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重慶堰塘—沖沖田系統對現代水資源管理的啟示

2015-03-05 06:55:42戴芹芹王志芳
中國水利 2015年1期
關鍵詞:系統

戴芹芹,王志芳

(1.浙江省寧波市鄞州區東吳鎮人民政府,315113,寧波;2.北京大學建筑與景觀設計學院,100080,北京)

近年,我國暴雨不斷,洪澇災害頻發,造成了嚴重的經濟損失和社會影響。在面臨“水太多”問題的同時,我們也面臨著嚴重的水資源短缺難題,地下水資源枯竭、干旱頻發的報道也屢見不鮮。這一切都與城市建設過程中水資源管理理念和方式出現的問題相關。古人在長期與水旱災害的斗爭過程中,積累了豐富的水資源管理經驗,形成了獨特的地方知識,應該加強對這部分知識的研究,來服務與指導現代的水資源管理。以重慶為研究區,從水資源管理的角度對堰塘—沖沖田系統進行分析,剖析其中的生態智慧,供各地在城鎮發展和新農村建設過程中借鑒,以妥善管理水資源、保護環境。

一、研究區域與方法

1.區域特征與問題

重慶洪災頻發、水資源短缺,同時面臨著排水與蓄水的雙重水資源管理難題。這些難題既是城市化發展的結果,也受制于當地的自然環境特征。重慶地勢起伏大,層狀地貌明顯,以山地、丘陵為主,喀斯特地貌分布廣泛。這里雨量充沛,年平均降水量1 000~1 350 mm,但降水集中,月際變化大,降水主要集中在4—8月,約占全年降水總量的72.8%,且多為雷陣雨、大雨、暴雨。較大降水天氣過程多集中在6月中旬到7月上旬,干旱多發生在7月下旬到8月下旬的相對較短時段。以上降水特點,形成重慶地區冬季干、春少雨,夏多暴雨、旱澇交替的氣候規律。這樣的氣候特點給當地的農業生產帶來嚴峻挑戰。如何減輕洪澇災害又有效地留住雨水,是當地農業生產必須解決的一個難題。

2.資料收集與方法

圖1 堰塘—沖沖田系統示意圖

通過田野調查、文獻閱讀,了解場地的環境特點和自然環境數據。以Google地圖、GPS輔助,采用鄉土地圖法進行地方水資源管理知識的挖掘,深入剖析堰塘—沖沖田系統形成的理念與方法,并通過GIS水文分析,對其進行驗證。

二、堰塘—沖沖田系統概述

為了最大限度儲藏、利用降水,且免受山洪威脅,重慶地區逐漸形成了一套龐大的堰塘—沖沖田系統,它可以有效地綜合解決雨水蓄滯和雨洪安全的難題。

這套系統的基本結構:將水田順著徑流路徑布置于丘麓坳谷,旱田分布于兩側的丘坡,房屋建于丘頂和中上丘坡。這種順丘麓坳谷逐層開墾而成的水田被當地人叫作沖沖田。在沖沖田上游洼地內修筑塘庫,雨季蓄積雨水,旱季利用地勢,順著沖沖田進行自流灌溉。降雨時,雨水沿坡地順勢依次匯于堰塘、沖沖田,集于河溝,最后匯入江河(見圖1),在做到有效蓄水的同時,保證了排水的通暢。

本文將這種丘陵地區特殊的水資源管理和利用系統叫作堰塘—沖沖田系統,它廣泛分布于重慶山區的大部分農村地區,形成了獨特的地方景觀。依靠沖沖田的位置,可以快速有效地識別出場地的徑流路徑及分水嶺的位置。

1.組成要素

堰塘—沖沖田系統由沖沖田多級系統和大量小型的堰庫群所組成。

(1)沖沖田

圖2 正沖、側沖示意圖

沖沖田是丘陵地區沿丘麓坳谷逐層開墾的農田,根據位置不同分為正沖、干沖(也稱側沖)(見圖 2)和沖口。正沖即坳谷正中較易匯水的水田,是場地的徑流區;側沖則指正沖兩側具有一定坡度,不易匯水的旱田,正沖和側沖的交界線即流域中的高地區和徑流區的交界線。沖口是指兩條或多條沖沖田的交匯點。

(2)塘庫群

為了保證場地用水,重慶多年來形成了冬囤水田保水稻栽秧插、堰塘保滲灌、水庫做后盾抗伏旱的格局。重慶山丘毗連,農田分散,水利建設多以小型為主,小者建堰塘(也稱山灣塘),大者修小水庫,形成塘庫群蓄水。

堰塘:山區或丘陵地區修筑的一種小型蓄水塘,是重要的農業灌溉和生活用水來源。

冬囤水田:能就地蓄水、就地灌溉的水田,因為冬天田中蓄水而得名。冬囤水田與工程蓄水(如堰塘、水庫)互為調節,減少水在灌溉渠道中的流失、滲漏、蒸發等,客觀上增加了工程蓄水效益。

2.塘庫群空間位置的選擇

塘庫群的選址必須滿足3個條件:①具有天然洼地;②高地勢,能利用地形優勢形成自流灌溉;③地質巖性適合,土壤的保水性好,地下沒有地縫。因此,塘庫群的位置一般都處于流域高處的洼地,在雨水匯入沖沖田之前就對雨水進行收集。通過與GIS水文模擬的徑流對照,水庫主要位于場地的4級徑流區,大堰塘位于5級徑流區,大量的小堰塘處于場地的6、7級徑流區。這種堰塘—沖沖田的時空組合有利于利用地形完成排水、蓄水兩大任務。

3.宏觀、中觀、微觀系統的相互協調

處于4、5、6級徑流區的塘庫群,實際上是從宏觀、中觀、微觀等3個空間層次形成了水資源管理的相互協調機制。雨水先后匯于堰塘、水庫,他們的容量、服務半徑、抗旱性、調蓄能力依次擴大。干旱時節,水庫成了農業灌溉的最后一道防線。

由水庫、堰塘、冬囤水田所組成的塘庫群格局,是一套與當地氣候、地形、用水、需水量緊密結合的灌溉系統,它們相互補充、相互協調,維系著這個區域的用水平衡,共同塑造著大地景觀;同時也是重要的雨洪水源頭控制設施。

三、堰塘—沖沖田系統的生態適宜性

1.土壤適宜性

重慶土壤由巖石風化而成,山坡多頁巖風化不完全的棕紫泥土保水性差,不宜種植水稻。山坡上的土壤受到雨水侵蝕,沖刷而下的泥沙在坳谷沉淀形成土壤淤積區。這一“上蝕下淤”的地貌過程,使得山麓坳地淤積形成了土壤養分和蓄水性都較好的水稻土。依山谷逐層開墾水田,其土壤最適宜水稻生長,再加上農田中的田埂、沉沙池等的作用,使隨著雨水流失的土壤能更好地保留在田地中,起到水土保持的作用。

2.地形、動力適宜性

將沖沖田與塘庫群沿著徑流路徑布置,其中沖沖田位于低地,塘庫群位于高地,可以進行自流灌溉,解決灌溉動力的問題。

3.排水、用水適宜性

山麓坳谷匯集大量雨水很容易產生內澇,受到排水問題的嚴重困擾。將受雨水沖刷、滯蓄影響較小,同時用水需求大的水田安排在降雨時匯洪排流的山麓坳地,用田埂將雨水圍留在水田中,在保證水田用水的同時還保證了山坡、坡頂的房屋免受山洪危害,削弱下游洪峰峰值。沖沖田系統不但是當地的排洪系統,每年4—10月,水田都要蓄積40 cm高的水量,因此它也是重要的源頭蓄水設施。

四、堰塘—沖沖田系統的水資源管理智慧

1.暴雨管理與灌溉相結合

堰塘—沖沖田系統充分考慮暴雨控制和灌溉需求,國外大量LID、BMP研究中雨洪水控制措施在很大程度上與堰塘、沖沖田的構建模式相一致,具有3個特點:①源頭收集暴雨水,起到了蓄滯雨水的作用;②零能耗自流灌溉,是綠色、可持續的灌溉設施;③徑流路徑最長化,可以將暴雨水最大限度地儲存、吸收在水田內,減小暴雨的峰值,推遲峰值來臨的時間,減小暴雨對下游的沖擊和下游洪澇發生的可能性。

2.灌溉系統與地下水系統相結合

水庫、堰塘、水田是重要的地下水補給區。雨水收集在堰塘、水田后,慢慢下滲,以地下徑流的方式慢慢地補給地下水和河流的基流。

3.暴雨管理與凈化系統相結合

堰塘、沖沖田不僅是雨洪管理的重要設施,還能起到消納、降解和吸附污染物的重要作用,是重要的凈化設施。國外大量LID、BMP研究中非點源污染控制措施在很大程度上與堰塘—沖沖田的構建模式相一致。

五、與其他地區傳統水資源管理模式的區別

1.與中國古城水資源管理模式的區別

中國古城防洪系統采用城墻、壕池、城內溝渠、排水管道等措施綜合管理雨洪,采用“防、導、蓄、高、堅、護、管、遷”的古城防御方略,由障水系統、排水系統、調蓄系統、交通系統組成,一般具有軍事防御與排水、排澇兩大綜合功能。防洪體系的設計因地制宜,用水之利,避水之害,根據地形的不同,具體表現形式也不一樣。比如黃泛平原古城就保留了大面積的坑塘、湖面,而江南水城的特色則是發達的城市水網。堰塘—沖沖田系統是針對丘陵地形,基于農業需求發展起來的,它缺少古城防洪系統的軍事防御功能,僅以蓄水、灌溉、排澇功能的最大化為目的。

2.與濕潤區水資源管理模式的區別

濕潤區的水資源管理以防洪排澇為主,主要以大面積的水體、水塘、運河及灌溉系統為主,隨著地形的變化表現出不同的形態。比如圩田就是江南人民為適應潮水的大幅度漲落而創造的一種農田開發的獨特形式。

濕潤區梯田是濕潤區山地地區的一種主要的水資源管理模式,分為沿等高線梯田、方形梯田、山腳梯田、魚梁堰梯田等多種形式,尤以等高線梯田最為常見。與重慶地區堰塘—沖沖田系統沿著徑流路徑而建不同,等高線梯田系統沿山脊線整坡開發。濕潤地區常年降雨豐富,梯田是對土地與水源的最大化利用。沿著徑流路徑布置的堰塘—沖沖田是為了在收集雨水的同時,解決瞬時暴雨所導致的排水問題,避免房屋建筑等受到山洪的沖擊。

3.與干旱區水資源管理模式的區別

在干旱地區,收集雨水、防止蒸發是水資源管理的重點,干旱區以蓄水系統為核心,各種儲水設施、引水設施構成干旱區水資源管理的主要手段。旱梯田是缺水的丘陵區、山區常見的水資源管理模式,人們通過改造地形達到滯水、蓄水的目的。

基于地方知識的傳統雨洪管理模式受當地的氣候、降雨類型、地形地貌等因素的影響較大,都是因地制宜地解決當地水問題,每一種傳統的雨洪管理模式都有其特點和局限性。濕潤區以防洪排澇為核心,干旱區以雨水收集及防治蒸發為核心,平原、丘陵、山區、沿海地區又由于地形的不同,表現出不同的水景觀特點。山地梯田是干旱區和濕潤區都會采取的景觀形式。

堰塘—沖沖田,既有別于旱梯田,也與濕潤區梯田不同,它不是單一的適應干旱或濕潤氣候的水資源管理模式,而是應對干濕交替氣候所產生的獨特的水資源管理模式。分散式的堰塘、水庫等小型集水洼地體現了對干旱氣候的適應,同時沿徑流路徑開墾的農田不僅是對干旱的一種適應,也是對瞬時暴雨的一種適應,成為主要的泄洪道。

六、堰塘—沖沖田系統對現代水資源管理的啟發

1.尊重場地,遵從自然

我國現行的城市建設往往忽略場地現狀,很多對維護場地的健康和安全具有重要意義的地方元素、針對性的適應方式隨著城市化的進程被瞬間抹平,如在高地挖湖,將堰塘填平,城市給排水過多地依賴工程措施,造成湖泊靠人工水利工程補給,下雨時積澇成災等嚴峻的生態問題,給城市供水系統、排水系統都造成極大的壓力。

堰塘—沖沖田系統各組成元素的選址,完全尊重并依賴高低起伏的山地地形。古代人清楚地意識到,山地地形在增加了瞬時徑流量大、蓄水難問題的同時,也為解決這個難題提供了良好的地形條件與契機,遵從并加以利用是古代人解決水資源管理難題的不二法則。堰塘—沖沖田系統的布局法則,應該運用到現代城市建設中來,將受雨洪影響較小的城市綠地布于山麓坳谷,將建設用地布于高地,將原有的堰塘化為城市的水景和灌溉水源,使新建的城市能夠維持場地原有的匯流方式,利用綠地系統來削減雨洪水,并保證其他區域的安全。借鑒地方智慧來幫助我們對土地利用的區域地點做出明智的選擇和判斷,以杜絕潛在的威脅。

2.多功能,分散處理

我國現行的綠地、水利、水景建設,功能單一,規模大,對場地原有的景觀過程破壞大。如水景觀建設,往往單一滿足觀賞需求,較少與雨水收集、地下水下滲、綠地灌溉等功能結合起來。古人由于無法克服長距離、高落差所引起的運輸問題,面對分散的灌區,采用了小而分散的、多層次的蓄水系統,并且巧妙借助了地形,利用重力形成自流灌溉。這些建在徑流始端的小而分散的塘庫群維持了場地原有的水文過程,盡量減少建設對場地的水文過程、河流生態的破壞,并且起到了源頭控制雨洪水、通過下滲緩慢補給下游徑流的作用。系統每個組成元素不是單一功能,而是多功能、復合型的,是對場地水文過程的綜合干預,整個系統綜合考慮了下滲、排水、蓄水等問題。

我國幅員遼闊,自然、地理、社會環境復雜,不能指望一種方法可以適用于所有地區、解決所有地區的水問題。研究基于地方知識的水資源管理模式,有助于我們找到新型雨洪管理理念的本土化實踐方式。

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