生态安全理论在孝义古城保护规划中的应用*

刘婧奕，高静，雷泽鑫

（太原理工大学建筑与土木工程学院，太原030024）

0 引言

孝义市为山西省西南部县级市。其历史可追溯到新石器时代。春秋周定王于初设瓜衍县于此。东汉末年，曹魏迁入该地，改名中阳县。北魏更名永安县。唐贞观时期，永安孝子郑兴“割股奉母”感动朝野，唐太宗为教化世人下诏将永安改名为孝义。

《孝义县志》记载，“县西……重山夜阜，直趋县治，山脊当正西，水尽随山东行，淫雨多暴涨……县城东不可近河，西不可近山，故建于山尽水汇之区（图1）。”[1]孝义北临义河，南近孝河，东面汾河，西靠吕梁山。雨水随山脉顺势东流入古城，居民取水利、避水患以便生活。

《管子·乘马》：“凡立国都，非于大山之下，必于广川之上，高毋近旱而水用足，下毋近水而沟防省。”孝义古城选址遵循传统城市选址理念。

图1 孝义古城选址图

1 孝义古城如今“水患”严重

1.1 孝义古城现状

时代变迁，孝义古城发展违背选址初衷。每逢雨季来临，古城内涝频发，低洼处积水严重，居民出行受阻。由此引发各种景观生态安全问题。

1.1.1 历史建筑毁损

内涝产生大面积积水致使历史建筑根基在积水长期浸泡下造成毁损。

1.1.2 城内径流污染

古城道路硬化面积增加致使雨水的汇集速度加快，并携带地表污染物汇入到城市低洼地区。最终雨水、污水汇入孝义古城的护城河引起河道污染。

1.1.3 城内交通拥堵

古城道路狭窄，道路系统难以满足现代车行需求，城内交通拥堵现象时有发生。雨季降水量增大，孝义古城积水严重、道路泥泞，城中居民出行受阻。

图2 历史建筑的毁损

1.2 孝义古城内涝原因分析

古城中的上述种种威胁违背古人“取利避患”的选址初衷。这些景观生态安全问题根源是孝义古城内涝问题。古城内涝频发的原因主要有以下两个方面。

1.2.1 张家庄水库的隐患

孝义地势西高东低。张家庄水库位于孝义古城西侧。古城地势明显低于水库（图4）。水库库底高出孝义古城中心“中阳楼”楼顶约45 m。建设初期由于资金和技术的局限，设防标准较低。1961年，张家庄水库落成导致孝义古城内地下水上涨，形成雨积洪涝的隐患。一旦张家庄水库溃堤，孝义古城将全城覆没。这也成为孝义市将新城选址于古城西侧的重要原因。

1.2.2 孝义新城的影响

孝义新城位于古城西北侧，地势高于古城的格局。换言之，孝义古城处于整个孝义城市地势最低的位置（图4）。

新城建设使城市自然地貌及地表状态发生变化。“大面积的乡村和自然基底向城市建成区转化所带来的水系统结构和下垫面的变化，将给雨洪调蓄带来更大压力。”[2]加之，古城外围西南侧的部分区域，暂未铺设排水管网。雨季来临，大量来自西南侧无法消化的雨水随着西高东低的地势侵袭古城。在单位时间内孝义古城遭受流量极大、流速极快的地表径流汇水，直接导致古城内涝频频发生，愈演愈烈。

综上所述，水库的建设引起孝义古城地下水位长期处于高位，古城雨季的降水难以下渗消解；孝义新城地势高、地表硬化率大造成孝义古城内涝频发，这些现状引发一系列古城景观生态安全危机，解决孝义古城水患问题刻不容缓。

图3 护城河河道污染

图4 孝义古城与周边地势关系示意图

2 海绵城市理念适地应用研究与技术手段

2014年11月，住建部颁布《关于印发海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）的通知建城函〔2014〕275号》文件，推行“海绵城市”建设理念：让城市对雨水的调蓄像“海绵”一样，通过滞留、阻截、缓冲、渗透和净化等手段，雨季时能短时间内吸纳雨水解除水患，旱季时对雨水加以利用。

因为孝义古城地下水位较高，因此不能将“海绵城市在古城中的应用”简单理解为“解决雨水在古城中的下渗问题”。相反，虽然古城地下水位较高，但是仍然具有一定的蓄水空间。如何将雨水暂时滞留、储蓄于古城地下，为排洪、泄洪争取更多时间才是海绵城市的适地性应用。

基于“海绵城市”的理念，从“滞、阻、缓、渗、净”等技术手段入手，利用雨洪滞留带、缓洪池、透水铺装、下沉式绿地和生态驳岸等方法在古城内、外双管齐下：运用滞洪的手段减少侵入古城洪水的水量并减缓洪水的水速；运用缓洪的手段为孝义古城争取更多消化雨水的时间；在蓄洪、泄洪的过程中实现雨水的净化和再利用。在有效的时间争取下，利用新城与古城之间增加截水沟、缓冲带，层层截水、缓冲以“防古城水患于未然”。

这样不仅可以为古城争取宝贵的时间排洪，而且完善古城生态景观风貌，实现水资源的合理有效利用，使孝义古城处于生态景观安全的状态之中。

2.1 “滞”、“阻”为首要途径——拦截来自孝义新城的大量雨洪

要减缓新城在雨季给古城的内涝压力，在孝义古城西南侧外围设置“雨洪滞留带”是拦截古城外部雨水的首要方式。根据《华北地区河溪植被缓冲带建设技术规程LY/2639-2016》规范中的具体要求选用一些根系发达、耐旱耐涝的适地树种，乔、灌、草要进行合理搭配，预留至少45 m植被缓冲带（图5）；并在植被缓冲带中增加植草沟、渗井、雨水滞留池等技术装置形成雨洪滞留带。

图5 雨洪滞留带位置及向剖面示意图

2.1.1 植被缓冲带

植被缓冲带增加地表自然渗透面积，不仅可以滞留、阻截从新城顺势而下的雨水，而且能够有效减缓地表径流流速，让雨水在流入孝义古城之前得到充分下渗。滞留带中设置的植物缓冲部分一般分为三个区域:

A区:紧邻护城河，宽度至少10 m，种植本地、耐淹耐涝的乔灌木，如水杉、侧柏、旱柳等；

B区：A区和C区之间，宽度至少20 m，种植抗逆性较强的灌木与草本，如小叶杨、沙枣、高羊茅；

C区：拦截雨洪的第一道屏障，其宽度至少15 m，种植固土草本，如香蒲、芦苇、早熟禾。

根据美国谢里丹(J.M.Sheridan)等[3]4年观察研究,美国海岸平原植被缓冲带对水流和沉积物有很显著的减少作用,最主要的减少作用发生在宽度为8m的草地过渡带（C区），其径流减少量达到了56%～72%。[4]由此可见，C区的草地过滤带滞留能力。

2.1.2 其他技术装置

植被缓冲带的西侧、东侧设置植草沟。在植草沟内南北方向每间隔5～10 m布置设置“渗井”，中部增添雨水滞留池，对自西而来的雨洪形成“西侧阻—中部渗—东侧截”的滞留系统。西侧植草沟的渗井成为首要屏障“阻挡”从新城冲刷而来的大量雨水；通过层层植被缓冲后，雨水流速减慢，可进入中部滞留池中；最后，东侧植草沟的渗井成为雨洪滞留的最后防线“拦截”剩余的雨水。在上述三道防线的层层阻截下，极大程度地防止雨洪进入孝义古城。

综上，在多类型植被缓冲区域和多种滞留装置的使用下，将更加有效的滞留、下渗雨水，减少冲击古城的雨水径流。

2.2 “缓”为关键环节——缓解即将进入孝义古城的雨洪压力

古城特殊的地势和周边环境，导致雨季地表径流量加大、流速激增，为防止造成护城河外溢，所以古城与新城的边界护城河的河道上局部的关键节点适当放大成为缓洪池雨季时，预先排空缓洪池，用于下雨时多余的地表径流的收集（图6）。当大量雨水从地势较高处汇流而下时，缓洪池可以蓄洪、缓洪以缓解雨水带给古城的压力。此外，旱季来临护城河水位较低的情况下，缓洪池中的雨季蓄水可以成为护城河的水源补给，以备不时之需。

在孝义护城河道打开“缓洪池”成为缓解即将侵入古城的雨洪压力的关键环节。

2.3 “渗”为重要方式——消化孝义古城内部低洼积水

2.3.1 使用透水铺装

随着孝义古城变迁，住宅院落的硬质铺装增多，古城道路的硬化面积增大，导致单位时间内地表径流汇集速度加快。运用透水铺装，可以增加地表下渗率。为了缓解古城内部内涝现象，可以在古城内（除去主街道车流荷载较大的区域）包括主路人行道、小街巷、学校和广场等需要硬化的地方使用透水铺装，以缓解雨水的地表汇集速度（图7）。

图6 护城河缓洪池位置示意图

图7 古城内可设置透水铺装的空地位置示意图

透水铺装作为一种新型生态材料，是雨水进入地表之下的介质。砖上密集细小的孔隙，提高雨水渗透效率。其透水率为20 mm/s，可渗透60 mm/h的降雨。孝义古城内设置的透水铺装可接纳临街单坡屋顶落水，同时消解周边无法下渗的地表径流。透水铺装的使用既可以净化、涵养水源，补给城市的地下水，又可以在含水量充裕的时候散发水蒸气以调节微气候。

2.3.2 增设下沉式绿地

孝义古城内的地势为南高北低，顺应地势在古城护城河沿边规划滨河绿地，在古城的学校、城内空地设置下沉式绿地（图8）。水利专家向立云研究表明，绿地比路面低20～30 cm，就可以吸纳200～300 mm的降雨，雨水可以顺势汇入下沉式绿地，达到调蓄、净化雨水的目的。“下沉式绿地在降雨时可以使周边的雨水汇入绿地当中，不仅起到减少雨水径流量、降低孝义古城中的洪涝灾害，而且下渗的雨水还可以有效补充该地区的地下水量。”[5]

图8 下沉式绿地位置示意图

2.4 “净”为有效手段——提升孝义古城内外的环境品质

在沿护城河设置不同高差的平台种植陆生耐湿的草本植物以及水生植物。雨水通过植物，再通过不同粒径卵石、砂层过滤，最后进入护城河水体。护城河的生态驳岸设计不仅稳定岸坡，稳固水土，也为水陆生物的交流提供途径，实现生态多样。

其实，滞、阻、缓、渗的每一步中都伴随着对于雨水的过滤和净化。整个雨水的缓冲滞留过程就是将雨洪不断过滤净化的过程。这样不仅解决了古城内径流污染给城市生态造成的破坏，而且提升了孝义古城整体的景观品质；更重要的是，净化后护城河水随地势进入汾河、孝河，不仅不会对自然河流造成污染，而且整体改善了城市水环境，达到“净”水目的。

3 结语

随着现代化发展，许多历史文化古城、古镇和传统村落遭遇严重的生态安全危机。孝义古城面临的生态安全危机也正是历史文化遗产保护进程中出现的典型问题之一。

针对孝义古城由于内涝引发的景观生态安全危机，笔者提出“防水患于未然”的解决策略。本文试图利用景观设计手段对于侵袭孝义古城的雨洪在“城外—城界（护城河）—城内”，利用“滞、阻、缓、渗、净”手段，层层防护、多重消化，为解古城内涝之急提供可行方法：

1)在孝义古城西南侧外围设雨洪滞留池，滞留、阻截新城侵袭古城的雨水；

2)新城与古城边界的护城河道设节点做缓洪池，为古城雨水消化争取时间；

3)孝义古城内使用透水铺装、设置下沉式绿地，加强雨水下渗，防止积水；

4)对护城河的驳岸进行生态化设计，实现排入河道的水体净化。

基于海绵城市理论，对孝义古城的“水患”解除策略进行理论推导，探索古城景观生态安全保护的技术手段，以期为面临类似问题的古城、古镇和传统村落等历史文化遗产提供一条切实可行的解决思路。

[1] 孝义市地方志办公室.孝义县志.雍正四年[Z].青年印刷厂,2005.

[2] 莫琳,俞孔坚.构建城市绿色海绵——生态雨洪调蓄系统规划研究[J].城市发展研究,2012(05):130-134.

[3] Sheridan J M,Lowrance R,Bosch D D.Management Effects on Runoff and Sediment Transport in Riparian Forest Buffers.Transactions of the American Society of Agricultural Engineers,1999,42(01):55-64.

[4] 饶良懿,崔建国.河岸植被缓冲带生态水文功能研究进展[J].中国水土保持科学,2008(04):121-128.

[5] 苏义敬,王思思,车伍,魏一哲,董音.基于“海绵城市”理念的下沉式绿地优化设计[J].南方建筑,2014(03):39-43.