低碳视角下西北地区城市绿地的适水种植设计途径.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月中 国 城 市 林 业 低碳视角下西北地区城市绿地的适水种植设计途径许博文 刘 晖 曹 朔西安建筑科技大学建筑学院 西安 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()国家自然科学基金重点项目()陕西省自然科学基金一般项目 ()陕西省教育厅专项科研项目()第一作者:许博文()男 博士生 研究方向为风景园林规划与设计:通信作者:刘晖()女 博士 教授 研究方向为西北脆弱生态环境景观规划设计理论与方法、中国地景文化历 史与理论:摘要:在水资源稀缺的中国西北地区 通过增大城市绿化建设规模应对气候变化可能会导致水资源与能源的双重消耗并加剧碳排放 亟待探索缓解绿化种植耗水及其碳排放问
2、题的可持续设计途径 遵循西北地区城市环境中水与植物这对生态因子耦合的内在机制 以提高城市绿地植物与水因子的适配性为出发点 提出以非传统水源、低碳排水源为绿地用水基础的“生境集水适水种植”的低影响设计模式 从场地生境优化集水、适水性种植设计和节水型精准灌溉 个方面提出以实现植被耗水需求与低人工干预下土壤水分供给最大程度匹配为目标的适水种植设计途径 并以实践案例进行论证 旨在为开展科学化的城市绿地种植设计提供技术支持 对城市绿地低碳可持续设计具有实践指导意义关键词:城市绿地 可持续设计 适水种植设计 低碳排放 西北地区:./.():.“”.:中 国 城 市 林 业第 卷 近年来 国家提出的碳达峰、
3、碳中和战略对城市绿地提出了新标准、新要求 在全球气候变化的趋势下 绿化建设成为一种流行的减缓气候变化的自然解决方案 并得到多个国家的重视例如澳大利亚墨尔本和英国伦敦提出了“都市森林战略”和“全球最绿色城市”但是 作为城市中的耗水大户 城市绿地的维护管理也是景观全生命周期的主要碳排放来源之一 且以灌溉导致的碳排量最高在水资源稀缺的中国西北地区 城市绿化耗水导致的水资源与能源双重消耗及其带来的碳排问题更加不容忽视 一方面 根据国家统计局数据 近 年西北地区城镇化率从 上升到 西北六省区 个地级及以上城市建成区绿地面积增长了约 约/城市的绿地面积增幅超过 这一全国平均水平加之城市建设用地紧张 为了满
4、足城市绿地率标准 在城市外围规划建设了大量采用常规园林绿化种植的“生态型”绿地 大大超过了水资源的承载能力 另一方面 西北地区水资源量仅占全国的 单位绿地面积的灌溉养护耗水却是水量丰沛地区的 倍 且长期大量使用自来水浇灌绿地 而自来水的产生要经过一系列取水、给水、用水、排水及污水处理等各种供、排水设施 需要大量的能源投入与消耗当前关于“双碳”目标下的城市绿地规划设计研究可以归纳为“增汇”和“减源”两方面从“增汇”角度而言 相关研究指出提升城市绿化种植结构丰富度可以增加绿量进而提高碳汇能力 从“减源”角度而言 相关研究指出了景观维护阶段灌溉产生的碳排放问题 并从节水灌溉、智慧园林养护角度提出相应
5、的设计策略 然而 在城市中扩大绿化种植及其绿量意味着更多的灌溉养护投入 且仅从绿化种植后期开展节水灌溉也难以从根本上改善和满足气候变化背景下日益增长的用水需求 因此 为满足当前应对气候变化的绿化种植需求 本文分析西北地区城市绿地用水现状及其碳排放问题 将绿化种植设计及其耗水耗能相关联 并基于城市场地空间特征影响下的水分条件与不同植物需水的关系 探索缓解绿化种植耗水及其碳排放问题的可持续设计途径 节水减碳目标导向下的城市绿地适水种植设计 城市绿地适水种植的节水减碳原理在自然环境中 植被分布与水文条件高度耦合并达到自平衡状态 植被依靠自然降水即可成活 亦不会产生碳排放问题 在城市环境中 由于植物生
6、长立地条件的改变和人为需求的干预自然状态下植被与水之间的平衡关系被打破 形成了城市中人为干预下新的平衡关系 而维持这种平衡关系所依赖大量的人为做功是造成能源消耗及碳排放问题的重要原因 具体表现在城市绿化用水水源和用水模式 个方面 首先 用水水源“高质低用”使用自来水浇灌绿地需要消耗大量的能源导致碳排放增加 其次 因在种植设计阶段忽略了有限水资源与植物需水之间的匹配关系 从而导致绿化后期养护按需供水的被动用水模式 过度的用水消耗造成水资源与能源的双重浪费 并加剧碳排放从植物生长的客观规律来看 一方面 城市园林植物对于用水水质要求并不高 不仅不需要纯净的自来水 反而需要适度的“营养”另一方面 在西
7、北干旱地区 由于微小的水分条件改善即可对植物生长产生重要影响 在城市环境的局部生境中 地表汇水低洼、背风、背光坡向等空间特征形成的不同水分立地条件即可造就多样化的植物景观 因此 遵循水与植物这一对生态因子耦合的内在机制 充分利用城市空间特征影响下的不同水源类型及其水分条件与不同植物需水的关系 可以在最大化节约水资源的基础上形成良好的绿地植物景观 从而达到节水减碳的双重效益基于此 本文以低影响手段提高城市绿地植物与水因子的适配性为出发点 提出城市绿地“适 水 种 植”设 计 途 径“适 水”()的概念源于“适应”()城市绿地“适水种植”设计本质在于减少人为做功最大程度还原自然状态下水与植物的适应
8、关系 城市绿地适水种植的内涵城市绿地适水种植的核心思想在于对绿地用水第 期许博文 刘 晖 曹 朔:低碳视角下西北地区城市绿地的适水种植设计途径水源和用水模式 个层面的优化 以提高用水效率和用水效益 实现节水节能的双重目标(图)图 城市绿地适水种植的用水特点首先 在用水水源上 不同于常规绿化用水以自来水为主的用水特点 适水种植设计中应丰富水源类型 注重对非传统水源的利用 同时优先选用低碳排放的水源 少用或不用高碳排水源其次 在用水模式上 改变常规绿化按需供水的被动用水模式 通过生境集水和适水种植 采用以供定需的用水模式 强调对植物种植设计的需水管理 以最大限度保证城市绿地种植与场地水分条件的匹配
9、关系 避免无节制使用水资源而造成水资源和能源的浪费 低碳排放的城市绿地用水水源选择在适水种植设计模式中对低碳排放用水水源的选择是关键 城市中可供绿化应用的水源主要有传统水源(自来水、地表水)和非传统水源(降雨及其径流、中水、空调冷凝水)大类 由于不同用水水源的利用方式及供水设备不同 其单位用水碳排放和间接碳减排放量也有所不同参考各类用水水源的电耗研究成果 结合中国西北区域电网平均排放系数 /估算出各用水水源的单位用水碳排放量(表)表 不同城市绿地用水水资源类型特点及其碳排放量/水源水源特点及其处理/利用方式单位用水碳排放及间接碳减排放水质成本利用方式供水方式碳排放量相对自来水的间接碳减排放量水
10、源的适用绿地类型降雨及其径流中低就地直接利用适用于所有绿地类型收集回用配水加压空调冷凝水高低就地直接利用居住区、产业园区等附属绿地中水中中收集/处理再回用深度处理(混凝、沉淀、过滤)城市湿地公园、综合公园等地表水中低就近取水利用泵站取水城市湿地公园、滨水公园等自来水高高取水利用取水、制水、配水加压可用于所有绿地类型 由表 可知:首先 由于供水设备流程的复杂程度 自来水是碳排放最高的水源 同时中水虽为非传统水源 一定程度能起到节水作用 但因需要深度处理加工后使用 碳排放也较高 其次 地表水(江河水、湖泊水、灌溉渠)用于绿化灌溉只需就近采用泵站取水即可 虽为传统水源 但使用的碳排放也较低 最后 降
11、雨及其径流、空调冷凝水 类水源的碳排放相对较低 其中 对于雨水资源的利用 在近年来的低影响开发设计实践中已得到广泛重视 雨水资源既可直接入渗绿地作为用水水源补充 同时城市环境中约/不透水下垫面的降雨产汇流也具有可观的水量 而空调冷凝水虽品质高、生成点分散且量小 但总量大、应用成本低综上 在城市绿地适水种植设计实践中 各类绿地均应充分利用降雨及其径流 在建筑集中的场地则应注重对空调冷凝水的利用 对于此 类水源应优先就地最大化利用的同时辅以收集回用 中水和地表水可作为重要的补充水源 并应根据当地水务部门分配给园林绿地的用水量来取水 自来水则应少用或不用“生境集水适水种植”的低影响设计模式区别于常规
12、绿化种植多注重后期维护的节水特点 适水种植设计的另一关键内容为“生境集水适水种植”的低影响设计模式 其本质是采用低影响的设计手法对常规设计流程进行优化以此达到在规划设计阶段就充分考虑场地水分条件与植物需水的匹配性 将植物用水前置考虑进行适水优化设计 变被动用水为主动调水 减少后期维护用水压力 实现节水减碳的双重目标中 国 城 市 林 业第 卷(图)图 城市绿地适水种植的设计流程生境集水就是通过场地生境优化设计 汇集增加场地植物可利用水分 减少土壤水分的无效蒸发 最大化让自然做功 将可利用水源尽量多地留在土壤中为植物所用 同时为不同的植物景观营造创造多样化的水分生境条件 适水种植就是在生境优化集
13、水的基础上 对场地土壤水分分布进行充分评估 并协同其他景观设计要素布局进行适水性种植设计 从而最大化实现植被耗水需求与土壤水分供给之间的高匹配度 减少供需失衡导致的低效用水 此外 在土壤水分补给与植被耗水需求匹配程度最优的种植设计基础上通过节水灌溉措施精准补给绿化所需水量 即可实现人为做功的最小化 以此达到用水的低投入和低维护 最大限度地减少用水及其碳排放 城市绿地适水种植设计途径 场地生境优化集水土壤水是植物生长的直接水源 任何不同形式的水均需转化为土壤水才能为植物所利用 因此进行场地生境优化集水就是利用生境因子将各类水资源转化为土壤水 现实中影响土壤水分收支的因素是多方面的 针对中国西北地
14、区年降水量和日最大降水量相对较小、蒸发量大且地带性土壤多具有较强渗透性的特点 综合分析各生态因子对土壤水分的影响 以及场地设计可人工干预的生态因子 确定小气候条件(日照、风环境、热环境)、地形及竖向条件、土壤物理性质 类生境优化“集水”影响因子 本文通过总结 类生境因子作用于土壤水分的空间变量 提出相应的设计变量及场地设计影响方式(表、图)根据场地条件可选用一种或多种生境优化集水策略用以丰富场地水分条件表 生境集水影响因子及其设计影响方式土壤水分生境影响因子场地空间变量及对应设计变量空间变量设计变量 作用机理 场地设计影响方式小气候条件空间方位绿地与周边建筑物、硬质下垫面的相对位置空间方位关系
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- 视角 西北地区 城市 绿地 种植 设计 途径
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