2020LA先锋奖 | 学科交叉类综合奖：漂浮圩田社区——海平面上升情境下的居住系统弹性设计

应对海平面上升的弹性社区的设想

由于全球变暖的影响，海平面上升呈持续上升趋势。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带来不可估量的社会经济损失。

本设计选取广州南沙区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。

根据IPCC的第五次评估报告（AR5），全球气温持续升高、全球海平面不断上升。基于RCP8.5的情境模拟显示，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。

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。加上居住用地是南沙岛中最主要的建设用地，居住人口以农业人口为主，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}

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。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。

在圩田社区中，由于堤岸高程比圩田高程高，海平面上升时受到的淹没情形不同，不同社区类型受到的损失也不同，因此根据高程及其社区功能将设计场地的居住类型主要分为三大类：堤坝上纯居住系统、堤坝内纯居住型系统和居住公园混合型系统。

^{▲三民岛不同年份情境下三种居住形态的淹没分析}

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。

^{▲ 当海平面上升时，岛上的能源电力系统将受淹遭到破坏}

^{▲居住在三民岛的居民以低收入的农民为主，为了生存选择迁居带来的经济成本更高}

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。

^{▲“漂浮圩田社区”设计理念提出}

设计策略总体分为3个阶段：引入水网-瓦解堤坝-稳定生态。

▼ 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。

▼ 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。

▼ 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。

^{▲设计策略总体分为3个阶段}

在漂浮结构上，房屋底部界面采用浮力强的橡胶和塑料。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。

^{▲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}

^{▲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}

▼ 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。

▼ “光渔”养殖结构

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。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。

^{▲“光渔”系统的建立对提高海岸生态恢复力有极大的帮助}

▼牡蛎礁结构

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，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。

^{▲牡蛎礁有利于护滩促淤，有效加强应对气候变化的海岸线弹性}

▼漂浮农业

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。

^{▲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、保护岛上粮食安全}