漂浮圩田社区——海平面上升情境下的居住系统弹性设计

综合奖

学科交叉类

作品编码:LAF086 参赛作者:黄楚仪 指导老师:陈崇贤 夏宇

所在学校:华南农业大学

作品描述

简要描述:

由于全球变暖的影响,海平面上升呈持续上升趋势,沿海低地区域受风暴潮加剧的影响不断增大,海平面变化的同时也不断影响珠江三角洲地区。珠三角区域作为中国乃至东南亚地区经济最繁荣、城市化程度最高的区域之一,却面临海平面上升威胁,同时也是风暴潮高发区域,一旦发生严重的海洋灾害将会给发达的珠江三角洲地区带来不可估量的社会经济损失。

南沙区作为广州市“南拓”计划和粤港澳大湾区建设的核心,是广州市未来2030-2100年间收到海平面上升淹没威胁最大的区域之一。南沙区万顷沙镇的圩田居民是南沙区的土著居民,以捕鱼和农耕为生,悠久的居住历史使他们维系起特有的社会和经济关系网。作为低收入人口,通过搬迁来降低沿海灾害带来的侵扰反而破坏了维系他们生存的关系网络,高昂的搬迁成本使他们更加无力抵御气候变化带来的冲击。

本设计选取万顷沙镇的三民岛作为沿海居住系统的典型区域,尝试在保留原有居住系统的活动和使用需求的基础上将整体的居住系统向漂浮居住系统的方向转变,同时将当地居民赖以生存的旱地农业和捕鱼业向漂浮农业和光伏水产养殖的方向转变,形成可持续发展的新弹性沿海居住社区模式,以风景园林学科的角度为沿海居住系统的适应性规划与设计提供借鉴。

详细描述:

1.研究目的与意义
1.1海平面上升背景分析

根据IPCC的第五次评估报告(AR5),全球气温持续升高,1901-2010 年间,海平面上升了 0.17-0.21m,上升平均速率 1.5-1.9mm/yr,1993-2010年海平面平均上升速率为2.8-3.6mm/yr。[1] 且在这之后全球SLR仍大可能呈上升趋势。许多研究也表明,随着海平面上升,沿海低地区域受灾风险将会不断加大,包括海岸侵蚀、低地淹没、风暴潮加剧等。[2]

据《2017 年中国海平面公报》显示,1980 年至 2017 年中国沿海海平面上升速率为 3.3mm/a,高于同期全球平均水平;2017年中国沿海海平面为 1980 年以来的第四高位。[3]基于RCP8.5的情境模拟显示,至2030年,珠江口海平面相对于2020年上升约0.18米,叠加200年一遇风暴潮的影响后洪水高度可达3.3米;至2050年,珠江口海平面相对于2020年上升约0.4米,叠加200年一遇风暴潮的影响后洪水高度可达3.5米;至2100年,珠江口海平面相对于2020年上升约1.13米,叠加200年一遇风暴潮的影响后洪水高度可达4.2米。由得到的淹没地图可知,位于广州市南部海岸的南沙区是受到淹没最为严重的区域。

2.区位分析

广州地处北回归线以南的亚热带沿海区域,属海洋性亚热带季风气候,气候以温暖多雨、光热充足、夏季长、霜期短为特征,为大量动植物的生长提供优良的自然气候条件。然而,广州受热带气旋和风暴潮灾害影响严重,其发生频率高,突发性强,危害性大等特征往往在广州造成较为严重的生命和财产损失。截止2018年,广州市常住人口达到1490.44 万人[4]。广州市作为粤港澳大湾区的城市之一、经济发达,这意味着未来城市将会吸引更多人口在广州定居,且南沙岛作为广州“南拓”战略、在未来会吸引更多居住人口。至2100年,广州市居住系统淹没面积达到3957.4公顷,其中由于淹没所导致的经济损失达98,398,184,000人民币,因此提出海平面上升叠加风暴潮情境下的适应策略对广州市居住系统规划、降低因海平面上升带来的城市经济损失具有重要的意义。

居住用地是南沙岛中最主要的建设用地,其居住人口以农业人口为主。作为在未来2030-2100年淹没范围影响大的万顷沙镇,其经济收入水平低、灾害恢复力低,对该地区的居住系统进行弹性恢复能为广州市沿海居住系统的弹性规划提供重要的参考价值。

本设计选取广州市南沙区万顷沙镇的三民岛作为设计研究对象。

2.1自然空间形态分析

圩田指在河湖沼泽等低洼地区人工筑堤形成的农田,在我国南方地区分布较为广泛,在南沙较为典型。对冲积地的农业围垦逐渐形成“基塘文化”,是珠三角文化的重要组成部分,尤其在珠江口地区[5]。在当下快速城市化的进程中,珠三角的圩田面积已不到盛期的1%,保留圩田结构及其衍生的圩田文化对保护传统的珠三角文化景观有重要的意义。

三民岛内目前以旱田农业为主,耕作种类包括香蕉、水稻等,兼有少量鱼塘。鱼塘地势低洼,水面与海平面几近持平,灌溉渠道遍布全岛与外界海水联通,淹没风险较大。三民岛沿海区域均为高于海平面 2m 的堤围所保护,外缘有少量红树林充当防洪堤的作用,现状水域及水利设施主要以鱼塘、堤围、灌溉用水渠及水闸的形式存在,在日常正常潮水涨落的情况下可满足农田保护的需求。但近年来风暴潮的强度越来越大、海水入侵的频率越来越多,当前水利设施难以在未来保护耕地免受海浪的侵袭。

2.2居住形态分析

三民岛水网纵横,河流对当地居民的生产、生活以及居住影响很大。民居作为三民岛肌理中最基本的元素和细胞,其布局形式河道和街巷是密切相关的。三民岛的居住建筑依附自然地形条件傍水而居的特点显著,沿河涌两侧呈带形自然衍生发展。建筑沿水而筑,与水关系密切,丰富的滨水平面使得居住空间呈现开放、丰富的交往空间体系和丰富多变的空间形态。[5] 岛屿依靠河涌、水网与外围的珠江形成一个完善的水系网络,具有很强的滞洪排涝灌溉功能。河涌水位通过河涌两端闸门与伶仃洋连接,水位高度受珠江入海口水域潮汐涨落变化影响,堤坝内部土地多低于河涌常水位。根据 2020 年的场地实地调研的高程测量以及中国海事服务网潮汐表(南沙水牛头查询)数据可得,河涌堤岸平均高度约高于 2020年平均海平面高度的常水位情景 1100mm,涨潮高水位约为 700mm。

根据海平面上升高度情景计算公式以及每日的涨落潮情景,至2100年,三民岛社区的堤坝顶部最多会被海水淹没600mm,依附于地表的排水管道等基础设施将无法正常工作,居住用地和生产用地受到极大破坏。

2.2.1场地类型剖析

i. 堤坝上纯居住型系统

堤坝上的住宅系统综合包括了住宅类型中的独栋住宅、庭院住宅以及水上棚屋,该系统综合了居住、租赁、码头、个体零售以及小量的种植生产功能,在当地的农业经济体系中还兼具了一部分的简易二次加工场地功能,由居住生活所产生的废弃物与市政垃圾收集处理体系对接,而生活污水和收集的地表径流则由地表或排污管道不加进一步处理直接排入河涌中,该社区系统整体立于相对较高的堤坝上,在海平面上升的过程中受到的淹没深度相对较低。

2030年淹没情景:

海平面上升180mm常水位,住房建筑不受影响。

海平面上升180mm高水位,形成约880mm增水,住房建筑未受影响,河涌与水闸的排水、蓄洪功能正常运作。

海平面上升180mm情境下叠加200年一遇风暴潮,形成约1060mm增水,建筑首层受水淹影响,一层零售商铺遭遇损失。

2050 年淹没情景:

海平面上升400mm常水位,住房建筑不受影响。

海平面上升400mm高水位,形成约 1100mm 增水,住房建筑未受影响,但水位与堤岸相持平、河涌排水功能失效。

海平面上升 400mm 情景下 200 年一遇风暴潮,形成约3900mm 增水,损失整个首层商业服务空间,二层即将受损,损失现有船坞。

2100 年淹没情景:

海平面上升 1130mm 情景下低水位,住房建筑不受影响。

海平面上升 1130mm 情景下高水位,1830mm 增水,淹没住宅首层商业服务空间一半,损失现有固定船坞,损失出入建筑的地面交通。

海平面上升1130mm情景下叠加200年一遇风暴潮,5330mm增水,增水高度达到二层,损失现有全部船坞,损失出入住宅建筑空间的地面交通。

ii. 堤坝内纯居住型系统

受到堤坝保护的内部住宅系统包括了独栋的住宅以及具备私家种植或养殖土地的居住,独栋住宅包括了自宅地以及集体居住的底层住宅房屋,面临机动车交通道的底层多具备零售功能。海平面上升过程中,失去了堤坝保护的内部土地将会在开始淹没的初期直接面临高达 1000-2000mm 的深度淹没,住宅的首层以及表面土地全部丧失,建筑的废弃物排泄清理也将由于水位的上涨而滞留于地表。

2030年淹没情景:

海平面上升180mm常水位,住房建筑不受影响。

海平面上升180mm高水位,形成约880mm增水,住房建筑未受影响,河涌与水闸的排水、蓄洪功能正常运作。

海平面上升180mm情境下叠加200年一遇风暴潮,形成约1060mm增水,低层仓储和内陆的种植土地受到轻微损失。

2050 年淹没情景:

海平面上升 400mm 情景下低水位,整体干燥

海平面上升 400mm 情景下高水位,约 1100mm 增水,淹没一层部分,水难退。

海平面上升 400mm 情景下 200 年风暴潮,3900mm 增水,损失底层仓储和二层居住,内部的种植土地被上涨的海水淹没、造成损失。

2100 年淹没情景:

海平面上升 1130mm 情景下低水位,整体干燥。

海平面上升 1130mm 情景下高水位形成约 1830mm 增水,淹没底层全部,二层浅水淹没。

海平面上升1130mm情景下200年一遇风暴潮,5330mm增水,二层损失掉,开始影响三层,种植土地全部损失。

iii. 居住公园混合型系统

居住与公园混合系统由公园、运动场、宅间小广场组成。人的活动包括体育运动等,要求场地表面保持干燥,在海平面上升过程中,预计约 2050 年起,河涌水位会因潮汐变化而周期性浸没堤坝上的公园系统,堤坝内部公园系统将受到深度淹没,系统无法继续运作。

2.3能源使用现状分析

目前三民岛能源消耗体主要为村落和农田两种类型。村落的能源主要使用构成则以电力、煤气、天然气和液化石油气为主,兼有少量沼气和太阳能等的使用。以三民岛上常住人口4.2万及人均电能使用量 6000kWh 作为数据来源计算,三民岛每年需消耗252,000,000kwh的电能。

社区内的天然气、煤气和沼气池主要分布在居住社区的地表。至2050年海平面上升400mm的高水位时,建筑一层全部淹没,电力系统遭到损坏且灾后恢复能力差、难以在短期内为居民供电。

3.设计研究内容
3.1场地主要问题

由于气候变暖的影响,风暴潮的强度逐年增大,三民岛居民的居住房屋难以适应逐年上升的海水水位;随着海平面上升带来的海水入侵的频率逐年增多,耕作土壤盐度上升,海浪侵袭对南沙区居民农业生产的影响越来越大;出于为渔业的可持续发展,广州市政府对当地渔民实施禁渔令,加之海岸风暴潮维持的时间越来越长,农民的休渔期时间跨度也越来越长,导致农民休耕期的渔业收入减少,海平面叠加风暴潮给当地居民的农渔经济的负面影响不可估量;尽管当地水闸尚能完成挡潮防洪的功能,但当地居民反映近年来水闸关闸的次数越来越多,加之当地电能设施过于老旧、未来的海浪侵袭容易损坏当地的电力设施对居民造成不便,因此需要考虑三民岛居住区基础设施在未来海平面上升叠加风暴潮的情景下的适应与改造。

3.2设计概念:漂浮的圩田社区

由于海平面上升和潮汐波动的影响,现有的圩田人居系统会受到逐渐频繁和强烈的海洋灾害冲击。为了能将传统的圩田景观永续并且能让当地居民长久安定地生活下去,本设计结合2030年、2050年、2100年三个年份的淹没场景,提出“引水入田”的主要策略,将风暴潮带来的威胁转变为资源,将传统的撤退策略转换为适应策略,建立海上漂浮光伏设施驱动下的漂浮圩田社区,对社区的生产和居住功能进行自适应的更新。

对于经济收入低的居民本身而言,为了生存而选择迁居给自身带来的经济成本会更高。首先,从居住模式上看,当地的居住形式从顺常年风向到高架再到漂浮形式的转变,给当地居民带来居住安定的保障同时也降低了迁移成本。其次,从经济收入看,过去居民赖以为生的“看天吃饭”的农业种植和出海打渔所带来的经济收入极不稳定,而漂浮农业上种植的海水蔬菜在医疗保健、油料应用、饲料应用等方面大有前景且抗盐碱能力强[6],能为农民提供更多样性的经济收入;光伏设施下进行水产养殖能降低渔民在风暴潮来临时的经济脆弱性。再者,海洋中蕴含着丰富的光伏能,海洋环境下太阳光照强度大,在海洋表面进行光伏能的利用能够节省土地使用面积,海洋漂浮式光伏发电装置相比原有的天然气发电等提高了在海平面上升情景下的应灾供电能力。

3.3设计效益与展望

经济效益:通过在原有的圩田上种植漂浮海洋蔬菜和进行水产养殖(如牡蛎、海带等),当地居民的经济收入来源降低了对气候的依赖,在全年期皆有农耕收获,农渔产品从粮食为主到经济作物与粮食并举,实现当地经济产值上的大幅提高。

社会文化效益:原有的单独房屋单位向模块化发展,房屋基础设施为居民的公共活动提供灵活性,低层为居民提供亲水空间和贸易空间,中层为居民提供社交空间,顶层提供生产空间如晒鱼活动等。新的社区结构保留了村落里原有的“熟人社会”文化,即便是应对海洋灾害村民也拥有自治权,保存了居住社区原有的活力。

生态效益:在2050年,通过人工结构建立贝壳礁形成防波堤,起到了减少风暴影响和净化水源的作用,礁石之间为幼鱼提供觅食和掩蔽场所。而其他一些钟爱底泥的生物(如厚蛤)则可以在防波堤背风处松软的沉积物中生长繁殖。在2100年,被淹没的圩田铺设漂浮光伏设施,光伏能在海洋的应用创新性地顺应和缓解了未来的能源危机问题,降低了原本以火力发电为主的碳排放。

综上所述,在保留原有圩田基础上建设的漂浮社区能够适应海平面叠加风暴潮对社区结构带来的影响,三民岛居民原有的生产、居住、贸易模式将在创造新的生态、经济、社会价值的基础上得以提高和转变,形成可持续能源支持下的弹性居住景观。

目前三民岛能源消耗体主要为村落和农田两种类型。村落的能源主要使用构成则以电力、煤气、天然气和液化石油气为主,兼有少量沼气和太阳能等的使用。以三民岛上常住人口4.2万及人均电能使用量 6000kWh 作为数据来源计算,三民岛每年需消耗252,000,000kwh的电能。

目前三民岛能源消耗体主要为村落和农田两种类型。村落的能源主要使用构成则以电力、煤气、天然气和液化石油气为主,兼有少量沼气和太阳能等的使用。以三民岛上常住人口4.2万及人均电能使用量 6000kWh 作为数据来源计算,三民岛每年需消耗252,000,000kwh的电能。

目前三民岛能源消耗体主要为村落和农田两种类型。村落的能源主要使用构成则以电力、煤气、天然气和液化石油气为主,兼有少量沼气和太阳能等的使用。以三民岛上常住人口4.2万及人均电能使用量 6000kWh 作为数据来源计算,三民岛每年需消耗252,000,000kwh的电能。

目前三民岛能源消耗体主要为村落和农田两种类型。村落的能源主要使用构成则以电力、煤气、天然气和液化石油气为主,兼有少量沼气和太阳能等的使用。以三民岛上常住人口4.2万及人均电能使用量 6000kWh 作为数据来源计算,三民岛每年需消耗252,000,000kwh的电能。

4.设计策略与演变序列

设计策略总体分为3个阶段:引入水网-瓦解堤坝-稳定生态。

4.1第一阶段(2030年)

打通东南-西北向水网,拓宽部分主要水路,以便引导地表径流。由于风暴潮多沿着东南季风向西北侵袭,三民岛原有的东北-西南向的建筑排布受热带风暴的影响最大,因此居民建筑逐渐沿东南-西北向的水网迁移并沿河分布,建立首层架空的建筑。

4.2第二阶段(2050年)

海水水位逐渐上升,当前的河网密度已不能满足三民岛疏浚、排水的功能。在本阶段。逐渐打破岛屿外围的堤坝,引水入岛,用拆除堤坝的原材料改为多孔结构的基础设施,促进贝类吸附生长,原有的旱田生产实现向贝类经济的转变。经济上的振兴与滩涂生态相辅相成。 当海水入侵使得原有的淡水河道盐度逐渐增强,淡水开始难以获得,为了改善当前居民区和农业的淡水需求,房屋屋顶建设雨水收集系统,为居民的生活用水和农业用水提供淡水。

4.3第三阶段(2100年)

海水水位进一步上升,高架房屋已不能适应当前的水位,岛上的旱田农业也因为侵袭频率越来越大的风暴潮无法永续发展。在这一阶段,引入更多的水入田,原有的农田改建成光伏场为岛屿提供电力,而光伏场与渔业兼并发展,生态效益与经济效益兼并发挥。居住房屋在原有的基础上改造成漂浮的房屋,剩余的部分农业区往海水蔬菜农业和渔业方向发展,为岛上的居民提供复合的经济效益。

5.居住系统策略
5.1建筑结构设计

海水中含有大量镁盐、硫酸盐、氯盐等成分,这些成分对钢筋有着较强腐蚀性,影响钢筋混凝土的耐久性。因此,在性能上海上漂浮建筑要注重的是防海洋腐蚀、防风化、防锈、防潮、保温等性能。

在漂浮结构上,房屋底部界面采用浮力强的橡胶和塑料,塑料的耐水侵蚀比较强,因此在海上漂浮建筑的底界面使用塑料浮箱和浮筒是个好方法。聚乙烯塑料不会发生电化学腐蚀,在设计中可在高厚度中加入点焊优质低碳丝网等特殊工艺来加强房屋底界面的强度以保证房屋在满足抗腐蚀下住宅的安全稳固。底部使用固定桩稳定于沙床。对于海上漂浮建筑的地面铺装材料,可采用木塑复合材料,轻便且防腐蚀。在氯离子含量大的土壤内或水中,混凝土工程的基座、基桩、桥墩等,都可能遭受氯离子侵害。因此在建筑外部需要砌筑或浇筑一层泡沫混凝土保护层,由于泡沫混凝土不透水,氯离子就不会由水携带侵蚀混凝土。另外,碳钢衬聚乙烯复合管和玻璃钢对漂浮建筑的引排水管道等材料使用上也具有实际意义,这种材料具有高防滑度,以减少海洋生物对管道的附着避免管道堵塞。海上漂浮建筑作为一种长久居住模式必定要解决海洋生物附着及对材料破坏问题。目前我国在对抗海洋生物附着方而发明了辣素防污漆,即从天然辣椒中提取辣素并与有机黏土复合用于涂料中。

在建筑污水处理设计上,为节约引入淡水,除水处理系统和屋顶雨水收集外,海水冲厕也会节约大量淡水。粪便污水处理采用海上化粪池,化粪池漂浮于海上并缆接于建筑的卫生间旁边,污水处理使用缺氧生物反应技术工艺和沉淀技术工艺,总共经过化粪池预处理、生物处理(厌氧水解反应池)、后处理(沉淀池)三道工序才可处理成中水排入海中。

5.2分阶段设计
5.2.1第一阶段(2030年)-高架迁移

至2030年,海平面上升 180mm 情景下 200 年一遇风暴潮,形成约1060mm 增水。尽管此时海平面上升幅度不高,但为了减少新建建筑受到上升海水水位的侵袭,因此居住首层架空至建筑标准层高3米,并使用楼梯进行低层与高层的连接。拓宽主要水路过程中挖掘的淤泥用于加高主要道路堤坝,减缓堤坝内部种植土地受淹的的速度。

为降低建筑面临风暴潮的影响,建筑以2-3层的低矮建筑为主。原有居住建筑有以下组合:屋顶带庭院单栋住宅、零售贸易与居住结合住宅、公共活动空间建筑。其中,零售贸易与居住结合住宅低层对外进行零售贸易,高层作为房屋主人居住使用。公共活动空间建筑包括社区活动中心、棋牌室、社区影院、学校、社区医院等。

在建筑面向河涌的一侧构建船坞,船坞板块连结形成栈道作为社区内的步行交通路径,与居住建筑连接。

5.2.2第二阶段(2050年)-漂浮框架

至2050年,海平面上升400mm 情景下 200 年一遇风暴潮,形成约3900mm 增水。尽管海平面上升400mm高水位情景下居住建筑未受影响,但随着未来气候变暖加剧,发生200年一遇风暴潮的频率也将会越来越多,一旦发生一次将会让居民遭遇不可磨灭的经济损失。当前的建筑无法继续提高架空高度,因此要向漂浮住宅方向转变,需建立浮体结构,对建筑进行渐进性改造的过程,即:靠近岛屿外缘的建筑最先向漂浮结构改造,岛屿中间的建筑为最后批次改造。

漂浮结构由固定于地面的3.5米的橡胶护舷桩和浮动平台组成。海水水位上涨时,护舷桩与浮动平台下的橡胶挡泥板相脱离,浮动平台绑定支撑桩随潮汐上下浮动而不脱离原位,浮动平台底下的浮子通过吃水以稳定重心;当海水水位下降时,护舷桩与浮动平台下的橡胶挡泥板相固定,漂浮结构还原为高架结构。为了让浮动平台有较大的浮动空间,绑定浮动平台的支撑桩高度需在6米或以上,以对抗未来不断加剧的海岸风暴潮。

原有的河道无法满足现有的泄洪需求,因此将部分圩田开挖成蓄洪鱼塘,取消现有的部分水闸,引水入田。岛屿外围的堤坝被瓦解,转而用原有废旧建筑材料的混凝土改造成的多孔设施堆砌成防波堤,防波堤上养殖牡蛎吸附在礁石上。由于牡蛎礁减缓海浪能量的作用,每一次穿过礁石的海浪将会在礁石后方的蓄洪鱼塘形成沉淀的沉积物,微粒沉积带来丰富的食物供应,使牡蛎礁成为多种幼年鱼类、甲壳类动物和其他生物的理想家园,为鱼塘下一阶段的水产养殖做准备。

5.2.3第三阶段(2100年)-形成生态

至2100年,海平面上升1130mm情景下200年一遇风暴潮,形成大约5330mm增水。越来越多的圩田被淹没,即便是高水位情境下形成1830mm 增水,现有的农田也将被淹没。为适应更高水位的海平面上升,大部分圩田采取“引水入田”的方式,由原有的旱地农田向漂浮农田转换,靠近入海口的圩田向光伏渔业转换。 漂浮房屋逐渐稳定形成漂浮型居住社区。随着水位上升逐渐淹没堤上道路,陆地行走和休憩空间逐渐损失,更多公共空间转移至漂浮平台上,漂浮平台彼此之间用漂浮道路进行连接,距离更远的社区居民将以船作为主要交通工具。在2100年,一个漂浮平台可以看作一个社区单元,一个社区单元将容纳住宅、零售贸易、公共活动中心三种建筑类型,在部分活动空间大的社区单元将建设小型绿地作为社区休憩公园。

当更多的水路用于开挖蓄洪时,意味着河道中原有的淡水在水位上升时更容易与海水综合,原本河道中的水盐度将不断增高。因此建筑原一层庭院应迁移至建筑顶层,增设净水过滤管道,雨季利用屋顶植物收集和净化雨水,在少雨季节提供农业浇灌用水。

6.生产与能源系统
6.1光伏系统

至2100年,大部分圩田被光伏系统所取代。理论上,广州市年总辐射量自东南向西北递减,一般变化在4400~5000MJ/㎡/年,按5000 MJ/㎡/年计算,项目使用250W组件(组件尺寸1650*992mm),系统效率按80%计算。其中,一块235MW的多晶电池板面积1.65*0.992=1.6368㎡,1MW需要1000000/235=4255.32块电池,电池板总面积1.6368*4255.32=6965㎡。以组件面积法计算,1MW光伏站发电量为1.65*0.992*4255*5000*0.28*0.154*0.8≈1,201,251kwh。若要满足三民岛上252,000,000kwh/年的电量需求,则至少需要1,462,970㎡的土地进行发电。

通过前期的计算和太阳辐射分析,海上漂浮光伏板将主要分布在太阳辐射强的靠近岛屿外围区域分布,以发挥光伏电站的最大性能和效益。

6.2牡蛎礁结构

围垦工程是人类获取土地资源的直接和有效途径,三民岛80%以上的土地以围垦的圩田和水产养殖为主,但湿地围垦对底栖动物群落结构的干扰是非常明显的[7]。底栖生物在水体净化、营养循环、下行效应、栖息地作用、海产品供给等方面具有巨大的生态服务价值[8]。根据相关研究,在重新建立与自然水系的连通关系可以使围垦潮滩内的大型底栖动物群落逐渐恢复[9]。

由于三民岛缺乏天然海堤的防护,设计借鉴了牡蛎礁作为天然的海岸带防护工程所具有的消减波浪能、抵御风暴灾害、护滩促淤的功能,将原有的混凝土堤坝拆毁以引水入田、成为潮间带,混凝土结构重新加工成具有多孔结构的牡蛎吸附结构,当海水穿过混凝土多孔结构时,密度不一的泥沙会因为孔度大小不一的空隙重新被自动分类,淤积在不同距离,不同习性的底栖生物则会密度大小不同的泥沙上繁衍、形成新的生物聚落,如盐沼湿地的不断形成。在生产上,多孔牡蛎礁结构除了提高牡蛎的产量外,还可作为人工鱼礁为小鱼或鱼卵提供避敌所。另外,牡蛎礁会随着海平面上升而向上方生长、繁殖,有效地加强应对气候变化的海岸线弹性。

6.3“光渔”养殖结构

光伏设施下的养殖系统可看作小型海洋牧场,其养殖结构主要包括漂浮型网箱海鱼养殖、堤坝牡蛎礁养殖和网箱牡蛎养殖、漂浮型网箱海带养殖、漂浮型翡翠贻贝养殖及漂浮型海虾养殖笼。

由于三民岛地处的南海海域具有上升流、陆地边界流及淡水的季节性大量输入等特征,来自深海的有机物通过上升流的携带,对渔场的建立具有更高的初级生产力。而且近岸水质清澈,透明度高,海底藻类资源非常丰富,可适当增加贝类的增养殖,尤其是扇贝、各种珍珠贝类等当地常见经济品种。另一方面,通过投放人工鱼礁和种植大型海草床等方式,重建海底生物栖息地,贝类和海草养殖通过收获能够从渔业区取出大量的碳,光伏渔业在优秀的固碳能力上也促进了低碳经济的发展,即牡蛎礁幼体完成固着后,需不断利用水体中的 HCO3-和 Ca2+促进牡蛎壳的生长,通过钙化作用完成碳的封存;另外,牡蛎礁的生物泵功能有助于加速生物沉积过程,将水体中的颗粒有机物以假粪的形式输送到沉积物表面,同时将部分有机和无机碳固定在沉积物中[10]。

通过分解原有围垦的农田引水入田,这种重新建立与自然水系连通关系的方式可以使围垦潮滩内的大型底栖动物群落逐渐恢复,主要表现为牡蛎礁为底栖动物的生存提供避难所、养殖网箱内鱼虾的排泄物为底栖动物提供有机物。总之,“光渔”系统的建立对提高海岸生态恢复力有极大的帮助。

6.4漂浮农业

尽管可以考虑海水淡化种植蔬菜,但是浮动光电农场主要缺点是成本[11],特别是在风暴潮来临的情景下淡水蔬菜同样容易因为海洋灾害的发生而导致减产的结果。为了保障农业的可持续发展和粮食安全,在此提出海水蔬菜的概念:海水蔬菜即可用海水或稀释海水直接绕灌或者在滩涂盐碱地上能直接种植的蔬菜,包括一些可供食用的盐生植物以及具备一定耐盐能力的普通蔬菜。经过筛选,可应用于三民岛的海水蔬菜主要有冰菜、碱蓬、甘蓝、白菜、甜菜、蒲公英、毕氏海蓬子、芦荟等[6]。

根据传统的活动周期,岛上的农民一般春天开始耕田,播种,夏天收割一季水稻、紧接着开始插秧第二季水稻,在秋天进行收获,冬天休息;渔民则在每年的5-8月进行休渔。而现有的漂浮农业与水产养殖的结合模式使当地居民在一年四季皆有收成。漂浮农业借鉴孟加拉国一些受洪水侵扰的地区所使用的漂浮农业结构[12],利用现有的水葫芦和其他水生杂草(如藻类、水莴苣、浮萍等),铺成长方形的浮床,将水葫芦按8-10天的时间间隔分为2-4层堆叠在水面上,最后在首层堆肥种植蔬菜。运用浮动农业种植系统能够抵御气候变化带来的海水侵袭灾害,对三民岛的粮食安全和维持居民的生计均有很大的贡献。

参考文献

[1]王宝强,杨飞,王振波. 海平面上升对生态系统服务价值的影响及适应措施[J].生态学报, 2015,35(24):7998-8008.

[2]陈崇贤,杨潇豪,夏宇.基于海平面影响湿地模型的海平面上升影响海岸湿地景观研究[J]. 2019,26(09):75-82.

[3]中华人民共和国自然资源部.2017年中国海平面公报 [EB/OL].[2018-04-23].

[4]广州统计信息网.广州市2018年土地面积与人口密度[EB/OL].210.72.4.52/gzStat1/chaxun/ndsj.jsp, 2018-11-02.

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[6]徐微风.冰菜对海水倒灌田生态修复以及海水斜坡植物特性变化研究[D].海南:海南大学,2018.

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[8] Costanza R, D’arge R, Groot R D, et al. The value of the world’s ecosystem services and the natural capital[J]. Ecological Economics, 1997, 387(15):253-260.

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[10]杨心愿.祥云湾海洋牧场人工牡蛎礁群落特征及其生态效应[D].北京.中国科学院大学,2019.

[11] Khaled Moustafa. Toward future photovoltaic-based agriculture in sea[J]. Trends in Biotechnology, 2016, 34(4): 257-259.

[12] Ministry of Agriculture People’s Republic of Bangladesh. Floating Garden Agricultural Practices in Bangladesh-- A Proposal for Globally Important Agricultural Heritage Systems (GIAHS)[R]. Globally Important Agricultural Heritage Systems,2015.


推荐意见1:
该作品针对气候变化,海平面上升做了很好的研究,并对实际项目从产业,生态,建筑等方面提出了有效的应对措施。

——2020LA先锋奖评审人评语 / 李建伟 ,东方易地景观设计院 首席设计师

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