（环境工程专业论文）城市景观规划设计中的雨水控制利用研究.pdf

摘要 伴随着城市化进程，大地景观发生了翻天覆地的变化，自然景观被钢筋水泥 建筑物所取代，不透水面积增加使城市环境中的水循环遭到阻碍。雨洪问题和水 资源匮乏已成为困扰和制约城市发展的难题。 本文有针对性的剖析了目前中国城市发展中景观规划设计存在的问题，阐述 了其与新型雨水控制利用系统之间的密切联系，并对发达国家雨水控制利用体系 的特点以及核心思想、国内外城市景观规划设计的雨水控制利用实践、国内外景 观学专业课程体系关于雨水控制利用的课程设置等内容进行了调查研究。并对促 进景观规划设计中雨水控制利用有重要的意义的绿色建筑评估体系进行了研究 分析。提出了景观规划设计中雨水控制利用程序，并分别针对区域尺度程序和场 地尺度程序中的资料收集、系统分析以及方案概念化等核心环节进行了研究，说 明了程序的实现过程。 关键词：城市景观规划设计；雨水控制利用；生态环境；水循环；程序 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n ，t h ee a r t hl a n d s c a p eh a su n d e r g o n e f f e m e n d o u sc h a n g e s ，t h en a t u r a ll a n d s c a p ew a sr e p l a c e db yr e i n f o r c e dc o n c r e t e b u i l d i n g s t h ei n c r e a s ei ni m p e r v i o u sa r e aa f f e c t e ds e r i o u s l yt h ei n h e r e n tw a t e rc y c l e a n du r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t s t o r m w a t e rp r o b l e m sa n dt h es h o r t a g eo fw a t e r r e s o u r c e sh a v eb e c o m et r o u b l e da n dp r o b l e m sr e s t r i c t i n gu r b a nd e v e l o p m e n t t h i ss t u d ya n a l y z e ss o m ep r o b l e m sa b o u tc h i n e s el a n d s c a p ea r c h i t e c t u r ei n u r b a nd e v e l o p m e n ta n di n t r o d u c e st h er e l a t i o nb e t w e e ns t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n d u t i l i z a t i o ns y s t e ma n dt h el a n d s c a p ea r c h i t e c t u r e a n di tr e s e a r c h e so ns t o r m w a t e r m a n a g e m e n ta n d u t i l i z a t i o ns y s t e mi n d e v e l o p e dc o u n t r i e s a n dp r a c t i c e so f s t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n du t i l i z a t i o ns y s t e mi nd o m e s t i ca n df o r e i g nl a n d s c a p e a r c h i t e c t u r e ，a n ds t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n du t i l i z a t i o ns y s t e mc o u r s es t u d yi n d o m e s t i ca n df o r e i g nl a n d s c a p ea r c h i t e c t u r ec o u r s es y s t e m ，a n dg r e e nb u i l d i n g r a t i n gs y s t e m si nc h i n aa n dt h eu sw h i c hc a np r o m o t es t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n d u t i l i z a t i o ns y s t e mi nu r b a nl a n d s c a p ea r c h i t e c t u r e t h es t u d yi n t r o d u c e sp r o c e d u r eo n s t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n du t i l i z a t i o ns y s t e mi nu r b a nl a n d s c a p ea r c h i t e c t u r e ，a n d r e s e a r c h e so nt h ek e ye l e m e n t so fp r o c e d u r ef o rs i t es c a l ea n dr e g i o ns c a l ew h i c h c o n t a i n sd a t ac o l l e c t i o na n ds y s t e m sa n a l y s i s ，a n dp r o g r a md e s i g n ，e t c t h ep r o g r e s s o f r e a l i z a t i o no f t h ep r o c e d u r ei se x p l a i n e d k e y w o r d s ：u r b a nl a n d s c a p ea r c h i t e c t u r e ；s t o r m w a t e rm a n a g e m e n t a n d u t i l i z a t i o ns y s t e m ；e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ；w a t e rc y c l e ；p r o c e d u r e 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：同卿。 日期：矽汐多年，二月；日 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 世界对待水资源水环境的态度 1 9 8 7 年，联合国世界环境与发展委员会在我们共同的未来报告中，正 式提出可持续发展的概念，并以此为主题全面的对当前人类在发展与环境保护面 临的困难进行了系统的分析，受到了世界各国的极大重视。如今可持续发展已经 在全世界达成了共识，成为2 1 世纪城市发展的方向与战略眦1 。如何实现人类与 自然的和谐相处成为世界各国发展研究的一项重大课题。 可持续水资源管理( m a n a g e m e n to f s u s t a i n a b l ew a t e rr e s o u r c e ) 是当今世界 水问题研究的热点。1 9 9 6 年，联合国教科文组织国际水文计划工作组 ( i j l 怔s c o i h p ) 将其定义为“支撑从现在到未来社会及其福利而不破坏它们赖 以生存的水文循环及生态系统完整性的水的管理与使用”f 3 】。水资源需求量的增 加、水环境的不断恶化、水资源的短缺成为了世界性的问题。降雨作为水循环的 一个十分重要的过程，它作为自然界中水资源以及其他可利用水的来源，受到了 世界各国的重视。雨水管理在世界上许多国家都开展了广泛的研究与实践，其中 美国创立了有代表的最佳管理措施( b m p s ：b e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e s ) 和低影响 开发( l i d ：l o wi m p a c td e v e l o p m e n t ) 体系，英国推行可持续排水系统( s u d s ： s u s t a i n a b l ed r m n a g es y s t e m s ) 以及澳大利亚提倡水敏感城市设计( w s u d ：w a t e r s e n s i t i v eu r b a nd e s i g n ) ，以及德国、新西兰、日本等国都开展了相关的有益实践。 1 1 2 中国城市面临的雨水的问题 在中国，城市发展同样面临着许多困难与问题。其中雨水的管理问题便是环 境问题之中的一个突出问题。由于城市化进程带来的城市下挚面改变，以及污染 物种类复杂化及其总量的增加，和因排水体制的限制，初期暴雨径流携带了大量 污染物进入受纳水体，加重了城市河道的污染，有时造成的污染甚至比点源污染 更加严重。当下在某些城市，地表径流冲刷地表带来的非点源污染已经成为城市 水环境的主要污染因素之一。由于地表径流污染物输送的非连续性和暴发性，其 污染所占比例在夏季降雨丰沛时期会成倍升高，根据v i t a l e 等人的研究结果，中 型城市水体中b o d 与c o d 的总含量约4 0 8 0 来源于面源，在降雨较多的年 份中，9 0 9 4 的总b o d 与c o d 负荷来自城市下水道溢流【4 】。2 0 0 3 年的数据 统计显示，流经城市的河段9 0 受到了严重污染，7 5 的湖泊出现了富营养化【5 1 。 中国城市缺水问题也十分严重，据数据统计，6 6 1 个城市中有三分之二供水 不足，六分之一严重缺水【6 1 。同时因用水需求而对地下水的过度开采，造成了城 市地下水位的逐年下降，沿海地区某些城市因过量开采地下水，区域地下水位持 续下降，地下水资源衰减，形成区域性水位降落漏斗，还因此引发了咸水内移， 淡水体减小，出现水质恶化现象。缺水问题已经成为制约城市发展的瓶颈，而雨 水作为一种潜在的水资源，传统观念对待雨水的“排”的理念从某种角度上看是 对资源的一种浪费，如对雨水能加以合理有效利用，可以为缓解城市水资源的短 缺提供一种途径1 7 j 。 雨水引发的城市雨洪灾害问题也是当下人们关注的热点之一。因城市不透水 面积增加及传统的排水方式，造成暴雨径流汇流速度加快，无法及时下渗的雨水 给城市的防洪排涝带来了压力，还由于城市市政排水设施的不健全和规划设计的 不合理，这些因素都导致中国城市雨洪灾害频发，给社会造成重大经济损失，甚 至危机人民生命安全。如2 0 0 7 年7 月1 7 同，重庆遭遇百年一遇暴雨，造成5 1 6 7 9 万人受灾和多人死亡；2 0 0 7 年7 月1 8 日济南遭特大暴雨袭击，造成数十亿元损 失和多人死亡。( 信息来源于中国政府网h t t p ：w w w g o v c n g z d t b m h t m ) 。这些只是 近年来中国城市洪涝灾害的一个缩影，除了自然因素外，人为因素也是值得认真 反思的主要原因。 1 1 3 中国城市景观规划设计面临的若干问题 伴随着工业化和城市化的进程，大地自然景观发生了翻天覆地的变化。在城 市发展过程中，人类只是按着自己的意识去规划设计自己的城市和市政基础设 施，而不去考虑和尊重自然，肆意的分割肢解大地，破坏了原有景观格局的连续 性和整体性，对自然和生态环境造成了难以弥补的伤害。 从1 8 9 3 年到1 9 0 9 年席卷美国的城市美化运动曾留下过深刻的教训【8 】。近年 来，中国不少城市又在重蹈西方城市建设的覆辙：大搞“城市化妆运动，【9 1 。许 多地方都一窝蜂地、攀比式地修建奢华的景观大道、城市广场或大型水景，其中 不少严重脱离当地的自然环境、资源和经济条件，片面追求宽广、气派，忽视对 民生的关怀，更忽视了对自然资源和生态环境许多要素的考虑，造成对土地等各 种资源的浪费和对环境的恶劣影响。 在生态环境日趋恶化的今天，作为景观规划设计师必须考虑的是：景观在美 2 化城市环境的同时是否过分地追求形式而造成对土地、能、水等资源的过度耗费； 是否存在或加剧了热岛效应、洪涝、污染等环境风险；是否给城市自然环境与生 态系统带来改善和修复而不是相反。换句话说，景观规划设计首先应重视水资源、 土地资源、生态环境等关乎生存的问题。 2 0 0 4 年1 2 月，在北京召开的全国高校景观学专业教学研讨会上，把景观规 划设计的核心定为协调人与自然的关系【l 们。北京大学的俞孔坚教授把景观规划 设计称之为“生存的艺术”。已故伟大景观设计师麦克哈格则说过：“不要问我们 ( 景观设计师) 你家花园的事情，不要问我们关于你那株该死的玫瑰花的任何问 题，不要向我们咨询如何拯救你那株快要死掉的槐树，这些皮毛小事无须向我们 求教，我们要告诉你的是事关生存的问题。”【l l 】 水资源与土地资源短缺、污染与洪涝等灾害、生态环境恶化已成为中国城市 发展中所面临的巨大问题，它们甚至关系到城市的未来与生存。景观规划设计作 为- i - 协调人与自然关系的学科，它要解决的主要是土地综合体的复杂问题【1 2 】， 决不应拘泥于某个局部层面的问题( 如形式或视觉审美层面的景观问题) 。它应 是为获得最大的环境、社会综合效益并花费最小社会成本的多目标规划【1 3 14 1 。 所以对于水资源的保护一节约、土地资源的保护利用、生态环境的保护修复，景 观规划设计有着举足轻重的作用【i5 1 。 近年来，城市化引发了许多矛盾突出的环境问题，人们环保意识开始增强， 使“雨水 问题( 如雨水资源流失、地下水位的严重下降、雨水径流对城市水体 造成严重的非点源污染事件、城市洪涝灾害等) 越来越受到重视和关注。雨水控 制利用涉及的水资源保护利用、非点源污染控制、洪涝的控制、基础设施建设和 城市生态环境等问题都与土地利用有密不可分的联系，它可以说是关系到城市能 否可持续发展甚至生存的战略性问题，理应得到景观设计师的重视。国内外实践 证明合理、科学地解决城市“雨水 问题必须通过环境、水利、给水排水、景观、 建筑、规划、园林、道路等各相关专业的科技工作者、设计师与工程师以及城市 管理者的通力协作。但目前在我国，现代意义上的城市雨水控制利用的理念和技 术【i 】还没有被更广泛地接纳和运用，尤其在城市景观规划设计中被普遍忽视，缺 乏相关专业的密切合作，常常导致规划设计方案达不到理想的效果和更高的社 会、环境综合效益。 从某种角度讲雨水的控制利用问题可以说是个关乎全局的战略性问题。经过 数十年的研究和应用，美国、澳大利亚、新西兰等一些发达国家已形成较为完善 的现代城市雨洪控制利用技术与法规体系，并很好地结合与应用于城市景观和市 政基础设施的规划设计中。这样的方式可以削减暴雨径流量、控制雨水非点源污 染、改善和美化人们的生活环境。在这方面，我国景观设计中的雨水控制利用是 相对欠缺和不足的。近十年来北京等中国的发达城市也系统开展了雨水控制利用 的研究与应用工作，取得很好的成效【1 6 】。但总体上看，如何更好地将现代雨水 控制利用的理念与技术纳入景观规划设计仍然是一个新颖且具挑战性的课题。 1 2 课题意义 现代意义上的城市雨水控制利用目前在中国还属于一个相对年轻、跨学科 ( 规划、环境、水利、市政等) 的领域。近年来，在一些学者和科技人员的努力 下取得了不少成果，有了较快的发展，但与上述一些发达国家比在这个领域仍有 很大的差距，还有许多工作要做。景观规划设计在我国也属于一个新兴学科，2 0 0 4 年1 2 月国家劳动和社会保障部才j 下式公布景观设计师这个新职业【1 7 】。跨学科的 新兴领域和学科结合无疑是对景观设计师及相关专业人员的一种挑战，但更是一 种发展的契机，科学地将二者有机结合，这无疑将为我国城市的可持续发展做出 巨大贡献，也为城市生态环境的改善提供一条新途径。 本课题针对我国目前国情，参照发达国家雨水管理技术，提出了我国景观规 划设计中的雨水控制利用程序与方法。通过本课题研究，对景观设计中实现雨水 控制利用的决策过程与设计方法提供了参考，具有一定指导和借鉴意义。 1 3 研究内容 本课题将综合考虑城市地区所面临的雨水控制利用问题，从系统化、全面化 的角度出发，为景观设计中的雨水控制利用提供理论支持与方法上的指导。根据 不同规划尺度和不同场地类型的自然状况以及人为影响因素等条件，规划和设计 其适用的雨水控制利用模式与设施形式。并通过相关的案例分析说明其规划设计 的实现过程。 本课题的主要研究内容包括以下几部分： ( 1 ) 城市可持续景观发展理论的探讨 研究城市发展过程中，城市景观演变对水文循环所产生的影响，以及因此带 来的传统雨水管理体系所无法解决的一系列生态环境问题。研究了当代景观规划 设计理论发展现状，以此为课题的下一部分内容奠定理论依据。 4 ( 2 ) 国内外景观设计中的雨水控制利用研究 研究并总结了现代雨水控制利用技术体系，对国外发达国家中景观规划设计 中的雨水控制利用实践进行了调查研究，并对国外比较有代表意义的一些大学的 景观设计专业的课程关于雨水控制利用内容学习设置进行了调查研究，对制约和 影响景观规划设计中的雨水控制利用的因素进行了分析。 ( 3 ) 绿色建筑评估体系关于雨水控制利用内容的比较研究 绿色建筑评估体系在建筑领域作为重要一项准则，对促进景观设计中雨水控 制利用起到了促进作用。本课题对我国绿色建筑评估体系与美国l e e d 关于雨水 控制利用的评价内容进行了比较研究。分析得出关于雨水控制利用的评价内容， 我国绿色建筑评估系统与l e e d 相比的特点与不足，以及其发展的各种制约因 素，为今后完善我国绿色建筑评价标准提供了一定指导作用。 ( 4 ) 城市景观规划设计中的雨水控制利用程序 结合国内外现代雨水控制利用技术体系与景观规划设计方法提出了景观规 划设计中的雨水控制利用程序，为实现景观设计中的雨水控制利用提供了可以借 鉴的方法和流程。 ( 5 ) 区域尺度规划中的雨水控制利用程序与方法 针对区域尺度说明了雨水控制利用程序的实现过程，提出了雨洪景观生态安 全格局的构建方法，并说明了其在区域景观规划中的应用过程。 ( 6 ) 场地尺度规划设计中的雨水控制利用程序与方法 针对场地尺度说明了景观规划设计中的雨水控制利用程序实现过程。分析了 道路、居住区、公园、广场、商业区、滨水区景观的雨水控制设计方案特点，提 出了景观舰划设计中雨水控制利用设施的选择和设计方法。 1 4 研究方法 ( 1 ) 文献查阅 查阅了国内外相关的大量著作，对雨水控制利用技术体系，景观规划设计理 论进行深入研究并形成较深认识。 ( 2 ) 案例调研 对国内外开展的相关的景观规划设计中的雨洪控制利用案例以及国外景观 设计学专业中关于雨水控制利用的课程设置进行了调查研究。 ( 3 ) 比较分析 对国内外雨水控制利用技术体系与理念差距，以及国内外进行了分析比较。 ( 4 ) 理论与实践 通过实际项目的参与，将理论与实践相结合，发现存在的问题，经过总结 归纳。 ( 5 ) 综合归纳 综合归纳景观规划设计与雨水控制利用相关理论与方法，结合中国国情提 出本课题的景观规划设计中雨水控制利用方法。 ( 6 ) 多学科交叉研究 综合运用景观设计学、景观生态学、恢复生态学、水文学、水利工程、市 政工程、环境工程、城市规划、城市地理学、地理信息系统等相关学科的理论和 方法进行跨学科的研究。 6 第二章城市可持续景观的发展概况 本章研究城市发展过程中，城市景观演变对水文循环所产生的影响，以及因 此带来的传统雨水管理体系所无法解决的一系列生态环境问题。研究了当代景观 规划设计理论发展现状，以此为课题的下一部分内容奠定理论依据。 2 1 景观概念的发展 景观是客观物质环境的构成要素，是环境资源，又是人类主体对环境的反应， 具有主客观的双重性。景观的概念早己趋向于多样化。因此，在这里有必要整理 关于景观的各类型概念，理清其发展变化的脉络，探求景观规划设计的实质。 景观( 1 a n d s c a p e ) 无论在西方还是东方，对这个词的理解和界定都存在众多 的分歧和争论。从词源看，它源于1 5 世纪荷兰语“l a n d s c h a p ”用来描述填海造 田，因而它的最初含义只是“地区或“一块土地”。到了1 7 世纪，“l a n d s c a p e ” 作为绘画术语被从荷兰语引入英语，意为“描绘内陆自然风光的绘画，区别于肖 像、海景等绘画内容”。直到1 8 世纪，它才同“园艺 联系起来，和设计行业有 了密切的关系。l9 世纪的地质学家和地理学家则用它表示“一大片土地”【1 8 ，2 7 1 。 北京大学景观设计学研究院的俞孔坚教授在景观的含义一文中从四个层 次将景观概括为： ( 1 ) 景观作为视觉审美过程的对象：外在人眼中的景象，它所指的是城市 的景象、城市的延伸和附属、是人们对待城市、土地、自然的态度； ( 2 ) 景观作为生活的栖息地，人类生活其中的空间与环境，内在人的生活 体验； ( 3 ) 景观作为具有内在和外在联系的有机系统，是一个自然生态系统和人类 生态系统，具有结构和功能； ( 4 ) 景观作为符号，是人类历史与理想，人与自然、人与人相互作用与相 互关系在大地上的烙印。 景观概念及景观的研究的进展，是人类对人一自然关系的认识不断深化的过 程。须注意的是，随着时代的发展，各个时代的景观内涵是在原有基础上的丰富 而不是简单的替代。 由于景观一词运用范围的广泛性，学科之间相互借用，派生出许多认识上的 歧义，在地理学、生态学、景观设计等领域都有较大交叉。且不论这些差异如何， 7 景观可以肯定的说是由客体的“景”和主体的“观”构成的，是审美对象和审美 主体的有机结合。表2 1 对景观概念及有关研究学科概要的总结。 表2 1 景观概念及其研究发展【1 2 】 = ：。一 o 作为视觉美学意义上作为地学概念，与地形和地作为生态系统的能流和物流循环 ；景观概念的概念与“风景”，“景物同义，主要用来描述地壳 的载体 致”，“景色”同义的地质和地貌属性 ! 形成时期从古代形成沿用至今1 9 世纪2 0 世纪 ；以景观为。 景观作为审美对象，景观除了作为审美对象外， 景观除了作为审美并从空间结构 ；对象盼研是风景诗、风景画及开始作为地学的研究对象， 和历史演化上研究之外，更重要 i 究 园林风景学科的研究主要从空间结构和历史演的是功能上的研究，是生态学， 对象，化上研究； 特别是景观生态学研究对象。 景观设计主要集中在景观设计职业范同扩展剑 景观没计职业范同扩展到以拯救 罴蹴设计 师职业范 不同艺术风格的贵族 以满足城市广大居民的身城市、地球为目标的国土、区域、 i 匿 化的造尉心需要的居住、生产和休闲 城市的物质空间规划和设计。 空问的规划和设计。 琵 p y 建筑、城市规划、园除了以往相关学科外，还包 除了以往相关学科外，还包括生 其他相关 ； 艺等括自然地理、历史地理、人 态科学、环境科学、地球及区域 ：学科 溉 ? 8 鼢# 磁 文地理等 科学等 作为客体的景观对象是我们规划设计的对象，其大致可以分为自然景观和人 工景观两大类，见表2 2 景观对象分类【1 8 圳】。 表2 2 景观对象分类 移”母”j ”謦 河流、海洋、湖泊、溪流、水塘、瀑布 峡谷、平原、高山、丘陵 洞穴、石柱、熔岩 自然景观 森林、沙丘、戈壁、绿洲、田野、沼泽、草地 ；景风、雨、雷、电 观 !对 城市、道路、桥梁 i象 公园、广场、墓地 堤岸、水库 豁 人工景观 栅栏、围墙、景观设施 居住区、街区、遗迹 l g 。荔 与城市规划相比，景观规划设计是- - f - j 更面向场地的学科。景观设计师的工 作就是通过努力寻求自然景观和人工景观两者之间的和谐统一，让城市生态环境 能够达到满足城市可持续发展需求的理想状态。 2 2 城市景观演变对水文的影响 2 2 1 城市化前水文循环过程 地球上的水在太阳热能的作用下，不断蒸发而成水汽，上升到高空，随着大 气运动而散布到各处。这种水汽遇适当条件与环境，则凝结而降水，下落到地面。 到达地面的雨水，除部分为植物截留并蒸发外，一部分沿地面流动成为地面 径流，一部分渗入地下沿含水层流动而成为地下径流，最后，它们之中的大部分 都流归大海。然后，又重新蒸发，继续凝结形成降水。运转流动，往复不停。这 种过程即自然界的水循环【2 咐1 】( 见图2 1 ) 。 凝结 蒸发 流 图2 1 自然界水文循环过程图 2 2 2 城市景观演变对水文的影响 城市景观演变是伴随着城市化进程而发展的。城市化可以从多角度去解读和 理解，在本文中只从城市景观密切联系的土地利用角度出发去解读城市化的发展 历程，这些都反应了城市发展不同时期的城市景观的特点。 城市化作为当今科学领域使用最为频繁的科学术语之一，但在不同的学科对 其有不同的理解和看法，这里本文将它简单定义为城市居住人口集中和因农村土 地转化为城市、郊区和工业社区而引起的土地利用变化的过程【2 2 2 3 1 。 从城市地理学的观点出发，城市化的过程体现在土地利用情况变化上。萨维 尼和卡莫勒( 1 9 6 1 ) 把城市化过程划分为四个阶段【2 2 2 5 】： ( 1 ) 农村阶段：指研究地区的土地处在耕作或放牧状况。 9 ( 2 ) 早期城市：它的土地利用特征是大量修建城市型房屋，但仍有不少土地 被原有植物覆盖。一些农村的小社区或城郊就属此类。 ( 3 ) 中期城市：它的土地利用特征是住房、商业中心、学校和工厂等建筑物 大规模的发展和建设，还伴随着越来越多的土地用于街道和 人行道，在大城市郊区多数属于中期城市发展阶段。 ( 4 ) 后期城市：城市更大发展的结果，本地原有的植被减少到最低限度，地 表几乎被人造的建筑和设施等不透水面积覆盖。 城市化发展影响着城市水环境。其主要问题可以归纳为：自然水循环改变问 题( 针对的城市化后的水循环而言) ，城市水质污染控制问题，城市雨洪灾害问 题，城市水资源短缺问题，见图2 2 。 造成这些问题的原因是复杂而多方面的，然而城市景观演变对城市水文的影 响确是这其中让人不得不深思考虑的重要原因。 图2 2 城市化带来的水文问题【2 0 j 城市化发展过程中当丌发出的土地被利用时，该区域的景观就由自然状态几 乎转变为完全的人为状态，原始的天然流域地面被城人工建筑以及铺装覆盖。城 市的下垫面的不透水面积大大增加，截断了水分入渗及补给地下水的通道，使地 表径流增加，径流量汇流时间相对缩短，滞洪、蓄洪能力大幅度减小，时常引发 洪涝灾害，还影响了地表水和地下水的相互转化。 1 0 以一个天然流域和一个全部城市化的流域为例。降落在天然流域的雨水，部 分被植物截留，余下雨水落在地上蓄在洼地内以及开始渗入土壤，当植物和土壤 水分饱和时，超渗降雨开始在地表产生径流。此时，壤中流也已开始，然而，因 为地下径流比地表径流缓慢( 需说明的是：本文中地下径流包括壤中流和地下水； 地表径流的概念相当于坡面漫流，在黄廷林，马学尼编著的水文学中地面径 流区分为坡面漫流和河槽流动) ，所以它对河川径流补给过程较长。 在城市流域内，因为蓄水量和下渗几乎己减少到零，蓄满和地表径流的发生 相对要快些，进入流域的水迅速充满每个洼地，很快形成地表径流。壤中流已不 存在，全部过剩的降雨增大了河川径流。 单位线的方法证实了这个结果。图2 3 【2 5 】展示了暴雨降落在在一个逐步城市 化的流域上所计算的单位线。随着城市化的进程，流域蓄水量不断减小，不透水 面积不断增加，流量过程线急剧上升。下降段遵循同样模式，亦急剧下滑到而恢 复到基流。在城市化早期，暴雨部分渗入地下，形成地下径流，在退水过程中地 下径流又补充到地表径流，从而使流量过程线的退水部分增大，其恢复到基流则 需要较长的时间。相反，在城市化后期，由于降雨不能或很少下渗，在退水过程 中地下径流对地表径流的补充很少，流量过程线的退水部分也相对较小，其恢复 到基流所需的时间也较短。 o1 02 03 04 05 06 07 08 0 超渗降雨后的时间( s ) 图2 3 相似暴雨对应单位线对比图( m o o r e 和m o r g a n ，1 9 6 9 ) 2 3 可持续景观理论发展 可持续景观理论的发展是伴随着城市化发展进程而产生的，城市发展的同时 带来了许多的严重环境问题，2 0 世纪8 0 年代以后的景观设计不在局限于一群人 的身心健康和再生，而是人类作为一个物种的生存和延续，而这又依赖于其他物 种的生存与延续以及多种文化的保护。景观规划设计的对象扩展到大地综合体， 即由人类圈和生物圈交互作用而形成的多个生态系统的镶嵌体【2 9 1 。 中国建筑装饰协会编著的景观设计师培训考试教材中概括出了可持续发 展景观的设计原则： ( 1 ) 合理的利用土地； ( 2 ) 自然资源的有效利用：a 维护和强化整体山水格局的连续性；b 保护和 恢复湿地系统；c 溶解公园、完善城市绿地系统；d 将城郊防护林体系与城市绿 地系统相结合； ( 3 ) 维护和恢复河道和海岸的自然形态，与自然整治相结合： ( 4 ) 生态保护和物种多样性 ( 5 ) 建立无机动车“绿色交通通道” 而本文的可持续景观理论范围：一切有利于城市可持续发展的景观规划原理 以及方法都应属于此范畴。 2 3 1 景观生态规划理论 景观生态规划可以从广义和狭义理解，狭义理解指基于景观生态学的规划， 广义理解为基于包括生物生态学、系统生态学、景观生态学和人类生态学等各方 面的生态学原理及知识的景观规划【1 2 】。 1 9 世纪后半叶开始基于对景观作为自然和生命系统的认识的景观规划，典 型代表人物是苏格兰植物学家和规划师p a t r i c kg e d d e s ，他提出了科学的景观调 查方法和自然资源分类系统，并提出在此基础之上的土地规划方法【。 提出以生物生态学适应性原理为基础的景观规划并奠定了现代“低影响和环 境有好发展”原则的是伊恩麦克哈格( i a nm c h a r g ) ，他所著的设计结合自然 一书中，建立了一个城市与区域规划的生态学框架，通过案例研究，如海岸带管 理、城市开阔地设计、农田保护、高速公路的选线以及流域综合开发规划等的分 析，对生态规划的工作流程及应用方法作了较全面的探讨【1 3 】。 1 2 麦克哈格一反土地和城市规划功能分区的做法，强调土地利用规划应遵从自 然固有的价值和自然过程，即土地的适宜性，并因此完善了以因子分层分析和地 图叠加技术为核心的规划方法论，被称之为“千层饼模式”，对土地清查及开发 进程中产生了深远的影响，并为许多近期广泛应用在城市和区域土地规划及决策 中计算机化的地理信息系统( g i s ) 数据库提供了智能基础【3 1 1 。 图2 4 麦克哈格( m c h a r g ) 生态调查因素层次模型 麦克哈格生态规划方法可分为五个步骤 2 , 1 2 】： ( 1 ) 确定规划范围与规划目标； ( 2 ) 广泛收集规划区域的自然及人文资料，包括地理、地质、气候、水文、 土壤、植被、野生动物、自然景、土地利用、人口、交通、文化、人的价值观调 查，并分别绘制在地图上； ( 3 ) 根据规划目标综合分析，提取在第二步所收集的资料； ( 4 ) 对各种主要因素和各种资源开发利用方式进行适宜性分析，确定适应性 等级； ( 5 ) 综合适宜性图的建立。 麦克哈格方法的核心是，根据区域自然环境与自然资源性能，对其进行生态 适宜性分析，以确定利用方式和发展规划，从而使自然的利用与开发及人类其他 活动与开发和自然特征、自然过程协调统一起来。 图2 5 麦克哈格o u c h a r g ) 生态规划流程【2 j 2 3 2 景观安全格局理论 景观安全格局【3 0 ，3 2 1 ( s e c u r i t yp a t t e r n ，简称s p ) 是判别和建立生态基础设施 的一种途径，该途径以景观生态学理论和方法为基础，基于景观过程和格局的关 系，通过景观过程的分析和模拟，来判别对这些过程的健康与安全具有关键意义 的景观格局。 景观安全格局途径把景观过程( 包括城市的扩张、物种的空间移动、水和风 的流动、灾害过程的扩散等) 作为克服空间阻力来实现景观控制和覆盖的过程。 要有效地实现控制和覆盖，必须占领具有战略意义的关键性景观元素、空间位置 和联系。这种关键性景观元素、战略位置和联系所形成的格局就是景观安全格局， 它们对维护和控制生态过程和其他水平过程具有异常重要的意义。 1 4 2 4 绿色基础设施 基础设施，提到这个词时，大多数人往往会联想到道路、排水系统等“灰色” 基础设施，还有医院、学校等社会公共设施。本文的绿色基础设施( g r e e n i n f r a s t r u c t u r e ) 是相对传统的城市“灰色”基础设施而言的，后者是为城市经济 发展提供了良好的保障，而前者主要是在城市发展过程中为人们提供良好的生态 服务，对改善城市环境和保持城市健康发展起到重要作用。 2 4 1 绿色基础设施涵义 美国环境保护局( u s e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ) 给绿色基础设施是 这样定义的：为提高整体环境质量和提供公共服务而设计的自然系统或模拟自然 过程的人工的设施。湿地、生态廊道、公园及仿自然人工生态系统( 雨水花园、 植被浅沟、绿色屋顶) 等大尺度或小尺度的措施都应属于此范畴【3 3 1 。 本文将绿色基础设施的范畴做了延展：认为凡是有利于维护自然、节能环保 且支持社会可持续发展的基础设施都可以认为是“绿色 的，即广义的“绿色”， 而不局限于自然或模拟自然过程的设施；与此类似，我们也可以得出绿色建筑的 概念，绿色基础设施与绿色建筑有密切的联系，两者都是近年来国际上十分重视 和流行的。关于雨水控制利用对绿色建筑意义将在第4 章将另作论述。 绿色基础设施把植物蒸腾蒸发作用和土壤渗透作用或者回收利用作为处置 雨水的一般性的原则，当作为雨水控制利用系统的组成部分时，如绿色屋顶、雨 水花园、植被浅沟等可以产生多种环境效益。 2 4 2 绿色基础措施中的雨水控制利用及其环境效益 在美国，绿色基础设施作为一个新概念被提出之后受到了广泛的关注，1 9 9 9 年在保护基金和美国农业部林务局领导下，由联邦、州和当地机构以及非政府组 织组成的工作组制定了培训计划来推广绿色基础设施，以使它作为地方、区域和 国家的规划和政策一部分【3 5 1 。 把雨水控制利用作为绿色基础设施系统的一部分体现了景观规划设计作为 一个多元多价值的专业，对“社会价值( 即公众利益：雨水、土地等资源的有效 利用、洪涝灾害的降低、生存空间的改善等) 、美学价值( 即满足视觉感受) 、生 态价值( 即环境的改善和修复、雨水径流非点源污染得到控制、河湖水系生态环 境得到修复、促进自然界水循环等) 三者的关注。绿色基础设施正是这三者的 1 5 交集，见图2 6 【1 2 1 。 图2 5 三种关注的交集一绿色基础设施 国内外实践已经表明，绿色基础设施在雨水控制利用方面具有如下作用【3 引。 ( 1 ) 减少雨水径流量和洪涝灾害、为排水系统减负 融入雨水控制利用理念的绿色基础设施可以通过对雨水径流滞留作用以及 植物和土壤的的吸收作用来减少雨水径流量和降低雨洪峰值，减少了洪水的发生 概率。同时透水面积的增加，能增大雨水渗透速率，减少了汇入排水系统的雨水 量，从根本上减少了汇入终端河湖水系的雨水径流量。 ( 2 ) 减少雨水侵蚀、水土流失 经过雨水控制利用景观的雨水，其径流速率明显下降、径流量也显著降低， 减轻了对周边环境的侵蚀作用，减少了水土流失。 ( 3 ) 降低雨水径流污染、为水体减负 暴雨径流是城市中河湖水系重要污染源之一，绿色基础设施中的植物以及土 壤中的微生物等通过一系列的物理化学作用使暴雨径流所携带的污染物得到有 效去除，阻止了大部分雨水径流所携带的污染物城市到达河湖水系。 ( 4 ) 增加地下水回灌、保护地下水位 绿色基础设施使透水面积的增加，能有效补充地下水、保护地下水位。 ( 5 ) 增加当地动植物的数量 绿色基础设施如湿地、植被浅沟、雨水花园等都为动植物提供了良好的生存 1 6 空间。 ( 6 ) 促进水循环，减轻了城市的热岛效应 绿色基础设施对雨水的滞留和含蓄，增加了蒸腾作用和渗透作用，能促进区 域水循环、提高空气湿度、优化地方微观气候、减轻城市热岛效应。 ( 7 ) 有效利用土地和水资源 绿色基础设施实现了多功能多目标设计，是休闲娱乐的场所，又是雨水控制 利用的措施，有效的利用了土地空间。雨水是天然的景观用水的水源，还可以用 它浇灌景观植物，从而有效的利用了雨水资源。 ( 8 ) 增加土地价值、提升空间品质 绿色基础设施对周围环境的改善，可以提升周边环境的土地价值和空间品 质。 此外绿色基础设施对绿色建筑评估体系的建立和实施有十分重要的作用( 参 见第4 章) 。 2 5 小结 ( 1 ) 从对发达国家的景观规划设计发展进程研究得到：景观规划设计随着 西方发达国家城市近百年的发展进程其关注的问题也随之发生了转变，从开始的 满足人们视觉感官上的需要，到如今由于城市生态环境恶化，现代景观规划设计 的关注的焦点和任务已经转变为通过合理科学的规划设计，协调自然和人工景 观，创造出能为城市可持续发展提供生态服务的良好城市环境。 ( 2 ) 城市发展的进程伴随着城市景观的改变过程：可持续景观理论以及绿 色基础设施方法为解决“雨水”问题提供了新的思路，通过科学的规划设计保留 和建立出具有生态服务功能的自然系统的和人工化的系统来帮助实现雨水的控 制利用。 本课题正是基于以上原因，借鉴国内外经验，针对国情提出了城市景观规 划设计的雨水控制利用方法，是雨水管理的一种新方式和途径。 1 7 第三章城市景观规划设计中的雨水控制利用发展状况研究 3 1 发达国家典型雨水管理系统概述 本节对当今世界上发达国家采用的雨水管理技术体系b m p s 和l i d 以及 w s u d 进行了归纳和总结。 3 1 1b m p s 技术体系介绍 b m p s ( b e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e s ) 即最佳管理措施，为美国2 0 世纪7 0 年 代提出的雨水管理技术体系。美国6 0 年代点源污染得到基本控制后，逐步认识 到非点源污染对环境影响，于1 9 7 2 年通过了联邦水污染控制法修j 下案( f e d e r a l w a t e rp u l l u t i o nc o n t r o la c ta m e n d m e n t ) ，b m p s 这个词汇首次被引用。在19 8 7 年的清洁水法案的修正案( t h ea m e n d m e n tt ot h ec l e a nw a t e ra c t ) 中主要制定了 关于非点源污染控制的条款，促进了全美范围内制定关于非点源控制的计划的行 动。b m p s 被作为成为雨水管理的技术体系，在全美范围内不同的州和当地政府 都制定了大量的法律、法规和政策去促进和要求b m p s 的实施和使用【3 叫3 1 。 b m p s 既是暴雨径流控制、沉淀控制、土壤侵蚀控制技术，也是防止和减少 非点源污染的管理决策。美国环保局( e p a ) 把b m p 定义为“特定条件下用于 作为控制雨水径流量和改善雨水径流水质的技术、措施、或者工程设施的最具成 本效益的方式 1 3 3 , 4 2 】。 美国不同的州对b m p s 的类型有不同的划分方式，但总体上一般分为工程性 措施和非工程性措施两部分，也可按源头控制b m p s ( s o u r c ec o n t r 0 1 ) 和处理 b m p s ( t r e a t m e n tb m p s ) 等方式进行分类，其主要功能是控制和削减径流非点 源污染对受纳水体的污染【4 3 4 9 1 。 非工程性b m p s 措施是指的法规性的条文或管理性措施等，它是对污染物实 行源头控制或污染预防的措施，主要原理是基于减少污染物和雨水径流相互接触 的机会或者在源头收集和处置雨水径流。由于其是阻止污染物进入排水系统，而 不是在系统末端对污染物进行处理，所以它相对来说比较经济。若采用适当，它 可以有效控制污染物并且减少工程性设施的需要。这些措施虽然没有维护需求， 但是却需要行政、法规和管理方面给予其有效实施的保障和支划4 似引。非工程 性b m p s 措施主要遵循三个原则【4 3 】： ( 1 ) 在新建和改建的规划、设计、建造工程过程中，将不利影响最小化。 ( 2 ) 不透水和透水铺装要良好维护，尽量减少暴露和释放的污染物。 ( 3 ) 通过教育和培训使人们提升对城市雨水径流带来的问题和通过 b m p s 可以解决这些问题的认识。 表3 1 非工程性b m p s 措施类型划分【4 3 4 7 4 9 】 髟 主要类型 “ 采取的措旌 j i l 女o 。? ；：i 。_ ；。? j 。j ；葫j ，j 。i j ? ? ? + i?，? ? 臻 a 公众的教育 l 公众的教育、宣传和参与 b 雨水回用1 1 f 饮用水的水源 l 更好的场地规划2 植物控制3 绿色屋面 c 士地使用的规划和管理 4 减少不透水区域5 孤立不透水区域 d 材料使用的管理1 财产管理及保养2 产品的安全选择 e 材料暴露管理1 材料储存控制2 车辆使用率减少 1 雨水排放的模式2 家庭有毒物质的收集， f 违法排放管理 3 用过油的收集 g 油泄露的预防与清除l 车辆泄露预防2 地上油罐泄露控制 l 违规连接侦查2 违规连接预防和移除 h 管道连接管理 3 管道的泄露 1