美國(guó)華盛頓州西雅圖派柏溪生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)初探

劉益 四川音樂(lè)學(xué)院美術(shù)學(xué)院

西雅圖位于美國(guó)華盛頓州金縣(King County)，普吉灣(Puget Sound)和華盛頓湖(Lake Washington)之間，擁有眾多海灣、湖泊及河溪，水域面積約占全市總面積的41.16%。作為全美著名的綠色城市，西雅圖政府和民眾十分重視都市生態(tài)水環(huán)境，并一直致力于都市河溪的生態(tài)修復(fù)，使失去活力的河溪煥發(fā)新的生機(jī)。派柏溪的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)正是其中的一個(gè)優(yōu)秀案例，它的成功推動(dòng)了都市河溪生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)的研究和實(shí)踐，也為我國(guó)都市河溪生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)帶來(lái)的新的思路。

一、歷史與概況

派柏溪(Piper's Creek)位于西雅圖西北，白人拓荒者A.W.派柏(A.W.Piper)將其命名為派柏溪。該溪的干流長(zhǎng)約2.3 公里，并經(jīng)卡爾克可公園(Carkeek Park)匯入普吉灣，是西雅圖市內(nèi)第三大河溪流域。根據(jù)歷史記載，派柏溪及其支流是虹鱒、美洲鮭、銀鮭魚(yú)和櫻鱒的重要棲息地[1]。但1893年的西北鐵路項(xiàng)目(Great Northern Railroad)卻將鐵路建在派柏溪之上，致使溪流只能通過(guò)鐵路防波堤中的暗渠匯入普吉灣。1927年，隨著派柏溪沿岸最后一片原生樹(shù)林被砍伐殆盡，當(dāng)?shù)鼐用駧缀蹩床坏揭粭l洄游產(chǎn)卵的鮭魚(yú)，而普吉灣附近海域的商業(yè)捕撈則使鮭魚(yú)在派柏溪徹底消失。所幸的是，西雅圖公園與康樂(lè)局(Seattle Parks and Recreation)于1929年將派柏溪的大部分流域(223 英畝，約0.9 平方公里)劃入卡爾克可公園，并將公園的草地、樹(shù)林和庭院等開(kāi)放空間作為保育派柏溪及其支流的緩沖區(qū)[2]。

1979年，名為卡爾克可流域社區(qū)行動(dòng)計(jì)劃(Carkeek Watershed Community Action Project，簡(jiǎn)稱(chēng)CWCAP)的非盈利組織擬定派柏溪的第一個(gè)生態(tài)修復(fù)計(jì)劃。1990年，為控制派柏溪流域內(nèi)的非點(diǎn)源污染，華盛頓州生態(tài)部(Washington State Department of Ecology)制定了派柏溪流域行動(dòng)計(jì)劃(Pipers Creek Watershed Action Plan)[3]。隨后，西雅圖公務(wù)局(Seattle Public Utilities)和公園與康樂(lè)局在該計(jì)劃的指導(dǎo)下，耗資數(shù)百萬(wàn)美元重建溪流天然形態(tài)、管理流域內(nèi)雨水徑流的排放、改善水質(zhì)和優(yōu)化棲息地，試圖通過(guò)恢復(fù)派柏溪的自然生態(tài)過(guò)程，修復(fù)這條都市溪流的生態(tài)系統(tǒng)。

二、派柏溪生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

作為堤岸植被破壞以及魚(yú)類(lèi)洄游受阻等問(wèn)題，威脅到派柏溪內(nèi)各類(lèi)生物及當(dāng)?shù)鼐用竦慕】怠樾迯?fù)派柏溪的生態(tài)系統(tǒng)，使其通過(guò)自我調(diào)節(jié)到達(dá)自我維持的狀態(tài)，西雅圖公務(wù)局制定了以下修復(fù)目標(biāo)[4]：

(1)提升水體質(zhì)量及數(shù)量。

(2)增加溪流形態(tài)的復(fù)雜性。

(3)減少堤岸水土流失。

(4)恢復(fù)溪流生物群落的多樣性。

基于這些目標(biāo)，西雅圖公務(wù)局從宏觀和微觀的角度探求派柏溪的生態(tài)修復(fù)計(jì)劃，并實(shí)施了一系列針對(duì)派柏溪干流及子流域生態(tài)修復(fù)的方法及措施。

三、派柏溪生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)的方法及措施

在派柏溪進(jìn)行生態(tài)修復(fù)之前，西雅圖公務(wù)局對(duì)其流域進(jìn)行了大量的檢測(cè)和分析。一系列的數(shù)據(jù)表明，傳統(tǒng)的以管道為主的排水系統(tǒng)以及大面積的不可滲透地面是導(dǎo)致派柏溪水質(zhì)降低、水量減少和棲息地破壞的重要原因之一。因此，除了實(shí)施溪流修復(fù)計(jì)劃(Stream Rehabilitation Project)之外，西雅圖公務(wù)局還將生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)拓展到派柏溪的子流域，試圖通過(guò)街道邊綠新方案(Street Edge Alternative)、第110 街階梯瀑布項(xiàng)目(110th Cascade Project)以及闊景社區(qū)綠色網(wǎng)格計(jì)劃(Broadview Green Grid Project)管理并凈化子流域內(nèi)的雨水徑流，用全局性的計(jì)劃實(shí)現(xiàn)派柏溪流域的生態(tài)修復(fù)。

(一)溪流修復(fù)計(jì)劃

1999年，時(shí)任西雅圖市長(zhǎng)的保羅·歇爾啟動(dòng)了都市河溪遺產(chǎn)項(xiàng)目(Urban Creeks Legacy Project)，旨在修復(fù)西雅圖僅存的四條最大的都市河溪，派柏溪就是其中之一。西雅圖公務(wù)局于以“盡力重塑自然”為工作目標(biāo)在當(dāng)年便開(kāi)始對(duì)派柏溪干流進(jìn)行修復(fù)設(shè)計(jì)。

1.恢復(fù)派柏溪的自然形態(tài)

一般而言，河溪會(huì)通過(guò)泥沙的侵蝕、搬運(yùn)和堆積，形成蜿蜒的河道，并創(chuàng)造淺灘、深潭、洪泛區(qū)等自然的多樣化的空間形態(tài)。研究表明，這些自然形態(tài)不僅能創(chuàng)造令人愉悅的都市河溪景觀，還對(duì)凈化水質(zhì)、穩(wěn)定河溪結(jié)構(gòu)、降低洪水的損害以及生物多樣性保護(hù)有著積極的作用[5]。因此，西雅圖公務(wù)局把恢復(fù)派柏溪自然形態(tài)作為修復(fù)計(jì)劃的首要目標(biāo)。

在這一目標(biāo)的指導(dǎo)下，派柏溪修復(fù)團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)修復(fù)河床塑造了具有洪泛區(qū)、緩流、淺灘及深潭等河溪地形，并在河流生態(tài)學(xué)家的協(xié)助下盡力模擬自然河溪，將原木和礫石放置于派柏溪中，利用水流的沖擊力恢復(fù)派柏溪自然的蜿蜒性。同時(shí)，修復(fù)團(tuán)隊(duì)還通過(guò)構(gòu)筑原木及巖石堰，實(shí)現(xiàn)河床的穩(wěn)固和河道結(jié)構(gòu)的修復(fù)。為滿(mǎn)足派柏溪不同季節(jié)的水量變化，修復(fù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了可適應(yīng)高、低水位的K 型堰。這些措施使派柏溪形成了有利于河溪健康的緩流、急流、湍流靜水和回流等豐富的溪流形態(tài)，使派柏溪逐漸恢復(fù)了生命活力以及應(yīng)對(duì)外界干擾的適應(yīng)力。

2.重建多樣化的棲息地

河溪育有種類(lèi)豐富的生物群落，它們是河溪生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，也是河溪實(shí)現(xiàn)自我調(diào)控和自我修復(fù)的主要?jiǎng)恿χ?。眾所周知，不同的生物群落?duì)棲息地的要求亦有不同。因而，營(yíng)建多樣化的河溪生態(tài)環(huán)境對(duì)各類(lèi)生物的繁衍至關(guān)重要。

在修復(fù)派柏溪自然形態(tài)的過(guò)程中，堆石、沙洲、淺灘及深潭、水洼和灣池已經(jīng)為魚(yú)類(lèi)、兩棲動(dòng)物、螺貝等提供了適宜的棲息地，但對(duì)其他河溪生物，尤其是鳥(niǎo)類(lèi)和昆蟲(chóng)而言，幾乎被砍伐殆盡的河岸兩側(cè)樹(shù)林也是急需修復(fù)的重要棲息地。于是，修復(fù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)移除非本土和入侵植物、修復(fù)河岸本土植物群落、增加溪流上方植被覆蓋等手段[6]，不僅有效的防止了派柏溪的水土流失，減少了淤泥堆積，還形成了空間層次豐富、植被茂密的河岸植物帶、河畔林和濕地，為本土的動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、昆蟲(chóng)的生存提供了適宜生存和繁衍的棲息場(chǎng)所。

通過(guò)近二十年的修復(fù)，派柏溪重建了空間形態(tài)各異的棲息地，保護(hù)了溪內(nèi)生物群落的多樣性。而溪內(nèi)生物與棲息地之間的相互作用更促使派柏溪自然的生態(tài)過(guò)程得到恢復(fù)，生態(tài)系統(tǒng)趨于平衡、健康和永續(xù)。

(二)子流域生態(tài)修復(fù)計(jì)劃

河溪流域由數(shù)個(gè)子流域組成。因而，子流域的健康程度直接影響整個(gè)流域的健康狀況。然而，西雅圖多年的城市建設(shè)已經(jīng)使得派柏溪的子流域幾乎全部成為擁有大量硬質(zhì)地面和傳統(tǒng)管網(wǎng)排水系統(tǒng)的密集社區(qū)。降雨時(shí)，大量含有化學(xué)肥料、石油化合物及重金屬等污染物的雨水徑流未經(jīng)處理便直接排入派柏溪各個(gè)支流，直接威脅派柏溪生態(tài)系統(tǒng)的健康?；谶@一狀況，修復(fù)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為要真正恢復(fù)派柏溪生態(tài)系統(tǒng)的健康，只通過(guò)對(duì)其干流進(jìn)行生態(tài)修復(fù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)當(dāng)將修復(fù)的范圍拓展到派柏溪的各個(gè)子流域，從而形成一個(gè)全局性的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)。

1.街道邊綠新方案

2001年，派柏溪子流域的第一個(gè)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目——“街道邊綠新方案”(Street Edge Alternative)在西雅圖西北位于117 街和120 街之間的第2 大道西北段竣工。這段街道也被成為SEA Street(Street Edge Alternative 的縮寫(xiě))，是西雅圖都市河溪子流域生態(tài)修復(fù)的先驅(qū)。

修復(fù)團(tuán)隊(duì)在保證大型卡車(chē)、消防車(chē)和急救車(chē)自由通行的基礎(chǔ)上，把車(chē)行路面縮減為14 英尺(約4.26 米)，并將其改造成蜿蜒曲折的街道。一方面可以降低社區(qū)內(nèi)車(chē)速，以保障行人的安全，更為重要的是可以利用彎曲所形成的富余空間增建數(shù)個(gè)雨水花園，用以就地處理道路上的雨水徑流。同時(shí)，還配合耐水濕植物的種植，讓植物和土壤凈化雨水，形成有效的綠色雨水徑流設(shè)施(Green Stormwater Infrastructure)。經(jīng)過(guò)西雅圖公務(wù)局和華盛頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)為期兩年的跟蹤監(jiān)測(cè)，按照一般降水強(qiáng)度設(shè)計(jì)的SEA Street 雨水花園不僅可以減少98%的地面雨水徑流量[7]，其中的植物和土壤還可以有效的移除雨水徑流中的污染物和重金屬，對(duì)派柏溪子流域的保育作用重大。

2.第110 街階梯瀑布項(xiàng)目

完成首個(gè)“街道邊綠新方案”示范項(xiàng)目之后，西雅圖公務(wù)局在派柏溪子流域內(nèi)實(shí)施了第二個(gè)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目——第110 街階梯瀑布。該修復(fù)項(xiàng)目涉及西雅圖第110街西北段的4 個(gè)街區(qū)。與街道邊綠新方案平緩的地形不同，位于綠林大道北和第三大道西北之間的4 個(gè)街區(qū)位于較陡的山坡，地形高差較大，降雨時(shí)極易形成流速快、流量大的雨水徑流。因此，這一修復(fù)項(xiàng)目需要解決的問(wèn)題是如何在有較大坡度的流域內(nèi)設(shè)計(jì)綠色雨水徑流設(shè)施，以減緩雨水徑流的速度、降低洪水的發(fā)生率以及讓雨水徑流匯入派柏溪之前得到凈化。

為了將綠色雨水徑流設(shè)施安全有效的應(yīng)用于坡度地形中，修復(fù)團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)名為“階梯瀑布”的自然排水系統(tǒng)模型。這一模型是將雨水花園設(shè)計(jì)成為一系列的階梯式小濕地，運(yùn)用階梯的垂直高差消化地形高程，同時(shí)利用階梯的水平空間減緩雨水徑流速度，延長(zhǎng)雨水在階梯式小濕地中的停留時(shí)間，以減少雨水流量，降低雨水溫度，減輕雨水徑流對(duì)溪水中的生物的干擾。修復(fù)團(tuán)隊(duì)在第110 街階梯瀑布項(xiàng)目中，運(yùn)用“階梯瀑布”自然排水系統(tǒng)模型替換了場(chǎng)地中現(xiàn)有的人工溝渠系統(tǒng)，有效的管理了來(lái)自約70 英畝(28 萬(wàn)平方米)上游子流域的雨水徑流。同時(shí)，修復(fù)團(tuán)隊(duì)從美學(xué)和生態(tài)功能出發(fā)，引入能很好適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻谋就林参?，例如腎蕨和柳樹(shù)等，以降低項(xiàng)目建成后的維護(hù)費(fèi)用。此外，為了讓當(dāng)?shù)鼐用瘛W(xué)生和游客更加直觀的了解第110 街階梯瀑布項(xiàng)目與派柏溪之間的關(guān)系，修復(fù)團(tuán)隊(duì)在街道的南側(cè)增設(shè)連接社區(qū)主要街道的步行道，以吸引更多人群的關(guān)注，實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)的公眾教育與推廣。

西雅圖公務(wù)局在第110 街階梯瀑布項(xiàng)目建成后對(duì)其進(jìn)行持續(xù)的雨水徑流流量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)，最終數(shù)據(jù)表明即便位于山地，都市河溪的子流域依然可以運(yùn)用自然排水系統(tǒng)對(duì)排入河溪的雨水徑流進(jìn)行有效的管理，從而實(shí)現(xiàn)河溪流域整體性的生態(tài)修復(fù)。

3.闊景社區(qū)綠色網(wǎng)格計(jì)劃

“街道邊綠新方案”和“第110 街階梯瀑布項(xiàng)目”的成功促使西雅圖公務(wù)局開(kāi)始著手更大面積的派柏溪子流域生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目。一個(gè)名為“闊景社區(qū)綠色網(wǎng)格計(jì)劃”的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)于2003 開(kāi)始實(shí)施。該計(jì)劃涉及闊景社區(qū)內(nèi)的16 個(gè)居民住宅街區(qū)，約32 英畝(13 萬(wàn)平方米)，幾乎管理了派柏溪整個(gè)子流域的所有雨水徑流[8]，是西雅圖當(dāng)時(shí)已建成的最大的自然排水系統(tǒng)。

闊景社區(qū)綠色網(wǎng)格計(jì)劃沿用了“街道邊綠新方案”及第110 街階梯瀑布項(xiàng)目”的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)縮減道路寬度減少社區(qū)中不可滲透地面的面積，從而提供更多空間以建造洼地、濕地和雨水花園等綠色雨水徑流設(shè)施，并在有地形高差的雨水花園中設(shè)置攔水壩以延緩雨水徑流進(jìn)入排水系統(tǒng)的時(shí)間，有效減低雨水徑流的流量和速度，減少派柏溪支流河道和棲息地遭受流量大、速度快的水流損壞幾率。而延緩雨水徑流，也使雨水最大程度的被土壤和植物滲透、過(guò)濾及吸收，不僅使雨水徑流得到凈化，還使地下水得到補(bǔ)充和涵養(yǎng)，派柏溪也因?yàn)槠渲Я鞒渥愕乃植恢劣谠谙募靖珊浴?/p>

派柏溪流域的生態(tài)修復(fù)歷經(jīng)30 多年。從最初的卡爾克可流域社區(qū)行動(dòng)計(jì)劃到西雅圖公務(wù)局針對(duì)其干流和子流域進(jìn)行的多項(xiàng)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目，派柏溪流域的生態(tài)系統(tǒng)在全局性的修復(fù)策略下逐漸恢復(fù)。如今，派柏溪水質(zhì)清澈、兩岸綠樹(shù)叢蔭，是河溪生物賴(lài)以生存的家園。

四、對(duì)我國(guó)都市河溪修復(fù)的啟示

我國(guó)河溪數(shù)量眾多，隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，大量原本位于城市郊區(qū)的自然河溪在城市擴(kuò)張中成為都市河溪。為了方便管理和維護(hù)，一部分都市河溪的堤岸和洪泛平原或被硬化或被縮減，更有一些都市河溪淪為暗河。許多都市河溪在流經(jīng)城市之后，水質(zhì)狀況都呈現(xiàn)不同程度的惡化，水量也趨于減少，甚至出現(xiàn)斷流。這樣的狀況不僅影響到當(dāng)?shù)厥忻窈蛣?dòng)植物的生存及健康，也會(huì)直接影響到下游流域的生態(tài)系統(tǒng)平衡。

雖然，眾多城市的政府相關(guān)機(jī)構(gòu)以及民間組織已經(jīng)將整治都市河溪提上日程，并實(shí)施了相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目，但仍然收效甚微。究其原因，除了在城市空間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)修復(fù)都市河溪的自然形態(tài)這一點(diǎn)之外，更多的是由于在生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)中未能進(jìn)行全局性的考慮，即對(duì)都市河溪干流及子流域內(nèi)的雨水徑流缺乏有效的管理。派柏溪的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)雖談不上完美，卻帶給我們一些重要的啟示。在未來(lái)的都市河溪生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)中我們應(yīng)努力做到以下幾點(diǎn)：

第一，盡力模擬都市河溪自然形態(tài)。在城市空間中恢復(fù)河溪自然形態(tài)本就是一個(gè)極其困難的任務(wù)，但也并非不可行。在了解河溪生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)人工干擾，盡力模擬的自然形態(tài)，對(duì)硬化的堤岸進(jìn)行改造，并與河流動(dòng)力學(xué)家合作，依據(jù)實(shí)際情況在堤岸外設(shè)計(jì)一定尺度的洪泛平原，在完善河溪自然形態(tài)的同時(shí)形成與其共享的河岸緩沖空間。這一設(shè)計(jì)既在一定程度上修復(fù)了都市河溪自然形態(tài)，又為市民提供了一個(gè)季節(jié)性的戶(hù)外游憩場(chǎng)所。

第二，從流域的尺度開(kāi)展生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)。無(wú)論什么尺度的都市河溪，僅僅對(duì)干流進(jìn)行修復(fù)都無(wú)法恢復(fù)河溪的自然生態(tài)過(guò)程，進(jìn)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)河溪的生態(tài)系統(tǒng)平衡。將都市河溪生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)的范疇拓展到干流及子流域，從更為宏觀的角度理解河溪水質(zhì)管理與凈化的過(guò)程，再通過(guò)子流域雨水徑流管理系統(tǒng)有效控制排入河溪雨洪的質(zhì)量和數(shù)量，最大程度的降低都市環(huán)境對(duì)河溪的負(fù)面影響。

第三，為都市河溪的修復(fù)預(yù)留足夠的時(shí)間。在進(jìn)行生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)之初，需要和業(yè)主充分溝通使他們明確修復(fù)一個(gè)活的且不斷變化的河溪生態(tài)系統(tǒng)并非一蹴而就，而是需要充足的時(shí)間和空間的。正如派柏溪的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)一樣，長(zhǎng)達(dá)30年科學(xué)合理的階段性生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)使派柏溪的生態(tài)系統(tǒng)較好的適應(yīng)了都市環(huán)境，優(yōu)化了本土動(dòng)植物的棲息地，實(shí)現(xiàn)了河流、都市和人的和諧發(fā)展。