讓自然做功　事半功倍
——正確理解“自然積存、自然滲透、自然凈化”

成玉寧,袁旸洋

東南大學建筑學院,南京　211189

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讓自然做功事半功倍
——正確理解“自然積存、自然滲透、自然凈化”

成玉寧,袁旸洋

東南大學建筑學院,南京211189

成玉寧,袁旸洋.讓自然做功事半功倍——正確理解“自然積存、自然滲透、自然凈化”.生態學報,2016,36(16):4943- 4945.

城市是人工與自然結合而形成的新系統,人工系統與自然系統的耦合程度決定了城市是否宜居。在城市建設中,為了滿足生活與生產功能難免需要對原有的自然本底進行人為的改造。就城市下墊面而言,一方面,改變了原有下墊面的自然屬性,可滲透變為不可滲透；另一方面,自然水系被蠶食、擾動,入滲、調蓄功能衰減。一系列的人為改造打破了自然的水文循環,從而造成了城市的水環境問題,致使城市難以可持續健康發展。因此,解決城市水環境問題的關鍵在于重新修補、彌合自然的水文循環過程。這就需要從“天、地”出發,對城市所在地自然降水與下墊面做具體分析,在尊重自然降水規律的基礎上,結合城市下墊面的水文過程,實事求是地“讓自然做功”；而“自然存積、自然滲透、自然凈化”的三個“自然”原則充分體現了“讓自然做功”的原理,具有深刻的生態科學意義,是“天人合一”生態智慧在海綿城市建設中的具體顯現。

■自然降水與城市水環境

我國幅員遼闊,南北氣候分異明顯,溫度、自然降水、地形地貌等自然地理條件具有多樣性,城市自然降水條件與下墊面情況差異是客觀存在的。不同區域的城市、同一城市的不同下墊面,其適宜的海綿化策略與技術不盡相同。

自然地理與降水之間存在著一定的關聯性,這種關聯性體現為地理空間上明顯的降水量梯度差異。胡煥庸發現了中國國土范圍內降水及人口分布的關聯,即“璦琿—騰沖”線,該線在一定程度上揭示了我國東南與西北部的降水在地理空間上分布極不均衡。地理區位不同城市的水問題顯然難以憑借單一策略與模式解決,所采取的海綿策略與技術也需要因地而異[1]。

我國園林城市標準中要求建成區綠地率不小于31%,國家生態園林城市中該標準為不小于35%。即使達到以上兩項標準,城市建成區仍有近三分之二的面積為不透水下墊面。同樣是硬化的下墊面,道路、廣場與建筑物對于徑流產生的影響也各不相同。與道路、廣場等不透水下墊面相比,建筑的屋面及排水管網系統可延緩徑流產生。由此,矛盾最為突出的下墊面是城市廣場與道路。當管網分布不均、管徑不足或排澇不及時,在城市建設用地面積中占比8%—20%的道路系統往往是內澇災害影響最為嚴重的地段,尤其是立交橋下的涵洞、地下通道、地鐵、鐵路橋等地段。

■天然海綿體的保護與人工優化

城市大多因水興造、繁榮、發展。“故圣人之處國者,必于不傾之地,而擇地形之肥饒者,鄉山左右,經水若澤,內為落渠之寫,因大川而注焉” (《管子》) ,由此可見,古人建城非常重視高低相濟,水旱皆宜,以興利避害。百湖之城——武漢,大片地面過于低洼,本不適宜建設大城市,因交通便利的優勢,逐步向大都市發展。開埠以來,多次發生重大水災,以1931、1998和2016年最為嚴重。其中自然水網系統在傳統粗放式城市建設模式下受到嚴重破壞,侵占自然水域現象嚴重,河流萎縮、河流廊道斷裂、河網支流大量消失,天然的海綿體被人為地填筑破壞或作為它用,極大降低了城市水系的儲水和地表水分流功能。但也應看到,即使原有的海綿體全部保留,遇到像2016年這種遠遠超過海綿體容量的特大暴雨,也還是會有程度不同的洪澇發生。所以,對城市海綿體建設的功效,應該有個客觀的計算,與此同時城市排水系統的建設,考慮到過去的標準太低,絲毫不能消弱,還應進一步加強。

城市中面積占比1/3的綠地本身具有海綿效應,包含了園林綠地及自然水體,有著較強的下滲能力和儲水能力。城市綠地對雨水的滯蓄能力受土壤、植被等方面的影響,不同的綠地其海綿效應各不相同,如土壤類型的不同,飽和導水率、下滲系數各不相同。因此,在保護城市及周邊的森林、草地、湖泊、河流等自然海綿體的同時,系統化地構建網絡化和跨尺度的城市綠地系統結構,人工優化、溝通天然水網體系,增強城市綠地與周邊生態基底的聯系,能夠極大地強化綠地的雨洪調蓄功能,提升城市綠地的整體海綿效應。

■海綿系統與城市排水系統的銜接

海綿城市的建設需要統調海綿系統與城市排水系統,以綜合平衡利用“海綿體”蓄集雨水與抗澇功能。海綿系統與城市排水管網的有效銜接與協同作用,構建“點、線、面”結合的城市水資源綜合調控網絡,才能既提升城市的雨洪調蓄能力,又極大地補充城市用水資源。

■因地制宜的人工海綿體建構

城市建成區有近三分之二的面積為建筑、道路、廣場等不透水下墊面。讓僅剩不到三分之一的綠地承擔百分百的城市海綿防澇任務既不合理也不可能,應當考慮人工措施讓硬化地面“海綿化”。“人工海綿體”的構建同樣應當堅持因地制宜的原則,尊重客觀規律。

道路的水環境問題是城市水問題最為突出的代表,就城市道路論,機動車道、非機動車道和人行道的適宜海綿策略與技術也不盡相同。以海綿城市建設的南京河西天保街生態路為例,基于現行城市道路設計規范,該項目系統地分析了城市道路水環境及道路綠化用水機制,沒有采用“下沉式綠地”,而是針對機動車行道、非機動車行道、人行道分別采取了不同的透水技術、收水技術,以及水資源蓄集、分配技術。該系統充分利用重力作用收集、調配水資源,運用土壤本身的自平衡原理進行水資源分配,是一套完全無動力、可持續的系統,并與既有的城市排水系統結合,作為其補充。同時,利用新能源、互聯網及傳感器技術,構建了城市道路海綿效能的實時監測系統,通過網絡終端可及時獲取局地降雨量、土壤含水量、滲透式儲水模塊的存水量等數據(圖1)。經歷了2015年、2016年兩個雨季的考驗,該項目對地表徑流的控制達87%以上,極大地削減了下游的排水壓力。綠化采用堆栽、密植喬灌木的方式,確保四季的綠化美化效果；此外,雨水的就地消納、蓄集與緩釋,基本滿足了道路綠化的常年用水需求,植物生長勢優于對照路段,大大節約了綠化養管費用(圖2)。

圖1　南京河西天保街生態路項目系統圖解

圖2　南京河西天保街生態路項目雨天實景

[1]成玉寧,周盼,謝明坤.因地制宜的海綿城市理論與實踐探討//江蘇建設(第十五輯).南京:東南大學出版社,2016:86-103

2016-08-01

10.5846/stxb201608011576

成玉寧，東南大學教授，東南大學建筑學院景觀學系主任、東南大學景觀規劃設計研究所所長。從事風景園林規劃設計、景觀建筑設計、景園歷史及理論、數字景觀及技術等領域的教學與科研工作，著有《現代景觀設計理論與方法》、《濕地公園設計》、《場所景觀-成玉寧景園作品選》、《園林建筑設計》等，發表學術論文60余篇。E-mail: cyn999@126.com

導讀： “自然存積、自然滲透、自然凈化”是海綿城市建設的要義,體現了“天人合一”的生態智慧,其核心在于正確且充分利用“自然力”。從自然降水規律與城市下墊面的特異性研究出發,采取因地制宜的建設策略與方法,以保護、利用、恢復和完善城市水系為主,人工優化與補充為輔,是“三個自然”的精髓。結合案例研究,從天然海綿體的保護與人工優化、海綿系統與城市排水系統的銜接、因地制宜的人工海綿體建構三個方面闡述了正確理解“三個自然”的方法。