生態(tài)安全理論在孝義古城保護規(guī)劃中的應(yīng)用*

劉婧奕，高靜，雷澤鑫

（太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，太原030024）

0 引言

孝義市為山西省西南部縣級市。其歷史可追溯到新石器時代。春秋周定王于初設(shè)瓜衍縣于此。東漢末年，曹魏遷入該地，改名中陽縣。北魏更名永安縣。唐貞觀時期，永安孝子鄭興“割股奉母”感動朝野，唐太宗為教化世人下詔將永安改名為孝義。

《孝義縣志》記載，“縣西……重山夜阜，直趨縣治，山脊當(dāng)正西，水盡隨山東行，淫雨多暴漲……縣城東不可近河，西不可近山，故建于山盡水匯之區(qū)（圖1）?！盵1]孝義北臨義河，南近孝河，東面汾河，西靠呂梁山。雨水隨山脈順勢東流入古城，居民取水利、避水患以便生活。

《管子·乘馬》：“凡立國都，非于大山之下，必于廣川之上，高毋近旱而水用足，下毋近水而溝防省。”孝義古城選址遵循傳統(tǒng)城市選址理念。

圖1 孝義古城選址圖

1 孝義古城如今“水患”嚴重

1.1 孝義古城現(xiàn)狀

時代變遷，孝義古城發(fā)展違背選址初衷。每逢雨季來臨，古城內(nèi)澇頻發(fā)，低洼處積水嚴重，居民出行受阻。由此引發(fā)各種景觀生態(tài)安全問題。

1.1.1 歷史建筑毀損

內(nèi)澇產(chǎn)生大面積積水致使歷史建筑根基在積水長期浸泡下造成毀損。

1.1.2 城內(nèi)徑流污染

古城道路硬化面積增加致使雨水的匯集速度加快，并攜帶地表污染物匯入到城市低洼地區(qū)。最終雨水、污水匯入孝義古城的護城河引起河道污染。

1.1.3 城內(nèi)交通擁堵

古城道路狹窄，道路系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代車行需求，城內(nèi)交通擁堵現(xiàn)象時有發(fā)生。雨季降水量增大，孝義古城積水嚴重、道路泥濘，城中居民出行受阻。

圖2 歷史建筑的毀損

1.2 孝義古城內(nèi)澇原因分析

古城中的上述種種威脅違背古人“取利避患”的選址初衷。這些景觀生態(tài)安全問題根源是孝義古城內(nèi)澇問題。古城內(nèi)澇頻發(fā)的原因主要有以下兩個方面。

1.2.1 張家莊水庫的隱患

孝義地勢西高東低。張家莊水庫位于孝義古城西側(cè)。古城地勢明顯低于水庫（圖4）。水庫庫底高出孝義古城中心“中陽樓”樓頂約45 m。建設(shè)初期由于資金和技術(shù)的局限，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較低。1961年，張家莊水庫落成導(dǎo)致孝義古城內(nèi)地下水上漲，形成雨積洪澇的隱患。一旦張家莊水庫潰堤，孝義古城將全城覆沒。這也成為孝義市將新城選址于古城西側(cè)的重要原因。

1.2.2 孝義新城的影響

孝義新城位于古城西北側(cè)，地勢高于古城的格局。換言之，孝義古城處于整個孝義城市地勢最低的位置（圖4）。

新城建設(shè)使城市自然地貌及地表狀態(tài)發(fā)生變化?！按竺娣e的鄉(xiāng)村和自然基底向城市建成區(qū)轉(zhuǎn)化所帶來的水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和下墊面的變化，將給雨洪調(diào)蓄帶來更大壓力?！盵2]加之，古城外圍西南側(cè)的部分區(qū)域，暫未鋪設(shè)排水管網(wǎng)。雨季來臨，大量來自西南側(cè)無法消化的雨水隨著西高東低的地勢侵襲古城。在單位時間內(nèi)孝義古城遭受流量極大、流速極快的地表徑流匯水，直接導(dǎo)致古城內(nèi)澇頻頻發(fā)生，愈演愈烈。

綜上所述，水庫的建設(shè)引起孝義古城地下水位長期處于高位，古城雨季的降水難以下滲消解；孝義新城地勢高、地表硬化率大造成孝義古城內(nèi)澇頻發(fā)，這些現(xiàn)狀引發(fā)一系列古城景觀生態(tài)安全危機，解決孝義古城水患問題刻不容緩。

圖3 護城河河道污染

圖4 孝義古城與周邊地勢關(guān)系示意圖

2 海綿城市理念適地應(yīng)用研究與技術(shù)手段

2014年11月，住建部頒布《關(guān)于印發(fā)海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）的通知建城函〔2014〕275號》文件，推行“海綿城市”建設(shè)理念：讓城市對雨水的調(diào)蓄像“海綿”一樣，通過滯留、阻截、緩沖、滲透和凈化等手段，雨季時能短時間內(nèi)吸納雨水解除水患，旱季時對雨水加以利用。

因為孝義古城地下水位較高，因此不能將“海綿城市在古城中的應(yīng)用”簡單理解為“解決雨水在古城中的下滲問題”。相反，雖然古城地下水位較高，但是仍然具有一定的蓄水空間。如何將雨水暫時滯留、儲蓄于古城地下，為排洪、泄洪爭取更多時間才是海綿城市的適地性應(yīng)用。

基于“海綿城市”的理念，從“滯、阻、緩、滲、凈”等技術(shù)手段入手，利用雨洪滯留帶、緩洪池、透水鋪裝、下沉式綠地和生態(tài)駁岸等方法在古城內(nèi)、外雙管齊下：運用滯洪的手段減少侵入古城洪水的水量并減緩洪水的水速；運用緩洪的手段為孝義古城爭取更多消化雨水的時間；在蓄洪、泄洪的過程中實現(xiàn)雨水的凈化和再利用。在有效的時間爭取下，利用新城與古城之間增加截水溝、緩沖帶，層層截水、緩沖以“防古城水患于未然”。

這樣不僅可以為古城爭取寶貴的時間排洪，而且完善古城生態(tài)景觀風(fēng)貌，實現(xiàn)水資源的合理有效利用，使孝義古城處于生態(tài)景觀安全的狀態(tài)之中。

2.1 “滯”、“阻”為首要途徑——攔截來自孝義新城的大量雨洪

要減緩新城在雨季給古城的內(nèi)澇壓力，在孝義古城西南側(cè)外圍設(shè)置“雨洪滯留帶”是攔截古城外部雨水的首要方式。根據(jù)《華北地區(qū)河溪植被緩沖帶建設(shè)技術(shù)規(guī)程LY/2639-2016》規(guī)范中的具體要求選用一些根系發(fā)達、耐旱耐澇的適地樹種，喬、灌、草要進行合理搭配，預(yù)留至少45 m植被緩沖帶（圖5）；并在植被緩沖帶中增加植草溝、滲井、雨水滯留池等技術(shù)裝置形成雨洪滯留帶。

圖5 雨洪滯留帶位置及向剖面示意圖

2.1.1 植被緩沖帶

植被緩沖帶增加地表自然滲透面積，不僅可以滯留、阻截從新城順勢而下的雨水，而且能夠有效減緩地表徑流流速，讓雨水在流入孝義古城之前得到充分下滲。滯留帶中設(shè)置的植物緩沖部分一般分為三個區(qū)域:

A區(qū):緊鄰護城河，寬度至少10 m，種植本地、耐淹耐澇的喬灌木，如水杉、側(cè)柏、旱柳等；

B區(qū)：A區(qū)和C區(qū)之間，寬度至少20 m，種植抗逆性較強的灌木與草本，如小葉楊、沙棗、高羊茅；

C區(qū)：攔截雨洪的第一道屏障，其寬度至少15 m，種植固土草本，如香蒲、蘆葦、早熟禾。

根據(jù)美國謝里丹(J.M.Sheridan)等[3]4年觀察研究,美國海岸平原植被緩沖帶對水流和沉積物有很顯著的減少作用,最主要的減少作用發(fā)生在寬度為8m的草地過渡帶（C區(qū)），其徑流減少量達到了56%～72%。[4]由此可見，C區(qū)的草地過濾帶滯留能力。

2.1.2 其他技術(shù)裝置

植被緩沖帶的西側(cè)、東側(cè)設(shè)置植草溝。在植草溝內(nèi)南北方向每間隔5～10 m布置設(shè)置“滲井”，中部增添雨水滯留池，對自西而來的雨洪形成“西側(cè)阻—中部滲—東側(cè)截”的滯留系統(tǒng)。西側(cè)植草溝的滲井成為首要屏障“阻擋”從新城沖刷而來的大量雨水；通過層層植被緩沖后，雨水流速減慢，可進入中部滯留池中；最后，東側(cè)植草溝的滲井成為雨洪滯留的最后防線“攔截”剩余的雨水。在上述三道防線的層層阻截下，極大程度地防止雨洪進入孝義古城。

綜上，在多類型植被緩沖區(qū)域和多種滯留裝置的使用下，將更加有效的滯留、下滲雨水，減少沖擊古城的雨水徑流。

2.2 “緩”為關(guān)鍵環(huán)節(jié)——緩解即將進入孝義古城的雨洪壓力

古城特殊的地勢和周邊環(huán)境，導(dǎo)致雨季地表徑流量加大、流速激增，為防止造成護城河外溢，所以古城與新城的邊界護城河的河道上局部的關(guān)鍵節(jié)點適當(dāng)放大成為緩洪池雨季時，預(yù)先排空緩洪池，用于下雨時多余的地表徑流的收集（圖6）。當(dāng)大量雨水從地勢較高處匯流而下時，緩洪池可以蓄洪、緩洪以緩解雨水帶給古城的壓力。此外，旱季來臨護城河水位較低的情況下，緩洪池中的雨季蓄水可以成為護城河的水源補給，以備不時之需。

在孝義護城河道打開“緩洪池”成為緩解即將侵入古城的雨洪壓力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.3 “滲”為重要方式——消化孝義古城內(nèi)部低洼積水

2.3.1 使用透水鋪裝

隨著孝義古城變遷，住宅院落的硬質(zhì)鋪裝增多，古城道路的硬化面積增大，導(dǎo)致單位時間內(nèi)地表徑流匯集速度加快。運用透水鋪裝，可以增加地表下滲率。為了緩解古城內(nèi)部內(nèi)澇現(xiàn)象，可以在古城內(nèi)（除去主街道車流荷載較大的區(qū)域）包括主路人行道、小街巷、學(xué)校和廣場等需要硬化的地方使用透水鋪裝，以緩解雨水的地表匯集速度（圖7）。

圖6 護城河緩洪池位置示意圖

圖7 古城內(nèi)可設(shè)置透水鋪裝的空地位置示意圖

透水鋪裝作為一種新型生態(tài)材料，是雨水進入地表之下的介質(zhì)。磚上密集細小的孔隙，提高雨水滲透效率。其透水率為20 mm/s，可滲透60 mm/h的降雨。孝義古城內(nèi)設(shè)置的透水鋪裝可接納臨街單坡屋頂落水，同時消解周邊無法下滲的地表徑流。透水鋪裝的使用既可以凈化、涵養(yǎng)水源，補給城市的地下水，又可以在含水量充裕的時候散發(fā)水蒸氣以調(diào)節(jié)微氣候。

2.3.2 增設(shè)下沉式綠地

孝義古城內(nèi)的地勢為南高北低，順應(yīng)地勢在古城護城河沿邊規(guī)劃濱河綠地，在古城的學(xué)校、城內(nèi)空地設(shè)置下沉式綠地（圖8）。水利專家向立云研究表明，綠地比路面低20～30 cm，就可以吸納200～300 mm的降雨，雨水可以順勢匯入下沉式綠地，達到調(diào)蓄、凈化雨水的目的。“下沉式綠地在降雨時可以使周邊的雨水匯入綠地當(dāng)中，不僅起到減少雨水徑流量、降低孝義古城中的洪澇災(zāi)害，而且下滲的雨水還可以有效補充該地區(qū)的地下水量?！盵5]

圖8 下沉式綠地位置示意圖

2.4 “凈”為有效手段——提升孝義古城內(nèi)外的環(huán)境品質(zhì)

在沿護城河設(shè)置不同高差的平臺種植陸生耐濕的草本植物以及水生植物。雨水通過植物，再通過不同粒徑卵石、砂層過濾，最后進入護城河水體。護城河的生態(tài)駁岸設(shè)計不僅穩(wěn)定岸坡，穩(wěn)固水土，也為水陸生物的交流提供途徑，實現(xiàn)生態(tài)多樣。

其實，滯、阻、緩、滲的每一步中都伴隨著對于雨水的過濾和凈化。整個雨水的緩沖滯留過程就是將雨洪不斷過濾凈化的過程。這樣不僅解決了古城內(nèi)徑流污染給城市生態(tài)造成的破壞，而且提升了孝義古城整體的景觀品質(zhì)；更重要的是，凈化后護城河水隨地勢進入汾河、孝河，不僅不會對自然河流造成污染，而且整體改善了城市水環(huán)境，達到“凈”水目的。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代化發(fā)展，許多歷史文化古城、古鎮(zhèn)和傳統(tǒng)村落遭遇嚴重的生態(tài)安全危機。孝義古城面臨的生態(tài)安全危機也正是歷史文化遺產(chǎn)保護進程中出現(xiàn)的典型問題之一。

針對孝義古城由于內(nèi)澇引發(fā)的景觀生態(tài)安全危機，筆者提出“防水患于未然”的解決策略。本文試圖利用景觀設(shè)計手段對于侵襲孝義古城的雨洪在“城外—城界（護城河）—城內(nèi)”，利用“滯、阻、緩、滲、凈”手段，層層防護、多重消化，為解古城內(nèi)澇之急提供可行方法：

1)在孝義古城西南側(cè)外圍設(shè)雨洪滯留池，滯留、阻截新城侵襲古城的雨水；

2)新城與古城邊界的護城河道設(shè)節(jié)點做緩洪池，為古城雨水消化爭取時間；

3)孝義古城內(nèi)使用透水鋪裝、設(shè)置下沉式綠地，加強雨水下滲，防止積水；

4)對護城河的駁岸進行生態(tài)化設(shè)計，實現(xiàn)排入河道的水體凈化。

基于海綿城市理論，對孝義古城的“水患”解除策略進行理論推導(dǎo)，探索古城景觀生態(tài)安全保護的技術(shù)手段，以期為面臨類似問題的古城、古鎮(zhèn)和傳統(tǒng)村落等歷史文化遺產(chǎn)提供一條切實可行的解決思路。

[1] 孝義市地方志辦公室.孝義縣志.雍正四年[Z].青年印刷廠,2005.

[2] 莫琳,俞孔堅.構(gòu)建城市綠色海綿——生態(tài)雨洪調(diào)蓄系統(tǒng)規(guī)劃研究[J].城市發(fā)展研究,2012(05):130-134.

[3] Sheridan J M,Lowrance R,Bosch D D.Management Effects on Runoff and Sediment Transport in Riparian Forest Buffers.Transactions of the American Society of Agricultural Engineers,1999,42(01):55-64.

[4] 饒良懿,崔建國.河岸植被緩沖帶生態(tài)水文功能研究進展[J].中國水土保持科學(xué),2008(04):121-128.

[5] 蘇義敬,王思思,車伍,魏一哲,董音.基于“海綿城市”理念的下沉式綠地優(yōu)化設(shè)計[J].南方建筑,2014(03):39-43.