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【关键词】矿山废弃地生态修复资源循环利用景观改造
矿山废弃地是指在采矿活动中被破坏、未经治理而无法使用的土地,包括废石堆废弃地、采矿坑废弃地、尾矿废弃地、其他类型废弃地[1]。矿山废弃地的出现,导致区域环境的污染和景观的破坏,矿山地质灾害和安全隐患,以及矿区地下含水层破坏和土地资源的浪费,甚至是引发其他社会矛盾[2]。美国在二次世界大战前制定相关的法令和法规强制对矿区采矿后的土地进行修复。传统的废弃地景观营造主要是植物种植或简单的一些土地改造,侧重于对恶劣场地的处理和增加植被。随着现代的技术和新理念在矿山修复中得到了广泛运用,人们更注重废弃地的再利用和资源的循环使用,运用生态学,美学以及其他学科要建立一个能够自我维护、运行良好的完整生态服务系统[3]。因此,废弃地的生态修复及景观再造的具体内容和方法对资源的循环利用和生态环境保护具有重要意义。
一、矿区废弃地的改造模式探讨
1.对待矿山废弃地态度的转变
通过对国内典型案例的综合分析(表1)单一复绿型、综合治理型和资源循环利用型三个典型阶段。我国矿山废弃地的改造20世纪50年代开始,但80 年代后,研究工作才有了长足发展,并逐步开始建立法规,并开展了大规模的生态修复项目,可能由于单一复绿的模式以及相关法律法规不健全等原因,使得相当一部分工种项目生态修复效果都很不理想。而后,生态景观设计理念开始进入废弃地改造领域,改造方式从单纯的生态复绿进入综合治理阶段。土壤整治,植被恢复,微生物技术以及其他工种措施,成功地运用于矿山废弃地综合治理,并出现了一些优秀案例,如神府东胜矿区,唐山南湖公园等。随着现代工业艺术及生态美学思想的演变,资源的循环利用在矿山废弃地改造与利用得到了体现。
表1矿山废弃地改造模式分析乐
2.矿山废弃地改造方式转变
在改造方式上,现代矿山生态修复和改造已逐渐从传统的复绿层面向生态景观层面过渡,运用的技术手段和表现手法也越来越多样化,生态修复过程更注重模拟自然,尤其是地貌、地形、水文、生态等,依靠自然、人工促进的修复过程,实现了资源的合理利用、综合开发和废弃地的文化艺术价值再现。
从改造策略上看,现代景观营造更加注重场地特征的挖掘与表达,注重场地文化的传承与再现,展示自然与技术的关系,探索废弃物的景观特质及观赏价值,以促进资源的循环利用。
从改造方法上看,现代方式常常采用生态恢复与景观改造相结合,更注重区域的整体设计和自然模拟设计,如美国矿山废弃地修复技术“师法自然生态修复法”[4]。
二、矿山废弃地生态修复与景观构建原则
随着可持续发展战略在全球范围内的确立,人们更注重对矿山废弃场地精神的挖掘,对于场地遗留物及废弃物的处理,从场地资源的可持续开发利用角度重新审视矿山废弃地的态度和改造。因此,如何在矿山修复中变废为宝,实现矿山废弃地的环境效益,社会效益和经济效益,是每位景观规划师将面对的重要问题。
1.自然生态式修复原则
传统的生态修复模式一般是基于人为干预下“水平梯形坡面,直渠排水”的地形设计,修复后景观不完全自然地协调周围环境,水土保持效果也不好,而且需要长期的人工养护。因此,美国等其他发达国家推崇一种在新理念下的生态修复模式——“师法自然生态修复法”。 其基本内涵是:应用现代 3S 技术对扰动区或周边地形、地貌、水文、气象、气候等条件进行详细了解和调查的基础上,运用系统理论、应用数学,应用计算模拟等先进技术,设计出一种近似自然地理形态的人工修复模型,并按照设计模型施工的一种生态恢复方法[4]。它强调整个修复后的生态系统必需能够自我维护,自我保持,功能逐渐增强。
2.安全生态的原则
植物景观规划矿区生态修复和景观营造的核心内容,对修复土壤,保持水土,美化环境等方面具有重要意义。植物景观规划设计要尊重自然,保护自然景观,增加生态多样性,保护环境敏感区;根据立地条件选择与之相适应的植物种类与植被群落,构筑有地域区系和植被特征的矿区生物多样性格局。利用乡土植物来增加景观的适应性和地域性,选择耐污能力、抗病除害能力、抗寒能力能力强,根系发达,茎叶茂密的植物,同时也要加强地带性植物的引种驯化,适当引进国内外特色优良品种。
3.特色景观元素的处理和利用
矿区景观营造要反映矿区的地域自然和景观特色,,景观元素的适应性改造与循环利用是切实有效的途径。如澳大利亚墨尔本疏芬山是将废弃矿区改造为户外博物馆的实例。杜伊斯堡的攀岩公园利用料仓高大厚实的混凝土制成了攀岩墙,墙面上被矿石撞击和摩擦形成的划痕和沟槽成为了登山爱好者们自由攀爬可以利用的天然锚点。
三、矿山废弃地景观营造内容及方法
通过在进行矿山修复与景观改造工程的内容主要包括如下几个方面:
(1) 清理废物;(2) 加固或清除危险建筑物和浮石;(3) 堵塞危险洞穴,填充矿坑;(4) 用门和石暾封堵坑口、矿井;(5)覆盖表土;(6)植被恢复。
1.废物(污染物)处理
矿山废弃地残留着许多矿业污染物,比如煤炭矿区的重金属污染物、多环芳烃等。 场地的污染净化是修复工作的基础,通常废弃地污染较轻或对环境不产生较大影响的区域可以进行工种处理。对受到污染的表土和其他污染严重的有毒有害物质完全移除;深层污染的土壤可以采用固化措施,即在污染上壤的上面,覆盖一层沥青,然后再铺置新土,进行植被修复。
2.地表痕迹的处理和再利用
采矿过程留下的人为遗迹,如废弃的矿渣、尾矿、矿坑等,可以通过艺术加工等处理方式,保留下来。表2,通过国内矿山废弃地改造案例总结了矿坑的常见改造与利用方式。
3.植物景观设计
在矿山废弃地景观重建的初始阶段,植物的选择至关重要。从景观层面对矿山废弃地进行独具特色的植物选择与种植设计,既可作为改良土壤、美化环境、恢复生态环境的先锋,又具有对硬质景观的柔化协调、空间造景功能。下面重点探讨一般矿山废弃地的环境条件下,植物种类选择的原则:
3.1选择适应栽植地段立地条件的适生种类,括抗旱、耐湿、抗污染、抗风沙、耐瘠薄、抗病虫害,甚至可以考虑具有较高的经济价值的种类;
3.2优先选择当地优良的乡土植物和先锋植物;
3.3优先选择具有改良土壤能力的固氮植物;
3.4在满足生态功能的前提下,考虑到植物的色、香、形等,满足造景需要。
四、结束语
矿山废弃地的出现,导致了区域环境的污染和景观的破坏,矿山地质灾害和安全隐患,以及矿区地下含水层破坏和土地资源的浪费,甚至是引发其他社会矛盾。矿山废弃地生态修复不能只强调技术和手法,还应该注重管理体系的建立,需要从法律法规执行的力度和方法上下功夫,使矿区的生态修复在为辅助管理下自我修复和维护,回归自然,构建稳定的生态系统。
表2矿坑的改造与利用方式
参考文献:
[1] 杨晓艳,姬长生,王秀丽. 我国矿山废弃地的生态恢复与重建[J]. 矿业快报, 2008,10(10):22-24.
关键词:园林景观;生态园林;生态修复
中图分类号:TU986.2文献标识码:A文章编号:16749944(2013)04009802
1引言
简单的园林绿化不能算生态修复,但以生态学理论和生态修复技术为指导的绿化可使受损城市生态系统向着良性化的方向发展,达到最终修复城市子生态系统结构和功能的目的,因此该类园林绿化则属于生态修复的范畴。在方案设计阶段,设计师需要重点考虑生态修复的可行性,使设计出的方案在符合美学原理的前提下力争达到生态修复的目标。
2生态修复的内涵与外延
生态修复是指利用生态系统的自我恢复能力,辅以人工措施,使遭到破坏的生态系统逐步恢复原貌或向良性方向发展的技术集成。其目标是实现生态系统功能的恢复和合理结构的构建,内容包括:实现生态系统的地表基底稳定性,保证生态系统的进展演替与发展;恢复植被和土壤,保证一定的植被覆盖率和土壤肥力;增加生物多样性,提高生态系统的生产力和自我维持能力;减少或控制环境污染;增加视觉和美学享受等。生态修复属于恢复生态学应用技术的范畴,该范畴内容包括退化生态系统的修复与重建;生态系统结构与功能的优化配置与重构及其调控;物种与生物多样性的恢复与维持;生态工程设计与实施;环境规划与景观生态规划;典型退化生态系统恢复的优化等(彭少麟,2007)。涉及的相关概念如生态恢复、生态重建、生态改建、生态改良等,虽然在命名上有所区别,但都具有“恢复和发展”的内涵,即让受到干扰或者损害的系统恢复后能实现可持续发展。
3生态修复的基本原理
园林绿化人工再建了第二自然,需要用生态恢复的理念做设计,用生态学修复的技术去实施。恢复生态学的基本原理包括限制因子原理、生态系统的结构理论、生态适宜性原理、生态位理论、群落演替理论、生物多样性原理和斑块-廊道-基底理论等(任海等,2001),它们对园林设计及施工具有指导作用。限制因子原理要求在设计中需要找出生态系统恢复的关键因子;生态系统的结构理论要求设计的物种结构能充分利用时空资源,并具备自我维持能力或降低人工维护频度;生态适宜性原理表明多使用乡土植物,并在充分了解植物生态学特性的前提下做种植设计;生态位理论指导植物的搭配,合理安排其在生态系统中的位置与尺度;群落演替理论表明园林绿化可缩短生态恢复时间,但对极端退化的生态系统恢复时,演替理论不适用,只具有指导意义;生物多样性原理要求适当增大物种多样性可使恢复的生态系统稳定性更高;斑块-廊道-基底理论指导景观层次的规划,考虑在生境破碎化的场地中,合理利用空间。
4生态修复与风景园林
城市生态系统是个规模大、关系复杂的动态生态系统,它既有自然的组成要素,又有高度人工化的组成要素。城市绿地在改善环境质量、维护城市生态平衡、保持水土、美化景观等方面起着十分重要的作用,乔灌木藤草植物合理地配置在一个群落中,形成复合层次和优美季相景观,具有不同生态特性的植物各得其所,构成一个稳定的群落。由于城市建设造成的人工弃土、土地,改变了地表径流,导致水土流失加剧,大量泥沙及生活垃圾淤积河道,阻塞排水管道,使水土资源遭到破坏。因此,生态修复集成技术可以在方案设计时重点考虑并在园林工程中实施,最终使得城市生态系统向良性方向发展。
4.1园林种植设计
在特定的城市生态环境条件下,应将保持水土、抗污吸尘、耐贫瘠、抗病虫害、耐粗放管理、根系发达等作为植物选择的标准。植物的合理配置不但可增加城市建筑艺术效果,丰富城市景观,更能减轻暴雨冲蚀和水土流失,从而改善城市人居环境。在城市园林绿化中,应充分考虑植物的生态位特征,利用不同植物在空间、时间和营养生态位上的分异来配置植物,避免种间直接竞争,形成结构合理、种群稳定的复层群结构,以利种间互相补充,既充分利用水土资源,又能形成优美的景观。
4.2园林工程与生态修复
在土方工程、给排水工程、水景工程、园路工程中应结合种植工程,利用园林植物的防护作用实现生态修复。
园林排水:园林绿地的排水,一般主要靠地面及明渠排水,结合道路、地形可做成浅沟式排水渠,沟内生长植物,起到减缓径流速度及防止水流冲刷的作用。解决由地表冲蚀措施有:①从竖向设计角度考虑。种植采用铺地植物护坡;②使用工程措施。设置谷坊和挡水石,并与植物搭配消减冲刷力(孟兆祯,2003)。
水景护坡:园林中开辟水面要求有稳定的湖岸,在水体边缘必须建造驳岸和护坡,其中植物护坡措施包括防护林、植草和生物-工程综合措施,通常采用深根性和浅根性树种结合的乔灌木混交林。坡面植草可提高坡面抗蚀能力,减小径流速度,增加入渗,防止面蚀和细沟侵蚀,也有助于防止块体运动。生物-工程综合措施,即在工程措施间隙或表面种植植被,以增强其强度,如混凝土构件间隙空格种草,与土工材料配合植草及绿色混凝土模块等。
园路铺装:园路按路面材料不同分为:整体路面、块料路面、碎料路面、简易路面等。园路的设计在满足造园艺术要求的前提下尽量利用原地形,以保证路基的稳定,减少土方量及水土流失量;路面应有3%~8%的纵坡和1.5%~3%的横坡。采用生态铺装路面可提高水土流失防治效果,常见种类有透水沥青、透水水泥混凝土、生态透水砖和其他特殊透水材料。新建的居住区中,使用最多的铺装材料是石材,占使用频率的44%,砾石及砖的比例分别占使用频率的18%、20%(黄玲,2009)。
5园林生态修复发展趋势
城市的扩张与人口的激增致使城市居住环境面临很大压力,建设宜居城市、宜居社区势在必行。城市园林绿化属于植被恢复的范畴,而植被恢复又是生态修复的常用技术,因此,依据生态修复的理念和生态学的理论指导建设城市园林成为当下宜居城市环境建设的首选之路。国内外的生态修复多针对土壤修复、污染水体修复、防护边坡绿化、小流域水土保持修复等方面的研究,针对园林绿化的生态修复技术研究、园林生态工程设计研究等相对薄弱。以生态修复的理念和基本原理指引设计方案的形成,并以修复城市生态系统要素为导向,园林施工必将成为增加园林企业技术含量的重要砝码。未来园林生态修复技术重点发展方向有:特殊生境条件下的园林植物景观的构建、人与自然和谐相处的功能性景观的营造、植物景观设计的中远期预测与养护细则和住区小环境的尺度化营造方法等。参考文献:
[1]黄玲.城市居住区铺装艺术调查与研究[J].山东林业科技,2009(4):67~69.
[2]彭少麟.恢复生态学[M].北京:气象出版社,2007,10.
关键词:城市水系景观;生态学;生态策略;宝坻环城水系
【文章编号】1627-6868(2017)03-0072-03
1.城市水景观的系统性
1.1系统学理论
现代系统学理论最早是由美籍奥地利生物学家L.冯.贝塔朗菲(L.von.Bertanffy)于20世纪40年代提出,其核心思想为系统的整体观。系统是具有一定结构和功能的有机整体,内部组成的各个部分和要素相互联系。基本理论认为:一是研究对象和处理系统作为整体考虑内部各要素之间的关系;二是研究内部子系统之间的相互联系和制约外部环境之间的有机联系。研究方向由单向上升到多线性与非线性,从事物结构上升到结构、形式、功能和演化的综合发生和发展等综合方面研究,多质量、多层次、多系统关系进行研究,具有整体性、层次性、结构性、环境相关性。
1.2城市水景观体系是复合生态系统
水系是城市重要的生态基础设施之一,水景观系统作为人工与自然相结合的复合生态系统,具有改善城市生态环境,优化城市景观视觉形象,提供居民游憩活动,恢复人们身心健康,促进社区交往,提升土地开发价值,增加城市生物多样性等多种功能[1]。
由于水系功能不同,与其相对的水景观体系中各要素组成、结构和形态也各有差异。因此,城市水景观体系具有多样性,复杂性的特c。城市水景观体系作为一个整体,链接各组成部分综合考虑,根据区域水系模式与格局,合理定位城市水系与流域水系统的关系。河流、湖泊、湿地、地下水、人工运河与其他地下水等组成的城市水系,相互之间紧密相连,共同构成一个城市水景观的有机链接体系。
1.3城市水景观体系的空间运用
城乡一体化背景下,城市水景观体系利用开放空间理论打破区域尺度,化繁为整、以线带面,增加城市与城市,城市与乡村的联通与合作,提升城市活力。城市建成区建筑密度和人口密度相对较高,应对城市景观河道特点、城市用地规划、绿色管制理论、城市开放空间综合考虑。自然治河理念为先导,满足市民文化娱乐、游憩休闲需求,营造生态亲水景观,增加滨水开放空间。
1.4城市水景观规划的系统性思考
目前我国已有一些城市制定的城市水系规划只立足于城市规划区范围之内,没有从系统论的角度出发分析,突破地域范围去思考水系的完整性,从全局把握水系与绿地的生态结合问题。
2.景观生态学对水系的影响
2.1水景观体系描述方法
广义水系包括水景观组成单元的类型、数目、空间分布和配置。景观空间单元在生态学中由斑块、廊道和基质组成,仍然适用于城市水景观空间单元。河流廊道对于周边环境的景观要素而言是一种特殊的廊道形式,相互交错的空间形成形态各异的网络结构,进而影响区域景观的生态效应,廊道交叉的部分是廊道的节点,生态流通内部节点通常具有中继站的功能。
水景观中的斑块不同于周边环境的外貌或性质,其空间单元具有一定内部均质性,如城市湖泊、水库、水塘、植物群落或居住区等。基质则是指水景观中分布最广、连续性最大的背景结构。
在水景观体系研究中,对不同规模的水系景观格与生态过程之间关系分析,定性定量描述斑块数量、大小、形状、空间位置以及廊道结构与功能,进行生态性与敏感性评价,并通过人为适度干预促进周边生态系统良性发展。
2.2城市水生态修复
城市水系生态修复应从时间与空间考虑。一方面河流的自我修复时间需要一个较长的时间段见效,另一方面城市水系修复应从整体规划定制出发,优化配置水资源,环境治理、防洪、供水等各方面通盘考虑。水质、水量与水生态是城市水系三大关键要素,基本控制了城市水系整体生态、生产功能发挥[2]。
城市水系生态修复以恢复河流各项功能指标和各项健康功能为目标。一般来说,河流生态修复工程措施可以归纳为以下三类 :水文恢复措施、地貌多样性修复措施以及栖息地恢复措施[3]。水文恢复措施一般包含调整水利工程、合理取水模式,取水运行调度方案等。地貌多样性修复措施包含河岸带修复、岸线断面多样性修复、河流缓冲区修复、生态型岸坡防护等。
2.3 城市水系格局的优化调整
河流水系主要承担的功能与需求的转换使得水系空间组织与城市空间结构间的空间关系呈现动态化特征,其范围内的水系空间与其他城市用地空间进行不同层次优化组织,水景观要素重组伴随城市空间结构演变来适应不断变化的城市发展需求。
伴随着生态方法在水系规划中的引入,缓解城市非线性公共绿地占地面积大、成本高的矛盾,拓展了线性城市开放空间,缓解了人们户外游憩需求的持续增长,同时将零散的城市水系进行系统连接的趋势成为未来发展方向。水系合理化沟通,在保证水资源有效分配下,有利于发展生态化水系结构。
3.宝坻环城水系联通项目研究
3.1宝坻城区现状水系分布
宝坻区位于天津市北部,东及东南与河北省玉田县、天津市宁河县相邻;南及西南与宁河、武清接壤;西及西北与河北省香河、三河相连;北及东北与天津市蓟县、河北省玉田县隔河相望。宝坻区总面积1450平方公里,南北长65公里,东西宽24公里。[4]水系规划重点研究“两环”水系联通解决补水问题,并与外环水体衔接,构筑宝坻城区景观生态水网,强调水网、水环境的改善和城市品质的提升。
3.2“两环”水网格局
宝坻城区水系分布为内外双环,内部水系位于宝坻城区内部,串联城市内部公园,设计在保证居民使用需求的基础上赋予更多的文化内涵,形成有灵魂的城市绿地。
内环水系共涉及7条水系,包含革命渠、百里河、窝头河、西护城河、幸福渠、团结渠、宝九路北沟,总长度23.61公里,构建城市“景观环”与“活力环”。
外环水系位于宝坻城区内部,设计突出自然生态,形成比较自然野趣的水系绿地景观,外环水系共涉及百里河、西河务排干引渠、西河务排干、护城河排干、鲍丘河、蓟潮引渠、大套排干、潮白新河左截渗沟、潮白新河引渠、窝头河、朝霞渠等11条水系,总长度40.76公里。构建水系“生态环”。
3.3 宝坻城市水系设计理念
3.3.1规划主题定位
“以历史文化为髓,以水为脉,以生态为核心”。规划以历史为髓,充分挖掘宝坻历史文化,依托现有水系与地形,结合规划以及景观空间格局和意境的营造,呈现形态各异的水体景观。或为溪、或为湖、或为塘,贯穿整个宝坻地区以及各个功能区域,形成B续贯通的景观水系系统。
3.3.2规划理念的转型
(1)过渡与渐变。城市公园的建设与发展,要依托公园周边的地块性质以及城市的历史文化背景。突出文化公园的特点去规划不同主题风格的城市公园,协调城市文化以及公园定位之间的关系,达成城市与公园协调发展的概念。
(2)生态与可持续性。结合水系资源的现状加以综合利用,理解并且尊重土地水系的自然资源现状,结合对环境水系的分析进行整体规划设计,以确保公园开发建设的可持续性,提出相关生态环境保护以及雨水收集措施,积极采用生态技术,使公园在维持生态性的前提下进行设计,综合多方面的生态性因素,做到公园规划的可持续发展。
(3)整合与多赢。设计生态河道连结四个主题公园和整个地区,规划生态水系环绕城区,将绿色资源与河道、景观、建筑、人文、生态等各子系统进行整合,建设完整的绿色水系建设,通过生态构架的建设和生态环境的改善,创造生态价值、经济价值和社会价值的共赢,同时提升周边土地价值。
(4)景观多样性。以景观资源为基础,以市场为导向,合理利用区内各类人群的需求,考察人们的市场需求,有针对性的去规划不同性质的公园,使得公园在不同的区域有着不同的性质,能满足不同地域人们的生活需求,做到有轻有重,各区域在分布的不同区域创造出不同的景观以及,吸引不同的人群参与到规划区域中去,体验不同的生态区域,有利于公园的充分利用以及周边场地的发展。
(5)链接与可达性。河道的设计能够使未来开发的项目有效地串联和构建在一起。四个公园体系通过一条贯通的水系连接各个项目,构建完善的交通系统,并可以通过游船在整个河道中感受各个景点。
3.4宝坻环城水系景观的生态策略
3.4.1优化区域生态廊道体系
生态廊道是指在城市生态环境中呈线状或带状布局的,能够沟通和连接空间布局上较为孤立和分散的生态景观单位的景观生态系统空间类型。在河流两侧进行保护和控制,保留出足够的绿地空间形成线性绿带,联结区域内的大型绿色开放空间,既限制了城市无休止的蔓延,又将乡野景观引入城市,丰富沿线环境,提升城市景观生态质量。
水系定位以历史为髓,充分挖掘宝坻历史文化,依托现有水系与地形,结合规划以及景观空间格局和意境的营造,呈现形态各异的水体景观,或为溪,或为湖、或为塘,贯穿整个宝坻城区以及各个功能区域,形成连续贯通的景观水系系统。两环水系进行连通有4条,总长度7.78公里,形成水系网络:原革命渠以西平移改线3.35公里,形成南北贯通的河流廊道;西侧打通“百里河”至“朝霞湖”连接渠1.5公里与原有城市绿地进行衔接;打通“窝头河”钰华街闸节点与“百里河”南段至环城南路节点连接渠1.0公里;打通“百里河”至“百里河南段”连接渠1.4公里。
3.4.2绿地斑块的水系公园建设,维护区域尺度下的雨洪管理
自然降水在地面通过植物截留与土壤渗透,沿着坡面形成地形自然径流,多余水分也会在地面洼地储积会导致河水漫过河岸形成积水。所以区域尺度下的湖泊、沿河湿地提供滞洪、蓄洪功能,延长自然径流在流域内的滞留时间,增加土地的含水量,区域内径流变得平缓,满足地下水与河川得到正常补给,从宏观上实现流域绿地、湖泊与河网水系的协同作用,从何实现流域尺度下的雨洪管理。依托现有斑块生态现状,建设水系公园,优化流域水系与绿地关系。
水系公园建设重点为四处:
桃花坞公园,占地200亩,定义为文化历史休闲公园。桃花坞公园建成后以生态文化游为主,重点打造以桃花坞公园、广济寺为中心的旅游景点,并沿西护城河、西护城河引渠和百里河辐射成为服务大众的休闲景观区,以提升城市的文化品位和综合竞争力,并带动周边地块的地产开发,增加经济效益。
朝霞公园,占地面积300亩,定义为生态运动游憩公园。朝霞公园以生态涵养功能为主,建成后为市民提供良好的生态休闲与科普教育环境。
革命渠公园,占地500亩,定义为城市生活主题公园。革命渠公园打造生态涵养为主的生态休闲区,建成后为市民提供良好休闲活动与生态环境,成为宝坻城区的生态屏障。
都市滨水公园,占地150亩,定义为主题商圈市民公园。都市滨水公园以城市商业中心为依托,以百里河南段为辐射区域的公共性都市滨水景观区,可以提升市民的公共生活品质,树立宝坻的滨水都市形象。
3.4.3生态驳岸的运用
生态堤岸亲水自然,通过分台、缓坡、挑台、自然的方式改造堤岸[5],缓和水、堤、城的生硬关系,增强亲水性。生态驳岸采用自然材料形成可渗透的界面,充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节,滨水区植被与堤内植被通过生态驳岸连成一体,提高水体自净能力与涵蓄作用。
4.结语
本研究建立在水域空间景观格局与水系生态网络恢复的基础上,建构河流水系,沿河绿带及生态用地相结合的生态网络。“方圆筑城,绿水连景”,通过水系廊道,将城市公园、绿地等纳入绿色网络,使水系廊道围绕、贯穿宝坻城区,形成承载城市生态环境、展示城市文脉的风景线。
参考文献
[1]黄静.城市水景观体系规划研究[D].南京林业大学,2013.
[2]刘晓星.城市水系生态修复初探[J].北京园林,2013,(01):10-14.
[3]赵彦伟,曾勇,杨志峰,刘静玲.面向健康的城市水系生态修复方案优选方法[J]. 生态学杂志,2008,(07):1244-1248.
[4]刘欣,杨建敏,宋晓然,吴争妍.“十二五”期间天津市宝坻区建设用地变化时空特征及形成机制分析[J]. 城市,2012,(07):31-33.
关键词:生态水利工程设计原则
一、水利工程对河流生态系统的影响
在社会生产过程中水利工程对经济与社会有着巨大的作用,同时也要看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的影响。人类整治河道修筑堤坝等活动人为的改变了河流的多样性、连续性和流动性,使水域的流速、水深、水温、自水流边界、水文规律等自然条件发生重大改变。这些改变对河流生态系统造成的影响是不容忽视的。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二者关系方面,似应强调水利工程在满足人类社会需求的同时,兼顾水域生态系统的健康和可持续性。
二、生态水利工程
从学科发展角度看,现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学,水利工程规划设计主要对象是水文系统,往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法,促进水利工程学与生态学的交叉融合,用以改进和完善水利工程的规划及设计理论,形成水利工程学新的学科分支——生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支,是研究水利工程在满足人类社会需求的同时,兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵是:对于新建工程,是指进行传统水利建设的同时(如治河、防洪工程),兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程,则是对于被严重干扰河流重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产(生态产业)及环境立法和资源管理一起,成为河流生态建设的主要手段之一。
三、生态水利工程的规划设计原则
1、工程安全性和经济性原则
生态水利工程是一项综合性工程,在河流综合治理中既要满足人的需求,包括防洪、灌溉、供水、发电、航运等需求,也要兼顾生态系统的可持续性。生态水利工程既要符合水利工程学原理,也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律,以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内,能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时,必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征,动态地研究河势变化规律,保证河流修复工程的耐久性。
对于生态水利工程的经济合理性分析,应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握,生态水利工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中进行方案比选,更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外,充分利用河流生态系统自我恢复规律,是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。
2、提高河流形态的空间异质性原则
一个地区的生境空间异质性越高,就意味着创造了多样的小生境,能够允许更多的物种共存。反之,如果非生物环境变得单调,生物群落多样性必然会下降,生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化,造成生态系统某种程度的退化。由于人类活动,特别是大规模治河工程的建设,造成自然河流的渠道化及河流非连续化,使河流生境在不同程度上单一化,引起河流生态系统的不同程度退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性,但是并不意味着主要靠人工直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类和其他生物物种,生态水利工程的重点应该是尽可能提高河流形态的异质性,使其符合自然河流的地貌学原理,为生物群落多样性的恢复创造条件。
在确定河流生态修复目标以后,就应该对于河流进行生物调查、地貌历史和现状进行勘查和评估,建立河流地貌数据库和生物资源数据库。遥感技术和地理信息系统(GIS)是水文、河流地貌和生物调查的有力工具。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上,确定环境因子与生物因子的相关关系,必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、蜿蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括:调查单个生物因子的基本需求,评估各种生物因子的相互关系和制约条件,对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。在众多的环境因子中,识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子,在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地的设计。
3、生态系统自设计、自我恢复原则
生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择,也就是说某些与生态系统友好的物种,能够经受自然选择的考验,寻找到相应的能源和合适的环境条件。
将自组织原理应用于生态水利工程时,生态工程设计与传统水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计,建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中,建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同,生态工程设计是一种“指导性”的设计,或者说是辅设计。依靠生态系统自设计、自组织功能,可以由自然界选择合适的物种,形成合理的结构,从而完成设计和实现设计。成功的生态工程经验表明,人工与自然力的贡献各占一半。
传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时,要求工程师必须放弃控制自然界的动机,树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富,实现人与自然的和谐。需要强调的是,地球上没有两条相同的河流,每一条河流的特点都是各不相同的。因此,每一项生态水利工程必须因地制宜,充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值,寻求最佳的生态工程方案。
自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子,也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时,需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度,防止生物入侵。
4、景观尺度及整体性原则
河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行,而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低,而且成功率也低。整体性是指从生态系统的结构和功能出发,掌握生态系统各个要素间的交互作用,提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法,而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题,也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。
景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进行河流修复规划?首先,水域生态系统是一个大系统,其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交织在一起,形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分,形成对于水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时,需要对于各种胁迫因素之间的相互关系进行综合、整体研究。其次,必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点,这些特点决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者,河流生态系统是一个开放的系统,与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环,一条河流的生态修复活动不可能是孤立的,还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调。最后,河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有研究指出,湿地重建或修复需要大约15~20a的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备,同时进行长期的监测和管理。
5、反馈调整式设计原则
生态系统的成长是一个过程,河流修复工程需要时间。从长时间尺度看,自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高,同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看,生态系统的演替,即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间,期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。
生态水利工程规划设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构,力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目执行以后,就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照设计预期的目标发展,可能出现多种可能性。
意识到生态系统和社会系统都不是静止的,在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外,人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计不同于传统工程的确定性设计方法,而是一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计—执行(包括管理)—监测—评估—调整”这样一种流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中,监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测。评估的内容是河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。常用的方法是参照比较方法,一种是与自身河流系统的历史及项目初期状况比较,一种是与自然条件类似但未进行生态修复的河流比较。
在反馈调整式设计过程中,提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与,通过对话、协商,以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合,提高设计的科学性。
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岸堤是城市水环境的基本要素,也是城市滨水地带的工程和景观基础。两江四湖的河流穿梭于喀斯特地貌发育地区,按堤岸的冲淤变化可将其分为冲刷岸带、淤积岸带和稳定岸带三种类型。在护岸设计时,需要充分考虑岸线类型及其力学特性,兼顾景观,使生态护岸与工程护岸达到完美结合。
两江四湖的生态护岸建设充分汲取国内外成功经验,在对柳枝、浮石带、河坡模、河湾和浮岛群落生境护岸方法进行结构研究的基础上,根据桂林的实际情况,从稳定性、抗水流冲击、工程造价和施工难易等多角度,对生态岸堤的结构、形式和选材等多个角度,对介质筛、仿湿地、鱼鳞角和根稳定等生态岸堤形式进行了优化,并分别运用于两江四湖的各段岸线,从而实现生态岸堤的滞洪补枯,涵养水源、改善生境、丰富群落、强化自净、完善景观和人文亲和的作用和功能。
城市河道的治理有两种办法。一种是直立式护岸,这种方法可节约土地、解决防洪和排水问题,但是,它破坏了自然河流的水文循环和生态结构,林木被砍伐,鸟类、两栖类、昆虫类动物失去了生存的场所。另一种方法是美国著名城市规划师麦克哈格提出“设计遵从自然”的城市河流规划的新观念和新方法。城市河流的自然地貌、生态环境、支植物组合都是千万年来自然水流、阳光、空气长期作用的结果,都会有独特的自然形式与之相适应,相平衡,相和谐。
在漓江和桃花江中上游,整治前的两岸岸堤基本呈现自然状况,由于常年冲刷和上游环境的恶化,存在着严重的水土流失问题。针对存在的问题,在水系整治中,选用了宽体岸堤技术新建河堤,这是因为一方面宽体岸堤的小倾角将减缓丰水期河水对岸堤的冲刷作用,缓解洪峰快速迁移对下游造成的压力;另一方面可以充分利用宽体斜坡护岸种植植物,进一步稳定护堤,同时还能够形成生态式的河堤景观。因此,在桂林漓江和桃花江上游建设了保护岸堤的生态宽体护岸,并在护坡上种植柳树、水杨、白杨、榛树以及芦苇、菖蒲等耐湿喜水性植物,在坡面上间种景观植物,追求植物景观的多样性,形成了生态式并与环境融合的河堤景观。
河流进入城市中心区后,鉴于城市用地的局限,无法采用宽体式斜坡护岸技术,主要是采用立体式石砌生态护岸技术,建设形成滨水生态空间,丰富水景景观。从结构和功能上讲,下游立体式石砌生态护岸在解决城市的防洪问题,减免洪涝灾害,保护原始河道及河流两岸植被的前提下,侧重构建鱼类、岛类、两栖类、昆虫类动物的良好栖息场所,使之能与城市居民和谐相处,共同生存和发展。