The Initiative Research on the Principle of Urban Soil and Water Ecology
吴长文
WU Chang-wen
摘要：深圳市的城市水土流失出现至今已20年了，当今城市水土生态问题需要宏观的理念和全新的方法。从城市出现的水土生态问题出发，论述了水土生态原理是与水土有关的生态系统的保护、修复、建设的人类行为准则和科学原理，提出水土生态原理的宏观尺度可理解为大地格局原则及其具体内容，并总结出城市水土生态原理的实践创新体系的六大方面：水土生态文化、土石方平衡的开发准则、道路边坡高差的优化控制及绿色防护原则、恢复与维护河流的生态功能原则、裸露山体缺口的生态修复原理、开发区流失防控配置原理等。
关键词：城市水土保持；水土生态；大地格局；生态修复；生态环境建设
Abstract: Shenzhen has been suffering for water and soil erosion for 20 years. It is necessary to employ lager concepts and new methods to solve today’s urban soil and water ecology problems. This paper argues that the principle of soil and water ecology is the standard of human behavior and scientific principle concerning the preservation, restoration and construction of the ecosystem of soil and water. The author also puts forward that the macro-scale of soil and water ecology principle can be interpreted as the landscape pattern principle and its contents. At the end, six aspects of the practice and innovation system of urban soil and water ecology principle are concluded, which are: soil and water ecological culture, development principle for balanced earthwork, optimal control of road slope difference and green protection principle, principle for restoration and preservation of the eco-functions of rivers, principle for ecological restoration of bare mountains’ gaps, and configuration principle of the erosion prevention and control of developing area.
Key words: Urban Soil and Water Conservation; Ecology of Soil and Water; Landscape Pattern; Ecological Restoration; Ecological Environment Construction
1 前言
当年因过度开发布吉河流域，1993年深圳“6.16”暴雨（约十年一遇）造成广深铁路布吉段发生滑坡，致使铁路中断12小时。泥沙淤积在布吉河造成的洪涝灾害仅布吉镇经济损失就达5.5亿元。1995年8月深圳市城市水土流失引起了水利部高度关注，水利部副部长在深圳市主持召开全国首次沿海城市水土保持工作座谈会并正式提出城市水土保持[1]，2000年国家水利部、财政部正式启动了“十百千”水土保持生态示范工程[2]（十座示范城市、百个示范县、千条示范小流域），从而在中华大地开展了一场广泛的城市水土生态的“保持”工作。由于城市的快速扩张，1994年底，深圳实际人口达335万人（其中户籍占28%），城市建成区面积达299km2（另有推平待建闲置地234km2），造成的水土流失面积达231km2（为当年遥感调查，官方公布的实地调查数据为185km2）。敏感地区的“三边”（城边、水边、山边）水土流失危害十分严重。据统计，深圳市2004年的水泥消耗量为745万t，建筑石料超2 000万m3，消耗钢材128万t。这种靠土地扩张的快速城市化和大量消耗资源的经济增长方式，对环境的压力和生态的破坏是前所未有的，对城市水土生态和景观的损失和破坏也是空前的。从而污染城市的市容市貌，并造成各种洪涝灾害，破坏基础设施、宜居环境，影响城市生产和生活。
从1993年的“6.16”算起，至今深圳市的城市水土生态工作也经历了整整20年。这20年，正好是中国提出建立市场经济的20年，是深圳市特区内外全面城市化（1993年深圳撤宝安县改为宝安、龙岗区）过程的20年，也是形成城市水土保持管理体系并推进美丽深圳的城市建设的20年。期间经历了迎香港回归、创建国家水土保持生态示范城市、国际花园城市、国家生态城市、国家环保模范城市和迎大运（世界大学生运动会等）的城市环境的整体提升等。这20年中，深圳市的水土保持从起步较晚到处于全国城市水土保持的领先地位，经历了艰难的历程[3]。
深圳市在城市水土保持的起步阶段，从1995年城市水土保持规划开始就是在市规划和国土部门的主导下、在市水务部门的配合下完成的，从起步就是以涉及水和土的生态安全视角出发，根植的是全新的水土生态新理念[4]。
生态既是一种资源，也是一种价值观。生态概念用于城市的建设和管理，就是生态城市（eco-city）的理念。生态城市是1970年联合国教科文组织发起“人与生物圈计划MAB”中提出的。生态城市应该包含城市合理的规划布局、完善的基础设施、清洁的能源选择、有效的污染控制、高盖度绿色覆盖、优良的环境质量、深植的生态文明意识。
曾几何时，中国的城市建设中往往无情地切割山体林脉、河道随意裁弯取直并被浆砌石护岸铺底，称之为“三面光”，城市绿地大量被奇花异木占据，甚至还引入“强侵占”植物。本文作者在文献[7]已经论述过水土生态就是涉及水和土的生态，植物是水土的伴生物，因此，水土生态也包括植物生态。水土生态原理可以理解为是相对于水土保持生态的人类活动准则和科学原理，就是关于水土的生态保护、生态建设和生态修复的规划格局、科学技术和管理方式。中国在现实中由于城市部门的分割，许多城市规划部门履行了水土生态规划和管理的主要职责，但往往又把它置于城市建筑规划的从属地位，从而造成城市布局不合理、生态破坏严重、人居空间狭窄、环境恶劣。深圳市近20年来的发展结果，与规划、国土、建设、园林、水利、林业等政府部门的共同努力和社会组织的积极参与分不开。如市生态学会创办《生态城市》、市风景园林协会主办《都市园林》等。尤其是深圳市水土保持办公室始终以水土生态为己任，突出发挥水土生态在生态城市规划和建设中的基础和主体作用。一个快速成长的城市，能维持一个健康的大地格局，能够快速疗伤受损的水土生态，并成为美丽中国的城市样板，这绝不是偶然的[7]。
本文是在作者总结的《城市水土保持的理论与实践》[4]的基础上，结合近10年新的城市水土保持的发展和未来发展愿景，提出大地格局原则与水土生态原理的融合，以进一步提升城市水土生态的管理水平。
2 水土生态原理的宏观尺度含义
传统的农村水土保持与风景园林似乎泾渭分明，但随着现代城市水土保持的兴起，这两者却有趋同之处，其汇合点就是城市绿地系统规划，城市水土保持的高级形态与风景园林就很难分彼此。风景园林的英文是“Landscape Architecture”。如果把城市水土保持的高级形态的基本要求称为水土生态原理，其宏观尺度的含义就是关于山川湖区（山地、河川、湖泊和人居区）的水土资源的综合利用与维持生态平衡的大地格局，用英文表示就是“Landscape Principle”（简写为LSP）。即水土生态原理又可称之大地格局准则（英文意译，有人把Landscape 译为景观，在此不采用）。LSP要求城市大地上水土及其植被生态的完整性，需要多种生境构成嵌合体，其生命力就在于其水土生态具有的多样性，这就与风景园林的生态要求相统一。保护背景山体的延续性、保护山体植被生态的多样性、维护河流水系的生态平衡，开发人居环境、建设城区绿地，都需要遵循大地格局原理，即水土生态原理。因此LSP是水土生态资源的利用与维护人居生态平衡的规划基础，处于生态城市的主体地位，园林、水利、林业、建设等行业规划与管理只是LSP的更具体的节点规划与管理。
结合深圳等城市实践，宏观尺度的LSP主要内容可归纳为：
第一、划定生态控制线：一个城市能建成生态城市的基础就是要先预留出城市的生态空间，划出生态基线区并作为城市发展的“铁线”进行严格管理。深圳市2005年就率先在全国以政府规章的形式划定了城市基本生态控制线（基线），把饮用水源保护区、主干河流及两岸、水库及湿地、山地生态风景林地、农业保护用地、生态廊道和城市休闲绿地划入基线区，禁止经营性建设开发（基线内面积占深圳全市面积的一半）。2011年中央批准的第六个经济特区新疆喀什市的城市发展总体规划也借用了深圳市的生态基线的概念。
第二、实施饮用水源保护区的特别清洁小流域管理。深圳市在1995年就出台水源保护条例，并以市长令的政府规章形式划定饮用水源保护区，完善饮用水源地项目的核准和安全评估制度，全面禁止在水源地保护区设置排污口，实施一级水源保护区的全面封禁管理，督促水源地卫生保洁、水环境保护、水质改善和水源林生态修复等工作，建立和完善饮用水源地水质监测体系，全面提高饮用水源地安全保障标准。如深圳市有小（二）型水库172座，划为市级饮用水源保护区的有32处，划定的水源保护区一级、二级和准保护区总面积达594km2，严格实施水源地的保护。2012年，广东省政府要求深圳市境内流入东江水源地的河流水质（旱季基本是污水厂的尾水）近期达地表四类水、远期达地表三类水。
第三、优先保护河湖水域、促进水生态循环。岸线开发利用应符合流域和区域防洪及水功能区管理要求，严禁随意填埋河滩地、湖塘或湿地，明确开发利用控制条件。划定河湖等湿地及其岸线作为行洪通道、滞洪空间及生态廊道。早在深圳市建市初期，政府就规划保留布吉河流域的洪湖滞洪区，既能缓解下游城市区的洪水压力，又可作为城市湿地公园，同时利用湿地进一步净化污水厂尾水，提高河道补水水质。
在城市发展初期，郊区河道还可以采取简单的缓坡拓宽绿化护岸，主要目的是留足两岸生态空间。待城市发展实力增强后，市区的河岸生态廊道改造为亲水休闲带和绿道。如天津市2012年把天津至北京的北运河两岸各延伸500m征地作为生态基线，建设北运河郊野公园生态走廊（基本没有采用工程护岸，一般都是以1：2.5放坡）。深圳城市发展的前期把大量的资金用于浆砌石挡土墙护岸等工程上，而任河道两岸不断侵占，甚至侵入河床成为阻洪建筑物，致使拆迁和清障代价高昂，教训十分深刻。
第四、落实生态线的保护和育林措施。城市生态线区是城市绿地系统的主要部分，他的保护的状况决定了城市的基本生态质量。敦促划定的山地生态基线区尽快同步落实保护管理措施，防止破坏，建立管护育林队伍，建立对社区生态的补偿机制，惩处破坏行为，以促进社区居民就业的方式调动社区参与生态保护的积极性。克服社区（村民）“生态保护受穷，污染破坏致富”的恶性怪圈。
第五、优先预留环境用地。环境用地可包括垃圾场、污水厂、污泥厂、余泥渣土场、特种危险品填埋场等。若缺乏预留环境用地，将来城市的发展会面临严重困境。在环境用地划定上深圳市主要采用集中环境园的形式，周边应留有缓冲的控制用地（深圳市在缓冲控制用地方面重视不够，教训深刻），以尽量减少对人居环境的影响。
第六、城市地坪保留依山就势的景观资源。依城市防洪排涝城市地坪往往有最低要求。由于挖土机推土机等现代开发工具的技术进步，城市设计往往喜欢削高填低，实施所谓的“三通一平”，全然不顾地势的景观生态资源和水系的完整性，遇山削平，见水填土。城市设计，保留依山就势，不仅保留了景观资源，有利于防洪排涝，也便于采光、通风。深圳市北林苑景观及建筑规划设计院从2000年开始就利用水土生态原理，引入生态景观美学渗入开发理念[8]，营建出依山就势、背山面水、建筑错落有致的宜居环境格局[9]，兼具日照采光、视景通风、防涝排水、涵养植被、保持水土的作用。如南山硅谷别墅项目和华为万科山水城、万科东海岸地产项目等，利用水土生态原理，不仅保留地形，而且能避免大量土石方外运，保持土石方平衡。
3 水土生态原理的实践创新体系
根据LSP进行的城市水土保持工作既为城市生态建设提供生态安全保障，其本身又成为生态城市不可或缺的组成部分。LSP创新体系可归纳为如下6条：
第一、形成水土生态文化
中国水土保持杂志社的商标就是水和土的象形拼合图案，这可以认为是水土生态文化的最有力说明。早在1989年大连市因治理了一条3 460m的山岭市政路边坡，并竖立“水土保持一条街”雕塑[5]，这是中国城市最早出现的水土生态文化现象。2000年全国首次命名了10座城市水土保持生态建设示范市后，大连、深圳、青岛、厦门、太原城、重庆、桂林、赣州城、景洪等城市总结的带有城市水土生态文化的工作内容是：“三面向一联合”，即面向领导、面向开发单位、面向社区；联合城市相关主管部门。
2004年深圳着手在乌石岗（治理后的废弃石场）规划水土生态园（后来挂的牌子是“深圳市水土保持生态科技示范园”），园内配有“金木水土”文化园，以及人工降雨装置、生活污水处理设施示范等，室内还配有宣传水土生态文化的立体电影。2008年深圳市还编写了图文并茂的《城市水土保持中小学教材》，这是面向未来的水土生态文化的系统展示。依托中国人居环境范例奖的深圳南山海岸城再生水利用项目，深圳还建设了《爱水馆》（2011年9月开放），展馆利用现代声光影技术，开展人文之水教育与宣传。孙发政[6]、吴长文[7]等是水土生态文化的积极倡导者、传播者。
第二、片区开发遵循土石方平衡原则
中国古代的城市建设者能严格按照土石方平衡的原则。挖湖造山、或挖湖取土抬高地面，对山体则是尽量保留，形成依山就势的地形。由于现代城市地下空间的开挖和利用，城市往往形成余泥渣土无处填埋的“余土围城”之势，就连海滨城市深圳余泥渣土严重超量，甚至因项目的余泥渣土出现而导致水土保持方案审批紧急告停局面。余泥渣土的单纯填埋是不可持续的，解决“余土围城”的办法，一方面城市应设立余土中转场（便于取土项目之用），更重要的是要遵循水土生态原理的土石方平衡原则。
第三、道路建设的高挖高填控制与绿色防护准则
在公路、高速公路、铁路、城市市政道路中，过去看到的现象往往是遇山削坡、跨谷填路，形成高挖高填的路基，而以混凝土或砌石支护，既不安全也不美观，且建设成本巨大。深圳市的梅观路开挖（处于中心城区）、盐坝高速路（A段）高陡浆砌石边坡（处于大小梅沙东部海岸线）成为深圳城市建设史上永远的伤痕。在2005年深圳城市水土保持方案编制要求中[10]，对超过20m高差的道路（高速路）边坡的主体设计要进行充分论证，限制开挖边坡的高差，尽量避免大挖大填，如改明挖为隧道方案、高填改为架桥方案，或以双向并行路基方案改为来回线路错开的方案以降低边坡高度。
同时提出了挖填边坡绿色防护准则。城市边坡不得存有表面硬覆盖，需全面进行边坡的乔灌草绿化（防护），并通过喷混植生等专利技术[11]提供技术支撑。深圳的南坪路、清平高速（一期）就是“绿化防护、乔灌草结合”的全面探索，为此，这两项工程分别在2005、2006年获得国家水利部授予的“全国水土保持生态建设示范工程”称号。
第四、恢复与维护城市河流的生态功能原则
“北上广”和深圳等城市从过去单纯的河道防洪治理到水污染的治理，再到恢复河道行洪和河流生态功能的治理与维护，这是水土生态原理促进的结果[12]。在城市开发和工业发展过程中，由于没遵循水土生态原理，河道往往成为水土流失泥沙沉积的集散地、城市废污水的排放通道。一位深圳的老水利人见证了深圳河道的变迁：“六十年代淘米洗菜、七十年代开始变坏、八十年代鱼虾绝代、九十年代成了灾害”，还应补上一句“二千年代成了臭带”（河道往往臭不可闻）。为此，过去小河沟常常被箱涵代替（2013年深圳市因旧箱涵引起的地陷十几起，仅5月在横岗街道的工业区地陷就造成5死2伤）。
河道治理过去动辄是实行“三面光”，河流其它的生态功能荡然无存，河岸也往往被违法建筑所侵占。根据水土生态原理，河道不仅是排洪通道、还可作为截污箱涵的走廊，同时还是水生物栖息地、人类休闲的绿色廊道和亲水景观平台。因此我们研发并采用截污箱涵、生态护岸、种植水生植物、绿化河堤（岸）、湿地过滤净化改善水质，利用污水处理厂尾水（一级A或深度处理再生水）进行河道的生态补水等技术和措施，提高了水的使用率，节约了地表水资源。深圳至2011年8月中旬世界大学生运动会开幕前夕，深圳河、布吉河（关内段）、大沙河、福田河、新洲河、龙岗河、坪山河干流都呈现了“河畅、水清、岸绿、景美”，2013年3月之后，观澜河干流深圳段也已河水变清（2020年远期目标是达到地表三类水）。
第五、山体缺口的生态修复原则
在石质边坡进行绿色防护，建植乔灌草结合的完整植被生态防护保障体系。这是深圳在进入21世纪之初对中国乃至全人类生态文明奉献的厚礼，为工程边坡生态修复提供了强大的技术支撑，本文作者曾出版专著进行了较系统的总结[13]。深圳于2000年率先在清林径石质边坡进行绿化试验，并研制出石质边坡的喷混植生技术[11]。随后在裸露山体缺口的生态治理中大量推广采用这种技术，并发展为以乔灌木种为主体近自然的岩质边坡生态综合防护技术[14]。
裸露山体缺口生态治理的模式概括为：“稳定边坡、安全缓冲、理顺水系、陡壁保留、绿化防护、乔灌优先、乔灌草结合”。
稳定边坡：保证边坡整体稳定（即判断稳定边坡或先进行工程防护）是实施绿化的前提；安全缓冲：在有条件的坡脚平台尽量设置8-12m以上的林带安全缓冲带，警示人不得随意进入，有危险（尤其是在雨季），这样可避免大量资金用于对整体稳定的边坡的地质加固；理顺水系：就是在边坡设置完善的（浆砌石或生物砖）排水沟，保证径流不直接冲刷坡面；陡壁保留：既可以作为景观资源也可留作名人摩崖石刻；绿化防护、乔灌优先：就是采用喷混植生技术进行草被绿化的基础上，只要有微地形可以利用（建筑人工植生盆）或直接能栽植乔灌木的地方要优先栽植乔灌木，乔灌木种要选用耐干旱、深根性树种，最终形成近自然恢复的乔灌草结合的坡面植被生态。2002年深圳市在雷公山石场治理中探索出这种模式后，复制到宝安的富源石场、盐田的九颈口边坡、南坪路边坡、清平高速路边坡、梧桐山立交边坡等项目和治理工程中。许多参观的专家包括多位中国工程院院士，评价其可以成为中国乃至全球石质边坡绿化防护的样板。
第六、开发区流失防控配置原则
对已有的城市水土流失，在治理安排次序上，应遵循“三边”优先治理的原则[15]。“三边”指流失区位于城边、路边、水（河）边，其水土流失的危害对城市人类活动影响较大。
对块状或片区的开发防控（或流失治理）的优化配置模式总结为：“周边控制、理顺水系、多级沉沙、绿化固坡” [16] 。（1）周边控制：就是通过周边适当整地抬高或建周边围墙，使径流及泥沙流失不能直接流向外围；（2）理顺水系：就是使项目区内的径流归槽，并截流项目外流入的径流，通过沉砂池和工程跌流槽集中排出；（3）多级沉沙：就是尽量设置多级沉砂池，吴长文等证明[17]，总容积相同，多级沉沙比单个沉沙池的拦沙效率大幅度提高（对粗颗粒泥沙）；而加宽加大沉砂池，对细颗粒泥沙拦沙效率可成倍提高。因此，尽量设计多级沉沙，并利用低洼地形，设计小区的永久风水塘（或游泳池）在施工期用作大型临时沉砂池，增加对细颗粒的沉沙效果；（4）绿化固坡：闲置开发区存在严重水土流失的特征往往具有大高差的松散堆积坡。对这种松散堆积坡如按传统的浆砌石挡墙的处理方法，一是要进行地基处理，费用昂贵，二是处理不当很容易造成后续的安全隐患（如崩塌或浆砌影响景观）。绿化固坡的方法就是就地整坡（高差超8-10m需设马道和排水，坡比1：1.5-2.0，压实密度在1.45以上），并进行乔灌草绿化，形成稳定植被保护的坡面。
4 结语
本文的主要观点作者曾在文献[4]中有所提及，但限于当时的认识，比较初浅。本文特别指出，水土生态原理从宏观尺度理解就是大地格局原则（LSP），换句话，就是风景园林的英文词语，即是基于水土生态的自然平衡实现人与自然的和谐原则，就是对涉及水和土（及其植被）的生态系统的保护、修复、建设的人类行为准则。概而言之，水土生态原理是城市水土保持的高级版。以上归纳的水土生态原理或原则大都是本作者首倡或参与其管理的实践过程，伴随这些原理在实践中推进的是衍生的各类创新水土生态技术，如沉砂池设计方法、植生盆、生态袋、生物砖、喷播绿化、喷混植生技术等。而这些水土生态新技术的出现又支撑了水土生态原理的形成。
随着中国城市整体实力的提升、新型城镇化要求的生态文明的升华，深圳市的城市水土生态原理将会在全国传播更广，预计会呈现更丰富的创新成果服务于美丽中国的建设。
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作者简介：
吴长文/1962年生/男/江西人/博士/深圳市水务局教授级高工/南方水土保持研究会副理事长/深圳市生态学会常务副理事长/研究方向：城市水土保持、水污染治理（深圳 518001）
《风景园林》2013第5期导读
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