各位好,我是一名景观设计师,也是一位水利工程师。我在平时的工作中会参与很多项目,有的项目是一条河道,有的项目是一片湿地或者一座校园。甚至我们还很有兴趣地研究起在CBD大厦中如何节水养鱼虾。
▲ 瓦地设计项目
这些工作都是密切围绕着水展开的,根本出发点是解决水的问题。那么水的问题有哪些呢?
防治洪水的两个手段
我们常见的水问题无非就是水大了,洪水来了;水少了,土壤干旱了、地下水下降了;水脏了,就是水污染了,甚至现在还有核辐射的问题。
2023年8月份京津冀一带发生了持续性的特大暴雨,损失最严重的是涿州市,那里大面积的城市和村庄都被淹了。
涿州距离北京的市中心很近,只有70公里。大家可以看到整个流域图,小清河流域、大石河,还有下游的北拒马河、白沟河,流量都非常大。
涿州市东侧的白沟河流量达到了7500立方米每秒,这是历史上很少见的数据,而这里的河道最大的过流能力只有几百立方米每秒。
如果一条河的承载能力只有几百立方米每秒,流量却猛增到7500立方米每秒,那么我们可以想象到,水会漫流到堤坝外或者是岸线外,淹没周围的城市和村庄,所谓的洪水猛兽就产生了。
在水利工程学上,我们应对的方式一般有哪些呢?首先大家能想到的就是加固加高堤防系统,把水挡住。
因为堤防本质上是一个挡水的构筑物,可以保证我们的安全。但是加固和增高堤防,是不是越高越好呢?并不是。
我们业内有一个说法叫作“堤防窘境”。当洪水越来越大,堤防越来越高,就会带动周边城市发展得越来越密集。
▲ F:洪水,D:距离,H:堤防高度,G:财产,M:人们的意识
比如像雄安、保定这些重要城市,一旦堤防发生了危险,随着城市越来越密集,遇到的风险和损失就会越来越大,这就是所谓的堤防悖论(窘境)。
水利工程常用到的第二个应对洪水的手段,就是洪泛区和蓄滞洪区。如果河道边上有一个低洼地,洪水可以漫过去、淹过去,我们就叫作洪泛区,英文里叫Floodplain。
如果堤防有一个“闸口”,可以把洪水引到更大的一块低洼区,暂时储存起来,这块区域我们叫作蓄滞洪区,待洪水洪峰过后,再把蓄滞洪区的水挪回到主河道中。
我们在河道水位很高的时候,就会启用河道两侧的蓄滞洪区。比如为了应对这次海河流域的大水,国家就启用了很多个蓄滞洪区。
但是这样也存在一个问题,就是很多的群众和村庄要因此搬离,周围的人们付出了很大的代价。也就是说,在蓄滞洪区的规划层面和管理层面,我们面临着人、地、空间三者矛盾的问题。
所以总体来说,在洪水如何治理这个问题上,首先加高堤防还是必须的手段,因为很多城市和村庄还没有足够好的防护系统,需要先给这些地方最基本的保障,但是未来我们也不能过度依赖堤防。
第二,我们要启用蓄滞洪区,但是是否洪水来了人们就要搬走,这些区域是否注定是人们必须要逃离的家园?我们能否把蓄滞洪区变成一个人、水、自然共存的地方呢?
荷兰的洪水治理
我们把目光投向荷兰,大家都知道荷兰是低地之国,有1/3的土地低于海平面。其实在中世纪的时候,它是一个一天能被淹三次的地方,非常低洼。
现在的荷兰是一个堤防之国。大家看到下面这张图中一层一层红色的包围线都是堤防,所有的城市都被堤防保护起来了,它的堤防建设水平相当高。
像阿姆斯特丹、鹿特丹这些城市都是一万年一遇防洪标准,全国的平均水平应该是1250年一遇,世界上其他地方是没有这样一个标准的。
我在荷兰工作学习多年,发现荷兰人非常喜欢到堤防上骑自行车,堤防已经成为了整个荷兰自行车休闲网络的一部分。
荷兰的堤防系统已经建得很完善了,但是即使如此,荷兰人依然看到了这个系统存在的问题。因为莱茵河上游从荷兰贯穿而过入海,海平面上升,咸潮入侵,莱茵河的水量不断增加,给荷兰的未来带来了洪水的隐患。
我们来看一下荷兰奈梅亨这座城市的堤防改造案例。奈梅亨位于荷兰莱茵河上游,处在莱茵河的一个大拐弯,所以它的防洪压力是很大的。
人们就研究说能不能在城市空间中划出来一块地,让洪水来的时候有足够多的空间可以通过或者蓄存。
于是工程师们就在城市里挖出来了一条新的支流,相当于把原来主河道的大堤往北移了300多米,然后把这块空间留给了水,支流与主河道之间还留了一座岛,叫城市的中心岛,用来发展旅游休闲和一些高品质的居住房。
当洪水来临时,水可以从溢洪坝淹没过去,走这条新的支流,相当于扩大了洪水可以流动的断面。
▲ 红圈:被淹没的溢流坝
经过这样一个改造,洪水时的平均水位可以下降34公分左右,是一个很了不起的变化,整个城市在洪水面前非常安然自如。
还有一个有趣的现象就是,在没有洪水的时候,这些新开辟的河道空间也被人很好地利用了起来,比如这里在夏天可以成为露天的沙滩,甚至可以发展一些可持续的有机畜牧业。
有一些小道在洪水来了后就被淹了,但设计师做了一些高的汀步,这样在水位高的时候大家可以从上面通过。
当然你会发现有一个有意思的事情,就是在水涨上来的时候,很多人会主动来到河边体验,接近自然。在平时没有水的时候,这些通行道路上的人反而很少。这个项目展示了一种多元空间,是一种很好的应对洪水的策略。
有人会问,荷兰也是一个农业大国,它有大片的农业用地,和咱们很多地方一样,那它的农业是不是能够和洪水很好地共处呢?另外一个在贝赫马斯河的项目或许可以回答这个问题。
大家可以看到,在贝赫马斯河的河道旁边有一个550公顷的田地。
荷兰人做了一件事,就是把原有的堤坝区域主动降低了,让洪水可以淹没农田:
当然了,与此同时在离河道更远的地方,又新修了一座更高的堤防,同时把所有的村庄搬到了这边比较高的一侧。
这样的话,当洪水来袭的时候,既可以利用农业的空间,同时保护了农民的利益。据统计,他们的经验是,一般洪水来了以后,大概4到5周农业就可以恢复正常,大概每25年会被淹没一次。
类似的大大小小的项目在荷兰还实施了30个,它们被统称为“还地于河”。
▲ 荷兰“还地于河”项目
如果我们看向未来,水系统或者防洪的薄弱点不单单是我们所说的堤防不够高的问题,其实我们也可以主动去创造更多的洪泛空间来消解洪水。
作为设计师和工程师,我们要做到的就是非常精准地去“拿捏”和调节洪水,让水流向该去的地方,给水以空间。最重要的是要创造一种视角,一种统筹人、水、生态和经济等多方面的视角,去思考如何让我们的空间变得更加多元。
海河流域的改造
我们两年前开始了一个在京津冀的研究,大家可以看到,在京津冀,人地空间的矛盾现状是非常严重的。
因为历史的原因,我们所有的洪泛区和蓄滞洪区里,村庄建设得都非常密集,人口也非常多。此外因为北方传统缺水,过度开采地下水,导致旱涝也存在很大的矛盾,出现了“地下水漏斗”区域。
但是随着气候变化,在北方,我们遇到极端暴雨的可能会越来越多,而且今年发生洪水的地方,恰恰有涉及几个地下水漏斗区域。那么如果我们更合理地规划区域,在未来不仅可以消解洪水冲击,并且从长期的角度是可以利用洪水蓄渗,对北方的水资源进行补给的。
对北方而言,洪水是危机,也是资源,我们不能让水白白地流向大海。我们需要的蓄滞洪区不是人要逃离的家园,而是更多“自然式“的蓄滞洪区,并让它们利用水帮助自然和城市。
实现的方法就是更高效合理地规划区域空间。比如保留相对高产的农业用地,发展与水可以共存的洪泛适应性农业,留出一定部分土地让自然去占据,旱湿去交替,洪涝去吞吐。
而且不同于生态保护区,这些自然空间完全可以和文旅产业相互结合。比如在我们的规划中,骑行爱好者从北京市中心出发,两个小时就可以骑到一马平川的京津冀平原,那么未来这里无数的洪泛区,如果可以发展成露营或者湿地公园,也是一个很好的发展方向。
所以,我们想在京津冀地区实现这样一个大尺度的蓝色公园。
有人说,地够吗?其实我们发现今年在洪泛区被淹没的村庄旁边,就有很多可以使用的土地。
这里原来是一个高尔夫球场,我们把它规划成一个未来可以淹没的自然湿地区域,洪水涨上来以后,这个空间可以充分被利用。
▲ 洪水涨上来前后(设计概念图)
长江流域的水危机
我们再把目光投向长江流域下游。其实和荷兰相比,我们的海平面上升问题更加严峻,包括长三角的城市都在面临土壤下沉、海水入侵、咸潮入侵。
此外在上游,因为气候变化引起冰川融化,经过监测,金沙江以上常年的流量都是在增加的——整个流域,整个河道的流量,在雨季的时候,在洪期的时候,都是普遍增加的。
还有一个很特殊的问题,就是以三峡为代表的这一系列水利工程,经过这么多年的修建,其实引起了一个江湖关系的变化——就是长江和两岸的这些支流,和洞庭湖、鄱阳湖的关系发生了改变,流向下游的自然流量越来越少。
所以造成了我们在新闻里经常看到的,比如前几年鄱阳湖出现的一场大旱,洞庭湖的水也是越来越少。
这个时候怎么办?有人就提出来说,因为流量减少,所以我们要在自己的地盘上修建更多的大坝来存水,建议建造一道三公里长的大坝用来蓄水,来解决下游没水的问题,同时用来发电。
这种现象,我们称之为水利工程的“传导效应”,就是前边引起了一个问题,我们要解决这个问题,还是用原来的模式,你建大坝,我也建大坝,大家守好各自的水域,这样的话一层一层就会把问题永远传递下去。
如果我们在湖南修了大坝,在江西修了大坝,会不会到了江苏就没有水可用了?所以这是一个全国统筹的问题。我们聚焦到一个小城市,它位于洞庭湖和长江交界的地方——岳阳。
大家都知道《岳阳楼记》,这里的历史非常悠久,这座城市其实就是依着长江而生的一个水城,在历史发展中,城市的建设不断地蚕食了洞庭湖和长江的空间。
如今城市和长江、洞庭湖的格局是完全分离的,原来的水域也慢慢萎缩成了城市中间的内湖,比如说南湖和东风湖:
两年前我进入这个项目的时候就在想能不能反其道而行之,我们一定不要通过大坝、堤坝的形式再去隔绝任何的水系。
我们提出来要把所有的空间都打开,所有的水空间都要同城市的发展结合起来,所以我们做了几件事。
第一就是江湖连通。我们把岳阳这座城市最大的内湖——南湖打开,和洞庭湖相连,把它的堤坝破除。
第二是内湖连通,原来属于洞庭湖一部分的几个内湖,在城市的发展中都相互割裂了,我们重新利用这次机会,把所有的内湖连结起来,最后形成江湖内湖整个连通的一个局面,用这种自然的过程去蓄留下来更多的水,而不是通过大坝去人工蓄水。
第三点就是不要忽略小空间,在整个大的水系串联以后,我们尝试给城市打造出蓝绿串联的生态空间,来应对洪水以及水污染的问题。这是我们在岳阳市内的一个规划,已经有若干项目落地了。
比如这个很小的空间,白石岭雨水口袋公园。
这里以前是在南湖边上的一个臭水塘。
城市和它唯一的关系就是,城市的污水会排到这里,其他一概不管。那我们对它都做了哪些改造呢?
首先我们处理了这个水源的水,保证水进入水塘以后,再流入洞庭湖的时候是干净的。然后当外湖的水位升高,遇到洪涝灾害的时候,我们能利用有限的空间去解决洪水蓄滞的问题。
第三就是利用这样一个7000平米的空间,给周边的人提供一个可以去的地方。这三个空间其实完全是通过技术统筹起来的,我们把前面的池塘挖低,然后建成了前置塘沉淀池和生态滤池,能够高效地净化水。
同时绕过前置塘,建立了一条简洁的栈道,能够把人引入到水干净的区域,和生态环境最好的这样一个空间。我们进一步深度地净化后端表流湿地的水,同时外湖的水能够进来,在洪水的时候能够留存一部分洪水。
这是改造完的一个情况,现在也成了城市中年轻人的一个打卡地。
城市里的淡水湖
这是我们在上海的一个项目,在长江入海口有一个非常大的湖叫滴水湖,它承接了上海好多上游河道的来水,也因此变得很脏。
刚才讲到长江口有一个问题叫咸潮入侵,这是因为海水位越来越高,上游的淡水越来越少,没有很好地做到城市中的淡水资源管理,所以在这个地方,所有的城市里的土壤都是咸的。
于是我们就在滴水湖上游找了空间,探讨一下能不能运用水生态空间的思路去解决这些问题。我们刚开始的时候发现,这条河只有15米宽,它承载一定标准的洪水已经绰绰有余了,所以在功能上是一个合理的空间。
但是我们拿到手以后,加宽了河道的宽度,同时把所有的岸线拉长了,把它自然蜿蜒化。
我们算了一笔账,经过这样一个地形的改造,这条河流能增加25万立方米的蓄滞水量,这一点点改善对滴水湖能起到一个相当大的作用。虽然公园空间变少了,但是这些减少的空间其实是变成了一个共存的空间。
当河道湖岸变宽变软以后,就产生了所谓的河漫滩区/洪泛区。
不过把洪水引过来以后要注意,洪水的力量是很大的,所以在河道的建设中,我们也要引入一些耐冲刷的技术,去确保它可以应对洪水冲击。
在做这个项目的时候,我们花了大量时间拿当地的植物和生态材料做测试,在不用任何混凝土的情况下,研究出了不少种加固河岸的方式:
中间形成了一个空间,公园并没有减少,只是和水空间融合在了一起,这是改造以后的样子:
当然还有一个问题就是,如果周边的城市发生了积水和内涝,我们要怎么样把这些水尽快导入到河漫滩?
于是在规划公园的时候,我们留了三条地表水漫流的泄洪通道。
大家可以看到,其实在地面层近乎感觉不到它的变化,但是洪水到来时,通过地形引导的地表漫流,洪水会快速流到河漫滩中,当然也有部分公园里有下凹的洼地,去暂时把这些洪水蓄积下来。
这就是其中一块可以淹没的生态河漫滩:
原本这里准备做成精致的园林,不过被我们叫停了,将它留给了自然。这里每年涨水都会淹几次,有了水以后植物就来了,水草就长出来了:
作为景观设计师,我们在这个区域没有做任何的植物设计,不过我们的设计参考了水位和被淹没的频次,来保障水草以后自发的生长和演化。水草来了,小动物和鸟也会回来,我们的年轻人也就回来了。
水空间就是这样一个万物共享的状态。
幼儿园水世界
前面讲的都是比较大的城市设计,那么在更小的区域里,我们可以用这种蓄滞的思路解决洪涝吗?当然是可以的。刚才的河道项目面积是56万平方米,我们这里有一个小小的幼儿园的项目,只有大概5000平米。
在接到这个项目的时候,我们发现幼儿园里所有的环境设施都比较老旧,还经常被淹,一下雨就积水。相对来说,它是整个城市比较低洼的地方,周边的管网建设也不是特别完善。
在设计之初,我们觉得既然是一个幼儿园,作为工程师能不能用小朋友的思维,去理解和设计这个空间里的水系统?这样既能和小朋友对空间的使用融为一体,还能解决水的问题。
我们的整体设计是让屋顶上的雨水经过幼儿园里的垂直绿墙,浇灌下面的绿地,然后把水存储起来,用来浇灌一些小小的菜园,与此同时让孩子们看见并参与这个过程。
于是我们利用屋顶天台,做了一个猫头鹰之家去收集雨水:
然后把它送到下层浇灌垂直绿墙上的植物:
我们还改造了一块废弃的边角地,设计了一块小菜园。
通过雨水收集桶,让孩子参与起来,让他们在食堂可以吃到自己种的蔬菜。
我们还把屋里的雨水断接,做了一条很浅的小水沟:
起初校长是反对这条小水沟的,觉得不太安全。但是现在每次下雨,这里反而成为了孩子们最喜欢的地方。
▲ 孩子们收集雨水
这是后来老师给我们发过来的小朋友的创作,小小的水空间在孩子们的认知里留下了印记。作为工程师,能够得到这种反馈我非常开心。
当水空间和人的意识、认知结合起来以后,才会让我们真正看到未来。
在我看来,把水的空间设计好至关重要,只有在这个基础上,解决水能不能更干净,能不能有更多的水被善用,以及解决洪涝问题才会成为可能。
这背后的背后有一个根本的思路原则,其实就是我们要尊重水本来的自然习性。老祖宗有一句话叫作“学之于水,不学之于禹”,也就是说我们不一定要向大禹和前面的经验去学习,治水首要的是学习水本身,给水留以空间,其实也就是给我们自己的发展留以空间。
好,谢谢大家。
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