基于景觀生態(tài)學理論的海綿城市應用研究
——以雨水花園為例

肖欣向 楊衛(wèi) 向珞寧

(廣東省嶺南綜合勘察設計院，廣東 廣州 510030)

引言

景觀生態(tài)學主要研究宏觀尺度上景觀類型的空間格局和生態(tài)過程的相互作用及其動態(tài)變化特征[1-3]。研究學者認為，“景觀生態(tài)學”是由“景觀學”和“生態(tài)學”這2門學科交叉、發(fā)展演變而來。廣義的景觀生態(tài)學強調(diào)對生態(tài)系統(tǒng)的作用，從景觀的格局、結構和保護利用上分析和解決問題；而狹義的景觀生態(tài)學強調(diào)的是景觀中物質(zhì)、能量和信息交換。隨著景觀生態(tài)學理論研究的發(fā)展，其逐漸被廣泛應用于城市與景觀環(huán)境建設當中，并為城市景觀建設提供理論指導。

1 海綿城市設計中的景觀生態(tài)學理論

景觀生態(tài)學研究離不開空間與環(huán)境，其主要是研究景觀中的空間格局以及生態(tài)過程的相互作用關系，通過研究景觀結構特征與其生態(tài)過程，對城市修補和生態(tài)修復(城市雙修)，以及海綿城市的開發(fā)應用具有指導意義。景觀空間格局、景觀功能和景觀動態(tài)是景觀生態(tài)學的3個基本研究對象和研究內(nèi)容[7]。景觀生態(tài)學視角下，適用于海綿城市設計的理論眾多，其中“斑塊-基質(zhì)-廊道”理論、集中與分散相結合格局、分級布置理論和系統(tǒng)整合理論發(fā)揮重要的作用。

1.1 “斑塊-基質(zhì)-廊道”理論

斑塊(patch)、廊道(corridor)和基質(zhì)(matrix)是組成景觀結構的3個基本單元類型，是由國外著名學者弗曼和高頓在觀察和對比各種不同景觀空間形態(tài)、輪廓等基本特征差異后得出的，并從景觀結構的空間基本特征上建立起“斑塊-基質(zhì)-廊道”理論。該理論是以某些生態(tài)學變量為指標區(qū)分出的同質(zhì)單元，即將原本復雜的自然生態(tài)結構轉變?yōu)楹唵蔚膯卧?，區(qū)域的生態(tài)格局和自然環(huán)境功能結構簡單化，通過將復雜的生態(tài)結構簡單化，從而使人們更加明確景觀格局與生態(tài)多樣性的聯(lián)系，進而為生態(tài)環(huán)境建設提供理論指導。

1.2 集中與分散相結合格局及分級布置理論

從景觀生態(tài)學角度出發(fā)，在集中與分散相結合格局分級布置理論的指導下，海綿城市設計將綠地等空間劃分為城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村域尺度、社區(qū)等多重功能級別；通過采用分散式和低影響開發(fā)模式，將雨水徑流總量控制和錯開峰值運用在區(qū)域內(nèi)的河道和低洼地等小尺度空間等。在城市層面分級上，將海綿城市運用于城市的各種不同體量的空間板塊，如公園綠地、廢棄礦場、屋頂花園等空間，能極大節(jié)約建設材料，降低管護時間，節(jié)約成本；同時通過改變雨水徑流，使雨水分流，緩解雨洪壓力，減少雨水匯聚時間，從而有利于雨水的含蓄和供動植物利用，促進濱水棲息地恢復，達到水平衡和雨污凈化，實現(xiàn)從源頭管理雨水的目的[10]。

1.3 系統(tǒng)整合理論

土地是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，其本身具備了完整而復雜的生態(tài)服務功能。海綿城市將視角聚焦到“水問題”上，城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者其它區(qū)域本身就應該具備雨洪調(diào)蓄、水源涵養(yǎng)、雨污凈化等功能，這也是“海綿城市”構建的基礎。以景觀生態(tài)學理論為前提，系統(tǒng)整合在海綿城市上的運用不僅指對園林景觀要素的整合，還包括各種園林景觀要素之間的生態(tài)作用，發(fā)揮各要素之間的聯(lián)系，達到相互統(tǒng)一。另外，海綿城市的建設并不局限于眼前的雨水管理，還將城市防洪防澇考慮在其中，將雨水管理提升到城市防洪防澇這一等級，使其真正形成有機整體。同時，“系統(tǒng)整合理論”要求將讓自然做功、中國古代傳統(tǒng)技術的運用(陂塘系統(tǒng))和西方先進的技術等作為“海綿城市”的雨洪管理技術體系整合起來，從而將水系統(tǒng)的生態(tài)功能發(fā)揮出來[11,12]。

2 海綿城市建設的必要性與可行性

海綿城市的應用，正在城市中發(fā)揮諸多效益。俞孔堅曾指出，當代中國城市建設和改造大多采用“灰色設施”等傳統(tǒng)的方式進行導排，排水方式雖然在短時間內(nèi)能夠達到快速排水，但終究會面臨排水設施老化、坍塌堵塞，導致排水不暢等諸多城市雨洪管理問題。而海綿城市的建設，能夠通過利用植物和城市綠地自身的特點，進行組織排水，達到緩釋慢排，分散吸收處理的目的。據(jù)調(diào)查顯示，我國第1批共16個海綿城市建設試點城市公布、建設、投入使用以來，其中有1/2以上發(fā)生了洪澇；第2批公布建設的14個海綿城市試點城市中，也是超過1/2出現(xiàn)了城市洪澇災害，這種海綿城市試驗點出現(xiàn)問題的概率高達60%以上，大多數(shù)是一二線城市，這使得一直備受青睞的海綿城市理論一直備受質(zhì)疑。

基于景觀生態(tài)學的理論基礎指導，海綿城市應用于城市前，應將景觀格局與生態(tài)網(wǎng)絡結合起來，探索最大效益地發(fā)揮海綿城市的功能，實現(xiàn)雨洪管理，減少城市洪澇災害。通過對城市景觀生態(tài)資源的調(diào)查與分析，掌握該地區(qū)的自然環(huán)境條件、城市景觀資源情況，構建城市景觀生態(tài)空間結構，進而構建海綿城市的城市生態(tài)網(wǎng)絡，依靠城市中海綿綠地斑塊以及水體形成的生態(tài)廊道，并結合景觀生態(tài)學基本原理中的“斑塊-廊道-基質(zhì)”理論、系統(tǒng)整合理論，可以有效解決海綿城市建設過程中遇到的一系列難題。

3 海綿城市在風景園林規(guī)劃設計中的應用研究

隨著城鎮(zhèn)化和社會經(jīng)濟的發(fā)展，各種城市生態(tài)環(huán)境問題層出不窮，其中水環(huán)境問題一直困擾著人們。水資源的污染、短缺，水環(huán)境的破壞，以及洪澇災害頻發(fā)，生物多樣性問題亟需解決。將海綿城市理論引入城市建設當中，能最大限度地改善這一系列難題。2014年，國家頒布海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建，這一技術指南提出了“水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全、水文化”的總體建設目標，推動了海綿城市在城市建設和改造中的運用。

“海綿城市”理論的核心可以利用景觀生態(tài)學中景觀格局、功能等關系建立跨尺度的生態(tài)基礎設施，解決城鄉(xiāng)水體問題。其在國際上被稱為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建”，依托于該理論的景觀建設被稱為彈性景觀，景觀中的“雨水花園”則是其主力軍。

3.1 海綿城市的主力軍——雨水花園

雨水花園的概念，最早可以追溯到20世紀90年代，由美國馬里蘭州的雨洪專家提出[14]，指通過利用場地的高程，運用水往低處流的特性將雨水匯聚到人工或天然形成的低洼地中，運用植物自身生命活動所需要吸收水分和部分植物根系具有吸收凈化雨水污染物等功能，達到雨洪管理的目的。其被廣泛應用于城市公園、廢棄河道、廢棄礦山、屋頂花園等城市生態(tài)環(huán)境建設中。“雨水花園”來源于海綿城市理論，由海綿城市理論指導城市建設的主要手段，類似于海綿城市中的“小氣孔”，合理地分散在城市的各個區(qū)域，通過每一塊小海綿的自我調(diào)節(jié)，使整個城市達到雨水凈化和雨洪控制的目的[15]。

3.2 雨水花園的構造

雨水花園生態(tài)景觀建設由高到低分別為蓄水層、生物過濾層、種植土壤層、填料吸附層和碎石層。蓄水層位于最上層，該層面低于地表平均水平面，雨水可通過周圍植物一次過濾凈化匯入低洼處；生物過濾層種植喬灌草，通過植物自身的吸附作用，以及微生物分解植物落葉殘枝的降解作用，凈化雨水；種植土壤層由滲透性強的沙質(zhì)土壤以及部分粘土和有機質(zhì)構成，保證其透水率不小于120mm·h-1，形成了植物的種植基質(zhì)，同時也可以對雨水進行再次過濾和吸收；填料層的粒徑相對要小，粒徑大小在5～15mm，保證土壤層的顆粒不會下滲到碎石層，同時也起到過濾下滲雨水的作用；碎石層的空隙度相對填料層要大，其中粒徑在30～50mm，同時該層設置穿孔管，將下滲到碎石層的多余的積水排出雨水花園。通過以上5個層次的相互配合，達到“滲、滯、蓄、凈、用、排”的雨洪管理效果。

3.3 雨水花園的植物選擇

雨水花園中植物的選擇應充分利用本土樹種的優(yōu)勢，植物種植景觀養(yǎng)護盡量做到低養(yǎng)護、免養(yǎng)護，節(jié)約管理時間，降低管理成本。植物選擇應該滿足雨水花園凈水蓄水的功能，既能提高植物對水的凈化，又能夠實現(xiàn)景觀效益，因此凈水能力強，根系發(fā)達的植物是首選。要優(yōu)先選用本土樹種，栽植或引進去污、凈水能力強，便于養(yǎng)護，容易管理且成本低的植物。國外許多實例對于雨水花園的研究、植物的選擇方面提供了豐富的經(jīng)驗，但在引進國外植物時需要謹慎選擇，在設計時選擇形式或功能與本土最相似匹配的植物。利用植物的根系吸收、凈化水體；同時植物最好是具備去污染能力強、抗病蟲害、抗凍、耐溫耐澇的全能衛(wèi)士[13]。

3.4 雨水花園的景觀生態(tài)效益

海綿城市建設從提出到研究，再從研究到實際應用，極大提高了景觀的生態(tài)效益。其主力軍雨水花園主要有以下作用。

通過滲透、滯留、儲蓄等手段和措施削減強降雨帶來的洪峰流量，減少雨水在短時間內(nèi)排向城市管網(wǎng)，從而減少管道排水壓力，降低城市洪澇災害，保護城市下游的建筑和水體。

城市下沉綠地控制雨洪流徑，利用植物截流和自身的凈化和吸附能力，凈化雨水。同時，土壤的微生物和孔隙度也有滲濾凈化雨水，減少水污染的功能。

充分利用徑流雨量，加快雨水下滲的速率，補給地下水源，涵養(yǎng)地下水；也可對處理后的雨水加以收集利用，作為城市園林用水或生活用水，緩解城市水資源的短缺現(xiàn)象。

結合景觀生態(tài)學理論研究進行區(qū)域的景觀規(guī)劃設計，增加景觀單元之間的聯(lián)系，改善城市化帶來的景觀破碎化現(xiàn)象；同時創(chuàng)造一個適合各種生物生存的空間環(huán)境，促進環(huán)境中生物的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

雨水花園作為海綿城市的主力軍，模仿大自然中的湖泊、河流、沼澤等水處理特點，將水的收集、凈化、下滲等運用于城市景觀設計中，結合地形等環(huán)境要素，運用植物加以凈化、吸收，達到雨洪管理的目的，同時也提高了居民生活環(huán)境質(zhì)量，提高生活品質(zhì)。

從景觀生態(tài)學的視角來看，作為人工或者自然的下沉綠地，雨水花園有軟化地表，分散地表徑流，縮短匯水時間的功能，其不僅可以促進雨水凈化和下滲，而且對緩解洪澇災害也有一定的作用。在雨水的下滲過程中，通過地形、植物、微生物和其它要素的共同作用，達到凈水、蓄水等目的，減少了水環(huán)境的污染，保護了水生態(tài)；同時，豐富的水資源為動植物提供良好的生存環(huán)境，增加該地區(qū)生物多樣性，使該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)更加平衡穩(wěn)定。

4 結語

當今社會，城市生態(tài)環(huán)境問題凸顯，自然災害頻發(fā)，從而不得不放緩城市建設和經(jīng)濟發(fā)展的步伐，將目光聚焦到人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境建設中來，探索新的措施來改善城市生態(tài)環(huán)境，減少水環(huán)境污染，提高資源節(jié)約和利用。海綿城市的建設充分利用景觀生態(tài)學理論基礎，極大改善城市雨洪問題，對城市水環(huán)境建設和保護至關重要。我國現(xiàn)階段海綿城市的主力軍——雨水花園的建設尚處于發(fā)展階段，部分理論與技術還未成熟，需要不斷地去摸索，建設真正意義上的海綿城市。