统雨水场地的经验与生态智慧,使陕北传统雨水场地建设在地域景观风貌与特色、和谐的人地关系、高效的雨水组织与利用、因地制宜思想的广泛落实等方面都能给现代海绵城市建设带来重要的启示和有益的参考。

2 陕北传统雨水场地经验与智慧

2.1 传统雨水场地措施产生的背景

陕北地区在气候上主要属于干旱半干旱气候区,局部属于半湿润气候区,地貌类型包括黄土塬、黄土丘陵和黄土河谷3个一级类型11个二级类型,其中分布面积最大的是黄土丘陵地貌[21]。这些地貌的产生与形成大都与地表水文过程有紧密关系,一方面水文要素在陕北地域景观特征形成中具有决定性的意义[22];另一方面,水文要素不仅影响了陕北地域自然景观的形成和人类生产活动的行为方式,还深刻影响着陕北的地域人居环境及人居活动,使得人居环境区域分布和聚落形成均以流域或小流域为核心,且多分布在流域流经地域的开敞川道两侧[23]。这种影响还表现为在总体干旱缺水与季节性洪水,以及黄土湿陷性三重因素的共同影响下,形成了该地域特殊的建造方式。如陕北传统的窑居建筑均具有雨水资源高效利用、选址时利用地形地貌来预防各种地质灾害、营造小气候适宜的居住生态环境,以及应用若干适宜性的建造技术和建造方式等特征[20,22]。陕北地区传统的雨水场地措施都是共生于生产场地和生活场地中的,是整个人居环境的有机组成部分,因此,在形式、构造、材料以及运行机制上都具备明显的地域特点。

2.2 陕北传统雨水场地措施的典型特征

陕北传统雨水场地措施因应特殊的地形地貌、土壤及气候条件、居住方式、经济水平等因素而产生,因此具有如下3个方面的典型特征。

2.2.1 高度的场地适宜性

陕北地区地形地貌复杂,像黄土丘陵、沟谷、粱峁等都与地表水文过程紧密相关,正因如此,针对不同的地貌类型,产生了适宜的场地雨水技术措施。这些技术措施在雨水利用与防护上的针对性极强,甚至是只在特定的地貌形态下才适合使用。如沟头防护措施就是专门为防护黄土沟壑不断向上游侵蚀而产生的一种场地雨水措施,类似的措施还有淤地坝、下凹式路面、明沟跌落系统、原边埂等。

2.2.2 低技术低成本特征

来源于农业生产与生活的乡土技术以及相对低廉的建设成本是陕北雨水场地措施的第二个特征。在陕北的坡地上进行农业生产往往因为坡度过大造成生产不方便、雨水流失过快、表层土壤流失以及场地侵蚀等,因此,产生了适应生产需要而又能充分合理利用雨水的反坡梯田、窄条梯田、水平阶、水平沟等措施。相对应地,在相对平坦的峁顶或者塬面上,则出现了防护性的原边埂、沟头防护以及蓄水用的水窖、涝池等措施。这些措施大都是就地取材、构造简单,所以成本也相对低廉。如梯田、原边埂、沟头防护等一般都是就地取土修筑而成,水窖和涝池这类设施,因防渗的需要,在构造上需要进行特殊的处理,但传统做法也都比较简单易行,往往用红胶泥在窖内或者池底做一定的处理即可[24]。

2.2.3 功能上的融合性

陕北地域雨水措施的第三个特征是生产、景观、雨水利用、水土保持等多种功能融合在一起,功能上集约高效、形式上简单易行。如淤地坝在发挥防洪功能的同时还具备保土、景观、保水、生产等功能;原边埂在截断径流、保塬固沟的同时如果结合经济植物(花椒、桑树、柿树、香椿、泡桐、杜仲、桔梗、紫穗槐、五倍子、山茱萸等)的种植就能强化土埂,变土埂为生物埂,强化防护能力,减少风沙、减少蒸发,提高土地经济效益,形成生物防护网络。

2.3 陕北传统雨水场地经验和措施

陕北雨水场地经验与智慧包含了水土保持、生态恢复、综合利用、人地和谐等思想。在陕北建设海绵城市,不单纯是建设用地内部的海绵建设问题,更是小流域综合生态治理的问题,在每一块场地中,体现生态规划与设计的思想比只关注单一措施更重要。具体而言,陕北传统经验智慧归纳起来表现在功能性和地域性2个方面。功能性方面大都结合具体的地形地貌、场地特点以及生态可持续思想来加以体现,地域性则从材料及做法、空间处理与朴素的审美观上加以体现。

2.3.1 经验一:因地制宜,防用结合,综合治理,确保安全

根据地貌类型和水文特点可以将陕北地区的雨水场地分为平坦塬地、荒山坡地、沟壑谷地和人居场地4类,每一类场地上应用的雨水措施大都符合因地制宜、防用结合、综合治理、确保安全的思想(图2、3)。

1)平坦塬地。

此类场地比较平坦,雨水易于收集,塬面以农业生产为主,塬面的边缘是易于发生水土流失和场地破坏的地方,因此适宜的措施主要以塬面雨水收集、利用,塬边筑埂防护为主要目的,包括涝池、水窖以及原边埂等。

图1 建设工程对环境的破坏2)荒山坡地。

此类场地面积占比比较大,场地具有明显的坡度,极易发生水土流失和场地垮塌,在不合理开发利用的情况下尤甚。适宜的措施都是针对荒山、坡地,以整地造林、植物护埂、滞水减蚀、削减沟谷汇水为代表的坡面防护和雨水利用措施,具体包括水平沟(阶)、鱼鳞坑、梯田等。

3)沟壑谷地。

研究区域内大小沟壑纵横,地貌破碎,这些沟壑谷地既是陕北地区的生态敏感地带,又是陕北人居生活空间的重要载体,该类场地中植被和水资源相对丰富、场地坡度较为陡峭,是地表径流的传输和汇聚路径。针对这些特点,形成了以淤地坝(系)、谷坊为代表的河川沟谷治理、防护和雨水利用措施。可用“沟头防护,大沟淤地,小沟缓流滞沙,植物固沟、防用结合”来加以概括。

4)人居场地。

陕北地区的人居场地在沟谷阳坡以及河川阶地上分布较多,地貌为完整塬面的地区则主要分布在塬面上。人居场地的雨水措施主要以保护场地的安全为主要目的,针对沟谷坡地以及平坦塬地水文过程的不同,场地雨水处理方式有较大差异:沟谷坡地型人居场地更强调雨水的安全排放,塬面型雨水场地则更强调雨水的收集回用。此类场地中适宜的经验措施包括各类窑居场地、涝池(坡塘)、水窖(旱井)、下凹式道路、明沟跌落式排水沟渠等为代表的人居生产与生活雨水综合利用形式和措施。可用一句话概括:“窑居院落多防护,上拦下排场中蓄,绿色屋顶不露土。”

2.3.2 经验二:就地取材、协调统一、生态审美

本条经验可以从材料与做法、空间手法及其包含的朴素审美思想2个方面来加以体现(图4)。

1)材料与做法:就地取材、协调统一。

充分利用当地充足的片石材料,就地取材,构筑挡墙、树池、铺装、雨水设施等,凸显浓厚的地域特色,与周边环境协调统一。

2)空间与审美:富有创意、生态审美。

对场地和空间的运用富有创意、自然生态;场地中通行、排水、挡土、防蚀等功能与复杂地形能够完美结合;朴素、符合生态审美标准的构筑物,也能与环境很好地融为一体(图4);另外,对细节的追求也令人惊叹,如下凹式路面中的雨水口巧妙的设计在最大可能满足高效排水的同时,还不忘对形式美感的追求(图2b)。路面上间隔变化的铺装材料,不仅能持续不断地减缓地表径流速度,还能起到防滑的作用,在视觉上也是一种装饰(图2a、2l)。

图2 陕北传统雨水场地措施(a、l:下凹式路面;b:雨水口;c:涝池;d:截水沟;e:绿色屋顶;f:植物固沟;g:水窖;h:淤 地坝;i、j、k:明沟跌落系统)

图3 传统雨水利用场地中的经验智慧及模式3 传统场地措施和现代海绵城市建设措施的对比

传统的技术措施是在长期的生产生活中不断摸索总结修正而形成,具有较强的经验性与环境适宜性;海绵城市技术措施是针对需要解决的具体技术目标研发而来,单一措施的目标针对性极强,效率也很高,但功能的融合性和场地的适宜性相对较差。在形式上传统措施因内生于生产生活环境之中,所以融入环境的协调程度比海绵城市措施更高一些,比如传统的绿色屋顶、导水槽、水窖、截水沟等本身就是窑居建筑场地的一部分,整体性非常高。在功能上,传统的经验和措施不是针对海绵目标而产生的,因此,虽具有海绵城市建设的某些功能要求,但这些功能并不是其全部,更多的生产、防护、水土保持等功能也是其应有之义。在这方面,海绵措施相对单纯一些。在场地的适宜性上,传统的措施主要针对不同的地貌和环境特点而产生,因此应用时可以很好地适应场地类型的变化。海绵措施则只是针对渗透、储存、调节、转输以及截污净化的技术要求而产生,对场地的适宜性比较差,同一措施在不同场地上,即使雨水目标相同也有可能不适用,必须经过认真评估方可应用[25]。总之,传统的雨水场地经验与措施在形成原因、针对的问题以及解决办法上都与海绵城市的技术措施存在着明显的差异,最终导致它们在形式、功能以及场地适宜性上也有明显的差异。因此,在现代海绵城市建设中,需要充分借鉴传统的经验与智慧,尤其是其中包含的朴素的生态思想和方法。

4 传统生态智慧对现代海绵城市建设的启示

从对传统雨水场地建设经验的总结以及和现代海绵城市建设措施的对比中,我们可以获得如下启示。

1)海绵城市建设强调的是“集蓄缓排,综合利用”的思想,而不是等同于某几种固定的技术措施;具体措施要因地制宜,符合地域特点,并且为功能服务。

2)海绵城市建设不能过分地强调“渗”,在特定情况下,“滞”“蓄”“排”也应积极考虑。如当前大量带地下车库的小区中心绿地,因为覆土厚度、土壤渗透性及湿陷性、车库防水、植物防涝、场地沉降等影响因素的不同,针对“渗”“滞”“蓄”“排”等目标会有不同的适宜性选择与组合。可用一句话总结为“能蓄则蓄、宜排则排;渗透地面、切忌铺开;滞用结合、安全生态”。

3)海绵城市建设要走“私人定制”之路,而非“标准化生产”之路线;海绵城市建设要考虑地域差异(气候、土壤、地貌等),地域不同,建设思路和建设特点也应不同;即使是同一地域,场地类型不同,建设的思路和方法也应不同,并以场地特点来选择具体的方法与措施,而不是机械地套用措施。这点从全国各地的传统雨水场地建设中可以得到验证:江西赣州福寿沟,因雨量大、降雨多,强调污水排放、雨水疏导、河湖调剂、池沼串联[26-27];湖北地区,因粘土质居多,传统上以蓄、排为主,充分发挥“千湖之省”的“滞”“蓄”功能[28];北京团城地处北方地区,降雨相对较少,雨季暴雨量大,故团城地下涵洞系统强调蓄和生态利用[29];陕北黄土高原地区,因季节性降雨、湿陷性黄土较多,地貌破碎且起伏变化剧烈,水土流失严重,故强调场地安全,表现为快排和滞蓄利用相结合。

4)海绵城市建设一定要有生态思想,坚决杜绝工程思维 ,要坚持人地和谐理念。海绵项目首先是设计项目,要有设计、更要有审美。

5 结语

相较于当前海绵城市建设提出的“渗、滞、蓄、净、用、排”的六字方针及其更强调“渗”和“滞”的源头减排思路和理念,传统的经验虽然在最终目标上总体相似,但针对塬面、坡面、沟谷、人居场地等不同的场地形式及其对场地安全的不同要求,其具体思路和措施有时与海绵城市倡导的优先顺序恰好相反。例如,海绵城市中极其重视的下渗路面和场地,在本地域往往被不透水(或慢透水)路面及场地代替,以防止因湿陷而造成场地垮塌;同理,海绵城市中的慢排(滞留)优先在此场地中也变成了快排优先,海绵城市常用的渗透型排水沟渠在此都很少见,触目所及皆是不渗水的明沟跌落式排水沟渠和下凹式快排路面。另一方面,绿色窑洞屋顶、水窖、涝池、淤地坝等措施又十分暗合海绵城市建设的“滞、蓄”思路,但其建设材料往往就地取材,生态自然,其构造形式也同样具有鲜明的原生性和地域景观特色。这些理念和措施上的异同对海绵城市在不同地域条件下的落地提供了极好的启示,以避免海绵城市生态实践过程中出现千篇一律、盲目照搬、失去地域特点的情况发生。

图4 地域材料与地域做法(a:与环境融为一体的人居院落;b:“上拦下排场中蓄”的院落雨水系统;c、d、 e、f:地域材料与地域做法)注:文中图片均由杨建辉绘制或拍摄。

致谢:2017年“生态智慧与城乡生态实践”同济-西建大论坛后,刘晖教授转达了金荷仙教授对本人论坛发言的肯定与鼓励,正因为她们以及岳邦瑞教授后来的鼓励以及导师周庆华教授对本人研究方向的指导,作者才敢将刍荛之见整理投稿,特此一并致以诚挚的感谢!

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(编辑/金花)

作者简介:

杨建辉

1977年生/男/湖北孝感人/西安建筑科技大学建筑学院城乡规划专业在读博士研究生/西安建筑科技大学建筑学院风景园林系副系主任,副教授/研究方向为西部城镇绿色空间规划设计理论与方法、西部城市雨洪管理规划设计方法与工程技术(西安 710055)

周庆华

1959年生/男/山东庆云人/西安建筑科技大学城市规划设计研究院院长,教授,博士生导师/研究方向为城市空间战略与城市设计、黄土高原人居环境(西安 710055)

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