成玉寧 王雪原
中國城市發(fā)展開始從增量時代邁入存量時代,傳統(tǒng)的城市規(guī)劃以功能為導向及人的意志為目標,通過功能布局規(guī)劃決定城市的空間形態(tài),在解決了功能需求的同時也留下了許多問題,生態(tài)環(huán)境質量提升尤其迫切。存量發(fā)展背景下高質量人居生態(tài)環(huán)境規(guī)劃亟待重新梳理規(guī)劃思維,從傳統(tǒng)的功能布局轉向對城市內(nèi)部空間資源的有效配置和利用,將被人類“硬化”了的下墊面重新通過“軟化、柔化”以恢復其類自然屬性,充分結合既有的生態(tài)條件與基礎設施,重塑有機、高效的城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境。
我國人地矛盾突出,400mm等雨量線以東的地區(qū)占國土面積的45%,卻生活了高達95%的人口,相對高密度的人口集聚對應高強度的規(guī)劃建設,進一步加劇了城市生態(tài)環(huán)境的逆化,同時也帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題。
我國自然降水具有時空分布不均勻的特征,存在洪澇災害、水資源短缺、生態(tài)系統(tǒng)退化等生態(tài)風險,在自然狀態(tài)下,藍綠系統(tǒng)是影響水文過程的主體,降水在綠地土壤中滲透并凈化,以支持植被群落的發(fā)育生長,蓄滿產(chǎn)流后降水進入藍系統(tǒng),在多層級的地表水系中匯集發(fā)展。河流水渠等線性空間實現(xiàn)水量匯流、轉移的功能,湖泊坑塘起到雨洪調(diào)蓄的關鍵作用。人工建設的城市環(huán)境使下墊面特征發(fā)生改變,顯著影響水文過程,滲透與填洼過程減少,降水落于硬質地面快速產(chǎn)生大量的地表徑流,被管網(wǎng)系統(tǒng)收集并轉移,縮短了地表入滲與徑流時間,天然的降水資源利用率低[1]。
旱澇問題一直是城市生態(tài)環(huán)境治理的重點與難點,而藍綠系統(tǒng)的分離進一步加劇了城市洪澇、綠地缺水的兩極化矛盾。城市建設活動及土地利用開發(fā)改變了藍綠系統(tǒng)自然的空間聯(lián)系與生態(tài)過程,降水沖刷硬質下墊面產(chǎn)生的初期雨水裹挾地表污染快速集聚,在污染水環(huán)境的同時加劇了雨洪的生成以及水資源的流失。此外,建成環(huán)境中的藍綠系統(tǒng)關聯(lián)性弱、連通度低。城市中孤立的水體缺乏自我調(diào)節(jié)與凈化功能,富營養(yǎng)化、生態(tài)系統(tǒng)脆弱也成為城市湖泊的共性問題[2]。而城鄉(xiāng)綠地系統(tǒng)中的道路綠地、公園綠地多依據(jù)人的使用需求建設布置,其規(guī)模、分布、結構難以與藍色空間形成有效的生態(tài)關聯(lián)。
城市旱澇矛盾是系統(tǒng)問題,僅通過增加防洪排澇設施標準難以治其根本,統(tǒng)調(diào)藍綠空間、建立藍綠系統(tǒng)的有機關聯(lián),重建城市類自然的生態(tài)過程,是解決城市旱澇矛盾、優(yōu)化地表水資源時空分布的可持續(xù)方法,也是恢復城市生態(tài)環(huán)境健康的根本之策。
水資源是限制城市發(fā)展規(guī)模的重要影響因素之一,我國城市普遍存在可利用水資源短缺的問題,“北方資源性缺水、南方水質性缺水、中西部工程性缺水”,廣泛的缺水情況對農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟帶來嚴重影響[3]。與此同時,城市綠地需要消耗大量的水資源,在我國東部城市每平方米綠地年均灌溉用水量為1.2~1.5t,進一步加劇了城市用水的負擔[4]。雨水作為天然的降水資源,支持著城市的有機生命系統(tǒng),是綠地系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)以及自然生境發(fā)育生長的關鍵要素。高質量、可持續(xù)的人居環(huán)境生態(tài)體系需要通過重塑城市水文過程、恢復地表徑流與綠地空間的匹配關系,將洪澇、內(nèi)澇風險轉化為可利用的水資源,同時減輕綠地灌溉需求,從根本上解決人與綠地爭水的問題。
我國藍綠系統(tǒng)由于管理及專業(yè)的分工,歸屬于不同行業(yè),藍綠相對獨立的規(guī)劃與管控模式進一步加劇了藍綠系統(tǒng)的割裂。綠地規(guī)劃和管理由園林部門負責,包括城市公園、綠化帶、景觀道路等的建設與維護;水系規(guī)劃和管理主要由水務部門負責,包括水文監(jiān)測、水資源調(diào)配、水利工程建設、水污染治理等。水系和綠地的規(guī)劃與管理獨立進行,這種模式易導致水系和綠地缺乏伴生與協(xié)同機制,加劇水資源浪費、城市綠地缺水及水污染等問題。
人居生態(tài)環(huán)境是復雜的系統(tǒng),如何協(xié)調(diào)藍綠用地實現(xiàn)結構優(yōu)化與過程協(xié)同,是實現(xiàn)藍綠系統(tǒng)有機融合的核心問題。改善城市生態(tài)環(huán)境質量的關鍵在于探索藍綠系統(tǒng)在空間、過程以及生態(tài)系統(tǒng)上的融合機制與方法,通過干預城市生境提質、雨洪調(diào)控、水資源利用等實現(xiàn)人居生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。
“藍”與“綠”生態(tài)體系在空間格局、生態(tài)服務上緊密關聯(lián)、相互影響,優(yōu)化藍綠空間的系統(tǒng)性,統(tǒng)調(diào)藍綠空間、重構藍綠系統(tǒng)在空間分布、水文過程以及生態(tài)功能上的協(xié)同關系是實現(xiàn)城鄉(xiāng)生態(tài)體系良性發(fā)展的根本(圖1)。

圖1 基于藍綠空間的系統(tǒng)性實現(xiàn)藍綠協(xié)同
建成環(huán)境藍綠空間本身具有相互依存的關系,天然降水是支持綠地生長的主要因子之一,同時綠地能夠涵養(yǎng)水體、調(diào)控徑流,正是這種伴生與供需關系促進了城市生態(tài)系統(tǒng)的正向發(fā)展。
在宏觀尺度下,綠地布局能夠有效影響建成環(huán)境的水文過程,實現(xiàn)對降水過程的再分配。微觀尺度下,綠地植被能夠實現(xiàn)對雨水徑流的滯流、促滲、調(diào)蓄、凈化等多方面調(diào)控。建成環(huán)境中綠地是雨水資源的直接利用者,充分利用地表徑流可以減少綠地的人工養(yǎng)護與灌溉,同時能夠有效緩解城市排水壓力,并起到保持水土、凈化雨水、涵養(yǎng)地下水的復合作用。綠地的地形、坡度、植被覆蓋度、群落類型、土壤質地的差異均能夠影響地表徑流過程。通過科學規(guī)劃綠地規(guī)模與分布,合理調(diào)節(jié)地表徑流的產(chǎn)匯流量、產(chǎn)匯流時間、匯流方向、徑流速率,進而重建類自然的城市水過程,實現(xiàn)藍綠空間的有機融合。
傳統(tǒng)規(guī)劃中藍綠空間分布需要滿足公共設施服務半徑、居民出行可達性的要求,因此藍綠的均衡分布一直是城市用地規(guī)劃的基礎準則。另外,藍綠空間作為生態(tài)資源其本身具有生態(tài)屬性,藍綠的生態(tài)關聯(lián)決定了二者在“量與分布”上的供需平衡關系,遵循生態(tài)規(guī)律建立相對均衡的藍綠空間格局,實現(xiàn)綠地與徑流、空間與過程的相互匹配,以保障城市生態(tài)系統(tǒng)有機運行、高效做功。同時均衡分布的綠地能夠實現(xiàn)調(diào)節(jié)城市微氣候、減輕城市熱島效應等復合功能。
藍綠空間融合通過建立產(chǎn)匯流過程與下墊面屬性、豎向特征之間的協(xié)同關系,識別建成環(huán)境小流域作為基本的調(diào)控單元,優(yōu)化藍綠空間規(guī)模與分布,促進地表徑流的就近蓄滯、延遲地表匯流速度,從而降低瞬時的積澇風險、延遲洪峰,緩解極端天氣下城市排水系統(tǒng)的壓力。與此同時,藍綠協(xié)同做功能夠促進綠地對降水的吸收與存儲,延長降雨后綠地土壤徑流的緩釋,促進綠地對降水資源的可持續(xù)利用。此外,藍綠有機分布實現(xiàn)就近蓄滯,能夠過濾初期雨水中的污染物,減輕外排雨水對城市下游河湖等地表水環(huán)境的影響。
藍綠空間有機融合通過調(diào)整水系與綠地的分布與結構,通過“用空間換時間”,緩解暴雨洪澇與綠地缺水的矛盾,提高水資源利用效率、消減雨洪風險,綜合提高城市環(huán)境的生態(tài)質量。
藍綠空間融合規(guī)劃以創(chuàng)造高質量的人居環(huán)境作為頂層目標,以自下而上的生態(tài)邏輯為系統(tǒng)方法,實現(xiàn)生態(tài)資源的系統(tǒng)優(yōu)化、藍綠系統(tǒng)的供需平衡。通過城市藍綠系統(tǒng)與秩序的重組和優(yōu)化、基于定量耦合的藍綠時空優(yōu)化方法、提升建成區(qū)韌性優(yōu)化藍綠空間結構、讓自然做功改善城市環(huán)境生態(tài)過程,系統(tǒng)構建藍綠空間融合的機制(圖2)。在藍綠空間融合生態(tài)邏輯的指引下,基于建成環(huán)境的現(xiàn)狀與規(guī)劃,借助數(shù)字孿生為技術手段重構可持續(xù)的生態(tài)體系、重建新生態(tài)秩序。

圖2 藍綠空間融合規(guī)劃的生態(tài)邏輯
生態(tài)思維遵循自然界自組織的開放性與物質能量轉換的循環(huán)性,生態(tài)邏輯依托于自然界中各種生物和環(huán)境之間相互作用的規(guī)律和原理。有機的人居生態(tài)環(huán)境是復雜系統(tǒng),藍與綠子系統(tǒng)間相互聯(lián)系、按特定結構方式組合成復合整體,各系統(tǒng)彼此協(xié)同、聯(lián)合,產(chǎn)生大于各子系統(tǒng)的功能總和并不斷推動系統(tǒng)發(fā)展。藍綠空間的自組織性與循環(huán)性支持了城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定[5-6]。
協(xié)同性強調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)中各要素間的相互依存關系,要素間相互促進可以減少生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的競爭和沖突,從而實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。人居環(huán)境藍綠空間有機融合需要對城市生態(tài)環(huán)境進行綜合梳理與系統(tǒng)調(diào)控。藍綠空間融合引導重建城市的生態(tài)秩序,以建立自我調(diào)節(jié)、可持續(xù)發(fā)展的城市生態(tài)系統(tǒng)為目標,重塑城市生態(tài)系統(tǒng)中各種生態(tài)環(huán)境要素之間相互關聯(lián)與相互作用的有序狀態(tài),優(yōu)化藍綠空間結構的整體性、連續(xù)性和可持續(xù)性,通過生態(tài)與形態(tài)的統(tǒng)調(diào)實現(xiàn)自然資源系統(tǒng)優(yōu)化,形成良性高效的城市生態(tài)體系。
藍綠生態(tài)空間耦合的精髓在于基于建成環(huán)境與規(guī)劃條件實現(xiàn)藍綠兩大系統(tǒng)的協(xié)同性與互韌性。藍綠空間的協(xié)同性表現(xiàn)為城市綠地本身具有蓄水、滲水、滯水能力,能夠調(diào)控雨水徑流的產(chǎn)匯流過程,而徑流作為降水資源又能夠滿足綠地植物群落生長發(fā)育的用水需求。充分發(fā)揮、利用綠地對城市產(chǎn)匯流過程的正向響應機制,構建城市新型藍綠關系,為在高密度建成環(huán)境中塑造健康、可持續(xù)的水文循環(huán)過程提供結構性支撐。互韌性表達藍綠兩者彼此間的兼容性,基于藍綠生態(tài)關聯(lián)建立藍綠系統(tǒng)在城市用地中的空間關聯(lián)、優(yōu)化藍綠空間的規(guī)模與分布,形成高效的藍綠耦合關系,提高綠地蓄滯優(yōu)先級以保證綠地對水資源的充分利用,促進二者兼容相適,提高藍綠系統(tǒng)的綜合生態(tài)績效。
藍綠生態(tài)空間融合的關鍵在于系統(tǒng)最優(yōu),不同建設條件與地域性特征也決定了二者的融合關系并非絕對值,而是依托藍綠系統(tǒng)伴生關系定量地表達為水綠彼此間的供給與需求的耦合性,基于藍綠系統(tǒng)的“定量模型”轉化為水資源和綠地協(xié)同調(diào)配的“空間模型”,尋找兩者互適的閾值是藍綠空間融合規(guī)劃的關鍵。
具有韌性的城市生態(tài)環(huán)境在面對自然災害、生態(tài)破壞等外部沖擊時,能夠從短時間內(nèi)的損失中迅速恢復,保持城市穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展[7]。實現(xiàn)城市的韌性發(fā)展,一方面需要尋求城市的發(fā)展邊界,找到城市發(fā)展建設強度與空間規(guī)劃的閾值;另一方面需要實現(xiàn)藍綠空間的結構性優(yōu)化,構建高效的生態(tài)體系,形成能夠支持穩(wěn)定生態(tài)進程的藍綠空間格局。
城市韌性發(fā)展需要通過系統(tǒng)的資源環(huán)境承載力評價,確保城市的生態(tài)本底與資源能夠支持城市發(fā)展,避免過度開發(fā)和利用,保障城市生態(tài)環(huán)境的基本服務功能,優(yōu)化城市生態(tài)空間結構以構建高效的藍綠生態(tài)體系。精細化、科學化統(tǒng)調(diào)藍綠空間規(guī)模與分布,有效提高城市的生態(tài)環(huán)境適應性和抗風險能力,如基于城市水文過程優(yōu)化藍綠空間分布能夠有效降低城市內(nèi)澇風險,并提高地表水資源的利用效率,實現(xiàn)藍綠生境提質。韌性城市具有健全的內(nèi)在生態(tài)秩序,通過水、土地、植被等要素協(xié)同作用,保障城市生態(tài)進程的穩(wěn)定性和健康性。
在傳統(tǒng)的城市建設中,常通過工程性措施來解決河湖缺水、綠地灌溉、城市內(nèi)澇、水質富營養(yǎng)化等環(huán)境問題,城市綠化及水系等基礎設施不僅建設費用大而且常態(tài)化維護成本高。讓自然做功則強調(diào)在城市的規(guī)劃建設實踐過程中,尊重自然規(guī)律,結合地域性特征及城市固有的生態(tài)特征,利用自然的循環(huán)、協(xié)同作用和適應原理產(chǎn)生勢能和動能,促進系統(tǒng)與要素間的良性循環(huán)和運作[8],實現(xiàn)城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
藍綠有機融合強調(diào)遵循既有的地形地貌特征與豎向關系以及客觀的藍綠生態(tài)關聯(lián)與協(xié)同機制,利用自然的生態(tài)進程與物理規(guī)律實現(xiàn)資源的最大化利用、減輕人工生境的管養(yǎng)與維護開支。通過構建“有機生態(tài)系統(tǒng)”與動態(tài)平衡,最大限度地讓自然做功、減少城市建設與運維成本。
相比于傳統(tǒng)的生態(tài)評價分析方法,構建數(shù)字孿生環(huán)境可以更為全面地診斷藍綠生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài),并且基于規(guī)劃條件的孿生建模來預判未來可能會出現(xiàn)的生態(tài)問題。通過構建數(shù)字孿生體,整合遙感、氣象、水文等多源異構數(shù)據(jù)來更真實地反映城市生態(tài)系統(tǒng)的復雜性和多樣性,為生態(tài)問題診斷提供更為準確、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持。構建建成或規(guī)劃城市的藍綠生態(tài)空間數(shù)字孿生模型,實現(xiàn)對城市生態(tài)系統(tǒng)的高精度映射,從生態(tài)系統(tǒng)的結構、功能、過程等多個方面剖析生態(tài)問題的矛盾與根源。
以寧德主城區(qū)為例(圖3),數(shù)字孿生模型可以通過整合多源異構數(shù)據(jù),對城市水環(huán)境、綠地系統(tǒng)等進行全面的分析與評價。數(shù)字孿生模型可以再現(xiàn)城市的水資源供需情況、不同情景下的雨洪特征以及水污染情況等,揭示城市水環(huán)境系統(tǒng)的運行機制,診斷與評價生態(tài)環(huán)境并進一步提出體系化的應對方案與治理措施。

圖3 寧德主城區(qū)藍綠空間生態(tài)問題診斷
基于數(shù)字孿生環(huán)境的定量模擬與分析,迭代優(yōu)化藍綠空間格局,精細化、系統(tǒng)化地實現(xiàn)藍綠規(guī)模定量、空間定位及用地定性。以寧德東湖片區(qū)為例,藍綠空間融合規(guī)劃基于生態(tài)優(yōu)先,通過藍綠本底模型的解譯、藍綠空間融合構建生態(tài)格局、基于藍綠的用地規(guī)劃、城市生態(tài)與形態(tài)優(yōu)化等步驟迭代調(diào)整寧德主城區(qū)的藍綠空間規(guī)模與分布,提升藍綠協(xié)同的生態(tài)效能,促進用地規(guī)劃的集約化、高效化。
綜合生態(tài)評價考慮水土災害、地質災害、雨洪災害等生態(tài)敏感問題,為城市空間的開發(fā)利用提供底線依據(jù)。從城市藍綠空間的敏感要素、影響生態(tài)敏感性的干擾因素、生態(tài)敏感問題[9]三方面構建城市藍綠空間的綜合評價內(nèi)容,建立藍綠空間網(wǎng)絡、識別生態(tài)踏腳石形成基本藍綠生態(tài)架構。
基于水文過程重構藍綠格局,劃分不同尺度的匯水分區(qū)作為人居環(huán)境的調(diào)整優(yōu)化單元,厘清研究范圍的上下游關系、產(chǎn)匯流關系,結合日常情景與極端情景下的水文模擬識別徑流路徑、提取傾斜點分布,檢驗下滲、徑流、匯流、蓄集等水文過程發(fā)生空間與實際藍綠空間的匹配情況,優(yōu)化綠地系統(tǒng)及河網(wǎng)分布,組織引水網(wǎng)絡,重構與水文過程相適應的藍綠網(wǎng)絡。
基于藍綠空間融合優(yōu)化城市生態(tài)與形態(tài),評價地表產(chǎn)匯流能力、藍綠蓄滯能力、綠地植被需水強度的空間分異特征,建立藍系統(tǒng)與綠系統(tǒng)的定量耦合關系(圖4)。不同的植被類型對于水資源的需求差異較大,如在同一氣候帶,通常闊葉林遠大于針葉林,林相結構復雜的群落大于純林,灌叢大于草甸等。藍綠空間融合強調(diào)基于植物需水特征,優(yōu)先使用地帶性植被,統(tǒng)調(diào)藍綠格局、植被類型、配置方式。將藍綠系統(tǒng)的數(shù)量關聯(lián)轉化為空間定位,結合藍綠基本架構調(diào)整空間分布(圖5),在此過程中優(yōu)化藍綠系統(tǒng)的連通度、聚集度、均勻度,通過協(xié)同藍綠空間的生態(tài)與形態(tài)保障藍綠結構對生態(tài)過程的支持作用。

圖4 寧德東湖片區(qū)藍綠空間融合度評價

圖5 寧德東湖片區(qū)基于藍綠融合的空間格局
通過雙重校驗調(diào)整藍綠空間分布,科學保障城市的韌性適應能力,積極應對雨澇風險、提高雨水資源利用率,實現(xiàn)更為精準、系統(tǒng)的結構性調(diào)控。聯(lián)合ArcGIS與HEC-RAS雙平臺的雨洪模擬,作為強降雨情景或特殊地域特征城市的校驗手段,根據(jù)規(guī)劃條件,模擬極端天氣下的雨洪過程,依次計算不同暴雨重現(xiàn)期下的降水強度、水系庫容、現(xiàn)狀及規(guī)劃水系流量、對應水系標高,基于雨洪險評估校正藍綠分布,保障雨洪安全(圖6)。此外,根據(jù)實際的用地情況與規(guī)劃限制條件來調(diào)整藍綠空間的分布,優(yōu)化藍綠空間融合所形成的初步定位,基于用地屬性進行綠地分布適宜性評價,根據(jù)用地類型計算藍綠空間優(yōu)化適宜性等級,調(diào)整藍綠空間具體分布形式、位置、類型等,如盡可能調(diào)整藍綠空間從公共空間而不是居住空間穿越,使藍綠空間融合規(guī)劃更具可操作性與實踐意義。

圖6 寧德東湖片區(qū)多重現(xiàn)期雨洪模擬
城市總綠地率占比一般為30%~40%,各類建設用地中的附屬綠地規(guī)模約占地塊的20%~30%,由地塊開發(fā)者決定其空間分布。大量分布式、碎片化的附屬綠地具有較高的生態(tài)潛力,通過藍綠空間融合規(guī)劃,有機組織其中5%~8%的附屬綠地進行預定位,激活附屬綠地在更大范圍的結構性作用,引導地塊內(nèi)部的精細化管控,在有限的生態(tài)規(guī)模下提升藍綠空間的復合功能與生態(tài)效率。以南京市江寧區(qū)地鐵小鎮(zhèn)藍綠空間融規(guī)劃為例(圖7),基于既定規(guī)劃的藍綠空間總量,計算可釋放進行重組優(yōu)化的藍綠空間以及各類用地的附屬綠地規(guī)模,根據(jù)藍綠空間融合規(guī)劃得到綠地格局,結合已批復土地利用規(guī)劃、控制性詳細規(guī)劃、城市設計等調(diào)整地塊內(nèi)部的綠地規(guī)模與分布,形成預先定位的附屬綠地,優(yōu)化配置藍綠生態(tài)體系、健全城市生態(tài)本底結構,促進建設用地的高質量集約發(fā)展。

圖7 南京市江寧區(qū)地鐵小鎮(zhèn)藍綠空間用地規(guī)劃
藍綠生態(tài)空間規(guī)劃與管理亟待融合,統(tǒng)籌藍綠生態(tài)空間的伴生關系與互補機制,避免用簡單的工程思維來解決城市復雜的生態(tài)系統(tǒng)問題。藍綠生態(tài)空間融合規(guī)劃旨在提升城市生態(tài)韌性、強化協(xié)同做功機制,提升藍綠生態(tài)系統(tǒng)之間的有機性及互適性,促進二者協(xié)同做功提升人居環(huán)境生態(tài)環(huán)境的服務效能,實現(xiàn)藍綠兩大生命系統(tǒng)在空間分布、水文過程以及生態(tài)功能上的融合,為規(guī)劃用地布局和開發(fā)建設提供合理區(qū)劃邊界與生態(tài)保障。
注:文中圖片均由作者繪制。