气候变化导致洪涝日益频发，可能重创城市地区，并造成漫长而昂贵的修复工作。城市迫切需要新的策略来应对暴雨径流涌入。麻省理工学院一支由工程师和城市规划师组成的跨学科团队如今提出了一种解决方案：多功能城市雨洪湿地和池塘，将雨洪控制与净化同生态和休闲效益无缝结合起来。
城市基础设施加剧了城市雨洪积涝问题，因为许多原本能够吸收降雨的自然生态系统已被路面取代，大大限制了地面的渗透能力。雨水因此滞留在地表，并裹挟垃圾、重金属、工业化学品等各类污染物，最终流入附近水体，其中往往包括当地供水水源。
许多城市缺乏足够的系统来处理雨洪径流，而这是造成城市地区河溪水质受损的最大单一原因。雨洪处理厂需要大量投资，还必须与现有排水和水处理系统整合。如果没有能够在受污染的水重新进入循环或自然环境之前将其截留并净化的空间或流程，城市中心就会流失淡水；这些水原本可用于饮用、补充地下水以及满足其他生态系统需求。
自然雨洪管理系统——经设计建造的绿色空间——正日益成为城市青睐的选择，部分原因在于其成本较低。麻省理工学院团队设计的湿地比现有设计（如简单的池塘和蛇形水道）更能有效控制水流循环、净化雨洪，同时带来生态和休闲效益。
麻省理工学院团队已在一份可免费获取的报告中公布了研究详情，报告题为《城市雨洪湿地设计指南》，希望城市能够采用这一方法。报告基于为期两年的研究，研究经一项种子基金资助，资助方为麻省理工学院阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔水与粮食安全实验室（J-WAFS）；此外，麻省理工学院建筑与规划学院下属的诺曼·B·莱文塔尔高级城市主义中心（LCAU）也提供了支持。这些指南以在麻省理工学院 Nepf 环境流体力学实验室开展的实体实验为基础，并最近发表于期刊《生态工程》。
“我们的研究旨在帮助城市应对气候快速变化、强风暴以及缺乏经济可行解决方案所带来的问题，”共同作者、诺曼·B·和穆里尔·莱文塔尔高级城市主义教授兼 LCAU 联合主任艾伦·M·伯杰说。伯杰和共同作者欢迎有兴趣的城市代表联系他们，讨论如何落实这些设计。今年5月，该团队开展了推广活动，以确保这些开放源码的设计能够传达给美国各地的城市利益相关者，例如政府官员和区域规划人员。
这些指南结合工程、城市规划和景观建筑方面的专业知识，旨在设计多用途绿色空间。湿地或池塘不仅能管理雨洪，还能为城市增添绿意，为社区提供休闲空间，并创造宝贵的野生动物栖息地。
这些设计以一系列成簇分布的岛屿为特色，采用模块化设计且可扩展，因此能够根据不同城市环境的需求和资源进行调整。为确保指南适用于不同地区，研究以休斯敦和洛杉矶为两个具体案例开展。
“我们选择洛杉矶和休斯敦，是因为它们都是气候温暖、快速发展的美国大城市，以郊区为主，而且具备建设绿色空间的良好条件，”首席研究员兼第一作者、拥有建筑学学士学位（2007届）、城市规划硕士学位（2013届）和理学硕士学位（2013届）的塞莉娜·巴尔德拉斯·古斯曼说。“此外，一个非常干旱，另一个非常湿润。我们希望展示设计适应不同条件的能力。”巴尔德拉斯·古斯曼当时是 LCAU 成员，如今在加州大学伯克利分校任职。她是麻省理工学院建筑与规划学院校友，曾在那里撰写关于雨洪湿地的硕士论文，最终促成了这个协作型跨学科项目。
这些指南尚未投入实际应用。不过，团队目前正与几个地方的城市领导人联系，探讨建设湿地系统试点项目的可能性。研究团队之外的学界人士也对这些指南的价值给予了积极评价。
“据我所知，目前还没有面向实践者的资源，能如此顺畅地将工程师和景观建筑师的研究成果转化为现实应用，”加州大学伯克利分校环境工程学教授、伯克利水中心联合主任戴维·L·塞德拉克说。
为制定这些指南，由麻省理工学院土木与环境工程系唐纳德·和玛莎·哈勒曼教授海蒂·内普夫领导的环境流体力学实验室研究人员测试了30多种不同的湿地系统设计。他们通过雕塑式模型监测水流循环，以确定哪种地形最能减缓雨洪并均匀分配水流，从而最大限度地发挥自然过程的作用，去除水中污染物。这套全面的测试方法最终形成了以成簇流线型岛屿为基础的设计，这些岛屿彼此靠近，分布在湿地入口附近。
控制水流，使其在湿地中停留更长时间，对于给生态系统留出改善水质的时间至关重要。湿地通过生物和化学过程的共同作用净化水体，其中包括让污染物有时间从水中沉降。湿地植被也是有效的过滤器：植物表面及其承载的生物膜能高效捕获污染物和过量营养物质。
确定最有效的雨洪处理设计是项目的关键内容，但团队强调，湿地系统的价值不止于水管理功能。工程师与城市规划师合作，设计出效率最大化且不牺牲美观、生态或休闲品质的方案。
“雨洪管理指南通常由工程师编写，规定性很强。传统上，这类指南的设计目的并非促进生态发展或便利休闲活动，”巴尔德拉斯·古斯曼说。
得益于团队独特的跨学科组成，他们得以设计出多方面功能兼备的湿地系统。研究共同作者内普夫表示，工程师带来了水力功能方面的创新，而景观建筑师则构想如何让湿地成为城市肌理中备受珍视的一部分。
激发跨学科合作是 J-WAFS 种子基金的目标之一。内普夫认为，J-WAFS 帮助工程师和城市规划师携手合作，弥合了他们在设计流程和“语言”上的差异。
“J-WAFS 为我们提供了一个可以学习如何彼此沟通的平台，”内普夫说。
由于这项独特的合作，这些指南提供了丰富多样的效益。其中包括休闲步道，既连接成簇的岛屿，也将城市街道与宜人的绿色空间相连。最大的岛屿可容纳公共活动场地，湿地旁的洪泛平原则可用作运动场、野餐区或游乐场。这些岛屿提供了多种生态栖息地，从干燥的高地到浅水区，再到较深水域。随着自然湿地消失，这些栖息地对湿地物种可能尤为重要。
这些多用途设计还具有政治上的优势。它们可以帮助城市争取公众支持，以便建设雨洪湿地；这类项目往往难以获得当地居民支持。如果社区不了解雨洪污染供水水源的严重程度，可能就不会支持将原本可用作公园或游乐场的空间用于此类项目。增加休闲设施后，人造湿地会更容易获得支持。
“我希望这些指南能让人们看到，城市地区的土地可以如何实现多种用途，”内普夫说。“我希望它们能让人们思考：‘好，我需要某种设施来处理雨洪径流，那么怎样才能设计出一种既能满足这一需求、又可能有益于环境和城市宜居性的设施呢？’”
