美麗中國的水生態基礎設施：理論與實踐

[摘 要]本文根據作者在2014年中國水利部科技委全體會議上的主旨報告整理而成。文章針對當前水環境、水生態問題和治水理念及方法的誤區，提出通過建立水生態基礎設施來綜合解決。作者通過多尺度的生態基礎設施的規劃和工程設計實踐案例，對包括水生態基礎設施空間邊界（水生態紅線）的劃定方法、水生態基礎設施的構建技術等展開討論和驗證，闡明建立水生態基礎設施的必要性、可行性和實際的效果。文章指出，通過水生態基礎設施的規劃和建設，不僅可以為城市及居民提供可持續的、全面的生態系統服務，還可以在很大程度上避免灰色基礎設施的高投入和高維護成本以及破壞水生態系統的弊端。建設水生態文明，要求我們在思想上進行革命，在方法上進行創新，在體制上打破邊界。

[關鍵詞]美麗中國；水生態基礎設施；水利工程；水生態紅線；水利部科技委

[中圖分類號]TU983；X32-013 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6848（2015）01-0005-14

[作者簡介]俞孔堅（1963—），男，浙江金華人，博士，北京大學景觀設計學院研究院教授，博士研究生導師，北京土人景觀與建筑規劃設計研究院首席設計師，主要從事城市和區域規劃、景觀設計學研究。（北京 100086）

Abstract： This article was collected from a keynote speech， which was reported by the author on the 2014 Congress of the Science and Technology Committee of The China's Ministry of Water Resources. This report proposed that aquatic environmental problems should be resolved by establishing the aquatic ecological infrastructure， aiming at the aquatic environment， aquatic ecological problems and erroneous zones of the ideas and methods of water control. Multiple examples are presented to illustrate the theory and methodology of building aquatic ecological infrastructure， which demonstrates the necessity， feasibility and the actual effect of building the ecological infrastructure. To give up the conventional single-minded grey infrastructure solutions and to take the ecological solutions are， however， innovation processes that require revolutionary thinking， breakthrough from the current systems of administration and technique codes.

Key words： Wild China； aquatic-ecological infrastructure； hydraulic engineering； baseline of aquatic ecology；Science and Technology Committee of The China's Ministry of Water Resources

一、引言

這里要探討的問題，是關于如何科學、系統地對待水的問題，是生態治水的問題。多年來，這個問題在水利界已經得到部分前輩學者的注意，他們的聲音雖然沒能成為水利系統的主旋律，卻如春天晨起的鳥鳴，呼喚著充滿希望的一天。最值得關注的呼聲來自劉樹坤、董哲仁、汪恕誠等人①。而這次學術報告，則是從一個規劃師的角度，基于多年來在水生態規劃設計方面的實踐，來談一些心得。

首先，我們必須認識到，水問題的綜合征與解決之道的單一性，是導致中國系統性水危機的根本所在。中國的水資源和水環境問題非常嚴重②，包括水資源短缺、水質污染、洪水、城市內澇、地下水水位下降、水生棲息地喪失、城市濱水區利用等。在許多地方，這些問題是災難性的，慘不忍睹。這些水問題的綜合征帶來的水危機，并不是水利部門或者某一部門管理下發生的問題，而是系統性、綜合性的。而非常遺憾的是，對待這些綜合性的水問題，我們當前的解決之道卻往往是單一而片面的。我們熱衷于通過單一目標的工程措施，以及構建“灰色”的基礎設施來解決這些復雜、系統的問題，結果卻使問題更為嚴重，從而進入一個惡性循環。例如：我們不惜每年斥巨資，修建更加強悍的鋼筋水泥大堤來防洪，而洪水的破壞力卻演變得更加可怕，城市內澇也更加嚴重；我們熱衷于在城市中布設更加粗大的管道和更大功率的水泵來排除內澇，一任珍貴的雨水排入大海，而地下水水位卻年年在下降；我們把跨流域調水作為自豪的水利工程來建設，而區域性的水危機卻演變成了全國性的水危機，且日益嚴重；我們研發和投資更加精密的污水凈化設施，試圖來解決污水問題，而對大面積的面源污染、75%的地表水污染和日益嚴重的地下水污染，卻束手無策；我們設立了一個個遠離城市的自然保護區，試圖來保護日益減少的生物多樣性，而我們眼皮底下的、具有重要功能的濕地卻在日益減少和被毒化，大量尋常的鄉土物種正在迅速消失或成為瀕危物種……狹隘的、簡單的工程思維，體現在（或起源于）部門分割、地區分割、功能分割的水資源管理方式，即“小決策”，這非常不利于水系統的綜合治理和水生態的可持續改善。

水是世界上最不應該被分離的元素，水系統本是地球上一個連續的系統，可是我們目前的工程與管理體制，卻把水系統分解得支離破碎：水和土分離，防洪堤、壩的建設標準是“三面光”的；水和生物分離，建設了防洪設施，沒有了河漫灘，導致生物棲息地減少，生物大量消失，防洪規范里甚至不允許河道中有樹木和植被；水和城市分離，江河兩岸的城市，比如武漢、南京等長江沿岸城市，本來應該是濱水城市，但是站在城市里我們發現，城和江是被分割的，因為防洪堤壩已經高出長江3米至5米了；甚至城市里的排水和給水兩個過程都是分離的，分別由不同的部門管理，排水有排水公司，給水有給水公司，他們考慮的都是各自的效益；防洪和抗旱分離，各大城市一到下雨天，所采取的措施是在盡可能短的時間內把所有的水都排出城市，而干旱的季節又都要從外面調水來抗旱，抽地下水來灌溉綠地。這些都是由簡單的工程思維和管理上的“小決策”帶來的弊端。誠如Odum所說：“小決策是一切問題的根源。”①所以，解決諸多水問題的出路，在于回歸水生態系統的完整性，以此來綜合地解決問題。

二、通過建立水生態基礎設施來綜合解決水問題

水環境與水生態問題是個跨尺度、跨地域的系統性問題，也是互為關聯的綜合性問題。諸多水問題產生的本質是水生態系統整體功能的失調，因此，解決水問題的出路不在于河道與水體本身，而在于水體之外的環境。如：大量的雨并不是落到河道里面的，所以防洪沒有必要與河道過不去；污染也主要不是由水本身帶來的，所以，水凈化的解決之道也不在水體本身。解決城鄉水問題，必須把研究對象從水體本身擴展到水生態系統，通過生態途徑，對水生態系統結構和功能進行調理，增強生態系統的整體服務功能。供給服務、調節服務、生命承載服務和文化精神服務②，這四類生態系統服務構成水系統的一個完整的功能體系。以保障水系統綜合生態系統服務為目標的基礎性空間結構（景觀格局），就是水生態基礎設施。它有別于傳統的工程性的灰色基礎設施，是一個生命的系統；它不是為單一功能目標而設計的，而是用來綜合地、系統地、可持續地解決水問題。③

水生態基礎設施包括自然水生態系統，也包括生態化的水工基礎設施。國際上對生態基礎設施（Ecological Infrastructure）已有明確的理解和定義。④因為地球上已經沒有完全不受人類干預的水系統了，所以，從理論上講，不存在所謂人工的和自然的水系統的區別。經過規劃設計、管理并用于保障人類所需的生態服務的水系統，都是水生態基礎設施的構成部分。只有這樣，我們才能對水生態系統有一個完整的認識，才能對水紅線及水系統進行管理。水生態基礎設施就像人的血脈一樣，有動脈、支脈，還有毛細血管。建立水生態基礎設施的關鍵是科學的規劃，其技術要點在于水生態紅線的科學劃定，明確水系統“大腳”的邊界到底在哪。它絕對不是河道和水域的邊界，而是由對水過程具有關鍵意義的點、線、面和空間聯系所構成的空間格局（見圖1）。這就需要用跨尺度的系統思維來思考，應該在全國尺度、區域尺度和城市尺度上，從宏觀、中觀、微觀不同層面，來建立一個連續的系統。規劃的基本原理是：在研究水文過程的基礎上，結合生物過程、地質狀況、文化遺產保護和生態游憩系統，進行系統的空間整合。景觀安全格局（特別是生態安全格局，Ecological Security Pattern）的理論與方法⑤，為水生態基礎設施的空間界定提供了科學的理論和方法。將水安全格局、地質安全格局、生物保護安全格局、文化遺產安全格局和生態游憩安全格局等整合在一起，構成一個以水為核心的綜合安全格局，在此基礎上規劃一個生態基礎設施。它保障關鍵的生態系統服務，特別是雨洪調蓄、生物保護、游憩體驗等，并且用這個生態基礎設施決定未來城鎮化的空間格局，這樣的規劃過程和規劃成果被稱為“反規劃”（Negative planning）。②

一個完整的生態基礎設施的建立，需要在規劃和工程設計兩個層面上進行。下面通過具體的規劃設計實踐，來闡明水生態基礎設施構建的方法論和技術。

三、多尺度水生態基礎設施規劃實踐

一些不同尺度上的水生態基礎設施規劃研究和實踐，為全國范圍內的水生態基礎設計的建立，提供了可資參考的經驗。

（一）國土尺度上水生態安全格局與水生態基礎設施研究

在國土尺度上，水生態安全格局和水生態基礎設施是國家長遠的生態安全和城鎮化空間格局的基礎。北京大學做了這樣的研究：基于百萬分之一數字高程和國土資源數據，運用GIS分析和水過程的模擬，以江河湖泊為源，進行沒有防洪設施條件下的洪水淹沒模擬，并用歷史上實際洪水淹沒區進行校正。結果顯示，模擬的淹沒區與歷史洪水淹沒區在空間上非常吻合，中國最大的洪水淹沒范圍只占到國土總面積的6.2%。也就是說，如果我們放開所有的堤壩，沒有任何防洪設施，中國最大能淹掉的國土面積，最多也只有6.2%；而在一年一遇的洪水情況下，只淹掉0.8%的國土面積；在中等水平情況下（20年一遇），也只淹到全國國土面積2.2%。根據這個數據，我們建立了洪水調蓄的高、中、低三個安全格局（見圖2）。①

基于這個初步研究，我們有必要對中國歷年來的防洪抗洪工程作一個反思：我們每年用數以千億元的投入來進行防洪工程的建設，實際上我們保護的對象僅僅是國土面積的很小一部分。這給我們一個啟發，如果國家能留出相應的面積來滯蓄洪水，那么我們就可以一勞永逸地解決水患的問題。當然，這是一個理論數值。我們進一步分析就會發現，中國近70%的人口和近70%的年GDP產出，恰恰在這6.2%的洪泛區內（見圖3）。這不是水利部門的問題，而是城市建設和國土開發的歷史錯誤。我們建城伊始，特別是在過去三十年快速的建城過程中，從沒有充分考慮到水安全和水生態的問題。我們在建城的時候，不斷在農業時代留下的舊有城市格局上，不明智地進行慣性擴張。如果說國家能夠給水系統6.2%的土地，結合林業部門的水源涵養地，我們就可以建立國土尺度上的水生態基礎設施。未來中國至少還有400個擁有10萬至20萬人口的城市和集鎮要建設，非常遺憾的是，國家的國土開發和城市建設決策部門仍然沒有意識到這個問題的嚴重性，中國現在的和規劃中的城市或城市群恰恰大都分布在洪泛平原和盆地的中央地帶，更確切地說是潛在的滯洪區，它們慣性地不斷蔓延，結果使城市發展格局、水生態安全格局、農田發展格局之間產生了日益嚴峻的不可調和的矛盾。這意味著未來的城市仍然要跟洪水作無休止的斗爭，這是一場不可能勝利的戰爭，未來中國的城市和居民還將持續不斷地付出巨大的代價。

反過來，如果基于水生態安全格局和水生態基礎設施來考慮國土開發和城市化空間格局，中國未來的城市化可以有更理想的格局：應該沿淺山區，包括華北平原的淺山區、成都平原的淺山區、關中平原的淺山區等分布。黨的十八大提出了三個格局協調的重要性，可謂非常及時而又異常緊迫。亡羊補牢猶未為晚，中國城市化才進行了一半，未來至少還有4億至5億人口要涌入城市，我們應該盡快根據生態安全格局，特別是水生態安全格局和水生態基礎設施，來主動調整中國城鎮化空間布局，明智地解決中國未來千秋萬代的可持續發展問題（見圖4）。①

（二）區域水生態安全格局與水生態基礎設施：北京案例

在區域尺度上，水生態基礎設施和城市發展空間格局的協調，是城市和區域可持續發展的基礎。以北京為例，每年城區地下水水位下降1米至2米，在山區下降2米以上，情況非常嚴重。但是北京市域每年大量雨水在雨季被排掉，其中城區就流失2.3億噸。②（2012年北京降水達708毫米，比較豐沛，降雨補給地下水使平原區地下水位平均回升0.6米。③）這么珍貴的雨水，為什么要白白排掉呢？所以如何把北京的水留在地表并補充地下水，如何與游憩系統、公園、綠地、自行車廊道結合在一起，如何讓留在地表的水與生物保護結合在一起，與文化遺產保護系統結合在一起，以及與城市居民日常的綠色出行結合在一起，這就要通過系統的方法來整合一個具有綜合生態功能的生態基礎設施，而水是其中的核心和關鍵。我們必須認識到，水生態系統不是河流與湖泊水體，而是與土地、生物、文化遺產及人的生活緊密關聯的一個生態系統。

目前北京市各種生態環境問題之所以日益嚴重，在某種程度上就因為它的城市格局有問題。它是蔓延式的、攤大餅式的，沒有為城市里面的水系統和生物棲息地預留科學合理的空間，沒有形成一個彈性的網絡。比如，雨水淹沒了街道，但旁邊的河道和湖泊里卻沒有水；綠地不但沒有發揮調節的作用，反而增加了市政排水系統的壓力和水資源困境；公園和綠地沒有與水系很好地結合，下雨時，公園的雨水往城市雨水管道排，而干旱時，綠地又需要澆灌，與城市用水競爭；大量的河道都是危險的禁地，不但沒有成為日常通勤和游憩通道，反而成為市民活動的障礙。意識到這些問題的存在， 北京市國土資源局委托北京大學做了一個以水為核心的生態基礎設施的規劃。這個基礎設施在三個安全水平上劃出了三條基線：底線生態安全格局（也就是必須要保護的生態安全格局）、中等安全水平上的生態基線和理想的生態基礎設施。這三種水平上的生態基礎設施分別要求北京市域內留出47%、70%和85%的土地，來進行以水為核心的生態基礎設施的構建，并由此通過“反規劃”來實現城市的合理布局（見圖5、圖6、圖7）①

如果按照最優化的理想基礎設施來布局北京的城市建設，那么北京市區就可以躲避洪澇災害的困擾。同時，如果把北京市的洪水淹沒區與北京市的地質可滲水區域耦合在一起，我們就會發現北京市雨洪完全能夠在這些區域滲透下去，補充地下水。如果根據這個生態基礎設施進行北京市城市空間格局的優化設計，那么北京容納5000萬人是可能的。而現在北京市的政策恰恰還是繼續與洪水作斗爭、無節制地修建工程排澇系統，包括修更粗的排水管道、修更大的地下儲水池、安裝更大的排水泵和修更大的防洪閘，這些做法只能加劇水系統問題的綜合征，是小決策導向的治水工程，無助于水問題的長遠解決，更不能建立良好的水生態系統。北京大學于7年前完成的北京水生態安全格局，不幸在2012年的“7·12”洪澇悲劇中得到了驗證（見圖5）。北京“7·12”特大暴雨造成了77人死亡的代價，而死亡事故的發生地點，正好與7年前做的洪水安全格局吻合。如果當時能避開那些潛在淹沒區，也就是在水生態安全格局區域進行城市開發建設，也就不會有這樣的悲劇發生。

北京市的城市擴張是沿高速路網和灰色基礎設施來進行的，二環、三環、四環、五環……依此蔓延，如果以水生態基礎設施為限定框架來進行城市的建設，就可以用穿插式的、組團式的方式進行（見圖6）。水生態基礎設施可以給北京市未來的空間擴展提供一個剛性的框架，為城市適應各種自然災害提供一個彈性的空間。根據這樣的一個生態規劃，北京未來的城市規劃不應該再在平原上發展，而應該往淺山區發展。北京市淺山區有近4000平方公里的面積，有足夠的土地來建至少300個人口在10萬至20萬左右的小城鎮，這樣的城市就可以避免城市面臨的洪澇問題，在節約了良田的同時，也擁有非常美麗和舒適的居住環境（見圖7）。

另外，以水為核心的生態基礎設施，也為如何進行大規模的植樹造林提供了依據。2012年北京市開展了100萬畝的生態造林工程，這些林子應該種在什么地方呢？通常情況下，人們會沿環路、沿高速干道去造林，類似于第一條綠化隔離帶、第二條綠化隔離帶。這樣的林子沒能發揮應有的功效，無助于洪澇的滯蓄，也不能有效地供人使用，連動物也不敢在高速路兩側活動，因為高速路是生物最危險的殺手。所以科學的造林應該沿著以水為核心的生態基礎設施去布局，特別是沿著河流廊道和水域及洪泛區，把足夠寬的河漫灘留下來，在河漫灘上種樹，形成濱河綠道，這就減緩了洪水的威力，同時還能把洪水滯蓄并滲到地下。通過沿河綠道，把綠地與公園系統聯系起來，把自行車和步行系統建立起來，為城市提供多種生態系統的服務。遺憾的是，我們的河道防洪設計仍然在沿用一些早已過時、已被證明是不科學的、落后的規范。如規定在行洪的河漫灘上不能種樹，甚至不能有灌叢和植被，三面光被認為是最好的。這種片面以行洪為目標的水利工程，毀掉了多少原本生態而美麗的母親河。

（三）城區水生態基礎設施：武漢五里界生態城市案例

在城區尺度上，水生態基礎設施可以作為生態城市建設的基本骨架。北京大學在武漢做了這樣一個案例：用水生態基礎設施來定義城市格局和形態。湖北被譽為千湖之省，武漢被譽為百湖之市，大小坑塘無以計數。千百年來，農民開墾土地，靠天吃飯，在大地上修建了無數個陂塘，形成了一個與旱澇變化相適應的陂塘系統，這是很珍貴的水文化遺產。但是在城鎮化過程中，它們都被“三通一平”地填掉了，取而代之的是排洪管道和泵站。一套沒有自我調節能力、需要靠耗能和大量人工維系的“灰色”基礎設施，取代了千百年來農民們積累的智慧結晶。中國當代城市普遍蒙受的雨澇困擾，基本源于對這樣的水生態景觀的破壞和灰色工程的泛濫。原因很簡單，中國大部地區屬于大陸性季風氣候，一天的強降雨可以達到年降雨量的20%—30%。在這樣的強降雨情況下，需要多粗的管道才能避免城市的瞬間澇災呢？靠管道來解決城市排澇，既不經濟，也不可持續。如果將這些原有的陂塘系統進行保護和完善，并結合城市水系統和綠地系統進行規劃，用潛在的淹沒范圍確定公園以及綠地系統的邊界（生態水線），又將其與城市的步行道和自行車道相結合，發揮水的綜合生態服務功能，便可構成城市的生態基礎設施，以此來決定城市的空間格局。用這個以水為核心的生態基礎設施，代替常規的雨洪排澇灰色基礎設施，建設一個沒有集中排水管道的城市，不但可以節省數以億計的管網投資，而且可以充分利用雨水，營造一個低維護的宜居城市。在最終形成的城市規劃格局中，城市建筑本身是高密度的，但是有足夠的空間可以讓雨水和生物棲息地留下來，而雨水經沉淀、過濾和生物凈化后，完全可以作為水資源再利用，滋潤這個土地；地表水也可以有生產功能，種植荷花、菱角、慈姑、荸薺等水生植物，甚至還可以養魚；在沿水系綠地，則可以形成綠色通勤和休閑廊道。①

四、水生態基礎設施的工程設計

以上是不同尺度上水生態基礎設施的構建方法，下面通過幾個案例來探討水生態基礎設施構建的關鍵工程技術類群，探討如何進行以生態系統服務為導向的設計，實現水生態系統的供給服務、調節服務、命承載服務以及文化與精神的服務。

（一）與洪水為友的生態防洪技術

該類技術強調洪水不是不可避免的，也不是必須要對抗的敵人。用富有彈性的生態防洪，代替鋼筋水泥的灰色防洪設施，這是建立可持續的水生態基礎的關鍵技術之一。首先要給洪水留足空間，這需要對水過程有科學的認識，通過分析和模擬，確定水安全紅線；其次，讓茂密的鄉土植被與地形結合，形成富有彈性的防洪堤。這樣的生態防洪會隨著時間的推移，而變得更加有效和可持續性，而不是用高高的水泥防洪大堤擠壓洪水空間，那將與自然力形成沒有任何彈性的死守戰，結果功虧一簣。

浙江臺州的永寧公園是10年前嘗試完成的一個示范工程。永寧江是臺州黃巖的母親河，蜿蜒曲折，原來非常漂亮，老百姓可以在江邊洗涮，牛也可以下去喝水。后來投資了2億人民幣，做了一個固化河道、三面光的水利工程。工程做到一半時，市長連夜打來電話說，老百姓告狀了，水牛沒地方喝水了，魚沒地方產卵了，連泥鰍都沒地方呆了，蝌蚪爬不上岸了，連人掉下去也很難爬上來，一條美麗的母親河就這樣沒有了。針對這一普遍存在的過度的水利工程，首先要砸掉水泥硬化河渠，恢復生物棲息地，用生態的理念來解決洪水的問題。經過系統的分析，確定不同重現期洪水的淹沒范圍，可把它們建成公園和濕地。把原來的水泥防洪堤砸掉，改用大量的鄉土植被來護坡，包括蘆葦、菖蒲、芒草等等，兩年之后永寧江就恢復得非常漂亮。公園里有一套棧道系統，有的會在一年一遇或五年一遇的洪水中被淹沒，但洪水退后，人們仍然可以繼續在河漫灘上行走，做到與洪水為友。①

與洪水為友還可以通過各種濱水空間的生態設計來體現，如可以通過棧橋式濱水堤岸來實現，也可以通過階梯式的濱水堤岸設計來實現。

（二）加強型城市人工濕地凈化系統

濕地凈化技術在國內外都有非常多的研究和實踐，水利界也已有豐富的實踐。②如何將這種技術與日常生活、城市游憩環境相結合，使科學與藝術完滿結合，非常富有挑戰性。加強型城市人工濕地凈化系統將景觀作為生命系統，在城市中建立具有高效、復合功能的濕地凈化系統，將嚴重污染的水體或中水凈化為可以安全使用的干凈的水體。中國75%的水體受到污染，面源污染治理一直是水體凈化的難點，濕地被認為是解決面源污染問題的有效途徑，但需要占用面積較大的土地。與傳統的污水處理系統，以及目前國內外常用的“多塘-濕地耦合系統（包括表流系統和潛流系統）和“沉淀池-促滲草坪系統”相比，該技術模塊整合了物理沉淀、土壤過濾凈化和生物吸附凈化等技術，項目本身是城市綠地的一部分，具有如下明顯的創新和技術優勢：（1）以鄉土生物鏈和鄉土生物棲息地為主體的“非工程性”措施，系統具有高度的穩定性；（2）梯田濕地和曝氣跌水、景觀墻復合凈化設施；（3）與科普教育和城市公園建設相結合，占地少，適合于人口稠密的城市區域的復合型面源污染治理。

作為“加強型城市人工濕地凈化技術模塊”的示范工程，上海世博園后灘公園利用二十年一遇的河漫灘，建立了一個人工濕地凈化系統，占地10hm2（含3hm2濕地），將劣V類的黃浦江水凈化為III類水，日凈化能力2400T，可供5000個人的用水需求，相當于一年維護費用達500萬元的污水處理廠。河水污染，主要是富營養，大量的N、P、K正好是植物生長所需要的肥料。該設計從農民開墾梯田的景觀中獲得靈感，把水處理系統做成梯田，而梯田則是最好的水土保持技術，同時也是灌溉和施肥過程的體現，而施肥的過程實際上就是水污染凈化的過程。我們把水提高到3米高的跌瀑墻上后再落下，就變成一個曝氣增氧的過程，再通過潛流濕地，利用植物根系吸收水里面的營養。不同植被吸收不同的養分，有的植物甚至可以吸收重金屬，如蘆葦就是一種最好的有凈化功能的植物。這條狹長的過濾帶在凈化水的同時，也變成了一個生物多樣性很高的生物棲息地，有20多種鳥到這里安家，這個項目已成為水生態治理的國際范例。③

（三）城市雨洪管理的綠色海綿技術

該類技術將景觀作為生態雨洪滯蓄和凈化設施，緩解城市雨澇問題，并具有補充地下水、恢復濕地等多種生態系統服務。我國660多個城市中有400多個缺水；受季風氣候影響，大多數城市70%—80%的年降水都集中在夏季，按照暴雨標準修建城市排洪設施造價昂貴且維護困難，同時造成地表水資源流失，生物棲息地消失。綠色海綿設計將中國傳統的陂塘蓄水系統、桑基魚塘技術提升與當代雨水生態邊溝和潛流濕地凈化等技術相結合，配合短距離市政管網，構成雨洪滯蓄、凈化和地下水回補的成套系統。該技術模塊具有如下明顯的創新與優勢：（1）應用生態安全格局方法，劃定集水城區-匯水濕地綜合體，將集水城區與匯水濕地（海綿）整體規劃，以滿足蓄滯水量平衡要求；（2）構建具有鄉土生物保護、游憩與科普教育功能的“雨洪管理綠色海綿”，在匯水濕地范圍，采用填-挖技術，就地平衡土方，低成本創造過濾區、雨洪水蓄滯區“海綿地形”，同時營造多樣化的生物棲息地與游憩環境；（3）構建水質凈化-蓄滯水-地下水回補濕地系統，整合潛流和表流濕地技術，進行土壤和生物凈化，將經過生物凈化后的雨水匯入低洼濕地，補充地下水。

34公頃的哈爾濱群力濕地公園，是“城市雨洪管理綠色海綿技術”的示范工程。該公園位于面積33平方公里的城市中心，可以直接消納123公頃范圍內的雨水，同時，通過與局部市政排水管道相接，有效地消納方圓300公頃范圍內的雨水。該設計用了最簡單的填挖方技術，在地塊四周做了一圈水泡和丘地，丘地上架起高空廊橋，連接多個觀光塔和亭子，濕地里設計一系列步道和平臺，供人游憩使用。讓雨水經過層層的過濾和凈化，進入中央自然濕地，補充地下水。經過一年時間，就建成了一個城市雨洪公園，成本非常低，現在已經被列為國家級濕地公園。這里夏天郁郁蔥蔥，即使在冬天，仍然是一片自然之色。水泡和丘地間，形成一系列表流濕地、潛流濕地，使雨水在流動過程中被過濾和凈化。現在鳥類也進來了，濕地周邊的房子也建起來了，通過這個水生態系統的建設，帶動了城市的發展，城市土地的價值也因此而提高。①

（四）生態系統服務仿生修復技術模塊

該類技術利用雨水，通過模擬生態系統自我再生過程，實現高度人工化環境中的土地生態修復，使生態修復和重建過程本身成為同多種生態系統提供服務的過程。目前我國面臨嚴重的土壤污染、土壤鹽堿化、土地生態退化問題，城市建設中通常采用客土、覆蓋等造價昂貴、難以持續的工程措施。本技術模塊把待修復的土地視為生態系統服務的提供者，修復的過程同時又是提供生態系統服務的過程，探索出一套創新性解決方案：（1）構建多樣化微地形空間組合，利用場地本身具有的地形變化，結合填挖方，營造具有梯級變化的多樣化地形系統；（2）構建與微地形相適應的鄉土生境重建與演化系統，利用微地形形成的土壤、水熱條件差異組合，通過鄉土植物混播開啟與微環境相適應的鄉土自然群落演替過程；（3）構建市民游憩活動空間系統，將土地修復的全過程，通過空間體驗和解說，動態地展示給市民，持續提供科普教育。

作為“生態系統服務仿生修復技術模塊”的示范，天津橋園所在地原為打靶場，場地低洼，地面建筑物已被拆除，場地垃圾遍地，污水橫流，鹽堿非常嚴重。對于這樣一個城市廢棄地，為了開啟自然過程，讓自然系統做功，形成有一個無需更多能源與資源投入、可以自我進化、且滿足使用者審美與游憩需求的地域性景觀。本修復工程有以下幾個步驟和內容：首先，營造地形收集雨水，形成多樣化的生境條件。場地挖了21個深度不同的集雨坑，每個洼坑有不同的標高，有深有淺，它們形成了具有不同水分和鹽堿條件的生境，適宜不同植物群落的生長。第二步，開啟群落演化，群落的形成從種子開始，在每個低洼地和水泡四周播撒混合的植物種子，應用適者生存的原理，形成與不同生境相適應的植物群落。這些群落是動態的，由于初始生境不能滿足某些植物的生長，所以被播種的植物在生長過程中逐漸被淘汰，一些沒有人工播種的鄉土植物，通過各種傳媒不斷進入多樣化的生境，成為群落的有機組成部分。第三步，在修復的自然生態本底上，引入步道系統和休息場所。多個洼地和水泡內都有一個平臺，伸入群落內部，使人有貼近群落體驗的機會。洼地和水泡間的游步道聯接成網。與步道網絡相結合，建立環境解說系統，使游客在體驗鄉土景觀之美的同時，獲得關于地域自然系統的知識。經過三年的生態修復，土壤和水質條件都明顯改善，鄉土生物多樣性大大提高，植物從2008年的36種自然增加到2012的126種，成為廣大市民喜愛的游憩公園。①

（五）家庭水生態基礎設施技術

水生態基礎設施，不光指的是大江大河，它還可以一直延伸到我們的社區，到房子里面去，到我們的屋頂，到我們的陽臺。全國有約500億平方米的建筑，如果所有屋頂的雨水都能得到收集利用，所有社區的雨水都得到收集利用，那么，每個城市建成區內的雨澇問題就不會像現在這么嚴重了。

這是作者自己家的一個實驗，用20多平米的陽臺收集屋頂的雨水，然后灌溉陽臺上的蔬菜，一年可以生產32公斤的蔬菜。在讓雨水進入室內，把雨水再利用，與多孔石材結合，做成一個生態墻，三年之后上面已近生長了20多種生物，有多種蕨類和苔蘚。北京冬天很干，我們把雨水儲存起來，冬天這道生態墻解決了室內干燥的問題，家里就可以不用加濕器；夏天可以降溫，就可以不用空調。這樣，每年可以節省2000度電。現在這套家庭水生態系統已經變成了一個供老師學生和環保人士參觀學習的基地。如果每家每戶都能夠解決雨水、解決空調的問題，那么中國就可以省下10個三峽水庫所發的電，我們全國大量的大壩發電設施都可以取消，還中國大地一個完整的水生態系統，這就是真正的美麗中國所需要的水生態基礎設施。②

（六）水生態基礎設施工程綜合技術集成

上述各類生態基礎設施技術可以在不同規模上進行整合集成，構成系統解決城市水問題的跨尺度的生態基礎設施。下面以六盤水市水生態綜合治理案例來說明。

六盤水是一個在20世紀60年代中期建立起來的工業城市，以其涼爽的高原氣候而著稱，城市被石灰巖的山丘環抱，水城河穿城而過。城市人口密集，在60km2的土地上，居住了約60萬的人口。作為改善環境的重要舉措之一，市政府委托設計師制定了一個整體方案，以解決多重與水有關的嚴重挑戰，其中包括雨洪管理、水污染、修復母親河、創建濱水公共空間等。六盤水市的水生態綜合治理旨在減緩來自山坡的水流，建造一個以水為基礎的生態基礎設施來保存和改善雨水，使水成為重建健康生態系統的活化劑，提供自然和文化服務，使這個工業城市變為宜居城市。

為了構建完整的生態基礎設施，設計師同時關注水城河流域和城市兩方面。首先，河流串聯起現存的溪流、濕地和低洼地，形成一系列蓄水池和具有不同凈化能力的濕地，構建了雨洪管理和生態凈化系統。這一方法不僅最大限度地減少了城市雨澇災害，而且在旱季也能有持續不斷的水源。第二，拆除渠化河流的混凝土河堤，重建自然河岸的濕地系統，發揮河流的自凈能力。第三，建立連續開放空間及人行道和自行車道系統，增加通往濱水的通道。最后，項目將濱水區開發和河道整治結合在一起。以水為核心的生態基礎設施，促進了六盤水的城市改造，提高了城市土地的價值，增進了城市活力。

作為六盤水生態基礎設施的主要項目之一，明湖濕地公園的項目規模為90公頃。這個公園的場址原本為被破壞的濕地、廢棄的魚塘及管理不善的山坡地，垃圾遍地，污水橫流。作為生態基礎設施的示范項目，設計的第一步是盡可能重建生態健康，從而恢復生物多樣性和鄉土棲息地，改善地表水質，建立高品質的開放空間體系，最后促進整個城市的發展。具體措施包括：

（1）拆除混凝土河堤，重建水生生境。沿河建造曝氣堤堰，以增加水體含氧量，促進富營養化的水體進行生物修復。

（2）建造梯田濕地和陂塘系統，以減少洪峰流量并調節季節性雨水。梯田和陂塘的靈感來源于當地農業技術，通過攔截和保留水分，使陡峭的山坡成為豐產的農田。它們的位置、形式、深度都基于不同的地質信息和水流分析而設定。根據不同的水和土壤環境，種植鄉土植被（主要采用播種方式）。這些梯田狀棲息地減緩了水流，水中的營養物質成為微生物和植物快速生長的養分來源，從而加快了水體凈化。

（3）沿著水路設計人行道和自行車，在濕地梯田之間形成回路。在自然的基地上，設有大量座椅、涼亭和觀光塔，便于所有人進入，并設計了一個環境解說系統以幫助游客理解自然和文化含義，融教育于審美體驗之中。場地中最具標志性的建筑物是暖色的彩虹橋，它與當地涼爽濕潤天氣形成對比。這座長堤連接中心濕地（湖）的三面，創造出令人難忘的散步及聚會場所，迅速成為備受當地民眾和遠近游客喜愛的社交和休閑環境。

通過這些景觀技術，衰退的水系統和城市周邊的廢棄地被成功轉變為高效能、低維護的城市客廳。它巧妙地調蓄雨水、凈化面源污染造成的地表污水、修復原生棲息地，以實現生物多樣性，并吸引了廣大的居民和游客，于2013年被認定為“中國國家級濕地公園”。

五、結語

總而言之，面對水系統的綜合征，我們需要一場革命，一場“大腳革命”。我們必須有完整的、系統的解決途徑，實際上就是真正的水生態文明途徑。這個生態文明依賴于這樣一個水生態基礎設施，它與原來的灰色水利工程、灰色基礎設施是相對立的。要實現這樣一套生態基礎設施，我們需要在思想上進行革命，在體制上打破邊界，在方法上進行創新，在技術上有所突破。目前，上文所提及的這些理念和設計已在全國乃至世界范圍內的200多個城市進行了實踐，①希望能為美麗中國的生態文明建設提供參考與借鑒。

責任編輯：胡穎峰