解决城市生态环境问题的生态基础设施途径

2018-02-27 10:04:54
摘 要:对待城市生态环境问题,本研究放弃了就是论事的单一分析和工程途径,而是提出解决生态环境问题必须依靠综合、系统的途径,即:通过建立生态基础设施来整合相关的生态过程与景观结构。以山东东营市为例,本文提出从三个步骤来实现综合问题的综合解决:(1)通过德尔菲法来实现问题的综合与多目标的确定;(2)通过建立生态基础设施,来综合地解决以水为核心的多个生态环境问题,实现多个目标;(3)评价生态基础设施对解决多目标问题的作用和效益,并为修正方案提供依据。文章在区域、城市和场地三个尺度上,提出解决东营市生态环境问题的生态基础设施实施战略。
关键字生态环境景观规划生态基础设施生态服务湿地系统东营市

ecological infrastructure as a synthetic solution to urban environment
kongjian yu, han xili, zhu qiang
1.the graduate school of landscape architecture, peking university; beijing 100871, china;
2. the graduate school of landscape architecture, peking university, beijing 100871,

abstract: the speedy urbanization processes in china caused varies ecological and environmental problems, and the degradation of water associated environment is one of the biggest issues. these problems were more than often resulted from “small decisions” and single minded engineering approaches in dealing with urban environment. it is highly recommended that a multifunctional and synthetic approach is required in order to solve the ecological and environmental problems in chinese cities. using the city dongying as a case, this paper proposes a three-step approach to develop synthetic solutions to the ecological and environmental problems: (1)the synthesis of problems and definition of goals using delphi method;(2)the development of strategic landscape structures which are integrated into the ecological infrastructure, to solve the problems with the multifunctional goals; (3)impact analysis regarding the proposed ecological infrastructure. a number of landscape strategies were proposed.

key words: ecological environment; ecosystem landscape planning; ecological infrastructure; ecosystems service; wetland;dongying city

引言
城市生态环境问题,特别是以水为核心的生态环境问题已成为中国城市生态安全的头号问题。以水环境为例,尽管城市发展客观上给水资源和水环境带来了压力,但是,城市水环境的恶化在很大程度上源于社会对该问题缺乏系统、全面的认识和解决途径,而是片面地、单一目标地将水系统分解,就水问题而谈水问题,将水与土地、与生命和人文过程割裂,片面依赖工程技术,机械地、单一地去解决问题,如防洪、治污、蓄水造景等等,结果使生命的水系统及其生态服务功能遭到严重破坏1,2。面对这样的问题,本文以山东省东营市的水系统规划为例,探讨以水为核心的城市生态环境问题的综合解决途径。
东营市地处黄河入海口,为胜利油田所在地,市域面积7923平方公里,人口177万,其中非农业人口81万。黄河三角洲成陆时间较短,自然生态系统稳定性差,水涝、干旱、风暴潮和盐碱等自然灾害严重;东营市经济发达,城市增长快速,加上40多年来石油工业的发展,生态问题,尤其是水环境问题日益凸显,, 对城市生态安全带来严重威胁3~13。
案例研究分三个步骤:
(1)问题综合与多目标的确定
(2)建立生态基础设施综合解决以水为核心的生态环境问题
(3)多目标评价和检验

1.问题综合与多目标的确定
在进行全面的调研基础上,课题组充分利用当地专家,邀请长期生活工作在当地的各方代表,进行一次全面的问题总结和相关目标的确定。

1.1问题综合——政策德尔菲法
政策德尔菲法是传统德尔菲法的衍生物,通过一个7~15名成员的德尔菲专家意见组来完成14,。政策德尔菲法是一个多次反复、互动的过程,专家意见组会聚到一块,相互交流;它在规划的初期对明确问题及确立初步目标时尤为有效,结果可以为更为深入的研讨或讨论提供前期准备。德尔菲法途径已成为研究城市和环境问题的有效工具15,16,.
本次规划中的政策德尔菲意见组由15名成员组成,分别来自规划、园林、水利、土地、环保、交通、农业、旅游等部门,分别代表专业规划人员、与城市建设有关的政府管理机构及公众利益代表。得出的问题和目标具有广泛的代表性。
1.2问题归纳与多目标确定
东营市生态环境问题从原因上分为两类:区域自然生态环境问题和快速城市化及人为活动引起的生态环境问题(表-1)。

表-1 基于政策德尔菲法的东营市生态环境问题与目标综合表
table-1  problems and solutions as a result of delphi process

  德尔菲专家意见组提出的问题 问题归纳和多目标确定
区域自然生态环境问题 (1)土壤盐碱化 自然条件不适于人类生活,如何提高城市抵抗自然灾害的能力?
(2)干旱
(3)洪涝灾害;
(4)风沙、海潮及风暴潮灾害
快速城市化引起的生态问题 (5)柽柳、杞柳等灌丛面积减少,天然草场严重退化 城市建设对于物种栖息地及物种多样性影响严重,如何保护生物栖息地?
(6)输油管道泄漏对土壤、水体及动植物造成严重威胁
(7)生物种类明显减少
(8)黄河为单一水源,黄河断流危害严重 如何提高城市的资源利用效率和供水安全,降低用水成本?
(9)用水成本较高
(10)地方能源,包括风能得不到有效利用
(11)土壤盐碱化加剧,原有农业排盐碱系统遭到不同程度破坏 如何提高城市生态系统的自我调节能力,包括排盐碱和污染自净能力?
(12)河流污染严重,污染主要来自沿河工业
(13)城市水系成为藏污纳垢之所,河水流动性差
(14)具有地方特色的自然湿地随着建成区的增加而减少 如何利用乡土景观(自然和人文)营造城市特色?
(15)乡土植被,如湿地芦苇得不到当地居民的认同,城市绿化乐与其他城市攀比,引进非本土植物,成本很高,却无个性
(16)城市特色不鲜明
(17)城市整体缺土,大面积的乱掘和取土现象严重 如何在城市建设的同时不破坏生态系统?
(18)河道的可见性差,有河却看不见水; 开放空间的规划设计如何考虑人的使用?
(19)水体的游憩价值不高,水质差,有荒野而乱的感觉;
(20)滨水区的活力不够;
(21)城市开放空间的生态及游憩价值低,尺度缺乏人性,建设和维护费用高。

上述问题从性质上说,可以归纳为两大类:
一类是关于自然生态系统自身健康和安全的问题,包括自身结构和功能的完整性,为多种生物提供栖息地的可能性等;
第二类是关于这个自然生态系统为人类的社会经济过程提供服务的能力的,包括旱涝调节、污染物净化、游憩、审美启智、形成城市景观特色等。
水是其中的核心问题,但水系统又不是一个孤立的系统。诸多问题错综复杂,以往常规的、单一目标的问题解决方式往往带来新的更严重的问题,综合解决诸多问题的根本是如何维护整体土地生命系统的安全和健康,维护其完整性,并能为人类社会经济系统提供可持续的生态服务。这需要建立一个生态基础设施来综合地解决这些问题,2,17,18。
1.3常规的、单一目标的问题解决方式及其评价
从东营市已有的教训看,以上生态环境问题如果按通常方式、通过土地利用规划、防洪排涝规划、环境治理、城市空间和建筑设计、园林绿化等途径和相应的工程来单一地解决问题,结果往往在解决某一问题的同时,引起其它问题的出现或恶化(表-2)。

表-2 常规的、单一目标为导向的东营市生态环境问题解决途径及其评价
table-2 the conventional approaches of single minded solutions to individual problems

  德尔菲专家意见组提出的问题 单一目标/景观改变(各部门分别制定) 常规的、单一的问题解决途径(各部门分别进行) 影响评价(可能引发的其他问题)
区域自然生态环境问题 (1)土壤盐碱化 排盐碱 排水规划和工程,设排碱河道(河道较深、水面低于地下水位) 河道的可见性差,即引起问题(18)(19)
(2)干旱 引水、储水 给水规划和工程,建造固化的引水渠、水库(防止渗漏) 导致用水成本提高、河渠水库的生态、游憩价值降低,即引起问题(7)(8)(9)(19)(18)(20)
(3)洪涝灾害 快速排雨洪 防洪排涝规划和工程,开挖排水渠、固化堤岸(防止水流冲刷引起河岸坍塌)、设水闸、堤坝 雨水资源流失、河道生态、休闲价值降低,水闸阻止了部分水生生物的回游,即引起问题(7)(8)(9)(19)(18)(20)
(4)风沙、海潮及风暴潮灾害 防止海潮与海水倒灌 防灾规划和工程,高筑沿海水泥大堤 割断了大堤内外的潮水过程,水体流动性变差,引起内涝,阻隔生物迁徙过程、造成滩涂生物多样性减少,即引起问题(3)(7)(9)(18)(19)(20)
快速城市化引起的生态问题 (5)柽柳、杞柳等灌丛面积减少,天然草场退化 保护生物 划定保护区,保护特定区域内的生物和生态系统 区域尺度上生物栖息地破碎化没有得到改善、土地利用单一,对城市整体特色以及游憩功能没有太大贡献,可达性差,引起问题(21)
(6)输油管道泄漏对土壤、水体及动植物威胁严重 快速排除污染 排污规划和工程,利用现有河道或开挖排污河 把污染转嫁给滨海潮间带或下游,导致生物栖息地破坏,引起问题(7)
(7)生物种类明显减少 保护现存的生物栖息地 生物多样性保护规划,划定自然保护区 自然保护区作为斑块被孤立的保护起来,生态系统的服务功能没有充分发挥,引起问题(21)
(8)黄河为单一水源,黄河断流危害严重 增加输水和储水量 给水规划和工程,水泥固化的引水渠、大型水库(防止渗漏) 用水成本高、河渠水库生态、游憩价值低,并不能克服水源单一问题,引起问题(7)(8)(9)(19)(18)(20)
(9)用水成本较高; 节约用水 排污规划和工程,减少冲刷河道次数 河道水质差、植物缺水造成成活率低,城市印象差,即引起问题(3),(14),(16)
(10)地方能源,包括风能得不到有效利用 利用风能和太阳能 能源规划和工程(目前尚缺) 丰富的可再生能源包括风能、太阳能等没有得到利用
(11)土壤盐碱化加剧,原有农业排盐碱系统遭到不同程度破坏 排盐碱) 排水规划和工程,开挖排碱河道(加深、增加数量 河道的可见性低,河道受油污泄漏的威胁,即引起问题(18)(19)
(12)河流污染严重,污染主要来自沿河工业 排污、处理污染物 排水与防治污染规划和工程,设排污管和污水处理厂(但往往利用河道排污,同时污水处理厂往往由于运行成本太高而名存实亡) 河道污染严重、河流的生态、游憩价值降低,引起问题(13)、(18)、(19)
(13)城市水系成为藏污纳垢场所,流动性差 “河道美化” 河道整治,硬化河道,裁弯取直,引种外来花木 处理成本高,乡土生境破坏,地方特色消失,引起问题(7)(9)(14)
(14)具有地方特色的自然湿地随着城市建成区的增加不断减少 城市建设、渔业生产 土地利用规划,侵占大量湿地用于工农业生产和城市建设 具有地方特色的自然湿地在消失,湿地的综合生态功能长期以来得不到重视,其丰富的生态休闲价值也不断降低,即引起上述众多问题(1)(2)(3)(4)(5)(7)(8)(9)(11)(13)(14)(15)(16)(19)
(15)乡土植被,如芦苇得不到当地居民的认同,城市绿化与其他城市攀比,引进非本土植物,成本高,却无个性 绿化、美化环境 园林绿化建设,大量湿地植物的审美价值和生态价值长期得不到重视) 芦苇等乡土植物逐步被外来植物取代,结果绿化成本提高,耗水量大,城市特色丧失,即导致问题(9)(16)
(16)城市特色不鲜明 增强城市特色 城市和建筑设计,通过大型铺装广场、步行街和标志性建筑物来追求城市特色 生态价值低、建设及维护费用高、缺少真正的地域特色,即引起问题(15)(16)(21)
(17)城市整体缺土,大面积的乱挖掘和取土现象严重 满足城市建设用土需求 城市土地利用规划,就工程需要,就是论事解决缺土问题 导致大量植被破坏,湿地系统破坏,土地破碎化加剧,景观视觉质量降低,导致问题(7)(14)(16)
(18)河道的可见性差,有河却看不见水 有水可观 水利工程设计,拦坝蓄水,常用橡胶坝来实现 导致河流流动性降低,水质恶化,整体水系统破坏,生物迁徙和交流受阻,导致问题(7)(12)(13)
(19)水体的游憩价值不高,水质差,有荒野而乱的感觉 “河道美化” 水利工程设计,硬化河道,清除河道乡土群落,引种外来花木 处理成本高,乡土生境破坏,地方特色消失,引起问题(7)(9)(14)
(20)滨水区的活力不够 滨河商业街建设 滨河开发,沿河建造大量商业建筑(由水利部门授权开发商建设,目前由于河道污染严重,全部建筑物均未售出,项目失败) 事与愿违,同时导致河道生态走廊被占,生态功能全面降低,城市开放空间被占,即导致问题(7)(14)(16)(21)
(21)城市开放空间的生态及游憩价值低,尺度缺乏人性,建设和维护费用高 有待解决 目前尚缺乏综合的设计途径 需要综合考虑生态结构的完整性和生态服务功能


2.建立生态基础设施综合解决城市生态环境问题

2.1关于生态基础设施
生态基础设施(ei)是城市所依赖的自然系统,是城市及其居民能持续地获得自然服务的基础2,17,18,这些生态服务,包括提供新鲜空气、食物、体育、休闲娱乐、安全庇护以及审美和教育等等19,20。它不仅包括习惯的城市绿地系统的概念,而是更广泛地包含一切能提供上述自然服务的城市绿地系统、林业及农业系统、自然保护地系统和与之相交融的文化遗产及生态游憩系统。生态基础设施建设的一个核心理念是通过维护整体自然系统的结构和功能的完整和健康,使城市获得良好的、全面的生态服务。
城市和区域的ei建设可以通过缜密的过程分析(包括非生物自然过程,生物过程和人文过程)和模拟,来获得景观安全格局,进而整合为具有综合功能的景观空间格局(生态基础设施)。一些关键的景观元素和结构是构建ei所不可或缺的,如整体山水的连续性、河流水系的自然形态的维护、湿地系统的建立、非机动车绿色廊道系统和遗产廊道的建立等2,18,19。

2.2东营市ei建设的关键战略
在系统分析东营市的自然、生物和人文过程的基础上,从宏观-中观-微观三个尺度上提出东营市ei建设的关键战略和策略:
2.2.1 宏观区域战略
(1)宏观目标:维护区域国土生态安全,改善区域生态环境,保障城市能获得可持续的自然服务。
(2)景观战略:建立“黄河绿色廊道——中心城区湿地系统——滨海生态保护带”区域生态基础设施,将中心城区生态系统融入区域生态网络中,使其成为区域生态系统的有机组成(图-2)。
2.2.2 中观城区战略
(1)中观目标:维护自然系统自身的健康,并能使区域ei及其生态服务功能,通过城区景观网络,公平地、通畅地传送到城市的每一个角落。
(2)景观战略之一:建立中心城区湿地水循环系统,实现水资源再利用
规划提出三个小循环系统,包括两个淡水循环系统和一个盐碱水循环系统。将淡水循环系统与盐碱水循环系统分离,淡水河道在台地上修建,避免受地下盐碱水的影响。利用风能为水循环提供动力(图-2,3 )。
(3)景观战略之二.建立与湿地系统相结合的游憩网络
游憩网络由斑块、结点和廊道三种元素组成:
 (a)斑块系统包括十个大型生态斑块,利用现状水体及低洼地改造而成,面积大、生态及休闲价值高。
 (b)结点系统分级配置,包括十三个城市级结点和二十一个社区级生态游憩结点。城市级结点充分利用现状面积较大的乱掘地、荒草地、水塘等,各具特色,具有较高的生态休闲价值;社区级生态游憩结点充分利用现状面积较小的水塘、林地、水田等形成,主要为其服务半径范围内的居民提供生态服务。
 (c)廊道系统分三级,包括七条主要生态廊道、十六条次要生态廊道和二十八条居民生活廊道。主要生态廊道连接主要生态斑块和结点,具有供水、排水、水质净化、减缓旱涝灾害、防风、游憩、为物种提供栖息地等多项功能;次要生态廊道主要为南北向河流廊道; 居民生活廊道主要为东西向,连接城市公园、广场、街头绿地等。
结合斑块、结点、廊道,建立连续的非机动车道网络,成为居民日常工作的通勤网络 (图-4).
2.2.3 微观战略
(1)微观目标
通过设计实现并维护城市和区域生态基础本身的完整性;同时,在场地尺度上,让人体验ei的生态服务。
(2)景观设计导则
分别提出各类斑块、结点和廊道的规划设计导则(图-5a~c)。
 a.斑块和结点设计导则
以水湿地斑块为例,导则要求:自然堤岸;湿地水位低于河流洪水位;种植耐盐碱及净化污染物的植被;湿地平浅,湿地边缘种植挺水植物,等等。
 b.竖向处理方式
长期的农耕活动,使当地人总结出了一整套应对盐碱的土地处理技术,如台田,在微观尺度上有效地解决了种植、排碱、防涝等问题。在城市化过程中,这些乡土景观被忽视,被更加昂贵的城市绿化方式所替代。本规划提出在城市化过程中保护和利用乡土农业景观,形成“岗”、“坡”、“洼”的城市竖向景观。
 c.廊道设计导则
根据其主导性的功能要求,廊道可分为生态廊道、游憩廊道,通勤廊道,并提出相应的设计导则(图-5a~c)。

3 综合途径的多目标评价
上述ei战略,使各个问题在不同层面上得到解决。表-4显示,某一ei战略可能是针对某一主要问题提出的,但由于ei的有机性和整体性,其他相关问题也将得到不同程度的解决;同时,某一尺度上的ei战略,也依赖其他尺度上的战略来辅助,才能获得更好的效益。

表-4 ei途径对综合解决问题的有效性评价
table-4 ecological infrastructure as holistic approach to solving multiple problems

  ei途径对解决具体问题的作用
  宏观(区域) 中观(城区) 微观(场地)
德尔菲专家意见组提出的问题 建立“黄河绿色廊道—城区湿地系统—滨海生态保护带”生态网络 保护城区生物栖息地,建立健康而高效的城市湿地系统 建立与湿地系统相结合的游憩网络 建立以湿地为特色的游憩网络 斑块和结点设计;竖向设计;廊道设计
(1)土壤盐碱化 + ++     +++
(2)干旱 +++ +++     ++
(3)洪涝灾害 +++ +++     ++
(4)风沙、海潮及风暴潮灾害 +++ ++ +
(5)柽柳、杞柳等灌丛面积减少,天然草场退化 +++ ++ + + +
(6)输油管道泄漏对土壤、水体及动植物带来严重威胁 + +++     ++
(7)生物种类明显减少 +++ +++ + + +
(8)黄河为单一水源,黄河断流危害严重 ++ +++     +
(9)用水成本较高 ++ +++ +
(10)地方能源,包括风能得不到有效利用 + +++      
(11)土壤盐碱化加剧,原有农业排盐碱系统遭到不同程度破坏 + ++ + + +++
(12)河流污染严重,污染主要来自沿河工业 ++ +++     +
(13)城市水系成为藏污纳垢之所,河水流动性差 +++ +++ + + +
(14)具有地方特色的自然湿地随着城市建成区的增加在而减少 ++ +++ +++ +++ ++
(15)乡土植被,如湿地芦苇得不到居民认同,绿化乐与其他城市攀比,引进非本土植物,成本很高却无个性 + +++ +++ +++ +++
(16)城市特色不鲜明; +++ +++ +++ +++ +++
(17)城市整体缺土,大面积的乱挖掘和取土现象严重 + +++ + + ++
(18)河道的可见性差,有河却看不见水   +++ +++ +++ +++
(19)水体的游憩价值不高,水质差,有荒野而乱的感觉 ++ +++ +++ +++ +++
(20)滨水区的活力不够 + +++ +++ ++
(21)城市开放空间的生态及游憩价值低,尺度缺乏人性,建设和维护费用高 ++ ++ ++ ++ +++
注:+有一定作用;++有较大作用;+++有很大作用,这些分级是相对的、定性的评价,根据ei对解决各个具体问题的作用的大小而确定。

4.结论与讨论
通过比较分析,可以看出:与通常的单一问题分析和单一工程解决问题的方式相比,生态基础途径系统全面的解决了多方面的问题。
早在20多年前,生态学家odum 就指出:“小决策”正是一切环境问题的根源21。无论是城市建设决策者、还是工程技术人员,都习惯于分解问题,并设定单一的目标,然后提出单一的工程解决方案。总是把一个有机的系统,割裂分解,结果并不能全面地解决问题。城市生态环境,特别是水环境问题就是这样一些复杂的问题,需要系统的、全面的解决途径。本研究放弃了就事论事的分析途径和工程技术,而是通过专家群体参与来进行问题和目标的综合与归纳,在此基础上,进行生态过程和景观结构的系统整合,形成一个生态基础设施,综合解决以水为核心的城市生态环境问题。这个ei不是为环境的污染、栖息地丧失、洪涝或干旱等某一单一问题而设计的,而是作为维护土地生命整体安全和健康而规划设计的,是维护土地生命的关键性生态网络和关键的景观格局。因为生态环境,特别是水环境问题本质上反映了为大地生命系统生态服务功能的失调,因此,解决城市生态环境问题的根本之道在于改善和恢复大地生命系统的肌能,增强其生态服务能力,而ei则是这一生命系统的关键性的结构。
通过本规划,避免为解决单一问题而进行的大量工程措施(如为防洪排污而固化河道的工程措施、绿化美化而换土改造盐碱地的措施等),而是通过保护和完善自然生态系统,让自然做功,充分利用当地湿地资源、乡土植被(如芦苇),建立一个具有综合功能的生态基础设施,系统地、集约化地解决多方面的生态与环境问题,全面提高生态系统之于城市的自然服务功能,可以大大节约城市建设投入。东营市的ei规划已经获得市政府和相关职能部门的批准并付诸实施,宏观和中观ei规划已作为城市总体发展规划和空间布局的依据,得到充分的尊重。微观尺度上的ei导则也被应用到具体工程设计中.我们期待通过系统地进行ei的建设,使城市和区域的自然系统的安全和健康将得到有效的保障;城市和居民可获得持续的自然服务;城市的特色(湿地之城)将得到彰显。

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