劉信勇 劉春麗 王 璐

(1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南 鄭州 450016； 3.黃河水利水電開發(fā)總公司，河南 鄭州 450000)

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·水利工程·

海綿城市理論在生態(tài)河湖設(shè)計中的應(yīng)用

劉信勇1劉春麗2王 璐3

(1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南 鄭州 450016； 3.黃河水利水電開發(fā)總公司，河南 鄭州 450000)

根據(jù)海綿城市理論，從滯留塘(池)與低影響開發(fā)河湖兩方面，分析了該理論在生態(tài)河湖景觀設(shè)計中的優(yōu)化應(yīng)用，并以許昌市為例，闡述了河道生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計及治理的方法，從而維護生態(tài)環(huán)境平衡發(fā)展。

海綿城市，河道，生態(tài)系統(tǒng)，低影響開發(fā)

1 海綿城市理論

海綿城市是生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分，具體是指通過建設(shè)綠色屋頂、可滲透路面、下沉式綠地、生態(tài)河湖及雨污分流等設(shè)施，實現(xiàn)雨時蓄積或吸收水分，并起到過濾水質(zhì)和減輕城市內(nèi)澇災(zāi)害等目的[1,2]。反之，當(dāng)遇到干旱季節(jié)時，城市將平時儲蓄的水分“釋放”出來，具體作用包括改善空氣濕度、增加綠化用水、減輕旱災(zāi)等。結(jié)合近代城市建設(shè)經(jīng)驗，為實現(xiàn)人水和諧相處的環(huán)境，對于雨水利用應(yīng)突破“以排為主”的傳統(tǒng)治理理念，而是從其降落至地面時就開始規(guī)劃，其循環(huán)流程應(yīng)為滲透、滯留、蓄積、凈化、利用、排放，目的是通過減少地表徑流，提高土壤濕度等措施，使不同水體間相互連通。本次重點從景觀布置和河湖治理兩個角度，探索建設(shè)海綿城市的新方法和重大意義。

2 景觀方案優(yōu)化

2.1 滯留塘(池)對海綿城市的意義

傳統(tǒng)河湖治理模式強調(diào)末端治理，如修建水庫，疏通河流等，此模式雖減輕了內(nèi)澇災(zāi)害，但隨著城市的擴張，其弊端日益顯現(xiàn)。如“小雨即澇，小旱即涸”的現(xiàn)象在北方城市經(jīng)常發(fā)生，究其原因，主要是綠化率低、雨水管網(wǎng)排澇能力不足、水資源利用不合理等因素造成的。經(jīng)分析，若無雨水滯留設(shè)施，80%的降水將通過地表徑流或管網(wǎng)直接匯入河流，反之，當(dāng)遇到旱災(zāi)時，由于綠化率低、水資源浪費嚴(yán)重，“小旱即涸”現(xiàn)象的出現(xiàn)就屬正常了。

海綿城市模式強調(diào)對雨水資源的綜合治理，具體方法是“自然截留，分散利用，上下連通”，即結(jié)合地形條件，通過布置下沉式綠地或滯留塘(池)，先把雨水蓄積起來，然后根據(jù)需要分別利用，以提高水資源利用效率。目前，許昌市城區(qū)規(guī)模約為100 km2，綠化率約為40%，若滯留塘(池)和蓄水設(shè)施面積按綠化率的10%(平均深0.5 m)計算，則每次降雨后可蓄水200萬m3。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，許昌市年平均降雨量為700 mm，蓄水池蓄滿的概率為12次/年，即利用天然坑塘可蓄水總量2 400萬m3/年，滯留率達34%，蓄水效果十分顯著。滯留塘(池)方案是實現(xiàn)海綿城市建設(shè)目標(biāo)的重要舉措，對于消減城市洪峰、減少地表水土流失、增加水資源利用率等方面發(fā)揮著不可替代的作用。結(jié)合城市發(fā)展的不同階段，本次推算了天然區(qū)域、傳統(tǒng)型城市及海綿城市地表徑流隨時間變化趨勢[3-5]。分析圖1可知，海綿城市對環(huán)境的影響較低，能夠達到與天然區(qū)域的地表徑流變化趨勢一致的目的。

2.2 低影響開發(fā)河湖原則

低影響開發(fā)是指在海綿城市建設(shè)和改造過程中，控制開發(fā)強度，留足生態(tài)用地，對已有基礎(chǔ)不產(chǎn)生新的負(fù)荷壓力。在修建公路、廣場等大體積建筑物時，采取能促進雨水吸收的透水材料，以降低對原生態(tài)系統(tǒng)的破壞。關(guān)于海綿城市中生態(tài)河湖低影響開發(fā)原則，總結(jié)如下：

1)遵循生態(tài)優(yōu)先原則。河湖治理應(yīng)嚴(yán)格按照生態(tài)型開發(fā)理念進行建設(shè)，對已存在的傳統(tǒng)河湖模式，應(yīng)進行改造升級，如引入清水型生物群落，盡量使河湖依靠自然力量恢復(fù)生機和活力。2)河湖兩側(cè)的綠地是 低影響開發(fā)的重要組成部分。在以往的城市規(guī)劃中，綠化帶和道路僅考慮美觀實用，而對雨水的收集利用通常不在其規(guī)劃范圍之內(nèi)。海綿城市強度對資源的綜合利用，不同環(huán)節(jié)間生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)為互補互應(yīng)的關(guān)系。目前，北京市在建設(shè)海綿城市中積累了一定經(jīng)驗，根據(jù)其雨水控制和利用經(jīng)驗，在壤質(zhì)砂土地區(qū)，綠地下沉率以50%為宜，當(dāng)綠化率為20%，30%，40%時，合理的下沉深度分別為200 mm，120 mm，75mm[6]。需要說明的是，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r，下沉式綠地在一定范圍內(nèi)應(yīng)布置滯留塘(池)，以起到雨季蓄水，并利于親水植物生長的作用。3)河湖岸邊道路及廣場等硬質(zhì)鋪裝應(yīng)采用透水材料[7-9]。結(jié)合地形條件，景觀道路和廣場等硬質(zhì)鋪裝周圍應(yīng)預(yù)設(shè)滯留塘(池)，以利于形成人工濕地。對于新建機動車道，為有效滯留水源，應(yīng)按照下沉式綠地進行布置。對于已建機動車道，應(yīng)考慮在道路兩側(cè)綠化帶內(nèi)布置滯留塘(池)，設(shè)計深度不宜過大，“小雨可蓄，大澇能排”為基本設(shè)計原則。低影響開發(fā)布置示意圖見圖2。

3 生態(tài)河湖建設(shè)案例

3.1 河道生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

許昌市屬于國家首批水生態(tài)文明試點城市，治理干流共有3條，分別是清潩河、青泥河、飲馬河，前兩者屬于季節(jié)性河流，夏季水量較多、冬季水量較少為其基本特征。飲馬河屬于景觀河道，上游水源主要從清潩河調(diào)入，由于清潩河水質(zhì)為Ⅴ類或劣Ⅴ類，無法達到景觀用水(Ⅳ類)要求，需設(shè)計清水方案，以凈化水質(zhì)、美化環(huán)境、維持生物多樣性，并使河道生態(tài)系統(tǒng)能夠健康、長效運行。本次從生態(tài)平衡角度，主要依靠優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)凈水的目的，具體方案見圖3。

1)水生植物群落是決定生態(tài)系統(tǒng)能否長效、穩(wěn)定運行的控制性環(huán)節(jié)。水生植物栽植后，成活率主要由水體透明度和水生植物上的附著物兩個因素決定，一般而言，水體透明度越高、水生植物附著物越少，水下真光層越厚，光合作用就越充分，對植被成活就有利。值得一提的是，水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形成是緩慢的，初期最不穩(wěn)定，因此有必要對不同階段的生物群落分別進行優(yōu)化。根據(jù)河道治理要求，本次在飲馬河上游人工濕地區(qū)域選種了蘆葦、花葉蘆荻、千屈菜、藨草等，種植密度為9棵/m2。這既滿足了美化環(huán)境的要求，又利于氮(N)、磷(P)的吸收。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果[10-12]，選種的水生植物對生物需氧量(BOD5)、化學(xué)需氧量(COD)的去除率大概為80%～85%，對總氮(TN)、總磷(TP)的去除率則為65%～90%。水生植物一般為多年生草本植物，自主繁殖能力強。在工程實踐中，每年秋季宜對植物生長旺盛區(qū)域進行適度抽稀，為其更新?lián)Q代預(yù)留空間，以有利于水生植物群落結(jié)構(gòu)可持續(xù)發(fā)展。在冬季，休眠中的水生植物莖葉會失去活性，為避免枯葉造成二次污染，應(yīng)進行計劃收割，收割法一般采用分條或分塊間隔法，通常應(yīng)保留水草總量的30%，湖面0.7 m以下的水草不宜收割，否則將會造成永久破壞。

2)魚類是影響整個水生態(tài)系統(tǒng)健康運行的關(guān)鍵因素。生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建初期，為保護植被，應(yīng)控制雜食性魚類生物量，以肉食性魚類群落為主。生態(tài)系統(tǒng)正常運行期，需對魚類數(shù)量與植被總體量進行控制，以維持生態(tài)平衡。如當(dāng)雜食性魚類(鯉魚、鯽魚、草魚等)生物量占總生物量的30%以上時，應(yīng)集中捕撈、獵殺。根據(jù)魚類繁殖規(guī)律，每年10月份～11月份，應(yīng)集中捕撈肉食性魚類，每年3月份～4月份，應(yīng)適時放養(yǎng)肉食性魚苗。

3)底棲動物主要指大型底棲軟體動物，如螺、蚌等。蓄水初期應(yīng)控制食底棲動物性魚類(鯉魚)的放養(yǎng)，以放養(yǎng)、保護為主。當(dāng)水生植物種群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，大型底棲動物數(shù)量將增加，可增強對浮游植物的控制能力，有利于凈化水質(zhì)。

3.2 河道治理原則

飲馬河生態(tài)河湖治理方法區(qū)別于傳統(tǒng)硬質(zhì)河湖的特點很多，歸納有三個方面：

1)傳統(tǒng)河湖治理模式通常采用硬質(zhì)或不透水材料，如混凝土、漿砌石、土工膜等，由于地表水獨立存在，受太陽輻射后，水溫升高快、富養(yǎng)化嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)脆弱為其重要特征。因此，飲馬河治理核心內(nèi)容為實現(xiàn)地表水和地下水連通，以真正發(fā)揮雨季吸收地表水，旱季反補地下水的目的。飲馬河邊坡防護統(tǒng)一采用透水材料，如格賓石籠、水工連鎖磚、生態(tài)混凝土、水生植物等，這既利于抵抗水流的沖刷，又適宜水生植物生長，且對魚類和兩棲動物繁殖有利。2)飲馬河治理范圍不再局限于河岸線內(nèi)，其兩側(cè)綠化帶的景觀方案與河道同時規(guī)劃、同時設(shè)計、同時施工，以發(fā)揮景觀工程吸水、滯水、凈水等作用。3)飲馬河河道走向模式摒棄了傳統(tǒng)截彎取直的做法，而是根據(jù)地形條件，采用自然曲線形式，并預(yù)留淺灘區(qū)，以有利于駁岸和水生植物生長，為生物多樣性存在提供了空間和條件。河道布置見圖4。

4 結(jié)語

海綿城市理論現(xiàn)已應(yīng)用到實踐，并逐漸成為建設(shè)現(xiàn)代城市的方向，本文分析了生態(tài)河湖和綠化帶建設(shè)的新方法，經(jīng)驗總結(jié)如下：

1)根據(jù)分析，若滯留塘(池)、透水材料應(yīng)用合理，雨水經(jīng)過滲透、滯留、蓄積、凈化四個環(huán)節(jié)后，地表徑流會消減一半[13]，有利于降低城市旱澇災(zāi)害，對海綿城市建設(shè)具有決定意義。

2)生態(tài)用地應(yīng)按照低影響開發(fā)原則進行建設(shè)。如滯留塘(池)按照人工濕地的形式進行布置，“小雨可蓄，澇水能排”為基本設(shè)計原則，而綠化帶下沉深度應(yīng)根據(jù)城市綠化率的不同而有所區(qū)別，下沉率一般應(yīng)控制為綠化率的50%。

3)在河湖治理時，除考慮傳統(tǒng)的蓄水排澇任務(wù)外，還應(yīng)重視實現(xiàn)地表水和地下水交換的方案，以維持水資源平衡。

4)建設(shè)清水型生態(tài)系統(tǒng)需加強動植物群落管理。在種植植被時，應(yīng)選擇利于凈化水質(zhì)和魚類食用的水草，并根據(jù)季節(jié)變化進行科學(xué)收割。對于魚類和底棲動物總量，應(yīng)按照河湖生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展不同階段進行有區(qū)別的控制，以維持生態(tài)平衡。

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The design application of ecological lakes in sponge city theory

Liu Xinyong1Liu Chunli2Wang Lu3

(1.Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd， Zhengzhou 450003, China;2.Henan Water and Power Engineering Consulting Co., Ltd, Zhengzhou 450016, China;3.Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation， Zhengzhou 450000, China)

According to the theory of sponge city, from the retention pond(pool) and low impact lakes development two aspects, this paper analyzed the optimization application of the theory in ecological lakes landscape design, and taking Xuchang for example, elaborated the river ecological system design and control method, so as to maintain the ecological environment balance development.

sponge city, river, ecological system, low impact development

1009-6825(2016)12-0220-03

2016-02-17

劉信勇(1986- )，男，工程師

TV213.9

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