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排洪水道的“近自然”生态设计――以无锡市基康里排洪渠景观改造为例

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  摘要排洪水道是城市水环境的重要组成部分,在建设设计时应兼顾生态和社会需求。以无锡市基康里排洪渠改造项目为例,从排洪水道的平面设计、断面设计、生态护岸设计以及乡土植物配置等方面,探讨了排洪水道的“近自然”生态设计方法,以期对城市水环境的生态建设提供指导。
  关键词排洪水道;“近自然”生态设计;江苏无锡;基康里
  中图分类号TU992.03文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)22-0241-04
  
  “Approx-natural”EcologicalDesignofFloodDrainageChannel
  ――Taking Landscape Restoration of Jikangli Flood Drainage ChannelinWuxiCityas an Example
  MAN Hui 1LI Fei 2
  (1 Jiangsu College of Information Technology,WuxiJiangsu214101; 2 Wuxi Lvzhou Landscape Architecture& Plan Design Institute)
  AbstractThe ecological and social requirements must be taken into account in the design of flood drainage channel, which was an important part of urban water environment. Taking landscape restoration of Jikangli flood drainage channel in Wuxi city as an example,the "approx-natural"ecological design method of flood drainge channel was discussed from plane design,section design,ecological slope protection design and native plant sallocation,in order to provide guidance for the landscape planning of urban water environment.
  Key wordsflood drainage channel;“approx-natural” ecological design; Wuxi Jiangsu;Jikangli
  
  水是景观设计中非常重要的因素,但许多有巨大潜在景观价值的水体在城市建设过程中并未得到合理利用,甚至引起生态环境的破坏性变化。其中,人工排水工程传统的方法是修筑快速、直线的“硬质水道”,平整水道附近的土地,水道底部和驳岸多采用不可渗透材料如浇筑混凝土,切断与周围环境的连通性,不仅缺乏美学价值,还导致水量、水流速度打破平衡,水体缺乏自净能力;更重要的是“硬质水道”中污染严重,富营养化的水体直接排入河流、湖泊,增加了生态环境被破坏的范围,降低了生物多样性。随着人们追求人与自然和谐共处理念的提高,这些“硬质水道”正等待着被恢复为公园用地或开放空间保护区,恢复生态系统和自然景观,充分发挥排洪水道的生态功能和效益,达到人与自然和谐、生态可持续发展。
  1自然排洪水道的价值与“近自然”生态设计理念
  首先,自然的排洪水道水深、水面宽度多变,岸线形式多样,植物资源丰富、结构层次多样,为野生动物提供丰富的食物、水分和庇护所,在物种保护、增加生物多样性方面扮演着非常重要的角色。其次,自然曲流和湿地能够引导表面径流,吸纳洪水的破坏性能量,减小雨水流淌的速度,提供临时蓄洪场所,逐步把洪水输送到河流(湖泊)或地下;同时,能过滤和阻挡来自于生活污水、腐蚀泥土、农业操作等过剩营养物质和污染物质,以保证水量和水质。另外,作为露天场所,自然排洪水道以其安全健康的水环境,为附近居民创建了一块娱乐活动空间,创造了赏心悦目的景观以及水的影像、声音、触觉等感官价值,给人提供接近自然、体验野趣的机会,培养人与自然的情感,传播科普生态知识。
  因此,必须对硬质排洪水道进行生态恢复建设,以“人与自然协调共生”理念为指导,以接近自然、模拟自然为手段,恢复和建设结构合理、功能高效、景观和生态效益并重的“近自然型”排洪水道[1],在保证水道行洪与蓄水两方面要求的同时,恢复景观的系统性、连通性,尊重物种多样性,增强水体的自净能力,维持植物生境和动物栖息地的质量,以改善人居环境及生态系统的健康。
  “近自然”排洪水道的建设,必须依据生态学的观点,减少对自然资源的剥夺,恢复水道的自然形态,凹岸、凸岸、浅滩、心岛等自然分布,并采用自然材料护坡,营造出适合动植物生长、丰富多样的生境空间;突出地方特色,选择当地乡土植物和石材,恢复生物通道,使之与周围空间形成生态景观网络[2],实现生态系统的自我循环和水体的净化。这样,排洪水道在蓄洪涵水、改善水质的同时,也是自然优美的开放景观空间,是人们休闲游憩的好去处。
  2“近自然”排洪水道的形态设计
  师法自然,尊重自然过程,以可持续发展的思想为指导,在“节约资源、保护环境”的基础上,综合考虑水道的行洪蓄水、净化水质、保护景观和生物多样性等功能要求,在空间或土地允许的情况下,根据当地的自然环境,把硬质渠状排洪水道改造为生态的小溪,恢复自然河漫滩,有效地规划缓冲区和自然湿地,既可以补给地下水又可以净化被污染的水源。
  2.1平面设计
  在空间允许的情况下,模拟自然水体的结构和状态,将直线泄洪水道通过适当改造形成蜿蜒曲折、变化多端的溪流,并顺应自然地形的起伏,而跌落得势,分级分叉,有收有放,当曲则曲,当窄则窄。按照自然界水体生态变迁的规律,设置湿地、浅滩、深潭、急流、缓流、跌水、心岛、乱石等,形成动感水景。蜿蜒曲折的水道空间形态,不仅增加景观审美度,同时增加水道边缘长度,降低了河道坡降,从而减小了河道流速和泥沙输移能力,并在弯曲边缘处形成多种港湾,增强水体的生境价值。
  通过“挖深垫浅”的处理,因势利导形成岸线优美的蓄洪池塘、沼泽湿地和局部高起的覆绿坡地以作为缓冲地带,塑造大地形、小坡地相交叉组合的地貌特征,通过丰富的山体围合和植被栽植以创造不同的聚合空间。另外,尽可能地与周围水系形成网络,为水流交换和动物迁徙创造生态廊道。粼粼水面,茵茵植被,飞鸟游鱼,都给人以美的生态景观体验。
  2.2断面设计
  水道断面处理的关键是设计一个能够常年保证有水的水道及能够应付不同水位、水量的水道边缘。根据洪峰流量,在不改变水道行洪能力的情况下,改变单纯梯形横断面的简单模式采用多层台阶状复式断面结构,提高水道宽度、水深、水道坡度的差异性[3],增加行洪断面,可以减缓水流流速和减弱流水侵蚀,提高蓄洪能力,提高生境多样性。低水位水道可以保证连续的水带,能够为鱼类生存提供基本条件,同时防洪要求,当较大洪水发生时,允许淹没缓冲区,这个缓冲区包括洪水淹没区、自然缓坡、湿地及周围高地,平时则是城市中理想的开敞空间环境,具有较好的亲水性,适于休闲游憩。
  水道的纵断面竖向设计,可根据沿岸地形条件和蓄水要求,从上游到下游设计阶梯状多级水道。研究水位与地形的关系,在小尺度上营建涓涓溪流并用石块或心岛来分流,在较大尺度上建造蓄水池,在坡度、落差大的地段建设跌水水景,点、线、面结合水景形式使水道边际形状优美,为亲水休闲娱乐活动提供了机会。而且多级水道可以储水、控制洪水,能够自净,可以成为植被和野生生物的繁殖地,植被也可以帮助控制侵蚀,吸收污染物。
  2.3护岸设计
  岸边环境是水道与其他环境的过渡,其设计直接影响到自然生态系统的整体性和连通性。因此,应该鼓励采用以植物、石头、木材和土壤等自然材料为主的自然缓坡式生态护岸来代替钢筋混凝土和石砌挡土墙的硬质不透水护岸。护岸形式的设计和选择,要充分考虑特定滨水的自然生态状况,考虑不同区段流速变化及洪水主流顶冲部位,并考虑与景观设计方案的协调[4],因地制宜设置水道岸坡防护工程。
  对于流速快且坡度大的易侵蚀地段,在倾斜坡面、径流冲刷处设置圆木、岩石或砂和碎石来保护,配以根系发达的耐水湿植物固定,以合理的造型来控制侵蚀和冲刷作用。对于流速小、坡度缓或腹地大的滨水地段,可以考虑保持自然状态,配合植物种植,达到稳定水岸的目的。另外,对于水底处理也应尽量保持自然状态,可采用天然石材、木材护底,促进地下水与排洪水之间的交流,在增强渗透性的同时增强抗洪能力。
  生态护岸使水面与水岸呈现一种生态的交接,充分保证水分交换和调节,创造出丰富多彩的动植物栖息地和水边景观,恢复水系的自然调节功能和生态平衡,同时也具有一定的抗洪强度,并有利于降低造价和管理费用。
  3植物的配置
  植物是生态景观的重要因素之一,不仅具有观赏价值,还可以坚固水岸、防止水岸被侵蚀,可以过滤陆上和地下径流的腐蚀性沉积物、污染物,吸收、富集水中的营养物质及其他元素,抑制有害藻类繁殖,从而提高水体的自净能力。因此,运用生态学原理及科学手段,种植水生、湿生植物,有效净化和改善水质,平衡水体生态,是排洪水道生态设计中不可或缺的一环。
  在植物配置时,应选择适生乡土树种,模拟自然,营造种类组成和群落结构完整、物种多样性丰富的植物群落;同时注重景观的视觉效果、时空变化及生态效益,确定好观赏性植物与功能性植物的比例关系。
  水生植物的选择首先应根据水的深度,即水位、枯水位、深水位、洪水位等,选择适应各种水位的种类,形成稳定的水生植物群落。其中,挺水植物主要有千屈菜(Lythrum sa-licaria)、芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha orientalis)、菖蒲(Acorus calamus)、水葱(Scirpus tabernaemontani)、伞草(Cyperus alternifolius)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)、慈姑(Sagittaria sagitta-folia)、红廖(Polygonum orientale)等;浮水植物主要有睡莲(Nymphaea tetragona)、凤眼莲(Eichhornia crassipes)、满江红(Azo-lla imbircata)、菱(Trapa incisa)、浮萍(Lemna minor)、荇菜(Ny-mphoides peltatum)、芡实(Euryale ferox)等;沉水植物主要有菹草(Potamogeton crispus)、苦草(Vallisneria natans)、金鱼藻(Cer-atophyllum demersum)、黑藻(Hydrilla verticillata)等。其次,参考水体污染治理要求,适当调配对污染物吸收能力较强的水生植物,如芦苇、香蒲、凤眼莲、苦草、伞草、茭白(Zizania caduciflora)、美人蕉(Canna generalis)等。第三,突出植物的季相变化,如春季以黄昌蒲、德国鸢尾为主,夏季采用千屈菜、睡莲、荷花等,秋季用芦苇、蒲苇(Cortaderia selloana)等。设计时还可根据岸坡、浅滩、水中心等不同位置以及水面的开敞度来设计不同的生物组合,如芦苇、黄菖蒲、美人蕉、千屈菜、睡莲、菱等。
  水岸边和漫滩区作为水系的重要缓冲带,要适当配置湿生植物,如种植垂柳(Salix baby-lonica)、落羽杉(Taxodium distichum)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、枫杨(Pterocarya stenoptera)、乌桕(Sapium sebiferum)、连翘(Forsythia suspensa)、棣棠(Kerria japonica)、丝绵木(Chorisia speciosa)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、石蒜(Lycoris radiate)等,结合地形、岸线布局,高低错落,疏密有致,增加植被空间的层次。通过设置林地、疏林草地、灌木丛、湿地等,提高场地的生境多样性。同时要注意落叶树种的栽植,尽量减少水边植物的代谢产物,以达到整体最佳状态,实现优化利用。
  4案例分析
  为了提高城市环境质量,加强城市景观建设,无锡举全市之力开展“三城同创”环保专项工作,治山理水,改善人居环境。基康里排洪渠位于无锡市青龙山南麓,太湖北侧,属于十八湾环境综合整治工程。原为一条深3m、宽8m的砌石泄洪渠,北高南低,长250多米,南北标高相差达4m;常年有水,雨季时水流量较大,非雨季时水源主要来自周围山体的径流,经过桥涵与太湖相连(图1)。一方面,周边地表径流、生活污水造成水体污染,另一方面,砌石泄洪渠与太湖沿岸自然式的生态景观极为不协调,破坏了景观的整体性(图2)。因此,基康里景观改造既要实现水体深度处理,又要达到一定的景观效果。
  对基康里泄洪渠的改造处理,首先必须满足泄洪需求,即要满足3m×8m的过水断面。将直线形式的渠道改变为蜿蜒曲折的流水,根据水位将部分水道的体量拓宽,形成“碗状”景观水体,用以控洪、蓄水;利用现有地形高差,将泄洪渠分为4级不同高度的水体,形成多样的空间变化;在不同落差水体之间设置块石挡水坝,创造自然跌水景观(图3)。挡水坝宽度控制在8~10m,并在挡水坝两侧散铺卵石,以满足丰水期3m×8m的过水断面抵御洪水需求(图4)。用一系列缓坡粗糙护岸来减小水速,以利于湿生植物群落的建立。
  开挖水道产生的土方直接用于现场地形的塑造,在水道两侧根据不同的标高设计微地形;在水面宽广处堆积湖心岛,对水流起引导和分流作用,形成更为丰富的景观空间组合(图5)。将拆除石砌泄洪渠所得块石放置在水体中设置于水岸边和湖心岛迎水径流处,可有效抵消水流冲击对湖心岛和护岸的冲刷。
  遵循自然群落结构,大量种植本土植物,在不同生境合理搭配陆生、湿生、水生植物,考虑不同高度与季相变化,优化组合。根据水质情况,选择美人蕉、黄菖蒲、蒲苇等观赏性水生植物和功能性水生植物。在湖心岛上适当种植繁茂而有层次的植物,防止水土流失,为鸟类提供筑巢场所(图6)。岸边用大规模的植物区作为新恢复的自然区与邻近环境的过渡带,种植香樟(Cinnamomum camphora)、垂柳、双荚决明(Cassia biscapsularis)、金钟(Forsythia viridissima)等,为野生动物提供生存环境,也可以激起人们对自然的向往。园路环绕整个地块,随地形上下起伏,行走其中,产生丰富的景观空间体验。
  改造后的泄洪渠有效地满足了泄洪需求,排入太湖的水质有了彻底改善,生态观赏价值更为提升。蜿蜒曲折的水面清澈见底,潺潺跌水,绿树繁花,白鹭栖息,鱼儿嬉戏,提供宜人感受和天然野趣,成为无锡市新的休闲资源和旅游景点(图7)。
  5小结
  排洪水道“近自然”生态设计,以接近自然、模拟自然为建设理念,兼顾排洪和景观生态需求,维护生态平衡和生物多样性,具有成本低、养护要求低、施工简单等优势,对于城市水体生态环境建设,保护城市生态安全,促进城市生态性和经济性的协调发展具有重要意义。在进行排洪水道景观设计时,应做到生态需求与社会需求的平衡协调,以近自然原理为指导,营造水质安全,生态系统健康,舒适、优美的水系生态景观,体现人、自然、社会的和谐统一。
  6参考文献
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