现场报道:娄梦玲、李艺琳、孙苏晶、王训迪、张杭
摄影:穆文阳
五月的清华园,水清木华、鸟语花香,万木葱荣。在此之际,为期两天的城市雨洪管理与景观水文国际研讨会议于16日在清华大学顺利召开。此次会议是由清华大学建筑学院、全国高等学校风景园林学科专业指导委员会、中国风景园林学会理论与历史委员会联合主办,由清华大学建筑学院景观学系承办,同时北京清华同衡规划设计研究有限公司风景园林中心、清华大学环境学院城市径流控制与河流修复研究中心以及清华大学水利水电工程系水文水资源研究所协办。邀请海内外近400百名教授、专家、领导以及社会各界学科及相关专业同仁参加会议。全天共13位嘉宾做了精彩的报告展示,上午半天的汇报内容如下:
发言题目:古代智慧与现代科技结合治理城市内涝 Ancient Wisdom Combining with Modern Science and Technology Against Urban Waterlogging
发言人:吴庆洲,华南理工大学,东方建筑文化研究所所长,多年致力于建筑与城市防灾、城市规划史等研究。
1 近年来频繁的城市内涝
第一部分中,吴老师先为我们演示了一系列近年城市暴雨内涝的实拍图片。西安、武汉、北京、上海……地面严重积水、交通几近瘫痪的现象触目惊心,人们不禁发出这样的疑问:为什么中国现代缓冲层是这么脆弱,一场暴雨就能引发一系列灾害,造成严重损失,而紫禁城、赣州城却平安无事呢?
解决城市雨洪引起的内涝灾害,已经成为城市建设和管理的当务之急。中国古代有许多防止城市内涝的经验,主要是规划、建设和管理好城市水系。古代水系的排洪河道密度和行洪断面是两个重要的技术指标,古城水系调蓄能力是防止雨涝灾害的重要因素,明清紫禁城和赣州古城是两个防内涝的典范。因此,吴老师提出可将古代智慧与现代科学技术结合起来治理城市内涝,建立大、中、小三个排水系统的设想。
2 中国古城避免内涝的智慧——营建和管理好古城的水系
中国国古城水系由环城壕池和内外河渠湖池组成,具有多种功用,被誉为“城市之血脉”,有供水、交通运输、溉田灌圃及水产养殖、军事防御、排水排洪、调蓄洪水、防火、躲避风浪、造园绿化及水上娱乐、改善城市环境十大功用。
通过对汉长安城至明清北京城历代京都城市防洪的研究,发现:
- 城市排洪河道密度和行洪断面是两个重要技术指标,对防止内涝十分重要;
- 城市水系的调蓄能力是城内防止雨涝之灾的重要因素;
具体阐述了古代水系营建和管理的两个实施案例。
2.1 明清紫禁城
紫禁城,平面呈长方形,南北长961m,东西宽753m,周长3428m,面积约0.724km²。利用了元大都原有的排水系统,并作了如下方面的改进:
- 开凿了绕城一圈又宽又深的护城河——筒子河;
- 开挖了城内最大的供排水干渠——内金水河;
- 设置多条排水干道和支沟,构成排水沟网;
- 采用了巧妙的地面排水方法。
- 排水系统的设计、施工均科学、精确,管理妥善,因而坚固、耐久
明清紫禁城外绕筒子河,内贯金水河,两河共长约6km,其河道密度达到8.3km/km²,堪与水城苏州(宋代为5.8 km/km²)相媲美。明清紫禁城的排水系统以规划设计的科学完备、排水方法的巧妙有效、水系调蓄的能力大,而成为我国古城排水系统最完美的典范。紫禁城内共有90多座院落,建筑密集,如排水系统欠佳,一定会有雨潦致灾的记录。然而自永乐十八年(1420)紫禁城竣工,至今已近600年,竟无一次雨潦致灾的记录,排水系统一直沿用而有效,这不仅是中国城市建设史上,也是世界城市建设史上的奇迹。
2.2 福寿沟
赣州地处亚热带,降水强度大,日降雨量最大达200.6mm,如城内无完善的排水排洪系统,必致雨潦之灾。熙宁年间(1068~1077),水利专家刘彝知赣州,作福、寿二沟“阔二、三尺,深五、六尺,砌以砖,覆以石,纵横纡曲,条管竟然,东、西、南、北诸水俱从涌金门出口,注于江。”“作水窗事事儿间,视水消长而闭启之,水患顿息。”
水窗即即古城墙下之排水口。
福寿沟具有如下特点:
- 历史逾千年,至今仍为旧城区排水干道;
- 水窗闸门借水力自动启闭;
- 与城内池塘连为一体,有调蓄雨洪、养鱼、溉圃和污水处理利用的综合效益;
- 相关部门有良好的管理。
3 当代城市暴雨后内涝的原因
- 城市建设填占或挤占行洪河道,使江河洪水位升高,使排水困难而增加内涝风险;
- 填占城市河、湖等水体、洼地,使城市水系缺少调蓄功能;
- 都市化洪水效应加重了内涝;
- 海平面上升将使沿海城市排水困难,造成潮灾的严重威胁;
- 土地开发忽视防洪排涝工程系统建设,增加了洪涝风险;
- 超量开采地下水,造成地面沉降,内涝灾害加重;
- 现代化使城市在水患面前变得更脆弱,洪涝灾害引起次生灾害损失更严重;
- 北京市内涝与排水管道断面沉积物多年影响排水相关,这反映出现代城市排水设计和管理的弊病。
4 古代智慧与现代科技结合治理城市内涝的对策
针对城市排水管网取代元后水系、都市化洪水效应增加排水负担、大型蓄水池需要一次性投入相当规模的物理和财力等城市排水困境,基于上述研究,提出排蓄并举,建立大、中、小三个层次的城市防涝排蓄一体化系统。
4.1 城市大排水系统
在城市总体规划层面,立足“排蓄并举,排蓄互补”的设计理念构建以河、湖、壕、池等城市水系为主体,地下调蓄隧道,调蓄池等设施为辅的城市排水大系统。
4.2 城市中排水系统
使用城市雨水模型,规划城市排水水网系统,校核、量化管网与水系的防涝排蓄能力,围绕城市各排水分区,采用不同的排水管网设计标准。可利用GIS等地理信息系统建立城市竖向规划高程模型,SWMM等雨洪管理软件录入拟设计的城市排水管网等,模拟分析和评估排涝能力。除了设计现有部分,还要对未来出规划要求。
4.3 城市小排水系统
引入城市雨水源头控制的理念,在城市地块层面,指定防涝排蓄控制指标体系、我国的《绿色建筑评价标准》《公园设计规范》《国务院办公厅(2013)第22号文件中,有源头控制措施。
治理现代城市内涝是一个系统工程,古城市水系硬件中所蕴含的尊重环境、合理利用和保护自然水资源的历史经验和智慧,对建设绿色、生态、可持续发展的城市具有长远意义。
同时,需要在城市规划中,在城市总体、片区、地块各个层面重视城市水系的排蓄功能,雨水的源头控制,城市水循环系统的建立,时刻保持对科学和自然的敬畏与尊重,才能探索出一条治理中国城市内涝之路。
发言题目:Hydrology:The Link between Landscaping and Urban Stormwater Management
发言人:余啸雷,弗吉尼亚大学土木工程系,终身教授。
余啸雷教授演讲 Landscape and urban stormwater management关系
余教授就雨水方面针对link Landscape and urban stormwater management之间的连接为重点,从Introduction,Landscaping BMPs,Progress进程与新情况,Outlook and Needs展望四个方面进行阐述。
1. Introduction
针对雨水径流来做雨水控制的对象,从环境工程的角度我们主要目的有两个:控制水量和控制水质,包括生态、景观、植物等各种方面,他们之间有连接关系。
环境问题从水开始:景观比较传统的印象从绿开始,绿和水之间的关系现阶段水越来越偏绿,绿也重视水,因此hydrology在绿与水两边都用上了,即水与绿的对话。
Asla在设计水上的描述,practice of landscape Architecture包括了planning和designing,同时还关注water resources\haet islands等问题。
Landscape designer应该包括detailed site plan,包括对小花园和排水处理和雨水收集处理等措施,也包括建筑、结构性的处理。
The Hydrologic Cycle:现比较重视水文循环,景观对蒸腾方面感兴趣,如用什么植物控制水量的蒸发等,获得更大的效应。
ET,植物景观设计,runoff的控制措施,水工程更关注。过程:Precipitation雨量记录,swwm计算方式计算流量。进一步用景观手段进行改造。
在城市化进程前后,会对水文循环产生很大的影响,传统型的路面土面还是很多的,这种条件会对地表水量和水质产生很大影响,如果水在排放时,对stormwater没有进行很好的管理,则会产生不好的环境影响。
2. BMPs & Progress
80年代尼克松访华时期,美国水污染防治法产生第一版,1972年美国水环保署成立;1980年代用BMP控制雨水径流量与值;1990年代,认识到传统的bmp有很多缺点,开始了解到水与绿的对话,认识到nature knows the best自然形成的事物是最好的,依照生态学法则,尽量回归恢复自然。
Micro-scale controls,在小处的管理理念,每家每户、停车场、公园,我们继续进行源头管理,积少成多的处理,从跟第一个可能面积只有20平方米的生物滞留池开始,累积到10000个甚至20万个时,效果就会比较客观。
Green Instructure绿色基础设施(GSI storm):我们所指的绿色是指水方面,GI是指把和绿有关的所有景观连接起来,估计其产生的群体效应,回到生态学基本法则里,everything is connected to everything else。
美国环保署在网站上推动GI的技术,无论是结构式or非结构式。
BMP中有一些特别的landscaping的:如小区造水景、高尔夫球场建池塘,如果把水景结合蓄洪区的功能设计,考虑绿和水两方面达到双赢效应。BMP是利用水、土、植物的控制雨污措施。
案例:University of North Carolina和University of Virginia的两个校园做了铺装入渗、绿屋顶,是由景观和环境工程学院合作的项目,植物配置等由景观负责,蓄水设计有环境学院负责,合作完成达到很好的环境效果。
Rain Gardens(Bioretention)现有做很多景观美化,目的就是让地表水排出下渗。
Bioretention怎么决定大小?
- 从水质考虑,前半小时径流收集起来就可以,有人做过了实验,下雨的径流前一个小时、半小时是总量的80%以上,越不透水污染物越大。因此应当控制前半小时的水。
- Link of the curve 确定大小,在改变雨量效率最高的转折点确定为控制雨量的值,同时南北方有差异,控制的值要区别考虑
3. Future
面临的障碍有:
- 没有长期的管理权
- 如何量化LID的利益
- 景观与环境需求的对立如何协调
我们需要协调这些矛盾,就像美国环保署那样,在华盛顿旁边的农业部做了一些bioretention的宣传,强调马里兰大学校园竞赛获奖是LA与civil engineering团队合作的结果。
发言题目:设计自然的城市:将雨水融入城市资源 Designing the naural city: stormwater as urban resource
发言人:Bill wenk:创始人兼主席,美国wenk事务所
水是我们的生命线Water is our blood
美国在19世纪进入工业发展,也曾面临各种环境问题,直到现在还在纠正以前的错误。比如洛杉矶河道的灰色基础设施是典型负面例子。通过工程措施进行水的管理,导致防洪效果不可持续,也不能解决人口带来的用水需求压力。自然修复与工程修复的差别是很大的,水资源的合理开发带来的洪水风险管理、引用水供给、休闲娱乐、生态系统修复的功能,对未来的可持续发展非常重要。
硬化工程设计的洛杉矶河道在50年前看似是合理的,但问题却在多年后显现。因此如今,景观设计面临的更大的挑战是如何用工程师的语言与建设团队合作,不仅在设计上充分参与合作,还要积极发现工程中的各种问题,因为我们的目标都是用更好的方式去设计美化我们的城市。
案例1:丹佛更新改造项目,在原有机场上建设了新的社区进行LID的设计,丹佛市雨水一般春天降水量大,但雨水并不多,人口的扩展导致水资源越来越紧张,我们用了很多耐旱的植物,我们让水变成了适宜人们活动的公共景观。
案例2:瑞典马尔模市,二战后的社区改造,我们设计了非工程式的生态河道改造,使水成为了城市中的一部分,用简单的设计使水满足景观与功能的设计。
案例3:在美国的威斯康辛州,这里曾经是美国印第安人种玉米、水稻的地方,后来随着工业化变成了工业区,很像中国现在正在进行的工业化革命。我们希望通过生态手段创造清洁的水、开放空间的宜居地。我们通过跨学科的咨询团队对后期建设的工程师进行主导,100多英亩的场地内有两个区域是轻工业制造的工厂,我们把工业区的水集中起来,汇集在这个区域建成一个公园,集中处理。通过公园设计提供的雨洪管理体系提高了雨洪管理的效率。
案例4: Great river passage项目,圣保罗市紧靠着密西西比河,明尼苏达州河是美国非常重要的河,我们通过设计给予河道走廊多样的使用功能。该场地容易受到洪涝灾害,工业搬走后,很多区域都废弃了,景观设计师新需要恢复河谷原来的自然状况,激活整个城市的经济,让河与城市更好的连接在一起。由景观设计师设计了一个台阶景观,沿着河让洪水进入这个区域并拦截控制。改变了沿河的很多堤地容易受到洪涝影响的现状。这里还有很多重工业活动,设计时考虑到了重型车辆的运输。下穿式人行道使得人可以很容易的步行走到河边,使得社区更加宜居。
案例5:洛杉矶河道的改造, 长30英里左右,0.5英里宽。由规划、设计、景观园林专家组跨学科合作。现状100年一遇的洪涝每秒30英尺的流速对河岸侵蚀严重。我们分析了沿着河道走廊的各个社区,通过景观手段将水蓄存控制在河道外面的滨河湿地,以减少水的流速,恢复其健康的生态系统。沿着滨河湿地设计了涟漪式的景观。工业地区也进行了改造,使其变成可以蓄水的场地,对地下含水层进行很好的补充。由于洛杉矶市一个非常缺水的城市,河道净化水经过处理后提供给周边地区饮用。
发言题目:Planning for sustainable development across multiple spatial scales: district, neighborhood, parcel
发言人:John Lent,美国何瑞然公司(Herrera),首席科学家
John教授从流域、区域、小区不同尺度出发,介绍所负责的华盛顿州雨洪管理案例,强调“具体目标+精确建模”在雨洪管理中的重要性。
雨洪项目背景:城市急速发展导致河流径流减少,污染增多,造成马哈鱼生长地的环境恶化。人们希望能在文化和经济上恢复马哈鱼的生态环境。
项目定位:清洁、干净、宜居。
方式:规划全市分水岭,结合LID和本地设计充分利用自然资源不断反复设计。在以往改善径流污染以及雨洪管理的基础上使用了最新的修复和LID来管理,包括雨水花园、植被、渗水人行道、在生态治理池等方面进行完全生态修复。
单个BMP的角度来说,可以参照自然生态系统模拟自然功能,考虑气候、土壤类型、材料、水质等方面因素,形成渗透、蒸发和升腾等生态效果。同时,跨学科、多学科联合,完善景观设计工程学。其次,建立生态滞留地,通过增加雨水的渗透率和吸收率来作用,在这个过程中利用火山岩避免N、P含量的增加。
案例设计细节:
1、 采用红树林种植地,截留污染物;
2、 建筑物四周建立多个BMP,计算通过设计如何管理进行标准设计以达到资源最大化,创造人居环境;
3、 住宅的设计除提供雨水花园之外,选择多样的生物种类配置,既增加经济效益,又维护社会安稳。
4、 利用分水岭解决城市设计,将土地、交通、水文重新整合在一起。
发言题目:Urban Waterscapes Innovation
发言人:Dieter Grau德国戴水道公司(Atelier Dreiseitl)中国区总裁,首席设计师,资深合伙人。
演讲之初,Dieter Grau先生提到了自己在过去10-15年中,在亚洲各个项目的感受。大家越来越多地了解到设计和工程对于宜居城市的重要性,利益相关方需要充分理解和合作。在今天这个世界,城市化快速推进,商业快速发展,我们如何能够让决策者相信我们所作所为具有利益和价值?我们非常需要跨专业、跨领域的合作。
Dieter Grau先生以他在德国工作生活区的一个湖为例,说明了这项工作的综合性。这个湖有许多功能:保护城市不受洪涝灾害,尤其是靠近荷兰的区域;同时提供至少400万人口的饮水需求;30万住在附近的人,我们需要把湖岸做得干净整洁;夏天有数百万人来此娱乐休闲。因此需要多功能的实现、多领域的合作,以呈现一个最佳的实践。
城市雨洪管理与景观水文应当朝宜居城市发展。一个美丽的城市,不是建筑吸引人,不是基础设施吸引人,而是环境吸引人。改善人们的生活,这才是未来竞争的重点。我们需要思考如何提升大部分人们的生活质量,因此,需要满足户外舒适度、洁净空气、清洁水源、绿色自然、人性化设计等要求,提出综合性的解决方案。
在生态水设施的营建中,不同的工具,如生态滞留洼地、生态水沟渠、种植沟渠、生态净化群落等,具有不同的功能、适用范围和净化效果。在此基础上,戴水道公司提出了生态规划解决方案,包括建筑、广场、休闲、生态维护区等,致力于在市中心,尤其是在密度很高的生活区、商业区打造一个生态区域。
案例1:新加坡
以新加坡为例,在新加坡,雨水丰富,但但饮用水不够;技术和工程做的很好,但是没有考虑未来的发展。因此需要通过雨洪管理、海水淡化等来满足饮用水要求。
在此基础上,提出ABC(Alive、Beautiful、Clean积极、美丽、干净)水管理战略。一方面希望能够保护水资源,另一方面改变整个地区的城市设计。不仅仅是关于资源、工程方面,还涉及到城市景观的美观度,创造供人休闲娱乐的空间等,把所有能够综合的因素都综合在一起。开放空间、雨洪管理,这是新加坡所有项目中都没有任何妥协的原则。
碧山-宏茂桥公园则通过把混凝土水道改造为公园,创造宜居生态环境;把栅栏围起来的空间变成了开放的空间,环境变好后入住率也相应提高。另外一个密度较高的商业区案例中,我们希望在建筑中间形成一个自然的雨水聚集区,以实现宜居的目的。这个项目里先完成了这个公园,才进入建筑部分。建筑在周围的环境当中,公众住进来的时候周围已经有了很完善的环境,这个项目也增加了人们对于这种开发模式的接受度。
案例2:天津
天津文化区的项目位于市中心,有剧场、博物院、商业、住宅、写字楼等,以同样理念的进行设计,以期创造绿色的、美好的基础架构。在这个项目里,所有的区域不仅仅是一个个功能区,同时也涉及到水域的管理。雨洪管理方面,这个项目节省了三千万欧元地下水处理设施更新的费用,同时也具备很高的经济社会价值,使用频率高,人们非常喜欢。项目完成后的一场大雨中,天津、北京的其他地区许多都出现过内涝,我们的项目所在地湖体水位上涨了半米,但水依然在池中。在水域清洁方面,中心湖水的循环和处理也完成了在市中心创设功能性、生态性空间的目标。作为一个多学科团队,我们还探讨了公共交通设施的综合体系,建筑及周围环境整体的降温等问题,这些都是未来城市建设的发展方向。
案例3:丹麦哥本哈根
哥本哈根是一座著名的绿色城市,然而2011年7月,暴雨引发了严重的内洪。由此,哥本哈根进行了一系列雨洪管理的规划实践。
具体的开发策略中提出五指形”结构方案,在通往城市中心主要交通道路之间的区域,被纳入绿色滞留道路的范围。
发言题目:雨水系统—园林景观的衔接与瓶颈
发言人:车伍,北京建筑大学环境与能源工程学院,教授。
海绵城市的建设,建立雨水系统是最核心的内容。现在我国炒的最热的16个海绵城市建设试点,要求全方面的在15平方公里以上的区域进行各种类型的项目的建设,包括各种LID/GI以及灰色设施的建设。这些上百的新建设或改造的项目要在两年实施完成,是一个巨大的挑战。
关于理想与实现(Ideality-Reality):
像Dieter先生反复讲述实的问题一样,我们的建设现实是什么?“水泥城市”、“刚性城市”“脆弱城市”、高水耗绿地、绿地水土流失等等,因此我们离海绵城市还相距甚远。所以总结复杂的雨水系统的建设要点为:渗、蓄、净、滞、用、排。在很多年前我们就开始强调绿地、重视灰色:绿色与灰色的结合、地下与地面的结合,源与汇的结合,以及新与旧的兼顾。
今天强调的是一套很多系统叠加的处理系统,具有多目标以及控制指标的。其中各种总量的控制是关键,控制排放量,现在控制也提高了。因为中国面积很大,余教授说了在发达国家总量的控制重要性,而针对我国是需要分区的,如西北地区降雨量少,不到10mm的径流量控制率达到50%的总量控制,而在南方是6、7倍的降雨量,年径流总量控制率可以达到85%,这是理想状态,现实可以降到70%、60%的总量控制。
在此现状情况下,如何把城市雨洪调蓄系统落地?要实现海绵城市是需要从小尺度(通常进入市政管线前的独立单元内)、中尺度(如进入市政的一个排水区域)到大尺度(如城市、流域范围),从源头的蓄水、中途的蓄水等方面入手。景观是地上部分的,而雨洪调蓄系统是通过地上与地下部分结合作用,进行优化处理后的产生的结果。
关于延时调节(EXTENDED DETENTION)
延时调节设施功能:
- 调节暴雨峰值径流
- 控制径流水质
- 河道保护(与水利资源)
延时调节设施是一个多功能的池子,能完成多个目标,延长径流排放时间。且此设施还考虑到下一步的考虑,即对下游河道的冲蚀侵蚀控制。现此问题考虑的少的原因有:
- 现阶段专业的划分,河道水利做,给排水是在城市里做,专业隔阂太深,导致全局欠考虑。
- 下游城市区域硬化过多,而在发达国家城市河道很多为自然式。
解决以上的问题有两个重要方面:断接与绿色的衔接,把传统的方式街道绿色空间里去。从源头上看,场地上的流水能不能接到排水上,把场地、绿地、建筑的排水断接到绿地里,形成小海绵,这是需要突破的,不然大海绵又是空话。
当然之前几个专家的演讲说明,现在衔接的障碍已经基本不是问题,但要在中国做还是有很大难度。需要考虑各种场地的结合,切入到雨水管道留的通道里,如与道路的结合、与岩石的结合等。现在发达到国家,海绵城市在观念、技术上不是问题,关键点是怎么做?
案例1:新西兰的一个施工案例,需要先把水进行处理,一级一级的处理,最后介入景观设计。针对中国的困惑,中国现状,大量的灰色设施,是不是有优化方案,如在城市尺度上是不是一个个去做,还是整体的优化。
案例2:日本土地稀缺,一个运动场,也是雨洪设施,设计不是单独考虑此区域,要从他的上游开始考虑,考虑在高密度的建设下做建筑景观的雨水收集。
关于水污染问题严重,例如贵阳,进入城市的水是二类水,规划考虑如何使经过城市、城乡结合部的水被净化。我之前做开放水体的时候,需要在流域上进行考虑,不然可能遇到暴雨造成隐患。面对终端治理困境,面对这样的水我们很无奈。
关于对多专业的挑战问题:核心在于达到目标共识,然后才能协作。
我们专业的局限边界在哪?一是对相关专业的理解和尊重!二是需要打破禁锢、解放思想!
案例1:例如嘉兴海绵城市的试点:一个措施是把原有的路牙子切掉,这是跨专业:道路、空间、河道等专业,这就是突破。
案例2:2001年的东方太阳城小区设计,严重缺水,是地势低洼区,按照海绵城市 以绿色为核心,20公顷的小区里没有雨水管线来实现它的排水,但生态、水质保障等各方面具有很大挑战。整个项目包括竖向、土方平衡等,需要多专业合作。
案例3:深圳市大梅沙万科中心——雨水系统与水环境设计:粗放型的海绵城市案例。
案例4:大连生态科技创新新城启动区,像海绵一样,开放式造成很严重的水土流失 本身的景观被割裂设计。
案例5:赣州福寿沟,这是900年前古代的智慧,地下排水沟渠是一个组成部分,但原有的几十个开放的水系统才是核心,蓄排结合,地上下结合,绿灰结合,发挥作用。