今天为大家分享的是来自香港大学学姐的MLA毕设项目<冰川泥石流放大器Glacial mudslide amplifier>,因为这个毕设学姐跑了趟尼泊尔喜马拉雅山边境,做了个大胆的thesis topic!接下来一起看看这个脑洞大开的项目吧~


冰川泥石流放大器

Glacial mudslide amplifier


Celebrate Landscape Interventions from Disaster to Renewal 

作品关键词:

景观灾害评估,大尺度规划设计,景观适应性基础设施

项目作者

秦倩倩

香港大学MLA


场地综述:历史的经验已经证实了平坦的土地和充足的水源是人类选择生存栖息地的核心影响要素,即使是在世界屋脊——喜马拉雅也遵循着这一套规律,随着人类基础设施建设技术的提升,当地克服险峻的地势连接各个居住点的能力得到显著提升。喜马拉雅地区人类的足迹扩张通道,从仅仅通人与牲畜的古道,到通机动车的混凝土道路,再到需要修建配套基础设施的现代铁路,这些基础设施建造活动影响着喜马拉雅区域的气候,扰动当地的地质活动,同时逐年攀升的地质灾害也在时刻摧毁着原本不属于这里的基础设施,大量的灾害预防,灾害爆发,灾后修复活动周而复始的在这里发生。



本项目聚焦于喜马拉雅的冰川泥石流灾害,应用景观建筑学以及地质学,生态学等领域的研究,提出了一种动态的,创造性的泥石流应对策略以及环境重塑方案。当地在地址史中曾经很活跃的泥石流不仅塑造了现在的村落台地,还有农田以及水源取水沟,我设想在吉隆沟建立一系列类似于泥石流“放大器”——改变泥石流堆积规律的木屑装置,将它应用于泥石流和当地的三个特殊的互动周期,爆发周期,基础设施更新周期,以及土壤修复周期。目的是放大当地人对于泥石流发生前地表土壤微小变化的感知,放大对当地独特的地质美学的感知,以及放大对土壤修复周期的响应,将泥石流的多次爆发过程当做一种积极的土地塑造运动,为当地创造新的动植物栖息地以及独特的冰川泥石流景观体验。


与原始的当地泥石流应对策略相比,设计方案更多的从景观的视角,而不是完全工程的视角去寻找人类和非人类群体的共同利益,该提议提出了一种新的泥石流引导基础设施,可能适用于潜在的喜马拉雅山冰川泥石流高发区。




01.

项目背景|Background


关于场地介绍有三个前情提要:

第一,研究场地区域大部分位于珠峰保护区范围内,据当地文件规定,只有道路基础设施两侧300米才能够进行建设,种植等人类活动,这意味着,只有泥石流冲积扇堆积区,和少量的泥石流流通区部分可以进行设计干预。

第二,当地在两年前换了一批领导者,据当地文化与旅游局局长介绍,当下的领导群体的政治重心是旅游业以及灵芝种植业,且正在申请4A级景区的建设,该政策表明当地对于旅游业的重视,以及对近年来大量旅游者到吉隆旅游的关注。

第三,每一个建设项目在当地都需要做一个地质灾害的评估报告,意味着风险评估在当地建设活动的重要地位。



1.1研究区域的冰川泥石流灾害现状


冰川泥石流广泛分布于全球高海拔或高山冰川急剧消退的山区,各种研究表明,由于气候变暖,大多数喜马拉雅冰川正在退缩,尽管退缩的速度因冰川而异,从几米到近61米/年不等,旦在过去的4-5年里,整个区域的冰川面积减少了近13%,减少的冰川转化为地表径流,导致松散的土壤被带走引发山体滑坡。


研究场地位于尼泊尔与中国接壤的边境区域,日喀则市吉隆县,吉隆藏布峡谷区域沿线。据吉隆县自然资源旅游局记录,1970-2020年之间,这片区域的冰川面积减少了30%,自然灾害记录点从150处增加到220处,其中泥石流77处。



1.2当地的解决手段


当地应对泥石流灾害的方式主要分为相关监管体系的建立,挡墙法,铁网固定法和植被种植法四种方法。


当灾害发生后,在基础设施沿线的泥石流清理工作主要由吉隆县道路养护部负责,该部门会立即响应安排推土机进行清理,每一次的泥石流爆发都会编写报告拍摄图片进行记录。根据资料记载,截止到2022年当地记录在册的大型泥石流爆发数量为30次,对公路没有造成堵塞的小型泥石流则并不会进行记录。



1.3研究区域的泥石流演替历史


目前现有的吉隆沟村落群,邦兴社区,吉隆镇,热玛村等等,均分布在古泥石流冲积扇多次堆叠形成的上面,并且由于土地相对平坦且与村落距离近,该古泥石流台地同时分布着当地90%以上的农田。除了提供平坦的土地以外,泥石流沟的一个重要原因是多年反复爆发的流通区形成了深V的山谷,发育着冰川融水汇聚成的支流,也能够为村落提供饮水源。


总的来说,冰川泥石流在地质史上就是一个中性的地质活动,它提供了栖息地同时也会自我修复。


但是从人类的时间尺度来说,它摧毁了只有几十年生命周期的基础设施,短期影响树林与土壤营养,形成短期内由于土壤有机物被破坏植被无法健康生长的泥石流冲积扇台地。




02.

设计过程|Process


区域研究分析介绍(部分)


2.1场地泥石流的分布规律与影响


吉隆沟受海洋性冰川气候影响的泥石流堆积点主要分布在河流以及道路两侧,与冰川物源区的平均距离约为1.8KM左右,落差从500M-1500M不等,冲刷路径坡度主要集中在24°到 46°之间。物源区,为泥石流提供砂石混合物,流通区范围内泥石流通过狭窄的地势凹陷处作为流通路径加速运动的区域,堆积区通常位于山底低海拔区域,人类活动受到显著的影响,如道路,河流,相关基础设施等。



2.2场地泥石流的沉积规律与沉积分布区


绝大部分的沉积活动都发生在土壤坡度为0-15°的区域,高于15°容易发生的是侵蚀活动。通过场地的土壤坡度分析,得出了吉隆沟流域易发生土壤堆积活动的区域,主要集中在河谷低端与基础设施相邻的地区。


2.3基于FLO-2D的15个泥石流样本分析


O'Brien等人(1993)开发的适用于洪水和泥石流的软件包FLO-2D使用非牛顿流体模型和中心有限差分格式来求解运动控制方程。每个泥石流样本主要分析的有泥石流速率,深度,冲击力以及危险性四个部分。通过模拟得出的结论如下;


A 泥石流流通深度在堆积区呈现梯形下降的趋势,最外围为0.1M以下,逐级递增,在向内接近流通区尾部区域为堆积深度最高点,最高流通深度主要集中在流通区。

B 泥石流流速最高大约在5M/S,且集中在物源与流通区的中心,接近堆积区外围处降低到0.5M每秒。

C 在冲击力评估结论中,泥石流流通的中心区相对冲击力总是更大,最高的冲击力约为45-70KN的部分D总是分布在流通区,在接近道路基础设施堆积区域时基本降到0-15KN。


从Hazard map来看,泥石流顶部物源区以及底部堆积区都属于低风险的区域,中心狭窄的流通区域为高风险区。



2.4基于GISPRO的泥石流敏感区的风险分级


在选取详细分析的泥石流样本之前,需要找到高易发风险的泥石流区域,从而评估处高中低爆发频率的综合图。通过大量查找吉隆关于泥石流风险区评估的论文,本项目采用arcgis作为风险区分析辅助软件,流程主要有A.Determination of causative factors,B.Analysis of causative factors,C.Result




03.

设计策略|strategy


3.1 First Layer Amplifier -1-2 years


在第一阶段的泥石流预警防控策略中,设置了监控与木屑景观基础设施引导两大重点策略.


首先监控是基于对泥石流发生阶段中土壤湿度存在临界值而提出的构想,在物源区的土壤内部安装湿度传感器作为泥石流爆发预警的重要依据。因为泥石流爆发的初始物源堆积点在冰川物源区,当土壤中的孔隙度增大,水含量达到临界值时,便会减少土壤之间的粘连强度从而导致土壤移动,最终触发泥石流,因此我认为泥石流物源区域的土壤湿度监控是泥石流预警中相当重要的一个环节,对土壤的湿度记录数据分析也将会十分有利于当地的泥石流研究。


在调研过程中我发现散落在很多村落的木屑堆,这些果木木屑是用来培育当地的第二大产业——灵芝业。大量发酵完全的木屑便会被废弃在场地中,研究表明发酵完全的木屑在很多土壤修复研究中被用于增加土壤的有机物含量。因此,基于该发现,我构思了覆盖膜结合木屑堆的基础设施改变泥石流方向,并选择了其中一个泥石流冲击区作为详细研究对象。


覆盖膜固定在表面为木屑提供良好的湿度发酵环境,木屑堆没有具体的固定的形态。在之前的分析中我们得出泥石流的接近堆积区的冲击力最大为15KN,沉积深度为0.1-0.5M不等,通过计算得出,阻挡接近1m³的冲击力为20KN的泥石流需要6m³同等密度的土堆,但是木屑密度低于泥石流密度,因此需要设置高于泥石流堆积深度2-3倍,也就是0.5-2M的木屑基础设施才具有一定的阻挡效果。


这一阶段策略的主要目的是为了在泥石流以年为周期爆发的过程中设置相关的景观基础设施进行防控以及预警,放大村民对于泥石流运动的感知。



3.2 Second layer Amplifier -20 years


在第二阶段的泥石流堆积设计策略中,我重点关注基础设施维护周期与泥石流之间的互动关系介入,塑造独特的泥石流地质美学。


这一阶段的主要目的是展示基于第一阶段的策略置入后,结合20年的基础设施更新规律,场地潜在的景观塑造景象会是怎么样的,当地的泥石流地质美学应当由泥石流运用形成的新空间去进行定义。



3.3 Third layer Amplifier -100 years


就像多米诺骨牌效应一样,第一个阶段的放大器设施的堆积以及第二个阶段放大器形成的台地,在100年时间尺度下多次累计,最终投射到土壤中有机质以及营养物的修复。


土壤的每一次泥石流摧毁,需要上百年的时间才能将有机物恢复到之前的水平,第一阶段中多次被埋藏的发酵完全的木屑在很多研究中已经被证实可以加速土壤有机物恢复,上百年尺度的堆积加速了修复过程。


在分析图中我展示了,在一项研究中使用木屑作为土壤有机质的修复媒介在40年的尺度下如何将土壤相关营养物恢复到了泥石流爆发前的90%,因此多层次的相同修复参数堆积将会显著加快土壤修复进程。这个人类世的泥石流台地能够再一次的被人类可持续的循环使用,或者是林地,或者是农田,或者它就在那里野蛮生长




04.

问答|Q&A


Q:请问是如何决定作品主题的呢?灵感来源来自哪里?


A:该设计是我硕士毕业论文选题,导师给了高自由度不对选题进行约束,唯一的要求便是需要能够进行现场调研。最终选择这个“不太主流”论文主题主要是因为爱好,对景观灾害,以及冰川,气候变暖的高兴趣度。


由于选题位于喜马拉雅边境区域的特殊性,一度被老师要求换个相对调研以及资料收取难度较低的设计场地,最终在我倔强的探索、头铁的调研,以及秃头的分析模拟绘图后完成。



Q:你的项目设计作品中个人最满意的是哪里,做项目的时候有什么脑洞大开的地方可以跟我们分享吗?


A:我最喜欢的是在这个项目中,“时间”贯穿始终,从基于场地本身泥石流的历史演替规律,还是基于对未来应对策略的思考,我没有把它当做一个纯粹的自然灾害去看待,而是从“中性”的立场去探索冰川泥石流的前世今生和未来的应对潜力。


脑洞大开的地方还挺多的,不管是从设计选题还是设计概念的构思,但是在最终呈现设计策略的每一步都是基于前期对场地资料收集,然后大量的分析和模拟而得出,可以说出发点源于脑洞大开,落脚点在探索感性和理性结合的平衡。


分享模型之一



Q:对于场地研究和调研,还有信息搜集阶段有什么可以分享的嘛?


A:年轻不怕死和头铁算吗(从前期熬夜评估来看哈哈哈)。这个设计因为涉及到敏感地带加上高海拔的调研,所以在和政府人员沟通以及相关资料拿取,使用上都要非常注意,同时调研注意安全。不过吉隆沟(研究区域)真的很美!欢迎大家去旅游(如果不介意10几小时大巴和不高反的话)。


Photo by me



Q:通过该设计你想达到怎么样的一个目的?在项目的设计过程中有没有遇到什么难题,又是怎么解决的呢?在做这个项目的时候有没有发生什么打破常规的事情?


A:在我的论文里面,没有将泥石流当做一个完全消极的自然活动,在景观的视角下我探索它的潜在能量和创造性,在人类的时间尺度上放大冰川泥石流的时间感知和动态运动,创造一个可被循环利用或者是不利用的台地,与灾害共存。


关于难题这个从调研到收集资料到主题浓缩到设计策略制定与分析,都遇到过各种各样的问题,比如拿着尼泊尔签证在边境被扣在警察局坐了半天差点以为自己要被遣返,以及跑泥石流模拟分析电脑突然归西临时换了一台等等等等。解决就是心态稳住,该吃吃该喝喝,不要慌,想办法解决。


关于打破常规,不敢说自己有多不常规吧,但是确实在毕业答辩的时候引发了老师们的广泛讨论,说这个设计跳出了传统的框架,而且确实很大胆。



Q:在整个项目中,都运用到了哪些设计工具呢?


A:设计方法包括景观建筑学和工程中所使用的工具,包括现场调研,mapping,手绘,模型,image-making,GIS 对泥石流高敏感区域和沉积区域的评估,以及FLO-2D的泥石流模拟分析。研究基于当地的数据库将泥石流的沉积运动规律作为实施设计的关键工具,并将当地与泥石流的互动规律融入到设计中。



Q:如果时间允许的话,这个项目还有什么地方想要进一步深入的吗?


A:这个项目肯定会继续进行研究的,毕业季因为时间关系(要命,画不动了)在详细设计部分大多数停留在了概念上,加上前期的分析实际上涉及到不同的方法,后续可以进行对比分析提高准确度和可靠度。



再次感谢同学的精彩分享!