基于景观生态学理论的海绵城市应用研究——以雨水花园为例

肖欣向 杨卫 向珞宁

(广东省岭南综合勘察设计院，广东 广州 510030)

引言

景观生态学主要研究宏观尺度上景观类型的空间格局和生态过程的相互作用及其动态变化特征[1-3]。研究学者认为，“景观生态学”是由“景观学”和“生态学”这2门学科交叉、发展演变而来。广义的景观生态学强调对生态系统的作用，从景观的格局、结构和保护利用上分析和解决问题；而狭义的景观生态学强调的是景观中物质、能量和信息交换。随着景观生态学理论研究的发展，其逐渐被广泛应用于城市与景观环境建设当中，并为城市景观建设提供理论指导。

1 海绵城市设计中的景观生态学理论

景观生态学研究离不开空间与环境，其主要是研究景观中的空间格局以及生态过程的相互作用关系，通过研究景观结构特征与其生态过程，对城市修补和生态修复(城市双修)，以及海绵城市的开发应用具有指导意义。景观空间格局、景观功能和景观动态是景观生态学的3个基本研究对象和研究内容[7]。景观生态学视角下，适用于海绵城市设计的理论众多，其中“斑块-基质-廊道”理论、集中与分散相结合格局、分级布置理论和系统整合理论发挥重要的作用。

1.1 “斑块-基质-廊道”理论

斑块(patch)、廊道(corridor)和基质(matrix)是组成景观结构的3个基本单元类型，是由国外著名学者弗曼和高顿在观察和对比各种不同景观空间形态、轮廓等基本特征差异后得出的，并从景观结构的空间基本特征上建立起“斑块-基质-廊道”理论。该理论是以某些生态学变量为指标区分出的同质单元，即将原本复杂的自然生态结构转变为简单的单元，区域的生态格局和自然环境功能结构简单化，通过将复杂的生态结构简单化，从而使人们更加明确景观格局与生态多样性的联系，进而为生态环境建设提供理论指导。

1.2 集中与分散相结合格局及分级布置理论

从景观生态学角度出发，在集中与分散相结合格局分级布置理论的指导下，海绵城市设计将绿地等空间划分为城市、乡镇、村域尺度、社区等多重功能级别；通过采用分散式和低影响开发模式，将雨水径流总量控制和错开峰值运用在区域内的河道和低洼地等小尺度空间等。在城市层面分级上，将海绵城市运用于城市的各种不同体量的空间板块，如公园绿地、废弃矿场、屋顶花园等空间，能极大节约建设材料，降低管护时间，节约成本；同时通过改变雨水径流，使雨水分流，缓解雨洪压力，减少雨水汇聚时间，从而有利于雨水的含蓄和供动植物利用，促进滨水栖息地恢复，达到水平衡和雨污净化，实现从源头管理雨水的目的[10]。

1.3 系统整合理论

土地是一个完整的生态系统，其本身具备了完整而复杂的生态服务功能。海绵城市将视角聚焦到“水问题”上，城市、乡镇或者其它区域本身就应该具备雨洪调蓄、水源涵养、雨污净化等功能，这也是“海绵城市”构建的基础。以景观生态学理论为前提，系统整合在海绵城市上的运用不仅指对园林景观要素的整合，还包括各种园林景观要素之间的生态作用，发挥各要素之间的联系，达到相互统一。另外，海绵城市的建设并不局限于眼前的雨水管理，还将城市防洪防涝考虑在其中，将雨水管理提升到城市防洪防涝这一等级，使其真正形成有机整体。同时，“系统整合理论”要求将让自然做功、中国古代传统技术的运用(陂塘系统)和西方先进的技术等作为“海绵城市”的雨洪管理技术体系整合起来，从而将水系统的生态功能发挥出来[11,12]。

2 海绵城市建设的必要性与可行性

海绵城市的应用，正在城市中发挥诸多效益。俞孔坚曾指出，当代中国城市建设和改造大多采用“灰色设施”等传统的方式进行导排，排水方式虽然在短时间内能够达到快速排水，但终究会面临排水设施老化、坍塌堵塞，导致排水不畅等诸多城市雨洪管理问题。而海绵城市的建设，能够通过利用植物和城市绿地自身的特点，进行组织排水，达到缓释慢排，分散吸收处理的目的。据调查显示，我国第1批共16个海绵城市建设试点城市公布、建设、投入使用以来，其中有1/2以上发生了洪涝；第2批公布建设的14个海绵城市试点城市中，也是超过1/2出现了城市洪涝灾害，这种海绵城市试验点出现问题的概率高达60%以上，大多数是一二线城市，这使得一直备受青睐的海绵城市理论一直备受质疑。

基于景观生态学的理论基础指导，海绵城市应用于城市前，应将景观格局与生态网络结合起来，探索最大效益地发挥海绵城市的功能，实现雨洪管理，减少城市洪涝灾害。通过对城市景观生态资源的调查与分析，掌握该地区的自然环境条件、城市景观资源情况，构建城市景观生态空间结构，进而构建海绵城市的城市生态网络，依靠城市中海绵绿地斑块以及水体形成的生态廊道，并结合景观生态学基本原理中的“斑块-廊道-基质”理论、系统整合理论，可以有效解决海绵城市建设过程中遇到的一系列难题。

3 海绵城市在风景园林规划设计中的应用研究

随着城镇化和社会经济的发展，各种城市生态环境问题层出不穷，其中水环境问题一直困扰着人们。水资源的污染、短缺，水环境的破坏，以及洪涝灾害频发，生物多样性问题亟需解决。将海绵城市理论引入城市建设当中，能最大限度地改善这一系列难题。2014年，国家颁布海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建，这一技术指南提出了“水生态、水环境、水资源、水安全、水文化”的总体建设目标，推动了海绵城市在城市建设和改造中的运用。

“海绵城市”理论的核心可以利用景观生态学中景观格局、功能等关系建立跨尺度的生态基础设施，解决城乡水体问题。其在国际上被称为“低影响开发雨水系统构建”，依托于该理论的景观建设被称为弹性景观，景观中的“雨水花园”则是其主力军。

3.1 海绵城市的主力军——雨水花园

雨水花园的概念，最早可以追溯到20世纪90年代，由美国马里兰州的雨洪专家提出[14]，指通过利用场地的高程，运用水往低处流的特性将雨水汇聚到人工或天然形成的低洼地中，运用植物自身生命活动所需要吸收水分和部分植物根系具有吸收净化雨水污染物等功能，达到雨洪管理的目的。其被广泛应用于城市公园、废弃河道、废弃矿山、屋顶花园等城市生态环境建设中。“雨水花园”来源于海绵城市理论，由海绵城市理论指导城市建设的主要手段，类似于海绵城市中的“小气孔”，合理地分散在城市的各个区域，通过每一块小海绵的自我调节，使整个城市达到雨水净化和雨洪控制的目的[15]。

3.2 雨水花园的构造

雨水花园生态景观建设由高到低分别为蓄水层、生物过滤层、种植土壤层、填料吸附层和碎石层。蓄水层位于最上层，该层面低于地表平均水平面，雨水可通过周围植物一次过滤净化汇入低洼处；生物过滤层种植乔灌草，通过植物自身的吸附作用，以及微生物分解植物落叶残枝的降解作用，净化雨水；种植土壤层由渗透性强的沙质土壤以及部分粘土和有机质构成，保证其透水率不小于120mm·h-1，形成了植物的种植基质，同时也可以对雨水进行再次过滤和吸收；填料层的粒径相对要小，粒径大小在5～15mm，保证土壤层的颗粒不会下渗到碎石层，同时也起到过滤下渗雨水的作用；碎石层的空隙度相对填料层要大，其中粒径在30～50mm，同时该层设置穿孔管，将下渗到碎石层的多余的积水排出雨水花园。通过以上5个层次的相互配合，达到“渗、滞、蓄、净、用、排”的雨洪管理效果。

3.3 雨水花园的植物选择

雨水花园中植物的选择应充分利用本土树种的优势，植物种植景观养护尽量做到低养护、免养护，节约管理时间，降低管理成本。植物选择应该满足雨水花园净水蓄水的功能，既能提高植物对水的净化，又能够实现景观效益，因此净水能力强，根系发达的植物是首选。要优先选用本土树种，栽植或引进去污、净水能力强，便于养护，容易管理且成本低的植物。国外许多实例对于雨水花园的研究、植物的选择方面提供了丰富的经验，但在引进国外植物时需要谨慎选择，在设计时选择形式或功能与本土最相似匹配的植物。利用植物的根系吸收、净化水体；同时植物最好是具备去污染能力强、抗病虫害、抗冻、耐温耐涝的全能卫士[13]。

3.4 雨水花园的景观生态效益

海绵城市建设从提出到研究，再从研究到实际应用，极大提高了景观的生态效益。其主力军雨水花园主要有以下作用。

通过渗透、滞留、储蓄等手段和措施削减强降雨带来的洪峰流量，减少雨水在短时间内排向城市管网，从而减少管道排水压力，降低城市洪涝灾害，保护城市下游的建筑和水体。

城市下沉绿地控制雨洪流径，利用植物截流和自身的净化和吸附能力，净化雨水。同时，土壤的微生物和孔隙度也有渗滤净化雨水，减少水污染的功能。

充分利用径流雨量，加快雨水下渗的速率，补给地下水源，涵养地下水；也可对处理后的雨水加以收集利用，作为城市园林用水或生活用水，缓解城市水资源的短缺现象。

结合景观生态学理论研究进行区域的景观规划设计，增加景观单元之间的联系，改善城市化带来的景观破碎化现象；同时创造一个适合各种生物生存的空间环境，促进环境中生物的多样性和生态系统的稳定性。

雨水花园作为海绵城市的主力军，模仿大自然中的湖泊、河流、沼泽等水处理特点，将水的收集、净化、下渗等运用于城市景观设计中，结合地形等环境要素，运用植物加以净化、吸收，达到雨洪管理的目的，同时也提高了居民生活环境质量，提高生活品质。

从景观生态学的视角来看，作为人工或者自然的下沉绿地，雨水花园有软化地表，分散地表径流，缩短汇水时间的功能，其不仅可以促进雨水净化和下渗，而且对缓解洪涝灾害也有一定的作用。在雨水的下渗过程中，通过地形、植物、微生物和其它要素的共同作用，达到净水、蓄水等目的，减少了水环境的污染，保护了水生态；同时，丰富的水资源为动植物提供良好的生存环境，增加该地区生物多样性，使该区域生态系统更加平衡稳定。

4 结语

当今社会，城市生态环境问题凸显，自然灾害频发，从而不得不放缓城市建设和经济发展的步伐，将目光聚焦到人类赖以生存的生态环境建设中来，探索新的措施来改善城市生态环境，减少水环境污染，提高资源节约和利用。海绵城市的建设充分利用景观生态学理论基础，极大改善城市雨洪问题，对城市水环境建设和保护至关重要。我国现阶段海绵城市的主力军——雨水花园的建设尚处于发展阶段，部分理论与技术还未成熟，需要不断地去摸索，建设真正意义上的海绵城市。