小城鎮綠色基礎設施的氣候適應性設計

李 瀚 應 君

浙江農林大學風景園林與建筑學院 杭州 311300

進入21 世紀, 全球氣候問題愈加嚴峻, 溫室效應造成全球氣候出現極端現象。 城鎮在擴展其邊界的同時, 侵占了大量的生態空間, 破壞了區域原有的生態系統, 導致極端氣候現象引發的灰色基礎設施問題更加明顯, 滋生了如城市“看海” 這樣的雨洪處理失調問題。 基礎設施應該在人、 環境與資源之間達到一種平衡, 尋求有效承載氣候變化帶來的新方法[1-2]。 為了構建更加健康的小城鎮環境支撐體系, 應將綠色基礎設施運用到基礎設施適應當地氣候的框架內, 使其通過景觀改造有效適應不同氣候因素, 創造科學合理的城鎮綠色空間。

1 氣候適應性設計和綠色基礎設施理論

氣候問題對于人類居住環境的發展產生重要影響, 氣候環境的適宜程度決定著人類生產生活的方方面面。 正如約翰·西蒙茲[3]所提到的“氣候因素是人類創造滿足其需要環境的先覺因素,人們無法擺脫其影響, 除了適應別無他法。” 城鎮的發展受到諸多因素的影響, 既包括自然地理因素也包括歷史人文因素, 在這些因素中, 氣候是最為活躍和敏感的影響因子。 隨著中國城鎮化進入一個新的發展階段, 小城鎮一級的建設成為推進我國城鎮化的重要支點。 小城鎮作為介于城市與鄉村的過渡區域, 具有“上承城市, 下啟鄉村” 的樞紐作用, 小城鎮自身環境的良性發展將成為中國新型城鎮化有效推進的先決條件。 當今城鎮建設往往奉行灰色基礎先行的建設理念, 導致市政基礎設施建設目的變得單一而粗暴, 忽視了區域的生態平衡問題, 使其應對氣候問題的能力有所下降。

1.1 氣候適應性設計的內涵

氣候適應性設計最先廣泛運用于建筑單體上,指在設計中充分利用氣候資源, 發揮“趨利避害” 的精神, 達到不用或者少用人工機械設備,創造健康、 舒適環境的目的, 最終實現減少不可再生資源的消耗和保護生態環境的目標[4]。 然而,隨著人類社會的迅速發展, 城市面對來自外部的極端氣候現象和內部因人口增長及社會遷徙而推動的大規模城鎮化建設和發展所導致的自身生態失衡問題。 僅僅從小范圍的區域或依托建筑單體進行氣候適應性設計研究是不夠的, 應該從不同層面充分考慮不同地區的氣候環境特點。

總體而言, 氣候適應性理論應該涵蓋更大的研究及設計范圍。 不僅要從空間尺度對設計對象和氣候環境兩個方面進行考量[5], 而且還要考慮不同氣候因素帶來的環境影響。 同時, 基于特定地區和自然地理要素而孕育的社會文化因素也是應該納入考慮的重要方面。

1.2 綠色基礎設施的發展

綠色基礎設施這一概念的正式提出是在20 世紀90 年代中期, 雖然只有短短的20 多年, 但是早在人類文明發展伊始就已經開始有其蹤跡。 從距今5000 多年的良渚古城興建水利工程應對季節洪峰并儲存雨水用于灌溉, 到無數歷史名城的發展興起, 都離不開一個類似良渚古城這樣完善的水利工程來支撐城市環境安全的基礎設施體系,例如濟南古城內外貫通的排水系統[6]、 福州“多湖圍一城” 的陡湖系統[7]就成為守護人類居住環境不受外部氣候現象干擾的支撐和保障。

美國設計師奧姆斯特德構建的“波士頓翡翠項鏈” 體系被認為是第一個嚴格意義上的近代綠色基礎設施, 它不僅為周圍居民提供必要的活動空間而且具有一定調節周邊環境的能力, 它的出現使美國掀起了對于連續開放空間的熱潮。 隨著時代的發展, 城市的功能和規模都遠超以往城市,但是在面對自然災害方面的能力依然相當脆弱。俞孔堅面對城市無處不在的灰色基礎設施, 試圖從中國古老的農耕智慧, 如陂塘、 低堰等生態友好型舉措中吸取經驗運用到綠色基礎設施的建設中以解決現實的城市問題[8]。 綠色基礎設施在連接城市破碎的自然環境、 增強城市彈性方面所起的作用被越來越多的人所認知, 其以一種系統的方式建立起城市與人及自然和諧完整的平衡, 創造了一個健康可持續發展的環境。

2 基于氣候適應性的綠色基礎設施特征

氣候變化所引起的極端氣候現象加劇了城市安全運行的風險[9], 其中洪澇災害是極端氣象災害中造成經濟損失最多的一項。 城市大量的硬質地面在應對短時間的強暴雨時需要很久才能滲入地表, 導致居住區和建筑物被降水所淹沒。 因此,“變灰為綠” 正在成為基礎設施發展的方向, 城市中不同綠色空間所構成的綠地系統也越來越受到重視, 綠地也越來越多地被稱為“綠色基礎設施”, 并如同城市中其他基礎設施一樣成為城市持續發展和居民生活不可或缺的一部分[10]。 基于氣候適應性的綠色基礎設施特征主要體現3 個方面:

1) 連接性。 鋼筋混凝土制成的灰色基礎設施有利于加強城市內部個體之間的交流, 但更多地阻礙了人與自然或自然之間的相互聯系, 將城市分割成一個個孤立的小島。 面對氣候因素造成的負面效應, 破碎的城市生態系統無法有效應對。綠色基礎設施概念的提出旨在通過建立一系列的線性綠色空間加強城市藍—綠網絡, 結合景觀生態學的理論加強城市內外物質、 能量和資源的聯通性。

2) 多尺度適應性。 綠色基礎設施是一系列適應不同尺度、 不同空間的自然、 半自然及人工綠色空間與環境資源的總和[11]。 根據2014 年美國景觀設計師協會(ASLA) 發布的指南, 綠色基礎設施資源可依據尺度大小分為7 個類別, 大到國家公園、 城市開放空間及城市綠地與公園系統,小到綠色屋頂、 雨水花園和垂直綠化[12]。 面對復雜多變的氣候災害, 不同尺度的綠色基礎設施雖然包含的內容不同, 但在應對氣候問題上往往發揮相似功能, 例如, 較大尺度的濕地公園往往成為某一地區重要的雨洪調控中心, 但也不能忽視該地區其他綠地如街角的雨水花園、 綠色廊道及綠色停車場在分散雨洪、 滯滲雨水方面所起的作用。

3) 生態系統服務與多功能性。 通過綠色基礎設施體系的建立, 加強與自然的聯系, 大大提升了城市的生態服務潛力。 綠色基礎設施提供了自然本身以及一系列模仿自然能量活動的過程, 在一定區域范圍內通過不同的組成要素為該地區帶來清潔的水, 清潔的水可調節氣候、 固碳、 促成良性的水文循環及應對極端氣象災害的影響, 這些生態功能是適應氣候變化的重要舉措。 一些城市綠色空間比如下凹式綠地或綠色廊道, 平時是人們開展戶外活動的公共空間, 雨洪內澇時又可以成為城市的臨時泄洪區。

3 游埠鎮中心綠地氣候適應性設計研究

3.1 區域背景及設計目標

游埠位于蘭溪市西南, 地處金衢盆地中部,錢塘江中上游, 衢江中下游東南岸。 鎮西南丘陵起伏, 最高點海撥67.5 m, 地勢較高： 東南為衢江北岸沖積平原, 地勢平坦, 水資源豐富, 土地肥沃： 衢江環流東南, 游埠溪橫穿鎮內。 該地區屬亞熱帶季風氣候, 溫和濕潤, 四季分明, 年平均氣溫17.7 ℃, 降雨量約1 400 mm： 多年平均蒸發量1 389 mm, 年際變化大, 年內分布不均。

作為該地區重要的潛在“氣候調節” 場所,中心綠地期望有效應對鎮區范圍內因強對流天氣產生的雨洪災害、 促進當地水文循環的同時, 通過大范圍“增濕增綠” 創造冷島效應, 充分發揮綠色基礎設施的氣候調節功能。

項目坐落于鎮區東北部, 游埠溪與衢江分枝的交匯地帶, 其內遍布耕地, 總占地約21 hm2。通過“退耕還濕” 的策略, 打造具有綜合功能的濕地公園: 一是減輕城市管網的排水壓力, 營造城市天然的雨水調蓄基地： 二是應對游埠溪潛在的季節洪峰危機, 通過設計創造生機, 為當地旅游業的發展帶來新的動力： 三是為當地居民提供舒適及充滿樂趣的戶外活動場所。

3.2 設計策略

3.2.1 利用傳統智慧， 構建雨洪調節體系

游埠溪在蘭溪市境內流長23 km, 流域面積119 km2, 落差315 m。 因斷面小, 地勢平緩, 兩側易遭洪水侵襲。 為防止暴雨引發的流速過快,故對場地內現有的兩條水系進行疏通擴建, 以增強雨洪的滯納能力。 此外, 面對此地夏季連綿數月的梅雨, 本方案通過利用中國傳統的綠色排水蓄水設施——坑塘, 建立充滿古老智慧的自然調控系統。 坑塘在傳統城鎮中是一種較為常見的半人工的綠色基礎設施, 它主要是以下滲、 蓄滯和就地凈化為主的軟性綠色基礎設施[13]。 同時, 人工開挖出的大小形狀各異的坑塘, 可以提供豐富的物產, 如蒲葦、 魚蝦和其他經濟產品, 提高其附加產值(圖1)。

通過在拓寬的水系周邊的耕地上挖掘無數個深淺不一的水塘, 在連綿不絕的梅雨季節可以滯留雨水, 少雨時段可以變成下凹式綠地, 實現“潦則豐, 旱則竭” 因季象而不同的半自然濕地生態系統。 如果短時間內雨量過大, 地表所匯集的雨水過多, 多余的雨水在經過坑塘的沉淀后就可以因勢流入就近的水系中。

3.2.2 營造植物生境， 創造舒適氣候

植物被看成是一種天然的空調機, 科學測試表明, 喬灌草相結合的復合植物群落斑塊有著良好的降溫效果, 其次是喬木群落： 數據還表明低密度植物群落的降溫效果優于較高空間密度的植物群落[14]。 因此在植物的布局上, 通過在坑塘的間隔地帶種植耐水性良好的喬木, 坑塘內種植一些適應當地氣候的濕生植物, 有助于凈化水體的同時促進水汽升騰增加濕度, 并且在拓寬的水系上增筑人工建設的植被島, 以綠島和藍島(坑塘) 相互融合共同調節區域氣候。 除了增加水體面積和開辟場地種植濕生植物外, 通過疏林草地的形式形成較好的景觀效果, 同時改善城市下墊面促進空氣流通形成良好的循環體系(圖2)。

3.2.3 內外聯動， 重塑江南韻味

圖1 水系構建示意

圖2 藍綠結合的氣溫調控示意

方案通過搭建一條溝通全園的景觀綠道, 將場地內不同景觀元素串聯起來加強各個區域之間的聯系性。 設計架空于場地之上的空中棧道能夠給人帶來不同的感官效果： 以圈層結構為主的外部環形綠道與空中棧道相組合的形式有效溝通公園與周邊社區： 內部散布于坑塘及濕地綠島之間的游步道和棧道可加強游客對于濕地植物和景觀的認知。 3 種不同的步道系統, 與互相連通的灣、溪、 塘等濕地水景觀空間相融合, 形成一種水陸迂回、 島嶼間列、 小橋凌波而過的江南水鄉氛圍。

4 結語

氣候適應性設計不單單涉及風景園林學和建筑學, 它是一個交叉多門學科領域的相關理論和方法, 還應以生態學、 氣象學等學科領域的相關知識作為理論支撐, 科學分析城市所遇到的氣象災害危機, 建設與城市環境相協調的綠色基礎設施。 對于小城鎮而言, 極端的氣候變化會對其現存的灰色基礎設施的效率帶來影響并阻礙著城市的健康發展。 積極利用綠色基礎設施應對氣候災害, 并盡可能改造城市現有公共空間已成為一種趨勢。 游埠鎮中心綠地設計研究探討了城鎮應如何利用現有空間, 創造復合功能的綠地系統。 該設計依托于項目本身所處的環境和地域文化考慮,為汛期預留出充足的雨水滯留場所, 防止內澇災害對于當地環境沖擊的同時保持低影響的開發。從綠色基礎設施角度出發對綠色空間規劃設計,使其在發揮現有功能的同時承擔應對極端氣候現象對人居環境的破壞, 充分發揮自然做功的環境適應性及強調舒適度與生態平衡的功能適應性[15-16], 建立有別于傳統基礎設施的良性建設。