近年来,我国的城市化速度一直居高不下。从2000—2011年,中国的城市化率由36.2%提高至51.3%,陈彦光和罗静指出中国城市化率的理论饱和值约为79.38%^[1],可见我国的新城建设在今后的一段时间内还会持续。伴随着城市化进程加快,城市水问题越来越突出。张丹明提出,目前为止我国近660个城市中有400多个处于缺水状态,大多数城市也面临着防洪排涝的问题^[2]。

城市建设对水文系统的影响在诸多文献中被广泛提到。齐冰和刘洪吉等人提出,随着城市的建设,林地、坑塘以及草地等透水面面积逐步减少,而各种建筑物、街道、广场等不透水面面积增大^[3]。邓慧平、李秀彬等人的研究表明,土地利用和覆被变化是短期内水文变化的主要驱动要素之一,它改变了地表植被的截留量、土壤水分的入渗能力和地表蒸发等因素,进而影响着流域的水文情势和产汇流机制,增大了流域洪涝灾害发生的频率和强度^[4]。张志华提出,城市建设还会通过裁弯取直、硬化河道等措施改造天然河道。与天然河道相比,城市河道糙率和河道槽蓄水量减小,汇流速度明显加快,造成干支流的洪峰增大^[5]。

为解决中国城市化带来的诸多水问题,国内不少土地开发项目都试图践行生态城市理念和反规划策略等,然而国内对这些生态规划理论可操作层面的研究尚少。张志雄提出,土壤作为生态水系统规划的重要因素没有得到足够重视,并因此引发很多水系统规划的失败^[6]。因此,本文以麦克哈格（McHarg）在1970年代的一个生态规划项目伍德兰兹社区为例^[7],介绍其以土壤水文特征为基础、以雨洪管理为目标的生态规划方法。

选择该案例作为研究对象主要考虑到以下三点: 首先,美国当时的环境和城市化问题与当今中国具有相似性: 城市迅速向郊区扩张,新城建设忽视了对环境的保护。其次,该社区是规划史上第一次将生态规划理论运用到城市规划实践的伟大尝试。斯珀恩（Spirn）认为,“伍德兰兹社区规划为我们提供了一个机会,可以将分析和实践联系起来,将规划和设计联系起来,将区域和场地尺度相结合: 让生态做功于一个18 000英亩的场地,一个15 000人的新城规划,一个实现了多种新策略的设计。” ^[8]第三,该地区的气候条件跟中国同纬度的杭州、重庆等地区非常相似,同属于亚热带湿润季风气候,而且我国南方大部分地区属于雨热同期的亚热带季风气候,夏季降水量集中,更容易产生雨洪问题。综上,研究该地区生态规划理念对我国南方新城建设具有非常重要的借鉴意义。

伍德兰兹社区经历了40多年的实践,其发展过程比生态规划设计本身更具有借鉴价值。1997年之前,社区的第一期工程格罗根磨坊（Grogan's Mill）严格按照麦克哈格的生态规划思路进行开发建设; 1997年更换开发商之后,由于多方面的原因,麦克哈格的理念和生态措施被完全抛弃。回顾该规划的发展历程,有利于我们了解生态规划实施中遇到的困难,为我国生态城市建设提供经验和教训。

1960年代晚期,美国城市开始大规模向郊区蔓延。乔治·米切尔（George Mitchell）,一个石油、房地产商人和一个有环保意识的开发商于1970年代开发了伍德兰兹社区项目。伍德兰兹社区（图 1）地处得克萨斯州的蒙哥马利县,位于休斯敦城区以北50 km,紧邻连接休斯敦和康罗的主要高速公路I—45。伍德兰兹社区占地约10 900 hm²,拥有地势平缓的林地约7 300 hm²,主要被松树、橡树所覆盖。斯普林河（Spring Creek）是流经该场地的几大河流之一,形成了伍德兰兹社区的南部边界。该地属于亚热带季风性湿润气候,夏季易受飓风和暴雨影响。

图 1 场地区位   资料来源: 根据参考文献[7]整理

这是一块充满了机遇和挑战的场地: 原址几乎被森林覆盖,这既是它吸引人的地方,也表明该地区较高的建设难度; 整个场地非常平坦,一方面有利于施工的进行,另一方面导致无法确定径流的大致方向; 渗透性差的土壤在场地中占较大比例,虽然有利于地基建设,但不利于蓄滞雨水; 伍德兰兹社区几乎有1/3的面积位于百年一遇的暴雨淹没区,平时径流较小,但雨季暴雨过后径流较大,导致水位的谷值和峰值差距很大,即场地内的暴雨淹没面积很大^[9]。

场地南部使用传统排水方法的休斯敦市长期受洪水困扰,说明传统排水方式不能很好地调节该地区的雨洪。如果伍德兰兹社区也按照传统的排水方式开发,势必导致地下水位下降,自然的水平衡被破坏,进而导致树木枯萎、下游地区被淹,以及休斯敦市中心的高层建筑下沉^[10]。因此,麦克哈格的主要规划目标是: 保护高渗透性土壤和天然林地,创造自然开放式排水系统,争取做到径流零排放,将开发对自然环境的影响降至最小。

土壤分类不同的土壤类型会有不同的水文效应。土壤因素对该规划的影响和控制作用主要体现在不同土壤的水文性质和空间分布直接影响不同地块的雨洪调节能力,进而影响到该地块的预期开发密度和土地利用类型。按照土壤的透水能力、土壤与不透水层和地下水高水位的距离等土壤水文性质,美国农业部将土壤分成四个水文土壤类型,麦克哈格团队进一步明确了不同土壤类型的开发潜力（表 1）。

表 1（Table 1）

表 1 土壤分类 类型 组成 土壤蓄 水能力 最大开 发密度* 备注 A 砂质和壤质砂土 高 90% 若承接周边径流则降低开发比例 B 砂质壤土和壤土 中等 75% 若承接周边径流则降低开发比例 C 粉质壤土、砂质 黏土和壤土 低 50% 若承接周边径流则降低开发比例 D 粉质黏土壤土, 黏壤土, 黏土 无 100% 坡度小于 1% 需采取人工措施进 行排水, 坡度大于 1% 则非常适 合开发   注: *最大开发密度是指该区域与周边区域没有径流交换时的最大开发比例   资料来源: 根据参考文献[7]整理

表 1 土壤分类

结合土壤分类以及某一区域的水文状况,可以对场地进一步分为三个大类,八个子类。同时针对场地的具体情况,从地区处理、基础设施选址等方面提出不同的开发建议（表 2）。

表 2（Table 2）

表 2 场地细分以及开发建议 区域分类及描述 地区处理 设施选址建议 1．毗邻池塘的区域 池塘周围保留足够的植被作为缓冲区以保持水质, 周围的D 型土壤可以保留不作开发 房屋不适于建设在径流途经区域, 应建设在不会破坏 A、B、C 土壤蓄水能力的地带, 并远离植被以及暴雨淹没区域。道路不能破坏排水系统格局。限制池塘附近的步行交通, 但允许木栈道等特殊道路连接到池边 2. 0~100 年的洪水淹没平原 本区域含有最丰富的植被, 是控制洪水的基础性力量。只有住宅周围的少量植被允许清理, 草地和庭院不宜建设大面积硬质铺装。所有房屋邻近的植被都应该保留以维持蓄水能力, 防止排水沟受到侵蚀和淤积 只有很少部分土地可供房屋建设, 基础设施建设标准必须高于百年一遇水平,以免受到洪水威胁。基础设施应修建在渗水性较差的土壤上, 并尽量减少地面铺装。尽量不要改变场地原有的排水渠道。道路尽量与水流方向垂直, 以截留径流, 增加下渗。进入住宅的道路要来自远离洪水淹没面的方向 3A1. 不从其他土壤接受径流的 AB 型土壤 A 型土壤需至少保留 10% 的未开发土地, B 型土壤至少保留 25% 的未开发土地。蓄水区域要保留原有植被 把建筑和铺装建设在高海拔区域, 以便径流可以流向低海拔、未开发的高蓄水能力区域储存起来 3A2. 从 C 或者 D 型土壤接受径流的 AB 型土壤 A 型土壤至少保留 11% 的未开发土地, B 型土壤至少保留33% 的未开发土地 把建筑和铺装建设在高海拔区域, 以便径流可以流向低海拔、未开发的高蓄水能力区域储存起来。斜坡丰富区域不必做人工改建 3A3. 无其他土壤径流流入的 C 型土壤 当没有 A、B 型土壤的时候, C 型土壤可以充当蓄水土壤。至少需要保留 50% 的未开发土地, 才能应对一年一遇的暴雨蓄水需求, 蓄水区域应保留植被 把建筑和铺装建设在高海拔区域, 以便径流可以流向低海拔、未开发的高蓄水能力区域储存起来 3A4. 接受 D 型土壤径流的 C 型土壤 保留部分 C 型土壤承接径流, 其余的 C 型土壤参照 3A3,其余的 D 型土壤参照 3B1 房屋和硬质铺装建设在高海拔处, 保证径流流向 C 型蓄水土壤区域, D 型土壤的排水设施建设与否取决于坡度：坡度足够, 则不需要很多人工设施；坡度不足, 则需要人工干预 3B1. 斜率大于 1% 且无径流流向 ABC 型土壤的D 型土壤 应该把径流引入沼泽、蓄水区域, 不然斜率小于 1% 的 D型土壤会暂时淹没。除了对特殊植被区域的保护外, 本区域适合高密度开发 设计和安置建筑道路的时候注意不要拦蓄径流, 主要步行交通要与斜坡平行 3B2. 斜率小于 1% 的 D型土壤 降雨无法自然排放, 需要很大的人工干预, 资金投入会相当可观。除了特殊植被保留区域, 所有面积可用于建设全部类型的项目。如果该区域临近高渗透土壤或者一二级排水系统, 排水会较为简单。不要把水排到植被区域或者单棵树周围。径流也可以排入可暂时形成水洼的区域 建筑安置在道路附近以免积水。也可以把房屋架空离开地表, 即使雨后地面积水也不会影响房屋   资料来源: 根据参考文献[7]整理

表 2 场地细分以及开发建议

如图所示,伍德兰兹社区第一期工程格罗根磨坊由一条车行道分为南北两个地块（图 2）。东南部紧邻一条主要排水渠。场地的主要问题是: 场地地形大部分非常平坦,分布有大面积的不透水土壤和大量未砍伐森林,导致排水存在很大困难。根据现场情况,麦克哈格的目标是规划一套天然的排水系统。

图 2 伍德兰兹社区第一期概况   资料来源: 根据参考文献[7]整理

确定和识别土壤水文因素,包括A、B、C、D四类土壤分布,各级排水通道和场地坡度,并根据表 2对场地进行细分（图 3）。

图 3 伍德兰兹社区第一期场地细分示意图   资料来源: 根据参考文献[7]整理

根据土壤水文状况,并结合植被覆盖类型,以开发前后场地对径流的蓄滞能力保持不变为目标,确定场地的可开发比例（图 4）。根据美国国家工程手册,不同类型和密度的住宅对地块的开发比例有一定要求,据此确定该地块的开发类型。在开发时注意将难以建设的和土壤蓄水能力好的地带定位为保留区域; 尽量保留植被面积及其多样性。最后确定的开发类型和密度如图 5所示。

图 4 各细分区域可开发比例   资料来源: 根据参考文献[7]整理

注: 图内每个地块的标注包括三个指标, 依次为土壤类型、开发密度和开发类型。LD—小型住宅, 层均面积125 m2, 宅基面积600 m2; MD—中型住宅, 层均面积185 m2, 宅基面积760 m2; HD—大型住宅, 层均面积240 m2, 宅基面积950 m2。 图 5 各细分区域开发类型   资料来源: 根据参考文献[7]整理

（1）构建天然排水系统

天然排水系统的优点是减小地表径流,增大雨水蓄滞,减小侵蚀和淤积,并降低排水系统的建造成本。其典型结构如图 6所示。设计者在规划中考虑不同的土壤水文特性,通过自然式的排水沟和植被缓冲区,在居住单元间构建天然的开放式排水系统: 普通道路垂直于场地坡度,而尽端路平行于坡度,以便径流通过自然排水沟排入场地东南部的主要排水渠（图 7）。

注: 蓄水池设置在砂质土边缘的黏土层, 形成天然的防渗和下渗体系 图 6 天然排水系统   资料来源: 根据参考文献[7]整理

图 7 场地天然排水系统   资料来源: 根据参考文献[7]整理

（2）综合规划

遵照各个场地细分区域的开发建议,以天然排水系统为骨架,严格执行各组分的开发密度,并结合设计师的理解和创造,得出伍德兰兹社区第一期综合规划图（图 8）。

图 8 一期综合规划图   资料来源: 参考文献[7]

在严密的分析与规划之后,设计人员又给出了细部的设计导则和案例以指导建设要素的空间分布（图 9）,这些建设要素包括道路、建筑、堤坝、排水沟和蓄水池等。设计的主要原则是要把房屋和户外活动场所建立在蓄水能力较差的土壤之上,尽可能少占用渗透性强的土壤; 保护具有高蓄水能力的土壤,保护和构建天然的排水系统,蓄滞径流,保证下渗量,维持正常的地下水位。

图 9 细部设计   资料来源: 根据参考文献[7]整理

杨波（Yang）对伍德兰兹社区的雨洪调节能力进行了一次数据模拟。他假定了四种土地开发模式,即黏土高密度开发（麦克哈格的做法）、砂土高密度开发、黏土低密度开发和砂土低密度开发,与森林初始情景一同进行了径流模拟比较^[11]。对比2001—2005年五年间不同降雨强度下的地表径流量和25年一遇、50年一遇以及100年一遇的洪峰流量（图 10,图 11）,结果显示麦克哈格在黏土上进行高密度开发的规划方法是最贴近自然效果的规划方法,径流总量和洪峰出流量是四种开发模式中最小的,而蓄水量在四种开发模式中则为最大。这说明该规划方法在雨洪调节方面的效果是四种假想开发模式中最好的,仅次于森林初始场景。

图 10 五种情景年度地表径流量模拟对比   资料来源: 根据参考文献[11]整理

注: 基于SCS （美国水土保持局的流域水文模型）的降雨频率 图 11 四种情景在三种降雨条件下的洪峰流量   资料来源: 根据参考文献[11]整理

该规划实施以后,伍德兰兹社区与周边城市相比在雨洪控制方面取得了良好效果,在之后的几次强降雨过程中都免于洪水的侵袭。表 3是1979—2001年间伍德兰兹社区及其周边地区洪水灾害情况。

表 3（Table 3）

表 3 伍德兰兹社区及其周边地区洪水受灾情况 年份 休斯敦 橡树岭北 木材岭 伍德兰兹社区 1979 洪水淹没 无洪水淹没 1987 洪水淹没 洪水淹没 无洪水淹没 1994 洪水淹没 无洪水淹没 2001 洪水淹没   资料来源: 根据参考文献[12, 13]整理

表 3 伍德兰兹社区及其周边地区洪水受灾情况

1997年后,伍德兰兹社区产权易主,其后续发展没有延续麦克哈格的生态理念。建设速度进一步加快,原规划中应受到保护的森林和高渗透性土壤发展为商业和住宅用地。在之后的几次极端暴雨事件中,伍德兰兹社区新开发的部分遭受洪水重创,尤其以2000年和2008年的两次飓风暴雨较为严重。相比之下,早期遵循麦克哈格开发理念的部分则处在暴雨淹没范围之外,这充分表明了麦克哈格规划理念在调节雨洪方面的显著效果。

规划设计本身在一些方面存在不足。首先,研究数据的准确性不够理想。由于地形数据的错误,规划设计会影响径流的迁移。其次,部分设计师受到市场导向思维的影响,对生态规划重视程度不够。此外,麦克哈格的规划理论针对具体问题的解决方案有其局限性,比如说麦克哈格仅仅提到了在地势较高、土壤渗透性好的建筑周围设置缓冲堤坝以减少地表径流的损失,却没有针对地势平缓、土壤渗透性不好的区域提出减小地表径流的具体措施。

美国当时基于市场导向的开发模式,使开发商在长期的环境管理和短期的经济利益发生冲突时选择了经济利益。伍德兰兹社区1997—2003年的产权所有者是传统的市场开发商,是追逐经济利益的企业,对于他们来说,麦克哈格的革新有时候是不现实和过度费力的。他们根据住户的喜好和市场的需要修改了原始的计划,优先考虑加快发展和短期的经济回报。

社会和公众对生态设计的重视程度不够。米切尔的个人投入和投资,住房和城市发展部5 000万的资金保障,以及30年前相对灵活的规划条例都是造就伍德兰兹社区的重要因素。当产权易主之后,这种脱离于美国资本主义环境之外的“世外桃源”很难延续,最终流于平庸。当时公众更看重的是景观的视觉体验而不是生态式的设计。在大部分人的眼中,漂亮的景观就是修剪整齐的灌木丛和干净整洁的人工草坪,而不是开放式水渠旁边粗野的不加修饰的自然植被,这种大众审美喜好阻碍了自然式排水系统的建设和实施。调查表明,大部分住户并不喜欢自己后院中的蓄水池,原因是下过雨之后孩子喜欢在那里玩泥巴^[12],并且水边蚊虫滋生,会对人的正常生活造成影响。

伍德兰兹社区是经过了40年开发的生态规划经典案例,不论是规划方法还是实践过程,都能为我国新城建设提供经验和教训。尤其是通过利用土壤的水文性质来协调开发密度和开发模式的规划策略,为解决我国近年来严重的城市雨洪问题提供了一种可能的方向。这种规划策略对我国新型小城镇规划建设的启示如下。

规划师应掌握科学系统的生态规划方法。首先,设计师在规划和设计之前应进行充足的实地调研。实地调研可以了解当地的土壤类型、地形结构、植被类型和气候条件,这些因素都是影响土地利用和开发强度的关键性因素。其次,要借鉴伍德兰兹社区规划时严密的分析过程,在设计之初从场地特性入手,为实现建立天然排水系统的目标,重点分析与排水相关的植被、土壤等状况。这种目标先行的方法,避免了前期分析与后期设计相脱节。同时,相比国内的大拆大建,伍德兰兹社区经过严密的前期分析再落实到实际建设中,不仅保留了自然的肌理,而且节约了建设成本。再次,制定明确的设计导则,使开发过程具有可重复性。最后在阶段性实践过程中,在保证在不违背法令的前提下,各利益相关方积极反馈与修改总体规划,使方案得到改进与完善,这种根据实施情况对设计反复修改的过程,是概念得以完整落地的保障。

政府应完善相关部门的服务职能,如增设土壤水文性质检测部门。在伍德兰兹社区新城规划中,美国国土部土壤监测局对伍德兰兹社区土壤水文性质检测和分类提供了权威的技术支持。我国也应完善政策法规,为环境友好型开发模式提供政策支持和经济鼓励,明确新城开发的相关法律与政策,例如对地块开发前后的暴雨径流量和外排水量进行严格控制。

加强政府、规划师、开发公司和居民的相互联系,共同规划社区的未来形态。如何在生态理念和公众审美之间找到平衡点是麦克哈格没有考虑的,只有当生态理念深入人心,人们愿意通过切身行动来保护环境时,生态规划才能得到真正意义上的实施。

伍德兰兹社区的规划为美国海滨平原区域提供了一个具有普遍适用意义的应用实例。它为生态设计或者规划提供了一个科学的逻辑框架,使场地分析系统化和规范化。虽然最终的成果质量还要依靠规划师个人的审美能力和创新能力,但是不同的人利用相同的资料进行分析,会得到相同或相似的结果^[1]。通过对伍德兰兹社区基于土壤水文性质的设计及其后续发展过程的分析,可以为解决中国城市雨洪问题提供新的规划建设思路。在我国城市化速度持续偏高,城市雨洪问题不断困扰人们生活的背景之下,我们应该思考转变传统的建设模式,采用生态的规划理念,结合环境美学理论进行城市规划建设,这是一项需要政府、学者、开发商、公众共同努力方能达成的结果。