城市化下基于多等级湿地理论的河流湿地功能修复途径探讨

来源:用户上传      作者: 徐飞 吕宁 陈峻松等

　　摘要：中国快速城市化背景下，城市中心区迅速扩张，建成区越过自然边界，侵占天然的河流湿地生态系统，导致其破碎和功能衰退；同时城市增长对河流湿地也提出新的城市功能要求。本文以宜昌运河公园为例，通过探讨目前比较前沿的河流湿地修复理论方法，提出基于多等级湿地里的城市湿地公园建设途径，满足生态修复和城市功能更新的要求，达到保护与发展共赢的效果。
　　关键词：河流湿地；多等级湿地；城市湿地公园；安全格局；场所精神
　　中图分类号：TU985.19
　　文献标识码：B
　　文章编号：1008-0422(2011)08-0066-04
　　
　　1　城市化进程中的河流湿地面临的两大挑战
　　
　　1.1挑战一：城市化导致河流湿地生态系统破碎和功能衰退
　　城市化对河流湿地的整体破坏主要表现在河网系统破坏、线性廊道断裂、地表径流暴增、污染物加剧、生物栖息地消失和外来物种入侵三方面。
　　城市扩张中自然河流被填埋、渠化和断流，阻隔了物质流和能量流的传输，水系廊道等线性景观元素在生物保护、减灾、游憩和文化遗产保护等方面的高价值消失(俞孔坚，2005)。另一方面生物栖息地消失标志物种灭亡，同时带来外来物种入侵，埋下生态安全隐患。
　　我国湿地总量居世界第四，但城市化进程中湿地消失严重，大型湿地面积缩减、丧失功能，中小型湿地集中在低洼集水区和河流河岸带，更易被忽略和占据，现有城市及近郊天然或人工湿地的80％面临被填埋消失的威胁。
　　
　　1.2挑战二：城市扩张对河流湿地的城市功能更新
　　现代城市扩张越过天然河流，更以河流资源为依托发展商业和居住，这对河流湿地的城市功能提出了更新要求，主要表现在以下四个方面：1)城市排污和防洪要求；2)商业和经济发展依托；3)休闲娱乐和景观功能；4)场地历史记载
　　防洪排涝功能是城市内河流最重要的一项功能，城市下垫面硬化，如何承接暴雨径流和城市排水系统的污水，并保障河流水质和生命支持能力是河流域市功能的严峻挑战。在以“水”为核心和亮点的水岸经济和滨水商业模式中，如何在生态保障的基础下实现开发者和渴望自然城市人群的双赢。而城市周边河流特别是人工开挖的水体(如运河)，本身服务于农业、工业或城市用水的取水需求，周边存在大量遗产。遗产的历史内涵事实上就是诺伯舒兹(ChrislianNorberg-Schulz)提出的“场所精神”。
　　
　　2　城市河流生态系统功能重建途径探索
　　
　　2.1当下前沿理论探索
　　当下前沿的城市河流生态系统功能重建的理论和方法主要有“多自然河流生态修复理论”(杨海军，李永祥，2005)、“绿色水道理论”和“城市湿地公园建设”。
　　德国的Selferr首先提出近自然河流治理的概念，建设多自然河流主要措施包括：营造更多河漫滩空间；结合浅滩和深潭形成生物的栖息场所；保持水边形态尽量使水边区域的多样性；保护河边的防护林(吴浓娣，张祥伟，2004)。绿色水道衍生自美国的绿道概念，从生态学角度出发，河道湿地需要有足够的宽度以控制来自周边的溶解物质，并为滨水区生物提供生境和通道等(朱强，俞孔坚，李迪华，2005)。区别于自然保护区针对代表性自然生态系统和珍惜濒危野生生物种群的保护，城市湿地公园建设作为河流生态修复的一部分，从某种意义上讲将保护与利用有机地统一起来。
　　前两个理论均旨在恢复和维持联系的河流湿地生态系统完整性，非常值得借鉴。然而除了场地限制外，工程投入和花费巨大以及无法满足城市功能获得利益平衡都阻止了这两项措施在国内前进的脚步。城市湿地公园作为城市湿地保护与合理利用的模式在被推广的7年间，出现了很多问题，例如缺乏建立湿地公园理论依据；贪大求洋(骆林川，2009)，势必对已经十分紧张的城市用地和财政造成更大的压力；缺乏人才和成熟的配套技术等。
　　
　　2.2一种更适合中小型湿地重构的战略途径：多等级湿地理论及应用
　　2.2.1小型湿地重要性前提和多等级湿地模型建立
　　多等级湿地系统理论是在雨洪径流被认为是美国水生生态系统健康最主要威胁(Olson，1993；USEPA／uSDA，1998)的背景下提出的。雨洪的有效控制是典型的叠合达成的(Emerson et a1.，2005)，需以源头小型湿地为基础叠合其他措施(Van der Valk andJolly 1992)。2007年美国科学家Matthew J.Cohen和Mark T.Brown建立了量化的多等级湿地模型，通过在佛罗里达州的实地模拟定量研究出不同尺度湿地如何组合对于流域尺度的雨洪控制更加有效。
　　Cohen和Brown建立的多级湿地模型假设小型湿地面积0.2ha，中型湿地9.5ha，大型湿地250ha。首先肯定小型源头湿地的重要性，以基线湿地模型(baseline)作为多等级湿地模型(hierarchical network)对比项。基线湿地模型(baseline)中小型湿地分布于水体源头，而多等级湿地模型中小型湿地位于水源头地区，中型湿地(泥沼地或河流生态系统)位于径流中央，大型湿地则是区域的最终接收系统(海岸或洪泛滩地)。三种不同大小湿地按一定比例组合。
　　2.2.2多等级湿地理论对中小型湿地建设指导意义
　　2.2.2.1多等级湿地理论证明中小型湿地更适合城市河流功能修复
　　针对城市河流承接污水和排洪要求，中小型湿地对于河流修复作用更加有效。研究表明大型湿地的滞水功能占优，中型湿地的排磷功能较好，而小型湿地沉积污染物的效率最高。
　　2.2.2.2多等级湿地理论将流域湿地覆盖率定量化
　　流域中中小型湿地的湿地覆盖率达8％，能有效规避洪灾。研究表明基线湿地模式和多等级湿地模式的蓄水盆地覆盖率分别达到8.2％和7.4％能规避正常降雨年份的洪水。覆盖率达10％能有效控制暴雨年份洪水。
　　2.2.2.3多等级湿地理论对中型湿地位置和面积给出定量标准
　　增加中型湿地面积，最能有效减缓总径流和衰减洪峰。在所有情况中，增加大型终极湿地面积并不能提高整天效果，同样的，简单增加系统总面积而不是其配比也起不到好的效果。
　　
　　2.3多等级湿地应用途径探索
　　2.3.1宏观尺度：景观安全格局建立和多等级湿地系统战略点建立
　　2.3.1.1首先建立雨洪安全格局，景观安全格局(SP)是判别和建立生态基础设施的一种途径(Yu，1995，1996；俞孔坚，1999，1 998)。雨洪管理SP应用地理信息系统(GIS)建立，得到基于现状流域的汇水区面积和不同级别汇水区滞留径流量比例，可以验证对涝灾的控制效果(宋云，俞孔坚，2007)，更重要的是可以筛选出对生态系统重要的战略要点。

　　2.3.1.2多等级湿地建设是人工组织的系统，通过SP分析出潜在湿地战略位置，根据多等级湿地理论确定湿地位置和大小，明确其在流域雨洪管理中的功能。
　　多等级湿地建议湿地在流域中的覆盖率约8％左右，弗罗里达州三个级别频率为92：7：1，位于源头的小型湿地应尽量保留和恢复，最佳方案是在径流中央选择中型湿地大小面积作为城市湿地公园用地。
　　2.3.2中观尺度：生态功能和城市功能布置
　　中观尺度侧重于城市湿地公园中生态功能与城市功能的有机统一。中观层面下，场地面临具体的与城市互动的问题，周边的居住、商业区和城市干道都对场地的社会功能提出要求：如娱乐、游憩、通行等。城市湿地公园的主要分区特征是：(1)以运河湿地保护区为中心；(2)内核为河流湿地恢复区，包括湿地系统的构建和河岸生态过渡区；(3)外环是城市功能过渡区，在这里布置游客集散点、服务中心等。
　　2.3.3微观尺度：城市湿地公园设计重点和方法
　　2.3.3.1湿地系统构建：湿地系统重构应以原有湿地环境进行调查研究，特别是对原有湿地水体、土壤、植物，以及周边居民景观期望等。进而利用原有的经过因素保证湿地系统的完整性。湿地系统重构包括对水体、植物、地形地貌等构成要素的恢复和再建。
　　2.3.3.2河岸线的处理：根据多自然河流修复措施，应尽量改直边曲，营自然驳岸或近自然驳岸；尽量营建更多的河漫滩地，利用低水槽和深水槽形成多样化水流，拆除或减少水利设施。
　　2.3.3.3植被重点设计：植被恢复是河流湿地恢复关键，原因有①植物根系防止水土流失，稳定土壤环境；②为鱼类和野生动物创造栖息地；③有些植物能够净化水体，成为污水的生物过滤器；④植物是营造怡人自然景观的重点，是湿地与城市功能结合点。
　　2.3.3.4休闲游憩设施：注重场地对城市人娱乐活动的服务，需保证与环境的协调，倡导场所精神的维持，让活动其中的人能读懂历史、生活的故事。
　　
　　3　案例解析――宜昌运河公园
　　
　　宜昌运河公园位于宜昌市西陵组团和伍家组团交界处，是城市未来新区核心区，在东山大道与城东大道之间，西临港窑路、东至域东大道、北抵中南冶勘机修厂、南靠东运路，总用地面积约11.92hm2。
　　本案位于运河流向长江的入江口，是宜昌市水系网络的中下游，城市化将运河纳入新城发展中心区，运河周边湿地被城市用地侵占，生态环境遭破坏；同时城市对运河湿地及场地水体提出城市功能更新要求，包括雨洪调节、经济带动点、休闲景观功能等。正是城市化下面临生态修复、城市功能更新双重要求下的中小型河流湿地的典型代表。
　　
　　3.1宏观尺度：景观安全格局建立和湿地定位
　　3.1.1景观安全格局建立：图8为宜昌城东新区生态基础设施图，本案位于重要的生态安全格局战略点；根据图9新城区绿地规划，本案所在位置纳入城市绿地系统内，应作为城市生态组团建设。
　　3.1.2多等级理论下的中型湿地战略定位：场地中运河段处在流域的径流中央，承接上游山地和城市径流输送入长江，现状水体面积约8ha，完全符合多等级湿地中型湿地位置和规模要求，并且城市河流首要功能是防洪排涝，另外对于污染物的沉积和净化保证流入长江水质。
　　为了将河流生态功能和城市融合，在湿地的基础上兴建城市公园，本案定位为基于多等级湿地理论下的城市湿地公园建设。有别于一般城市绿地公园的性质，除了满足市民休闲游憩等服务功能以外，还应具有其在生态意义上的特殊性。
　　
　　3.2中观尺度：功能分区和溶解公园
　　3.2.1宜昌运河公园功能分区
　　湿地公园实现生态功能和城市功能有机统一，形成以湿地水体景观区和山林休闲景观区组成的河流湿地恢复区，紧紧围绕运河景观区形成过渡带；外围有入口广场区、游客综合服务区形成于城市互动的城市功能过渡区。
　　3.2.2对外形成开发边界
　　对外形成开放的边界，加强自身与周边的交通联系，与城郊自然景观基质如水体、林地、山地和农田相融合，以简洁、生态、开放的形态渗透到区域当中；在公园各个方向界面上布置非机动车入口，并针对场地高差和滨水现状设置木栈道和阶梯，方便市民进入公园内部。
　　3.2.3内部非机动车系统提高可达性
　　对内布置丰富的非机动车系统形成便捷的绿色通道，设置跨越水体和湿地的架空廊道或栈桥，建立立体步行系统，整体形成流畅的内部交通，从而提升公园景观元素对人的可达性。
　　
　　3.3微观尺度：项目设计与特色
　　运河公园是一处河流景观与湿地景观的交集，是城市河道景观与生态系统的绝佳载体。承担保护宜昌水资源特色、改善运河水质、科普教育、湿地水系进化和生态风景观赏等职能。
　　3.3.1湿地系统重构
　　设计将原场地特质“渔塘”的大肌理加以保留，形成了公园生态湿地景观水体的基本结构。通过对场地水体清淤、植被恢复等措施实现湿地系统功能恢复。主要分为两部分：
　　水系净化，改善水质：运河公园场地内水资源丰富，水体面积占到整个公园面积的三分之二。通过高差变化等作用自然流经一系列净化池，经过多种原理净化，最终以清洁之水回到运河。设计通过一系列亮点设计将湿地净化以及生态恢复的理念加以展示，起到两方面的示范作用。
　　调蓄洪水、防洪安全：宜昌市防洪范围按长江支流的防洪标准，20年一遇洪水。场地防洪分为20年与10年一遇防洪线两个等级，公园按照不同功能区分区防汛。原废弃鱼塘改造的人工湿地景观区适当打开可淹没范围，满足汛期湿地滞洪的需求。
　　3.3.2自然驳岸营造
　　借鉴多自然河流修复理论，水体河岸应保持自然，尽可能营造更多的河漫滩地，种植多种水生、耐水植物，创造丰富多样的动植物栖息地。为了满足游憩功能，可在河岸设游步道或栈道系统，增强可达性并将对湿地生态系统的影响降低到最小。
　　3.3.3植被恢复和利用
　　总体原则：因地制宜，适地适树：构建群落，增加绿量；比例合理，季相丰富。根据不同的水生植物具有不同的净化功能，设计中充分利用此特性进行分区：第一部分池塘，主要功能阻挡悬浮物。第二部分池塘，主要功能是综合吸收各种污染物进行净化，自然增氧。第三部分池塘，主要功能是植物能吸附、富集一些有毒有害重金属物质，种植黑藻。第四部分池塘，主要功能是吸收病原体，种植莎草。第五部分是池塘，主要功能是吸收营养物、种植紫萍。第六部分池塘，主要功能是综合吸收各种污染物，种植荷花和黄花鸢尾再次进行综合吸收。第七部分池塘，主要功能是增氧过滤。为保持水质洁净，主要采用深根性植物芦苇和香蒲。
　　3.3.4场地精神再现
　　理想的山水格局与鱼塘肌理：规划整体结构采用自然式布局，充分顺应现南水北山的山水结构，营造北高南低、靠山面水之风水佳地；对现有鱼塘进行改造，在保留大肌理的原则上进行进一步划分成为净化池，以满足净化与景观双重功能。
　　近现代工业遗产改造：50年前长江开关厂正式投产，和韦家咀水电站一起成为了工业文化遗产的代表。设计将水电站改造而成的风雨廊桥，为人们提供了观赏运河、回忆历史、参观展览的场所；开关厂厂房及周边环境改造为后工业风格的广场区，保留工业记忆的同时再生为公园的餐饮娱乐中心。
　　场地元素提取和采用：宜昌自古多雨，伞必不可少，于是“伞”巧妙地成为本设计的亮点。伞的概念经过提升和抽象，延伸出一条蜿蜒曲折的景观廊道，贯穿着整个公园，又借“橘乡”之意采用鲜明可人的橘红色作为廊道主色，将功能性和装饰性完美的统一，形成了具有宜昌特色的独特景观。
　　
　　4　结论
　　
　　宜昌运河公园按照生态安全格局建立、多等级湿地定位和湿地公园景观设计三步骤打造了满足生态修复和城市功能更新两方面要求的城市湿地公园范本。在中国追寻良性发展的城市水域生态环境的规划和设计领域背景下，寻求到一条切实可行的城市河流湿地修复战略途径。
　　

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