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现代水利周刊:俞孔坚 构建美丽中国的水生态基础设施

2015-01-30 来源:中国水利报现代水利周刊 浏览:8396次
 
采用加强型人工湿地净化系统技术模块治理的上海后滩公园。 程树才
 
  前不久,第八届中国城市河湖综合治理高级研讨会暨2014年中国水利学会水利学专业委员会城市河流学组年会在京召开。来自水行政主管部门、工程规划设计单位、建设单位、中国水生态联盟企业的代表,与从事水生态保护与修复研究的专家、学者,围绕“依法治水”主题,深入研讨城市河湖综合治理问题,提出了一些新的见解。本期,我们整理刊发 部分专家、代表发言的核心内容,以期对我国当前开展的水生态文明建设提供借鉴。
□本报记者 高立洪
 
俞孔坚:构建美丽中国的水生态基础设施
 
  水问题的综合征与解决之道的单一性,是导致中国系统性水危机的根本所在;综合解决水问题,需要建设以保障综合生态系统服务为目标的水生态基础设施
 
  目前,中国水问题具有综合性特征,表现为水资源短缺、水污染、洪水、城市内涝、地下水水位下降、水生栖息地丧失等。水是世界上最不应该被分离的物质,治水时却存在“小决策”与水系统分割问题。以部门、地区、功能分割为特征的水管理体制,导致管理中水与土分离,水与生物分离,水与城分离,排水与给水分离,防洪与抗旱分离,极不利于水系统管理。目前,水问题解决之道,多是单一、片面地构建灰色基础设施。结果是:针对洪水,建设了防洪堤;针对涝灾,埋设了下水管道;缺水了,建设 调水工程;水污染了,修建污水处理厂。灰色基础设施的不合理建设,在一定程度上恶化了营养链,造成河流水系破坏,最终导致一些水系统丧失了完整性。为此,我写了一篇散文《哭泣的母亲河》,表达了我的忧虑与无奈。
 
  水问题是一个系统问题,本质是自然水生态系统失调。因此,解决水问题的出路,不仅要解决水体本身问题,更重要的是改变水体之外的环境。新时期,推进水生态文明建设,解决城乡水问题,必须创新思维,把关注对象从水体本身扩展到水生态系统,通过生态途径和方法,对生态系统结构和功能进行调理,增强生态系统的整体服务功能。
 
  编制水生态基础设施规划,划定水生态红线,建设以保障生态系统服务为核心的水生态基础设施
 
  要确定国土水生态安全格局,做好区域水生态基础设施规划,进而做好城市发展规划。生态安全格局也称生态安全框架,是指景观中存在某种潜在的生态系统空间格局,它由景观中的某些关键的局部、其所处方位和空间联系共同构成。生态安全格局对维护或控制特定地段的某种生态过程有着重要意义。国土水生态安全格局与我国国土尺度洪水调蓄安全格局有着密切关系。
 
  研究显示,我国国土尺度洪水调蓄安全格局为:低水平洪水调蓄安全格局面积,占国土总面积的0.8%;中水平洪水调蓄安全格局面积,占国土面积的2.2%;高水平洪水调蓄安全格局面积,占国土总面积的6.2%。也就是说,在发生低水平洪水情况下,中国能够被 洪水淹到的国土面积只占整个国土面积的0.8%;在特大洪水情况下,能够被 淹到的国土面积占整个国土面积的6.2%。在具体实践中,可根据对洪水淹没模拟分析和历史洪涝灾害分析,并通过对当前和潜在具有洪水调蓄功能的区域分析、径流过程,获得洪水安全格局面积。
 
  根据国土尺度洪水调蓄安全格局,编制水生态基础设施规划,划定完整水系的生态红线。应依据10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇洪水的淹没范围,划定生态红线。水淹到的地方都应该划在生态红线内。综合考虑水安全格局面积包括洪 水安全格局面积、地表水和地下水的水源保护区、地下水补给区、通过管制格局面积内土地利用,达到保护地表水和地下水资源、维护并强化区域水系的连续性和完整性、减少洪水灾害的目的。研究显示,划定生态红线这一方式完全可行。
 
  雨水积存、生物保护、河流蓝道这一连续系统,与文化遗产整合以及城乡慢行系统结合,就构成了水生态基础设施。水生态基础设施能够保障整个城市的健康和安全。要根据水生态基础设施,以水生态基础设施为骨架,做好城市发展规划。也就是说,可根据中国洪水能够淹到的国土面积情况,做好城市发展规划,特别是确定城市该建在什么地方,而不是动辄修建防洪堤。当然,那些已经建在河漫滩上的城市,应处理好与洪水的关系,给洪水以出路。
 
  在区域尺度上,建设海绵城市
 
  一些城市目前面临的问题是:一方面,地下水水位逐年下降;另一方面,珍贵的雨水资源却被排走。鉴此,城市应建立一个海绵系统,把降到城市地表的雨水留下来,用于城市绿化,形成湿地,补充地下水,改善人居环境。
 
 
  需要根据历史上一个城市被淹的区域,规划一个水系统安全格局,突破河流蓝道概念,将河漫滩上的绿地范围划为水生态系统的核心范围,作为永久的水生态海绵系统来管理。与之相关的绿化工作,应考虑在河漫滩上进行。对100年一遇、500年一遇的河漫滩,应该大量植树,把河漫滩变成森林。如此,河水才能慢下来,才能留下来,才能把生态系统维护起来。
 
  以前城市建设都是“三通一平”,把地平掉,埋设排水管道,尽量把雨水排掉。实际上,农民都知道,农田上必须留下四分之一的土地给水,将水流下来。城市建设时,水系统也同样需要保留在城市中,成为城市的休闲系统,把水作为珍贵的资源留下来,而不是建设集中排水管网,将水排走。现在,各地把排水管网建设看得很重,实际上无论多粗的排水管网都不能解决中国城市的内涝问题,因为中国广大城市的季风气候显著,易出现强降雨,雨涝问题不可能通过管道来解决,而是需要靠地表雨水系统、地表生态系统来解决。据此来建设城市,不用埋设集中的雨水管道,或者只埋设局域性的雨水管道,可节省城市很多基础设施投资,是一种生态城市建设的模式。
 
  总之,要从划定城市水生态红线开始,制定一个战略规划,建立水生态基础设施,让城市成为一个大的海绵系统,把雨水留在土地上,或者补充到地下。
 
  水生态基础设施关键工程技术与集成
 
  采用水生态基础设施关键工程技术,建设水生态基础设施,应考虑整个水系统,以生态系统服务为导向进行设计,发挥水系统的供给、调节、生命承载和精神文化功能。具体来说,有7个水生态基础设施关键工程技术模块。
 
  一是与洪水为友的地理设计技术与生态防洪结合模块。河道本身就是一个海绵系统,周边应有湿地,中国的“水”字,中间一条河道,两侧有四块湿地,就体现了海绵这一概念。过去,修建了很多防洪工程,很少考虑生态需要。其实,防洪可以与生态、与美有机结合,一些常规的防洪工程可以改造为生态防洪工程。通过对10年一遇、20年一遇、50年一遇洪水的系统分析,了解被水淹掉的地方。这些地方可以保留下来,用作湿地,作为稻田或者公园,这样就可以恢复河道海绵系统。因此,防洪堤设计,应该与洪水为友,要与水共进退,这叫弹性设计。通过对传统水利工程改造,采用生态防洪方式,水的冲击力减少,生态弹性增加,城市有了更多的绿地,防洪压力减少。因此,只要我们善待洪水,学会与其和谐相处,洪水就没有那么可怕。
 
  二是加强型人工湿地净化系统技术模块。建立具有复合功能的高效湿地净化系统,将严重污染水体或中水的水质提升为Ⅲ类地表水,每公顷湿地每天可以净化800立方米水。这一技术模块可以为处理中国75%地表污染水体提供一个可复制、大面积推广的范例。
 
  加强型人工湿地系统,需要利用自然湿地,同时要对其进行强化,使其变为一个净化系统。我国75%的地表水体的污染是富营养化,营养元素主要为氮、磷、钾,多来自肥料。目前,治理污染都是消费能源、耗费财力。事实上,通过加强型人工湿地系统,可以将氮、磷、钾转化为肥料,将治理污染过程变为生产过程,不仅可以将劣V类水净化为Ⅲ类水,还能生产粮食,生产多种植物。
 
  三是城市绿色海绵技术模块。常规城市雨水管道系统不能解决季风气候下的强暴雨问题,绿色海绵技术可以发挥重要作用。将景观作为生态雨洪滞蓄和净化设施,用10%的城市用地,来消纳城市雨涝,实现城市对水的弹性管理,并形成地下水补充、湿地恢复与保护等多种生态系统服务。
 
  实践证明,采用城市绿色海绵技术,建设城市海绵系统,能够解决目前大部分的洪涝问题。
 
  四是生态系统服务仿生修复技术模块。通过模拟生态系统自我再生过程,实现高度人工化环境中的土地生态修复,使生态修复和重建的过程成为多种生态系统服务的提供过程。例如,利用水生态基础设施,治理土地污染问题。因为雨水多呈酸性,土壤多为碱性,酸碱中和,土壤就得到了改善。
 
  五是生产性景观设计模块。雨水还可以在城市留下来,生产粮食,而不是排到河道里去。利用这一技术,为城市增加田园风光,使其成为一道亮丽的景观。
 
  六是最小干预与低维护设计。对于一条河道的治理维护,通常做法是,水利部门开展河道硬化、美化,园林部门来做花坛、铺草坪。不要以为这就治理了河道,实际上是破坏了一条完整的河道。而这一技术,即用最小的干预,来改变河道面貌,发挥河道的生态基础设施功能。
 
  七是工业棕地利用与再生技术。河流蓝道边,常常有大量工业用地,常常存在污染问题。将河流蓝道两侧的工业土地变成城市珍贵的、满足时代需要的土地,传承工业遗产,是一个需要解决的问题,为此,利用“棕地恢复”技术,对河流蓝道边上的棕地进行恢复,保留再利用。通过这一技术,将工业遗产保留下来,河道也可以得到生态恢复。
 
  需要说明的是,七项技术模块应加以整合,并广泛推广应用,来解决河道水系统问题。实际上,每个单位、每个家庭,都可以把雨水留下来。家庭可以利用自家阳台,收集屋顶雨水。如果全国城区把雨水收集起来,可以将小区内的流水减少至少三分之一,一般情况下,城市就不会发生涝灾了。同时如果中国每家每户,都可以利用雨水来调节室内温度,不开空调或加湿器的话,可以省下三分之一的能源,可以节省10座三峡工程的发电量。小改变,可以解决大问题。
 
  面对水系统综合征,必须采取综合的、系统的解决途径,构建水生态基础设施。通过从治水开始,建立水生态基础设施,走向水生态文明。为此,我们需要一场革命,思想上需要革命,方法上需要创新,体制上需要打破边界,专业上需要整合。
(俞孔坚系北京大学建筑与景观设计学院院长、长江学者特聘讲授、国家千人计划专家)


  链接:俞孔坚的水生态基础设施实践案例

 
  1. 与洪水为友的地理设计技术与生态防洪结合模块
    在浙江台州永宁江,采用生态防洪技术,开展了案例研究。结果显示,1年后,河道系统恢复;2年后,河岸两边野草丛生,生机勃勃。1年一遇的防洪堤,可以被水淹掉;10年一遇洪水淹掉的地方,可以作为公园使用。
 
    后来,在全国实施了一系列工程,将防洪堤拆掉,改为生态防洪工程,事实证明是成功的。宁波一处防洪堤拆掉后,建设了阶梯式防洪堤,变成了生机勃勃的美丽生态公园,洪水可以涨上来,市民可以走下去,生物可以长进来。中央电视台新闻调查栏目,专门播出了一期45分钟的节目——《会呼吸的河道》。在浙江金华,秉持与洪水为友理念,建设燕尾洲公园,把原来的水泥堤防打掉,洪水可以漫上来。2014年建好后,发了一次20年一遇大水,公园被淹掉。1个月后,公园又可以重新使用,洪水只来了1个星期,退水后留下了大量肥沃土壤和生机勃勃的景观。
 
    2. 加强型人工湿地净化系统技术模块
    上海后滩公园为上海2010年世博园的核心绿地景观之一,针对场地的诸多挑战,后滩公园的核心设计理念是将景观作为一个生命机体,设计一个活的系统,为城市提供全面生态服务,包括生产和吸收碳排放,调节自然和净化被污染的土地、水,提供乡土物种栖息地,传承文化,审美启智等。经过设计,形成了一个富有生命的水质净化系统:将黄浦江劣Ⅴ类水,经过沉淀、曝气加氧,土壤和植物及微生物的净化,在缓慢流经湿地过程中,净化至Ⅲ类净水,供景观、浇灌和冲洗用水,并为稻田供水。后滩这块3公顷湿地,将水净化过程变成生产和恢复栖息地,以及为市民提供休息和审美教育的过程。湿地每天可净化2400立方米水,供5000人使用,相当于一座投入500万元的污水处理厂。如今,这块湿地变成了生机勃勃的生物多样性基地,有20多种鸟出没在这个上海市中心公园。
 
    3. 城市绿色海绵技术模块
    吸取我国南方的桑基鱼塘技术,开展填挖方工程建设,在哈尔滨建设了一块面积33公顷的绿地,垫高的地方种地,凹下的地方养鱼,建成了海绵系统,处理3平方公里范围内的雨水,营造了一个城市公园和国家级湿地——哈尔滨群力湿地。这一海绵系统,所用工程量少,1年就建设成了。工程造价低,不到一般公园的三分之一。海绵系统可以过滤、净化雨水,水质较差的雨水从外面流到中间时,已变成好水,形成湿地水面。同时,这个系统可以把净化后的雨水补充到地下。经过两年自我繁育,湿地公园变得非常美丽,也带动了周边城市发展。这一海绵系统,利用雨水形成湿地,解决了城市内涝问题,建成后这个地方没有发生过涝灾。用绿地来解决涝灾问题,实质上就是城市海绵的概念。
 
    4. 生态系统服务仿生修复技术模块
    在天津桥 园,开展了一项实验,对600亩土地,采用简单填挖方法,让雨水不再直接排到河道。留存下来的雨水,用来对土壤pH值进行调节,改良净化了土壤,同时营造了非常美丽的景观公园。城市生态系统持续改善,建造和维护费用不到常规公园三分之一。公园开园一周之内,20多万人前来参观。耶鲁大学环境评论认为,这一探索开启了一个新的生态恢复方向。这一项目,获美国景观设计师协会2010年度设计 奖,评委们认为:“这个公园的成功是令人震惊的。简单的雨水收集坑,不但使生机勃勃的自然边界最大化,也创造了具有设计感的景观整体和视觉美感,吸引如此众多 游客,是非常了不起的,而通过精心的路网设计,在低维护条件下,使脆弱的自然得以与人的活动和谐相容。”
 
    5. 生产性景观设计模块
    在沈阳建筑大学,利用雨水灌溉稻田,把稻田变成校园景观。校园内可以读书,可以
放羊,还可以种植各种植物,生产稻米。这一设计,创造了一种丰产而美丽的景观,使学生能直接与农业亲密接触,最精彩之处在于把实验田放在校园之中,因此获得国际设计大奖。
 
    6. 最小干预与低维护设计
    秦皇岛一条城郊河道,河漫滩环境脏乱差,但植被很茂密。采用另一种方法,用简单的工程、最小的干预,设置了红色板凳,可以供人坐下来休息。安装了照明灯,花了很少时间和很小投入,就把河漫滩改造成了漂亮的城市公园;同时实现了与洪水为友——洪水是可以淹没 公园的。建好以后,河漫滩还是河漫滩,河漫滩里依旧野草丛生,但是一下子就吸引了人,变成了一个有人气的公园——秦皇岛汤河公园,这个城市因此变得非常美丽。这一设计同样获得国际大奖。评委认为,设计“创造性地将艺术融于自然景观之中,非常令人激动,同时不乏很强的功能性,有效地改变并提升了环境”。
 
    7. 工业棕地利用与再生
    对广东中山粤中造船厂厂房进行改造,采用当地植被,用了栈桥式的彼岸,将两边的水塔变成了灯塔,遗产变成了美丽景观,保留下来。经过改造后,造船厂厂房变为中山市岐江公园。
 
    8. 技术整合与推广应用
    俞孔坚教授利用自家阳台,1年收集26吨雨水。灌溉阳台上种植的蔬菜和其他植物,
1年可生产32公斤蔬菜;雨水进入室内,流经一面生态墙,墙上长出各种植被,既美观又调节了房间温度和湿度,实现了夏天用雨水降温、冬天用雨水加湿的目标,家中不必使用空调和加湿器。现在,俞孔坚教授家变成了科普场所,经常有人来参观。
 
 
 
 
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