橫琴國際居住區(qū)水環(huán)境及海綿設(shè)施設(shè)計研究

魏志堅，陳理堃，何四平

(中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650051)

1 橫琴國際區(qū)現(xiàn)狀及設(shè)計目標(biāo)

橫琴開發(fā)一直以來受到中央、廣東省、珠海市及澳門特別行政區(qū)的關(guān)注，國務(wù)院為橫琴制訂了“三基地一平臺”的發(fā)展定位，并明確要求橫琴新區(qū)逐步建設(shè)成為“一國兩制”下探索粵港澳合作新模式的示范區(qū)[1]。

橫琴新區(qū)國際區(qū)地處小橫琴山北側(cè)，總占地面積約140萬m2，計劃打造一個集商業(yè)、住宅、公園于一體的高端國際商務(wù)區(qū)與國際居住區(qū)。項目周邊排水系統(tǒng)已經(jīng)建成，市政道路正在規(guī)劃和實施，如圖1所示。排水系統(tǒng)通過4#排洪渠與外海相連，受潮水漲落影響較大，因而整個排水系統(tǒng)內(nèi)淡水與海水混合，鹽度較高，有機物質(zhì)多，水體含氧量低。同時周邊地塊凌亂，不具備儲水、滲水、滯水等海綿功能，水資源不能充分利用。

圖1 國際居住區(qū)現(xiàn)狀

橫琴年平均蒸發(fā)量為 1706.1mm，年平均降雨量與年平均蒸發(fā)量之差為35.9mm，降雨多于蒸發(fā)。秋、冬季蒸發(fā)量大于降雨量；春季蒸發(fā)量與降雨量差異不大。工程區(qū)的潮汐性質(zhì)為不正規(guī)半日混合潮型，工程區(qū)4#排洪渠出入口水位受潮水影響極大，每日內(nèi)水與外水都在不斷交換，致使3#、4#、5#排洪渠水均為咸水，難以利用。

為打造一個有吸引力的投資環(huán)境，需將整個地塊的基礎(chǔ)設(shè)施及配套工程進(jìn)行完善，充分利用天然水資源，滯緩徑流峰值，強化城市水安全，形成良性的水循環(huán)系統(tǒng)，創(chuàng)造優(yōu)美環(huán)境，提升新區(qū)整體形象，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展。

2 設(shè)計思路

本項目以問題和資源為導(dǎo)向，通過水安全控制、水生態(tài)調(diào)控、水環(huán)境保障、生態(tài)安全保障、水景觀提升5大途徑，以水為主線，海陸統(tǒng)籌，系統(tǒng)解決橫琴新區(qū)水渾、水少的問題。通過城市雨洪海綿調(diào)控(海綿道路工程、海綿型公園綠地工程、排洪渠海綿景觀工程)、入?？谠O(shè)閘(閘門工程，防止外潮渾濁水體影響)、水動力增強(水循環(huán)補水工程、生態(tài)跌水曝氣增氧工程，實現(xiàn)水循環(huán)、水動力增強、水自凈能力強化)、河道水質(zhì)提升(生態(tài)濕地工程)等措施，強化橫琴新區(qū)防洪安全，全面提升城市生態(tài)質(zhì)量。水循環(huán)線路如圖2所示。

圖2 水循環(huán)線路圖

在解決水的問題時，充分結(jié)合國際居住區(qū)景觀需求，力求打造集海綿、生態(tài)、景觀、智能、休閑于一體的現(xiàn)代化公園，同時利用淡水澆灌公園植被。

3 設(shè)計方案

3.1 水閘

3.1.1水閘作用

修建水閘的目的是隔離海水與淡水。在洪水期又能開閘泄洪，不致產(chǎn)生內(nèi)澇；閘門關(guān)閉時，能存蓄徑流淡水資源以滿足國際居住區(qū)內(nèi)海綿設(shè)施水量及景觀水位要求，同時一定程度上攔擋外側(cè)潮水，減少區(qū)域內(nèi)淡水資源受潮水的影響。排洪渠景觀水位為1.5m；擋潮標(biāo)準(zhǔn)為多年平均年最高潮2.2m，水閘設(shè)于4#排洪渠出口附近。

3.1.2水閘規(guī)模

本區(qū)域排洪渠主要承擔(dān)防洪排澇任務(wù)，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇[2]。排洪渠的防洪標(biāo)準(zhǔn)，決定了渠道本身的排洪能力和渠道的調(diào)蓄能力，當(dāng)調(diào)控和過度提高景觀水位時，就會占用渠道一部分或大部分容積，減弱其調(diào)蓄能力，若處理不當(dāng)可能會出現(xiàn)壅水滯洪現(xiàn)象，導(dǎo)致城市內(nèi)澇。因此，從防洪安全方面考慮，排洪渠的景觀水位不宜過高。

原排洪渠功能較為單一，僅以滿足防洪排澇為準(zhǔn)，無任何美感，也不利于居民親水，排洪渠需要進(jìn)行生態(tài)化改造，以營造出溪水潺潺的效果，拉近人與水的自然距離。因此在設(shè)計中需要考慮景觀的水位控制在合適范圍，即要確保景觀效果，可以讓人親近，同時又需要保證人的安全。

綜合上述各方面因素分析，景觀水位確定為1.5m較為合適。

根據(jù)該區(qū)域以往潮位的變化特性，閘門頂高為1.5m(受景觀水位控制)時，每年將不定期出現(xiàn)高潮≥1.5m的狀況，導(dǎo)致海水涌入排洪渠，提高渠內(nèi)淡水資源的鹽堿度，不利于植物生長，與整個項目設(shè)計的總體思路向背。通過統(tǒng)計分析，當(dāng)擋潮水位分別為1.5、2、2.2m時，每年潮水涌入的次數(shù)分別為35、10、1次。為一定程度攔擋外側(cè)潮水，保證區(qū)域內(nèi)、植物、植被等生長，選取閘門擋潮標(biāo)準(zhǔn)為2.2m。

3.2 水循環(huán)系統(tǒng)

建設(shè)水循環(huán)系統(tǒng)的目的主要是為充分利用天然的淡水資源，強化水自凈能力，打造優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境[3]。該系統(tǒng)主要包括水泵房、供水管道、跌水曝氣增氧池以及排洪渠等。

水泵房設(shè)在水閘內(nèi)側(cè)，通過電力抽水，沿供水管道送至跌水曝氣增氧池最高位水池，通過3級跌水，充分曝氣增氧，在最低一級水池內(nèi)種植有水生植物，對水進(jìn)行自然凈化，然后進(jìn)入3#排洪渠、5#排洪渠，最終回到水閘位置，形成一個水循環(huán)系統(tǒng)。

3.2.1泵站

不同的泵站抽水流量，對應(yīng)著不同的排洪渠的流速。同時由于跌水曝氣的設(shè)計與泵站抽水流量相適應(yīng)，因此也會影響著水體中溶解氧含量針對不同泵站抽水流量，從以下3個方面進(jìn)行結(jié)果的對比：正常水質(zhì)凈化所需天數(shù)、冬季初雨影響下的水質(zhì)凈化天數(shù)、長時間之后的濃度穩(wěn)定值。采用丹麥DHI的MIKE11軟件，對該工程項目的水動力學(xué)和水質(zhì)條件進(jìn)行模擬分析，最終確定循環(huán)泵站抽水流量為0.5m3/s。

3.2.2跌水曝氣增氧池

跌水曝氣就是水體從高處跌落，攪動水面，形成水躍，使液面與空氣接觸的表面不斷更新，把空氣中的氧轉(zhuǎn)移到水體中，從而使水體充氧的過程[4]。跌水曝氣增氧池的設(shè)計目標(biāo)為：恢復(fù)水體流動，增加水體中溶解氧的含量，去除COD、BOD、TN、TP等，抑制水體中藻類的大量繁殖。跌水形成的小濕地利于水質(zhì)凈化，并為生物提供良好的棲息環(huán)境。在滿足水循環(huán)系統(tǒng)功能要求的同時，也需要盡最大可能兼顧景觀需求，避免成為呆板的冰冷建筑。

工藝設(shè)計方面，根據(jù)目標(biāo)要求及設(shè)計原則，充分考慮現(xiàn)有條件，跌水曝氣增氧工程按3級跌水曝氣增氧進(jìn)行設(shè)置。生態(tài)跌水曝氣增氧物料平衡參數(shù)見表1。

表1 生態(tài)跌水曝氣增氧物料平衡參數(shù)表

引用《跌水曝氣充氧效果模型及結(jié)果分析》[5]，跌水后DO的質(zhì)量濃度ρ是飽和DO的質(zhì)量濃度ρS、初始DO的質(zhì)量濃度ρ0、初始流速υ0、跌水高度h等的函數(shù)關(guān)系，與其他因素?zé)o關(guān)。跌水高度在40～80cm之間DO的質(zhì)量濃度ρ比較穩(wěn)定，在60 cm左右時達(dá)到最大值，因此跌水高度定在55～65cm之間，溶氧量在4～5mg/L。

該池位于國際居住區(qū)東側(cè)，是人流居住的匯集地，地面高程變化較小，擬設(shè)計景觀總體建設(shè)面積20380m2，水景面積11700m2，硬質(zhì)鋪裝面積8680m2，如圖3所示。根據(jù)場地設(shè)計目標(biāo)、區(qū)域特色及發(fā)展定位，將水景景觀分為高水位緩沖區(qū)、三級跌水區(qū)、中央水景區(qū)及表流濕地區(qū)。各個功能區(qū)通過設(shè)計水中棧橋作為主要游覽線路串聯(lián)，并與公園外部交通銜接，形成不同層級的交通流線，并沿著交通流線布置主要和次要的景觀節(jié)點。一方水體，兩種景觀：自山上流下的淡水填充場地的水池，而靠近中心水域的場地種植綠植而產(chǎn)生不同的景觀風(fēng)貌。

3.3 排洪渠改造

保證排洪渠底泥的無機化、水體的有氧化和岸線的的生態(tài)化，使水體具備自凈能力，河岸、河流、河底形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，主要改造內(nèi)容為渠底生態(tài)改造、護(hù)坡景觀改造等，改造后的排洪渠不影響行洪排澇。

在原有渠道基礎(chǔ)之上，結(jié)合曝氣增氧工程，抬高渠底高程，營造出溪水潺潺的效果。排洪渠渠底抬高，填筑材料主要采用碎石等透水材料，自下至上分別填筑碎石粒徑及厚度要求：碎石粒徑32～64mm，填筑厚度不小于250mm；碎石粒徑16～32mm，填筑厚度250～400mm；碎石粒徑8～16mm，填筑厚度300～500mm；碎石粒徑5～15mm，填筑厚度200～400mm。

在布局方面，在不破壞渠道駁岸結(jié)構(gòu)條件下，改變渠底直線水流為曲線自然水流，減緩水流速度，通過底部過濾性的材料使水質(zhì)得到進(jìn)一步的凈化；在景觀效果上，打造溪澗水流，使排洪渠更具可觀賞性及游玩樂趣；在植物選材上選用的是適合親水且耐鹽堿的植物；在設(shè)計手法上：自然避免過多的人工痕跡，使排洪渠的景觀效果顯得柔和、干凈、清朗。植物色彩設(shè)計：紫色調(diào)為主，選用地被植物有鳶尾、矮香蒲、紫穗狼尾草。配合植物有：黃菖蒲、愛香蒲、旱傘草、大花金雞菊等。

3.4 公園海綿設(shè)計

海綿公園及綠地公園面積為56632m2。

公園以水為主題，以曲線為主要設(shè)計元素，營造具有東方禪意的生態(tài)景觀，以服務(wù)國際居住區(qū)為目的的健康步道穿梭于疏林草地中，下凹低洼地形設(shè)人工湖，以卵石、草灘作為景觀元素，在足夠補水后，形成溪流景觀，且暴雨時可匯集更多雨水，經(jīng)海綿設(shè)施滲透，過濾，減輕市政排水的負(fù)擔(dān)，并能凈化雨水。

3.4.1植物設(shè)計

植物設(shè)計遵循多樣化、低養(yǎng)護(hù)經(jīng)濟(jì)型、生態(tài)化、特色化和本土化原則。居住區(qū)公園綠地區(qū)周邊有商住區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院，服務(wù)人群幾乎覆蓋老中青幼各年齡段和不同的社會職業(yè)人群，對景觀的可觀賞性、游玩性及休息休閑功能要求高。優(yōu)選優(yōu)育具有觀賞性和適合本地特殊環(huán)境的喬木品種。骨架造景大樹有叢生假萍婆，鳳凰木，櫻花木棉等；觀葉植物有錦葉欖仁，莫氏欖仁，落羽杉等；觀花喬木有澳洲火焰木，紅花玉蕊，粉花山扁豆等；背景喬木有秋楓，細(xì)葉欖仁；棕櫚科植物有糖棕及狐尾椰子。對水質(zhì)的生態(tài)處理方面，在進(jìn)行植物設(shè)計時，根據(jù)其現(xiàn)狀特點，注重選擇具有凈化功能的紫蕙鼠尾草、花菖蒲、再力花、蘆葦、矮香蒲等水生植物，發(fā)揮其生態(tài)凈化功能的同時，又富有觀賞性。在1#居住區(qū)公園綠地打造現(xiàn)代都市的詩意空間。

3.4.2海綿設(shè)施設(shè)計

本項目采用低影響開發(fā)(LID)理念進(jìn)行地塊設(shè)計，通過對場地豎向進(jìn)行梳理，下凹低洼地形以卵石、草灘作為景觀元素，在足夠補水后，形成溪流景觀，于暴雨時，可匯集更多雨水，經(jīng)過海綿設(shè)施滲透，過濾，減輕市政排水的負(fù)擔(dān)。并能凈化雨水。做到海綿設(shè)施控制徑流深目標(biāo)范圍內(nèi)的雨水進(jìn)入LID系統(tǒng)進(jìn)行收集處理，超出部分則通過常規(guī)排水系統(tǒng)排入排洪渠，超標(biāo)雨水則通過豎向設(shè)計溢流到排洪渠。

公園主要采用結(jié)構(gòu)性透水鋪裝、雨水花園、高效過濾生態(tài)樹池、雨水花壇、轉(zhuǎn)輸型草溝5種海綿設(shè)施。主要根據(jù)豎向設(shè)計，將徑流導(dǎo)入海綿設(shè)施后再外排，同時景觀水體主要收集處理自身雨水，對超標(biāo)暴雨起到臨時蓄水削減峰值的作用。

本項目根據(jù)需要運用不同類型的LID設(shè)施進(jìn)行雨水的收集、下滲、滯蓄及利用[6]。LID設(shè)施布置原則：①沿道路布置雨水花壇及雨水花園、傳輸型草溝，收集地表雨水；②結(jié)合現(xiàn)場停車位，合理布置結(jié)構(gòu)透水鋪裝；③地面鋪裝部分為透水鋪裝，公園中心設(shè)置人工湖作為蓄水池，通過溢流井控制水位?？傮w設(shè)計方案如圖3所示：

圖3 總體設(shè)計方案圖

4 結(jié)語

本工程建設(shè)工期為9個月，于2019年12月完成，并在當(dāng)月下旬通過國家三部委的海綿專項考核。通過該項目的建設(shè)，水質(zhì)明顯提升，最大限度地利用了天然淡水資源。同時將泥灘地打造成大型海綿生態(tài)公園，將排洪渠改造成生態(tài)親水渠，讓人能更親近水體。

盡管上述諸多措施，使水環(huán)境得到較大提升，但因環(huán)境所限，區(qū)域徑流量較小，項目本身儲水能力有限，在旱季時仍會出現(xiàn)淡水不足的問題。在之后的城市海綿規(guī)劃和建設(shè)中，應(yīng)盡可能將附近區(qū)域徑流通過海綿設(shè)施凈化、吸收后引入該系統(tǒng)，同時在附近再增加儲水空間，收集雨季雨水，以防旱季長期無雨時淡水得不到補充。