2019工作室成果分享6——Fishway Landscape
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The era of big infrastructure is over. These sort of top-down, mono-functional, capital-intensive solutions are not going to cut it. We need new tools and new approaches.
——Kate Orff
Fishway Landscape
01 选题背景
2011年9月，美国推出了至今为止最大规模、耗资3.2亿美元的水坝拆除计划，旨在拆除艾尔华河和葛莱恩斯峡谷上的水坝，希望能恢复奥林匹克半岛曾经庞大的鲑鱼种群。而在我国，长江主流及支流的水坝阻碍鲟鱼洄游同样是被长期探讨的问题。随着全球科技发展、新能源的诞生与利用方式的不断探索，水力发电的作用会被不断弱化，水坝存在的必要性也会逐渐消减，拆除水坝可能是未来很多国家将会采取的措施。
长江水坝分布现状及鲟鱼洄游时间路线图
然而，一般采用的爆破拆坝耗费人力物力且产生大量的建筑废物，并且爆破拆坝带来突然的水位变化也容易给下游带来洪水问题。这显然不是水坝问题的最优解。是否能够使用一种低影响的方式改造水坝，使其逐渐功能转型，解决水坝带来的生态问题，甚至逐渐消解、与自然融为一体？这是本项目的研究方向。
02前期研究
长江宜昌段葛洲坝阻碍中华鲟洄游是自建坝以来就一直被探讨的问题，并且一直没有非常有效的解决方式，这也是本项目选择葛洲坝为主要研究对象的原因。目前葛洲坝面临两个主要问题。首先，生态方面，葛洲坝的运行导致鸟类和鱼类的数量急剧下降。中华鲟路线被大坝阻断，它的洄游距离由建坝前的800km缩短为现在的5km，目前只有葛洲坝下游存在两个产卵场。而大坝带来的水位上涨让鸟类的栖息岛屿被淹，导致了鸟群数量的减少。
葛洲坝下产卵场分布及水速变化图
鱼群鸟群数量呈下降趋势
葛洲坝运行过程中带来的生态问题
其次，社会经济方面，三峡大坝的建立削弱了葛洲坝发电的必要性，每年水坝大量的弃水量证明葛洲坝电站不能充分投入运行，产生的部分电能是被浪费的。为了确定水坝的改造区域，我查找了水坝的构成，对各部分结构、功能、运行时间等进行了研究，最终确定将葛洲坝的其中一个电站作为主要的改造点。
葛洲坝组成部分及运行现状
我提出一个策略：打开大坝废弃的电站区域，利用沙洲减缓水流速度，同时沙岛在下游形成鱼道景观，让鱼可以顺利的穿过大坝洄游。为了研究这一策略的可行性和具体实施方式，我查阅了大量关于鱼道德资料并进行了一些列模拟实验。
我们收集了国内外60多个水坝鱼道的数据，以研究传统鱼道的作用条件以探索沙岛-鱼道形式的可行条件。根据资料了解了4种常用的鱼道形式，总结了鱼道的长度、宽度、深度等数据与水流速度之间的对应关系，并计算出了长江鱼群洄游的水速要求，以此来限制和引导后期的设计方案。
鱼道限制水速条件研究
03 模拟实验
项目进行了三个模拟实验研究。首先，我们做了一个物理实验，探索大坝开洞后下游会产生什么样的沙洲形态，以及沙洲的形成过程。为了了解沙岛形成的影响因素，我们进行了控制变量实验。变量包括开口的位置、大小、数量以及水位、上游含沙量和实验时间，然后计算了过沙量及其与其他因素的关系。
物理实验装置示意图
开孔位置、大小对照实验其中一组结果
之后我们选择了物理实验中的8种典型形态进行水速研究。通过processing模拟测试了了这些形态的沙岛对水速的减少量。
八种沙岛衰减水速模拟结果
为了更好的控制沙岛形成的位置，我们在下游增加了构筑物，通过控制构筑物的间距、角度和大小来影响沙岛整体分布形态，再次用processing模拟测试了组合沙岛对水速的影响。
构筑物大小影响沙岛形态模拟结果
构筑物放置角度影响沙岛形态模拟结果
构筑物放置间距影响沙岛形态模拟结果
04 方案生成
根据上面的模拟我们建立了构筑物->沙岛->水速的影响关系，并根据鱼洄游的水速限制来一次次调整水坝的开口位置和构筑物的位置，从而改变沙岛的分布形态，使水速穿过沙岛后能够下降到鲟鱼能够顺利洄游的速度，也就是2m/s。在最后在得出的基本沙岛分布形态的基础上植入湿地公园，生态岛等多种功能，形成最终的方案。
开口位置调整流程
沙岛组合模式探索
最终方案
沙岛连续剖面及水位关系
不同功能植入
06 结束语
这个项目历时几个月，期间无数次重新审视方案、梳理逻辑、确定方向，实验过程中也遇到很多困难，整个过程虽然痛苦但确实受益良多。最重要的是，这个项目拓展了我的思路，让我体会到与以往不同的设计思维和和研究方式，成为了我景观设计学习过程中一次非常特别的体验。非常感谢焦老师和张老师在这个过程中的思维引导。在老师的指导下也接触了很多原来根本不会去用的软件，在方案推进上提供了助力，让我能够尝试很多新的设计方法。
最后拿到了理想的offer非常开心，感谢工作室老师们的帮助！
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