面向气候变化的绿色雨水基础设施设计

面向气候变化的绿色雨水基础设施设计——来自欧洲北部的经验

 

摘要：【目的】世界各国城市都面临着众多可能因气候变化而加剧的水问题。

 

【方法/过程】聚焦丹麦、英国、荷兰3个受气候变化（尤其是洪水）强烈影响的欧洲北部国家，重点分析4个不同空间尺度的绿色雨水基础设施（greenstormwaterinfrastructure,GSI）项目。这些项目是应对未来城市自然灾害和宜居性挑战的韧性解决方案的典范。之所以选择这些项目，是因为它们具有独特的创新性：如将主要机动车交通走廊更新为宜居、可步行的街区，在区域尺度创建多功能GSI以提供社会福利，利用分层种植、密集种植和生态美学的力量来产生生态系统服务等。

 

【结果/结论】除分析项目设计外，进一步讨论促成这些项目实施及提升的关键因素，以及建成后提升公众认同和环境社会效益的关键因素。这些因素包括：对宜居性的重视、将城市更新和气候适应相结合的设计方法、跨机构合作、多重资金来源的利用，以及以扎实的公众参与获得对城市气候适应举措的支持。

 

1背景

 

世界各地的城市都面临着广泛的水资源问题，其中许多问题因气候变化而加剧。气候变化可能导致极端洪水和高温天气增加，并引发相关的公共卫生问题。如今，城市需要面对频发的水灾害和长期的水资源压力，（其水管理）须由降低水相关风险转向为增强风险抵御能力，应以全局观应对城市水挑战，并制定创新性的绿色雨水基础设施（greenstormwaterinfrastructure,GSI）策略。

 

本研究通过介绍丹麦、英国和荷兰4个不同空间尺度的项目来阐明气候变化背景下应对城市水挑战的各种创新解决方案，这3个欧洲北部国家很容易受气候变化的影响，尤其是洪水影响。一项预测了571个欧洲城市气候变化的研究表明，河流洪水10年一遇高流量（Q10）增幅最大的城市将出现在英国、比利时、荷兰和斯堪的纳维亚国家[1]，85%的英国城市将面临Q10的增长；此外，这571个城市热浪天气的频率和温度都将增加[1]。

 

欧洲自21世纪初便开始对GSI技术开展重点研究，GSI在欧盟通常被称为可持续城市排水系统（sustainableurbandrainagesystems，SuDS）或水敏性城市设计（water-sensitiveurbandesign,WSUD）[2]。对2000—2019年整个欧盟SuDS研究的一项综述发现，与欧洲北部国家相关的研究比例较高，表明这些国家在向以SuDS为主导的洪水管理方法过渡方面发展更快[2]。

欧盟于2007年颁布了《洪水指令》，要求所有国家制定洪水风险管理计划，并鼓励成员国推广GSI[3]。即便欧洲北部国家对SuDS的研究兴趣较高，欧盟也发布了总体政策，但SuDS的实施在多数情形下是非强制性的，传统洪水管理方法仍占主导地位[2]。例如，在英国，由于制定政策时强调避免给企业带来负担，开发商缺乏常规实施SuDS的动机[4]。与美国一样，GSI技术实施的责任大部分落在城市管理者身上，可持续水管理的转型仅发生在热点地区，而未在全国范围推行[1-2]。

 

本研究中案例的设计团队将改善雨水基础设施与更广泛的城市更新设计相结合，以实现社会生态的协同效益。与澳大利亚、美国等国家相比，欧洲享有更多通过城市再开发实施GSI的机会[5]。2013年提出的“欧洲适应战略”（EuropeanStrategyonAdaptation,ESA）旨在协调欧洲各国的气候适应政策，并将城市绿地的利用作为气候适应的关键战略[6]。

ESA中的欧洲官方战略强调城市复兴和可持续发展的联系，美国官方的国家气候变化战略则强调风险控制[6]。欧洲水管理政策通常不仅重点关注环境效益或风险管理（如中国海绵城市和美国低影响开发的初始阶段）[7]，而且以多重效益为目标，改善城市宜居性和生物多样性[8-9]。这些城市更新和洪水风险管理目标的“协同效应”和“主流化时刻”对于成功适应气候变化至关重要[5]。

 

2特色项目

 

2.1圣凯耶兹广场和布吕格万根大街

 

圣凯耶兹广场和布吕格万根大街（图1）位于以适应气候变化而闻名的丹麦哥本哈根市，地处奥斯特布罗社区，是一个中等规模（3.5hm2）的交通环岛和街道改造项目，竣工于2019年。哥本哈根的气候属于温带海洋性气候，夏季温和、冬季凉爽，年平均降水量为685mm。然而，哥本哈根目前正经历多类气候变化的影响，如海平面上升（每年上升约3mm）和更频繁的极端风暴（如2011年和2014年2次千年一遇的风暴和全市范围的洪灾）。圣凯耶兹广场和布吕格万根大街是构成圣凯耶兹“气候街区”的2个已建成的项目，是大哥本哈根地区暴雨管理计划的试点项目[11]。项目团队由跨学科公司SLA[12]领衔，还包括NIRAS、Viatrafik、JensRorbech、EbbeDalsgaard等单位。总预算为4845万丹麦克朗（约5150万人民币）。该项目荣获2020年度丹麦建筑协会阿恩奖，这是景观类项目首次被授予此荣誉[13]。

 

哥本哈根地势低洼，地处沿海，极端降水事件（在丹麦被称为cloudburst，即“大暴雨”）预计会增加，这使该城市特别容易受到气候变化的影响。2011年7月，一场千年一遇的降雨使该市大部分地区积水达1m之深。这次灾难性事件、2010年和2014年的其他强降雨事件，以及至2110年海平面将上升1m的预测，都迫切要求城市采取行动。哥本哈根气候适应计划（CopenhagenClimateAdaptationPlan,CCAP）于2011年完成，暴雨管理计划于2012年完成，以对CCAP进行补充[14]。为利用圣凯耶兹社区现有的城市更新计划，哥本哈根将圣凯耶兹社区指定为气候适应区[15]。由TredjeNatur公司制定的气候街区总体规划明确了将高密度城市社区的绿地率提升至20%的目标（图2、3），并使用绿色基础设施管理30%的雨水[16]。

 

该社区的暴雨项目网络将作为哥本哈根CMP即将在全市范围内实施的300个项目的示范项目。圣凯耶兹广场和布吕格万根大街构成了SLA团队的设计范围，前者曾是铺满大量沥青的交通环岛，后者是横跨气候街区大部分地区的干道。

 

2.1.1暴雨管理方案

  

 

圣凯耶兹广场和布吕格万根大街项目是一个比较大的暴雨管理系统的组成部分，该系统首次在圣凯耶兹气候街区实施。系统包括4种暴雨处理方式：暴雨道路、暴雨管道、滞留道路和滞留空间（图4）。

暴雨道路和管道是将雨水引导至港口以减少内涝的传输组件，而滞留道路和滞留空间则在地表进行雨水处理，以减轻低地势和更脆弱地区的压力，并降低由暴雨道路和管道输送的水量。布吕格万根大街是一条滞留道路，而圣凯耶兹广场，即交通环岛及其周边的空间，则起到滞留空间的作用[14]。



雨水花园设置于空间有限的滞留道路的沿线，而渗透池则在滞留空间内使用。地下雨水分流器（图5、6）将污染最严重的初期径流引导至地下水箱和污水池，一旦储存，水可以被过滤并以可控的速率释放到排水系统中[18]。冬季关闭分流器，以防止公路盐对植物造成伤害[19]。后期径流则在种植滞留区内进行储存和处理（图6）。

为最大程度促进雨水下渗，项目将0.9hm2的沥青地表转化成生物滞留区和下渗区[13]。道路宽度变窄约20%，交通环岛面积也相应缩减，但仍承载着相同的交通量[20]。

项目旨在应对十年一遇的风暴事件[19]，而CMP的目标则是使整个暴雨管理系统在100年后的未来受到百年一遇暴雨的影响时，将所有街道积水深度限制在10cm以下[14]。据SLA称，2020—2021年冬季期间，项目所在区域曾多次遭遇强降雨事件，每次都成功滞留了雨水，防止了洪涝发生。

 

2.1.2亮点：气候适应性及刻意的野性种植

 

圣凯耶兹广场和布吕格万根大街的更新设计始于适应气候和提高宜居性的双重目标。哥本哈根市的目标是在2025年前实现碳中和。

 

改造项目是通过增加城市树冠覆盖、实施可持续基础设施来实现碳中和目标的关键机会。整个场地的多层种植增加了586棵新树木和生物多样性丰富的林下层，后者包括3000m2的多年生植物和500m2的草本植物[13]。被项目团队称为“新自然”的植物配置和生态过程的灵感直接来源于哥本哈根周围的自然区域，如可缓解洪水的Utterslev湿地[18]（图7）。

从本土植物群落中选出的植物可以耐受洪水，过滤污染物，并形成重要的城市栖息地[20]。密集的分层植物及引入的其他元素（如倾倒的原木和岩石等），营造出一种野性自然之美。

 

行人可以沉浸在茂密且生物多样性丰富的植被中，这些植物被弯曲的小径一分为二，并装饰着座位区[13]（图8）。除提供娱乐潜力和促进心理健康的益处外，郁郁葱葱的植物还能捕获碳、过滤空气和土壤污染物、隔绝交通噪声，并减轻城市热岛效应[13]。

项目建成后，SLA对场地人类学和生物学的评估反映了积极的公众反响和多种社会效益，如增加偶遇机会、提升公共空间活力，促成场地及周边小型商店、咖啡馆和其他商业的开发等。评估还记录了建成前场地内从未观测到的大型动物、昆虫和鸟类物种。有趣的是，政府还认为密集的种植有助于公共安全，因为这可以在不使用结构屏障的情况下将行人与滞留池隔开[19]。

 

该项目得到的一个重要经验是在设计之初就应考虑维护问题。圣凯耶兹广场植被的野性自然特征旨在发挥社会、气候和功能效益。基于城市工人的时间、费用情况来考虑维护预期是否现实，才能长期实现这些效益。自项目开始就让城市维护团队参与至关重要，以确保他们有能力维护项目功能。同时，项目也为城市维护人员提供了GSI和本土植物维护的专业培训。