面积为数十平方公里,以非字形河道生态系统为轴,两侧为平地,边缘为坡地.降雨汇流过程概括为:雨水+上游河口+其它河道—地表径流—河道—下游河口=流出^[4].

小流域型城镇占河谷川道小城镇比例少,它以黄河二三级支流以下分水岭和下游河道出口断面为自然地理范围,河道断面为V型,坡陡河道狭窄,自然生态系统占据小流域主要面积,受高强度降雨影响大,人居点规模有限,因此需退耕还林还草,控制小流域人口密度,规模过小的小流域需进行生态移民.

黄河主次支流河谷川道小城镇地貌剖面为U型,城镇人口相对集中,面积大,居住环境及农田灌溉条件好,因此应协调自然生态与人居建设之间关系,控制城镇沿主河道的填充式发展,在小支沟适当引入生态窑居单元,采用带状串珠式交叉布置建设用地与农田林地.河道、梁峁顶及陡坡面为生态敏感区.

因此,建立自上而下的梁峁顶,梁峁坡面,沟坡林草及沟道防护体系,控制城镇建设密度,促进绿楔向人工环境的渗透,加强生态斑块及廊道建设,突出景观异质性和多样性,对修复镇域水生态,保障水安全,改善水环境具有重要作用^[5].

小城镇镇区面积约为1.5～2.8 km²,雨水控制利用设施由低影响开发雨水系统,农田灌排系统构成,末端与镇区雨水管渠系统和超标雨水径流系统衔接.

通过恢复镇区内自然汇水廊道及坑塘湿地,构建以生态廊道为核心的镇区绿色基础设施.结合建设用地内低影响开发雨水系统应对中小型降雨,强化林网水系生态连通性,设施与镇区截留式合流制雨水管渠共同组织径流排放,最后流入污水处理厂^[6],水体净化后排入河道.当雨量超过主干管输水能力时,则通过溢流井汇入末端低洼处的湿塘进行净化后再排入河道,能够有效减少河道污染.

小城镇农田灌排系统中干渠,支渠,斗渠,农渠构成了一层层的农田集水单元,每块农田集水单元的超标径流溢流进入农沟,农沟汇流入支沟,支沟汇流入干沟^[7],干沟水体为农田污染水体,经人工湿地净化后再入坑塘储存,最后回灌入农田,而多余水量则排至河道(图1).镇区上部农田灌排系统能够截留并利用坡面雨水,消减来自上部的径流量,而镇区下部农田承载镇区超标径流,分担雨水管渠排放压力.

图1 小城镇农田灌排系统分析
Fig.1 Analysis of irrigation and drainage system in small towns

根据陕北河谷川道小城镇镇区绿色基础设施各斑块和廊道的功能侧重,景观归纳为三类廊道和斑块.

镇区一级廊道为河流型廊道,因河道流量大,行洪要求高,现状多采用直立式刚性驳岸,通过结合周边用地对河流廊道进行改造,单侧最窄宽度控制在30 m,从而有效过滤污染物,净化地表径流^[9].大致为A1,A2,A3三种类型(表1).A1型保留刚性驳岸基础,驳岸顶部利用柔性生态袋铺垫坡面,保持水土,形成永久性高稳定自然边坡; A2型为阶梯式驳岸,借鉴陕北传统造田集雨经验中梯田的设计理念,分层分段布置挡墙,与种植池和游憩步道结合,滞蓄净化地表径流,满足居民游憩亲水; A3型驳岸针对陕北中下游河道局部“地上河”的情况,传统引黄淤灌,沉淀泥沙的方式能够韧性应对水位暴涨带来的问题,镇区通过局部构筑土坡,抬高岸线高程,坡内设净水坑塘沉淀泥沙后引灌入农田.

表1 河流廊道类型及图示表
Tab.1 Types and diagrams of river corridor

二级廊道主要包括镇区通勤廊道和支毛沟生态防护带(表2).镇区通勤廊道多呈单幅路和三幅路,单幅路由机非行车道,人行道构成,大致分为B1,B2,B3三种类型.三幅路由机动车道,机非行车道和人行道组成,大致分为B4,B5两种类型^[10].

B1型为紧邻建筑一侧布置的单幅路,在机非车道一侧或两侧设置排水U型槽,收集的路面径流直接流入城镇雨水管渠系统,人行道采用透水铺装,雨水汇入人行道生态树池,超标雨水溢流入雨水管渠; B2型为两侧紧邻绿地的单幅路,雨水经透水铺装下渗后漫流入生态树池或沿人行道排水槽汇入两侧下沉绿地,超标径流汇入下一级雨水利用设施或溢流入雨水管渠系统; B3型要求路面较宽,两侧人行道绿化带均为植被浅沟,路面径流汇入植被浅沟,浅沟中利用卵石堆堰的方式消减径流流速,超标径流溢流入雨水口^[11].B4型的车行道径流汇入路面隔离带环保雨水口,最后溢流入雨水管渠,而人行道雨水通过铺装下渗并流入生态树池; B5型路面较宽,主要利用道路隔离带设置植被浅沟和生态树池滞蓄,下渗雨水.

支毛沟生态防护带由生态种植带和沟道防护工程构成,主要作用是防止坡面径流造成沟床下切,稳定山坡坡脚.谷坊群设置在坡度大于5%的沟段,谷坊间距,宽度及高度依沟谷地坡度以及防护要求确定,谷坊两侧边坡为植被种植带.

表2 二级廊道类型及图示表
Tab.2 Types and diagrams of secondary corridors

三级廊道包括居住组团间的生活廊道及田间林路.生活廊道分为D1,D2两种类型,通过植被缓冲带,干式植草沟或坑塘来滞蓄坡面径流,超标雨水通过溢流管进入下层蓄水设施.田间道为村庄与农田间道路,沿水利沟渠布局,道路宽度约为3～4 m,分布在道路防护林,经济作物种植带,农田,田埂之中(表3).

镇区斑块包括涝池及湿塘^[12].主要分布在镇区易积水区域,坡底汇水点及沟头防护工程中,通过构筑坑塘及生态堤岸蓄水用水,超标雨水通过溢流竖管排入河道(表4).

表3 生活廊道及田间林路类型及图示表
Tab.3 Types and diagrams of living corridors and field roads

表4 斑块图示表
Tab.4 Diagrams of plaques

居住组团为雨洪控制的微观单元,面积约为5～10 hm²,依据黄土高原小城镇微观居住单元源头控制,分散处理的要求,结合雨水资源化、径流控制及保水护土的雨水控制目标选择雨水调蓄设施类型,尽量就地解决居住组团内部径流,设施面积不足则引入周边场地进行消纳.居住组团各院落基本与等高线平行布置,分布于平坡及缓坡地,可在有高差一侧设置石笼墙,上方道路路面径流通过挡墙顶部豁口流入下部传输型植草沟,当道路径流流量较大时,则宜布置干式植草沟,通过穿孔收集管排出雨水.宅间距离较宽时,宜在道路下部设置滞水型植草沟,超标径流排向下一级雨水调蓄设施或溢流入城镇雨水管渠,当居住组团内部有足够汇水面积则布置净水型下凹绿地,通过垫层净化水体后经穿孔收集管汇入组团间涝池后回用.

延安安塞县化子坪镇是位于黄河一级支流的陕北河谷川道小城镇,根据镇域河流网络提取,为非字型水系形态,河道两侧及自然汇水廊道受到人为破坏,暴雨季节沿河一侧镇区建设用地易内涝.因此,需要对镇区水适应景观展开设计以提高应对暴雨灾害能力.

水适应景观以镇区建设用地及临近的一段河道,部分农田及中陡坡林草种植带为研究范围,控制在几个较为完整的自然汇水分区内.通过镇区坡度坡向分析,河道两侧为平坡(0～3%),建设用地集中在缓坡(3%～10%),少部分建设用地和农田集中在中坡(10%～25%),林地及草地滩涂分布在陡坡(25%～50%).镇区坡向多为南向,靠近河道区域坡向变化较大,汇流情况复杂.镇区雨水经各支沟沟谷汇水流入河道,流向自北向南,河道及两侧一定距离处于易涝区.河道北侧主要分布城镇建设用地,地表硬化严重,多数自然汇水路径被填充或打断,处于坡地的农田因灌排体系设计的不完善,滞蓄雨水能力弱,部分农田超标径流漫入建设用地.中小型降雨时镇区建设用地雨水管渠的快排机制使地表径流直接沿管道排走,在遭遇大暴雨时却因地表径流过大,不能及时排出形成局部内涝,加之河道水位暴涨,使镇区面临内涝及水患的双重问题.

通过ArcGIS对镇区等高线,坡向与用地现状分析基础上,把镇区划分为七个集水分区(图2).化子坪镇镇区按用地性质大致分为六类,分别为草地滩涂、林地、农田菜地、水域、建筑场地及道路用地,运用景观格局指数软件Fragstats,选择对雨水调蓄能力起关键作用的指标,对现状绿 地景观进行定量分析.其中建筑场地斑块所占面积最大,连通度指数最高,形状较规则.林地斑块密度最大,最为破碎,形状最不规则,草地滩涂次之,农田菜地的面积分形维数最低,形状最为规则,聚集度指数最高,斑块更为集中,水域斑块最少,最为分散(表5).因此,镇区需要恢复被建设用地占用的自然汇水路径,避免硬质铺地占据大量面积,扩大建设用地内现存绿地的生态效益,消弱人工边界规整特征,加强外围自然林草地向镇区建设用地渗透,凸显自然边缘柔和曲线; 在现有绿带基础上促进横纵向廊道的连通性,汇水节点位置加大面积; 易涝范围应沿河道退让,沿河道绿廊建设汇水坑塘及植被过滤带,分区域净化镇区面源污染,通过河流廊道设计改善河道污染并强化行洪安全.

图2 镇区叠加分析
Fig.2 Overlay analysis of township

表5 化子坪镇镇区景观格局指数分析
Tab.5 Analysis of Huaziping township landscape pattern index