城市内涝问题的创新解决之道

2018年7月25日

由于气候变化而逐渐增多的洪涝会破坏城市，造成长期、昂贵的修复工作。各大城市急需新的战略，以应对雨水的大量涌入。为此，麻省理工学院一批跨学科工程师和城市规划师给出了解决方案：多功能城市雨水湿地和池塘，这两者可以将雨水的管控、清洁与城市生态、娱乐功能无缝衔接。

城市湿地或将解决城市内涝问题。

Image:Jonah Susskind

城市基础设施建设加剧了暴雨洪涝问题，因为很多能吸收雨水的天然生态系统都被路面所覆盖，这就极大地限制了雨水的渗透能力。因此，雨水会先积留在路面上，随后带上垃圾、重金属、工业化学品等各种各样的污染物一起流入附近的水体，一般情况下都包括当地的供给水源。

很多城市都缺乏足以应对暴雨径流的防治体系，这是城市地区河流危害的最大成因。对于现有的排水和水资源处理系统来说，雨水处理工厂是一笔巨大的投资。

在污水重新在城市内循环或渗入自然环境之前，如果没有隔离和净化的空间及过程，那么城市中心将缺少供饮用、且能补充地下水的淡水，而淡水也是其他生态系统所需要的。

对于城市来说，天然的暴雨管控体系——工程绿色空间，正成为越来越普遍的选择，部分是因为其低廉的价格。相比于现有的设计，如简单的盆地、蛇纹石，麻省理工学院团队设计的湿地能更加高效地控制水循环、净化暴雨水，并带来生态系统和娱乐功能方面的好处。

在《城市暴雨湿地设计指南》这份免费提供的报告中，麻省理工学院团队发布了研究的相关细节，以供城市采用。报告获取了麻省理工学院阿卜杜勒·拉蒂夫·贾梅尔世界水和食品安全实验室的种子补助金，并得到了麻省理工学院建筑与规划学院Norman B. Leventhal高级城市研究中心的进一步支持。该指南基于麻省理工学院Nepf环境流体力学实验室进行的物理实验，并在近期发表于《生态工程》。

指南共同作者之一、Norman B. Leventhal高级城市研究中心教授兼副主任Alan M. Berger 称：“我们的研究目标是，在面临快速变化的气候、大暴雨时，如果城市缺乏经济可行的解决方案，该指南可以帮助城市缓解自身问题。”Berger和其他共同作者非常欢迎对此感兴趣的国家代表，愿意与其一同商议具体的实施方案。今年五月，该实验室开展了一项外展活动，以确保这些开源设计能够传递给城市的利益相关者，比如美国的政府官员、区域规划师。

该指南将工程、城市规划、园林建筑的专业知识结合在一起，设计出了一块多功能的绿地。湿地或池塘不仅能管控雨水，还能为城市增添绿色、为社区带来娱乐、为野生动物提供珍贵的栖息地。

设计方案由一系列成群的岛屿组成，它们不仅可以进行组合，还能完成伸缩。因此，不论城市环境的需求和资源如何，设计方案都可以满足。在设计的开发过程中，团队在休斯顿和洛杉矶进行了两项个案研究，以确保指南在不同地区的适用性。

“我们之所以会选择洛杉矶和休斯顿，是因为这两座城市气候温暖、发展迅速、多为郊区、在绿地方面拥有良好的前景。”首席研究员、主要作者Celina Balderas Guzmán表示：“此外，在两座城市中，一座非常干燥、一座非常潮湿。我们想要证明，我们的设计能适用于不同的环境。” Balderas Guzmán当时是高级城市研究中心成员，现任职于加州大学伯克利分校。她也是麻省理工学院建筑与规划学院的校友，曾发表关于暴雨湿地的硕士论文，而正是该论文孕育出了这项具有合作性、跨学科的项目。

目前，该指南尚未投入使用。不过，研究团队目前正和多位城市领导保持联络，向他们介绍试点湿地系统的前景。研究团队中的其他成员也大力肯定了该指南的优点。

加州大学伯克利分校环境工程教授、伯克利水务中心联合主任David L. Sedlak称：“据我所知，目前还没有哪篇供专门人才使用的研究能如此清晰地将工程、园林建筑方面的研究结论转变成为现实。”

为了制定该指南，来自Heidi Nepf领导的环境流体力学实验室的研究人员、麻省理工学院土木工程系Donald & Martha Harleman讲座教授一同测试了超过30项不同的湿地系统设计。通过操纵不同雕塑模型的水循环情况，他们研究得出了在降低暴雨流速、平均分散水流方面最有效的地形，从而保证该设计应用了净化水污染方面的最佳自然过程。完成该综合测试战略后，研究人员在湿地入口附近设计了一群流线型分布的岛屿。

让水流聚集在湿地是非常关键的设计，因为这能让生态系统自身提高水质。湿地可以通过一系列生物和化学过程净化水质，包括让污染物脱离水体。湿地植被也是一项优良的过滤器，因为植物表面及其生物膜能够有效捕捉污染物及多余营养物质。

该项目非常关键的一个环节是，挑选出雨水处理效率最高的设计。不过，研究团队强调称，他们设计的湿地系统的价值远不止水资源管理。在工程师和城市规划师合作下，团队完成了一项最高效的设计，同时不会造成任何美学、娱乐、生态方面的损失。

Balderas Guzmán 称：“雨水管理导则主要由工程师撰写，极其规范。和传统设计不同，该指南的目的并非改进生态系统或为娱乐带来便利。”

由于独特的跨学科构造，该团队设计出了一项多面的湿地系统。研究的共同作者之一Nepf表示，工程师在液压功能领域实现了创新，而园林建造师则预见了让湿地成为城市结构中重要环节的方法。

阿卜杜勒·拉蒂夫·贾梅尔世界水和食品安全实验室颁发种子补助金的目的在于，激励人们进行跨学科合作，而Nepf也表扬称，该补助金让工程师和城市规划师走到了一起，并联结了两者不同的设计过程和“设计语言”。

Nepf说：“阿卜杜勒·拉蒂夫·贾梅尔世界水和食品安全实验室提供了一个平台，让我们在此学习如何沟通。”

由于这种独特的合作，该指南带来了大量的好处，包括连接了群岛、城市道路和引人注目的绿地的游憩小径。最大的岛屿可以用来举办公共项目活动，而湿地旁的涝原可用作运动场地、野餐场所或操场。这些岛屿提供了多种生态栖息地，包括干旱的山地、浅水、深水等。对湿地物种来说，随着自然湿地的消失，这些栖息地将变得尤其宝贵。

此外，多用途的设计也拥有政治上的优点，即帮助城市得到公众的支持，以建造暴雨湿地。人们已经多次证明，获取当地居民的支持是一项非常艰巨的任务。有些居民并不清楚雨水会在哪种程度上污染水资源的供给，因此，他们可能并不支持这样一个占据公园或操场用地的项目。加上人造湿地的娱乐功能，人们也许会更支持该项目。

“我希望这份指南能告诉人们，如何在城市里多用途地使用土地。”Nepf称：“我还希望这能鼓励人们思考：好的，我需要一些东西来处理雨水的径流，那我应该做些什么来解决这一问题，同时为城市环境、宜居性带来好处呢？”