創(chuàng)新城市水利工程設(shè)計(jì)理念打造人水和諧精品典范

石小強(qiáng)

（上?？睖y設(shè)計(jì)研究院，200434，上海）

在傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計(jì)中，過去往往只注重其水利基本功能，強(qiáng)調(diào)工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，而很少注意生態(tài)、造型、色彩以及與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人們對環(huán)境的要求越來越高，對城市水利工程的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。城市水利建設(shè)除了要滿足防洪、排澇目標(biāo)外，改善城市環(huán)境、開發(fā)城市綜合功能、節(jié)約資源已成為當(dāng)代城市水利建設(shè)的重要內(nèi)容.因此，必須與時(shí)俱進(jìn)，轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)理念，使城市水利工程設(shè)計(jì)與現(xiàn)代化城市建設(shè)和諧發(fā)展。

一、轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)理念，讓水利工程融入城市

改革開放以來，中國的城市建設(shè)以驚人的速度發(fā)展，可以用“日新月異”來形容城市面貌的變化。城市水利設(shè)施隨著城市的發(fā)展也在不斷增多，不斷更新，規(guī)劃設(shè)計(jì)的理念也在不斷更新。

城市水利工程設(shè)計(jì)要在滿足水利工程基本要求的前提下，根據(jù)工程所處的地理環(huán)境、城市規(guī)劃要求，因地制宜，重視城市生態(tài)環(huán)境，注重城市綜合功能的開發(fā)，注重與城市環(huán)境相協(xié)調(diào)，注重節(jié)約資源，體現(xiàn)城市文化內(nèi)涵。

1.注重城市生態(tài)環(huán)境

城市河湖是城市的一個(gè)重要部分，具有維持城市生命和非生命系統(tǒng)、維持城市生態(tài)結(jié)構(gòu)、減弱城市熱島效應(yīng)、凈化和美化環(huán)境等作用，在城市自然生態(tài)系統(tǒng)中起到紐帶作用，因此河湖自然功能的利用及保護(hù)已顯得越來越重要。河湖生態(tài)功能的應(yīng)用已逐漸引入生態(tài)城市建設(shè)。

在生態(tài)河道設(shè)計(jì)中，要應(yīng)用生態(tài)學(xué)自組織、自設(shè)計(jì)理念，完善其生態(tài)功能，進(jìn)行合理的開發(fā)利用，突出區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能；在河道形態(tài)布置中，要力求自然，人水和諧，強(qiáng)調(diào)“蓄泄兼顧”，利用適宜的生物和植物構(gòu)建從水底到濱岸帶的河湖全系列生態(tài)系統(tǒng)，要重視河網(wǎng)水源問題，充分利用河道自然動(dòng)力，控制建筑物調(diào)活水體，保持河網(wǎng)水體流動(dòng)，起到自然生態(tài)的效果。

2.注重城市綜合功能的開發(fā)

城市水利工程是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)施一項(xiàng)水利工程往往可以兼顧其他城市基礎(chǔ)設(shè)施的功能，起到事半功倍的效果。因此，在城市水利工程設(shè)計(jì)中要重視城市防洪、排澇、調(diào)水、航運(yùn)、交通、旅游、生態(tài)等多種功能的研究，注重城市綜合功能的開發(fā)，與城市建設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，最大限度地發(fā)揮城市水利工程興利除害、造福社會(huì)的作用。

3.注重與城市環(huán)境相協(xié)調(diào)

城市水利工程處在現(xiàn)代城市這個(gè)大環(huán)境中，在滿足使用功能的前提下，其外形風(fēng)格要與城市的歷史文化背景相協(xié)調(diào)，與城市的建筑風(fēng)格相統(tǒng)一，做到一處建筑一個(gè)造型，使之成為城市一道亮麗的風(fēng)景線，體現(xiàn)城市風(fēng)貌，讓城市形象和品位得以豐富和升華。

城市水利工程要改變傳統(tǒng)的就水利而水利的設(shè)計(jì)模式，更新理念，合理選擇工程布置、型式、建筑結(jié)構(gòu)和材料，突出建設(shè)主題、服務(wù)主題，融工程于自然環(huán)境之中，把水利工程的安全保障與水景藝術(shù)、兩岸的景觀結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)水利工程內(nèi)堅(jiān)與外美的結(jié)合，營造人與自然和諧相處的優(yōu)美環(huán)境。

4.注重體現(xiàn)城市的文化內(nèi)涵

城市水利工程要體現(xiàn)城市或區(qū)域特點(diǎn)，突出區(qū)域文化內(nèi)涵，力求建一處工程，攬一方名勝，活一方旅游。將工程總體規(guī)劃、建筑布置、建筑結(jié)構(gòu)、建筑裝飾等與歷史、名人、名篇、名勝古跡、自然風(fēng)光、珍稀物種、區(qū)域經(jīng)濟(jì)特色等文化底蘊(yùn)有機(jī)結(jié)合，綜合反映水文化的生動(dòng)、精細(xì)、柔美、詩意和靈性。把特殊的地貌、植被等地方特色和鄉(xiāng)土氣息與優(yōu)越的水資源環(huán)境、自然景觀有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)造出獨(dú)特的意境，使城市水利工程形成多種不同的人文景觀。

5.注重節(jié)約資源的理念

在資源日益緊缺的今天，城市建設(shè)更加強(qiáng)調(diào)節(jié)約資源，造福子孫后代。城市水利工程設(shè)計(jì)不只是傳統(tǒng)意義上的設(shè)計(jì)，也不僅僅是純粹的工程水利，設(shè)計(jì)中必須注重節(jié)約資源，包括考慮節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水等，使城市水利工程成為資源節(jié)約的典范。

6.注重以人為本的理念

人類文明離不開水的滋養(yǎng)，健康城市就是讓人最大化發(fā)揮潛能，確保人類可持續(xù)發(fā)展。城市水利工程屬于城市建設(shè)范疇，不僅通過其建設(shè)任務(wù)對所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)生影響，而且對江河、湖泊以及附近地區(qū)的自然面貌、生態(tài)環(huán)境、自然景觀都將產(chǎn)生不同程度的影響。設(shè)計(jì)時(shí)在考慮滿足防洪減災(zāi)等基本功能需求的基礎(chǔ)上，更要體現(xiàn)“以人為本”的理念，考慮水生態(tài)建設(shè)、水資源管理、改善居民的居住環(huán)境等與人類發(fā)展息息相關(guān)的人文因素。

7.注重城市管理現(xiàn)代化

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)和信息技術(shù)已日益成熟，城市水利工程設(shè)計(jì)要體現(xiàn)城市管理現(xiàn)代化的要求，實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，統(tǒng)一調(diào)度，用現(xiàn)代科技手段和管理體系武裝水利工程，加快城市水利工程管理現(xiàn)代化建設(shè)。

二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)精品，體現(xiàn)城市水利工程設(shè)計(jì)新理念

進(jìn)入21世紀(jì)以來，上?？睖y設(shè)計(jì)研究院一直致力于城市水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)，建成了南京外秦淮河三汊河口閘，江蘇無錫江尖、仙蠡橋水利樞紐，上海青草沙水庫，江蘇鎮(zhèn)江引航道樞紐、上海新江灣城河道水系等一大批城市水利工程，積累了一些成功經(jīng)驗(yàn)。

1.成為城市標(biāo)志性建筑的南京外秦淮河三汊河口閘工程

南京外秦淮河三汊河口閘位于南京市秦淮河?xùn)|支流三汊河口長江入口處，是秦淮河環(huán)境整治的一部分。其主要功能是非汛期關(guān)閘擋水，維持秦淮河景觀水位；汛期開閘，保證秦淮河行洪。設(shè)計(jì)采用了雙孔護(hù)鏡門閘型方案，單孔凈寬40 m，總凈寬80 m，汛期行洪流量600 m3/s。整個(gè)水閘工程的設(shè)計(jì)具有以下5方面的特點(diǎn)：

①水閘建筑物造型以圓形為基調(diào)，線條流暢、優(yōu)美。

②護(hù)鏡門閘型方案的設(shè)計(jì)不僅滿足水閘功能的要求，而且在非汛期利用閘門可自動(dòng)調(diào)節(jié)高度的門體孔口溢流形成一道瀑布景觀；開閘時(shí)半圓形的門體與水中的倒影似兩面鏡子在水中蕩漾，形成獨(dú)特的景觀效果。

③南京世稱“六朝古都，十朝都會(huì)”，秦淮河自古為南京的母親河，又名“龍藏浦”。外秦淮河三汊河口閘啟閉機(jī)房采用抽象化的“龍頭”結(jié)構(gòu)，寓意龍的騰飛、龍的氣魄、龍的精神。

④秦淮河自古因 “秦淮燈火甲天下”的景象而聞名于世。水閘設(shè)計(jì)時(shí)對閘門、排架、啟閉機(jī)房等全面進(jìn)行燈光美化照明，并首次將舞臺(tái)燈光照明技術(shù)引入水利工程，使水閘形成動(dòng)感、極富想象力的景觀照明美景。

⑤水閘北岸為規(guī)劃的南京世茂外灘新城商務(wù)住宅區(qū)，南岸為市民文化廣場，建成后已成為市民集活動(dòng)、休閑、旅游為一體的濱江特色場所。水閘兩岸景觀規(guī)劃總面積約5萬m2，景觀設(shè)計(jì)突出親水、休閑、舒適的原則，體現(xiàn)了“以人為本”的理念，營造人與自然和諧相處的優(yōu)美環(huán)境。

南京外秦淮河三汊河口閘宏偉的護(hù)鏡門、優(yōu)美的“豎琴”排架、富有想象力的啟閉機(jī)房，配上動(dòng)感、絢麗多彩的燈光照明與自然、和諧、生態(tài)的兩岸景觀渾然一體，相映成輝，使人賞心悅目，是水利工程與歷史文化、景觀、環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。她的建成為古老的秦淮河增添了一個(gè)新的、亮麗的景點(diǎn)，成為南京市的標(biāo)志性人文景觀，見圖1。

2.體現(xiàn)地域文化特色的無錫江尖、仙蠡橋水利樞紐工程

無錫江尖水利樞紐工程位于無錫市市區(qū)內(nèi)，在古運(yùn)河北端與京杭運(yùn)河交匯處的古運(yùn)河上。古運(yùn)河被稱作無錫人民的母親河，自吳王夫差開鑿邗溝算起，已有2400多年歷史。古運(yùn)河有著眾多的歷史文化古跡，有著濃郁的江南水鄉(xiāng)風(fēng)情。運(yùn)河北岸原為無錫米市，在歷史上是我國四大米市之首。目前江尖水利樞紐的左岸規(guī)劃有南尖米市工業(yè)主題文化公園。工程由設(shè)計(jì)流量60 m3/s的泵站、單孔凈寬25 m的三孔節(jié)制閘組成，其主要功能為城市防洪和排澇，兩岸景觀帶總長約450 m，綠地寬度8～29 m，總面積11696 m2。在本工程樞紐總體平面布置設(shè)計(jì)中，充分考慮了地域的歷史文化背景，體現(xiàn)了功能化、景觀化的要求。整個(gè)樞紐平面設(shè)計(jì)上具有獨(dú)特的創(chuàng)意，利用右岸泵站進(jìn)、出水渠水面上方空間進(jìn)行綠化造景，與右岸景觀帶融為一體，平面造型設(shè)計(jì)成“魚”的形狀，打破了傳統(tǒng)的泵站進(jìn)、出水渠單一功能性設(shè)計(jì)的思維，同時(shí)也增大了公共空間，相應(yīng)節(jié)約了土地資源?？紤]到整體景觀設(shè)計(jì)的要求，三孔節(jié)制閘閘門采用大型水下臥倒門方案，非汛期閘門頂溢流，可以形成瀑布景觀，上部設(shè)置人行天橋聯(lián)系兩岸交通。左岸邊布置一座圓筒形建筑，取名為“天下糧倉”，延續(xù)著“米市”文化的歷史。節(jié)制閘上方的人行天橋在平面上呈一把“叉”形，將“魚”和“米”巧妙地聯(lián)系在一起，寓意江南“魚米之鄉(xiāng)”，如圖2所示。工程整體造型簡潔、美觀，河面通透，體現(xiàn)了深厚的文化底蘊(yùn)。

仙蠡橋水利樞紐位于無錫市南部梁溪河與京杭運(yùn)河的交匯處，規(guī)模為無錫市城市防洪八大樞紐之首，整個(gè)工程由南北樞紐和穿運(yùn)地涵組成。南樞紐由兩座凈寬20 m的節(jié)制閘和過流能力為30 m3/s的穿運(yùn)地涵南涵首組成，北樞紐由一座凈寬16 m的節(jié)制閘、一座排水流量為75 m3/s的泵站和穿運(yùn)地涵北涵首組成。泵站選用5臺(tái)單泵流量15 m3/s的立式軸流泵，東、西節(jié)制閘單孔凈寬均為20 m，采用水下臥倒門，穿運(yùn)地涵采用3根大直徑、長距離頂管。樞紐建筑風(fēng)格現(xiàn)代、大氣。北樞紐主副廠房外墻采用大面積銀灰色熱反射玻璃幕墻，銀灰色外墻為鋁塑板，格調(diào)高雅。曲線的灰綠色鋁塑板屋頂極具韻律感。與之呼應(yīng)的弧形架構(gòu)與閘橋連為一體，整體造型美觀，富有現(xiàn)代感。南樞紐工作橋上的弧形鋼欄桿，既挺拔又玲瓏剔透，與北樞紐的閘橋遙相呼應(yīng)。管理樓標(biāo)志符號、裝飾材料同北樞紐格調(diào)一致，與南樞紐咫尺相望，影印在綠化帶和水道間，見圖3。

3.國內(nèi)最大的潮汐河口避咸蓄淡水庫——上海青草沙水庫工程

青草沙水庫位于上海市長興島西北側(cè)水域范圍，水庫總面積66.15 km2，設(shè)計(jì)總庫容5.24億m3，供水規(guī)模719萬m3/d，是目前國內(nèi)外最大的潮汐河口避咸蓄淡水庫。水庫取水系統(tǒng)采用泵閘相結(jié)合的運(yùn)行方式，取水泵站規(guī)模200 m3/s，上游水閘閘孔總凈寬70 m。整個(gè)工程將承擔(dān)上海市約50%的原水供應(yīng)，與現(xiàn)有上海長江陳行水源地和黃浦江上游水源地形成“兩江并舉、三足鼎立”的原水供應(yīng)格局，預(yù)計(jì)受益人口超過1000萬人，對顯著改善上海城市供水水質(zhì)，保障供水安全，提高上海市民生活質(zhì)量，促進(jìn)上海建成現(xiàn)代化國際大都市和國際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易、航運(yùn)中心具有重大現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。此外，利用在潮汐河口建避咸蓄淡水庫代替在陸域建水源地，大大節(jié)約了城市土地資源。

工程所在的長江口南支下段是長江口區(qū)近百年來灘槽變化頻繁、河床沖淤較為劇烈的河段，河勢演變規(guī)律十分復(fù)雜。水庫工程建設(shè)存在諸如選址選線、河勢維穩(wěn)、江心成庫、深水筑堤、龍口設(shè)置及截流、堤壩滲流控制、低灘取水、水庫水環(huán)境保護(hù)與運(yùn)行調(diào)度等技術(shù)難題，國內(nèi)外可借鑒經(jīng)驗(yàn)較少。在工程設(shè)計(jì)中，通過大量的試驗(yàn)、分析研究，結(jié)合工程區(qū)域河勢和地形，利用江中沙脊修筑水庫堤壩；根據(jù)咸潮入侵特點(diǎn)和水庫供水要求，提出了咸潮期、非咸潮期上下游泵閘聯(lián)動(dòng)的節(jié)能型水庫引排水運(yùn)行方式；采用土工布袋充填砂、軟體排等先進(jìn)技術(shù)，充分利用庫內(nèi)的砂料筑堤，研究制定了合理的施工順序，創(chuàng)新性提出了寬800 m的框籠、拋石平堵截流和水深達(dá)15 m的水中筑堤方案；根據(jù)水庫運(yùn)行特點(diǎn)，取水泵站優(yōu)選了適應(yīng)大變幅、低揚(yáng)程、偏大型、高效混流式水泵；充分利用導(dǎo)流墩、多重消力欄、消力墩等技術(shù)，解決了水閘側(cè)向進(jìn)出水流流態(tài)問題；泵房和閘井基坑圍護(hù)體結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)連成一體，形成了安全、經(jīng)濟(jì)的永臨結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，為我國河口地區(qū)大型原水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了重要的指導(dǎo)和借鑒，見圖4。

4.實(shí)現(xiàn)閘、泵、橋巧妙結(jié)合的江蘇鎮(zhèn)江引航道工程

鎮(zhèn)江市引航道水利樞紐工程位于城市北部內(nèi)江與長江鎮(zhèn)揚(yáng)河段六圩彎道之間的引航道上，距出江口500 m處是形成鎮(zhèn)江市北部濱水區(qū)（金山湖）“四閘一壩”的首要控制性、先導(dǎo)性工程。由1孔40 m寬節(jié)制閘、7孔20 m寬節(jié)制閘、1孔20 m寬船閘、1座30 m3/s泵站、30 m寬公路橋、管理樓及景觀、綠化、道路等配套項(xiàng)目組成。通過閘墩、橋墩、泵房巧妙結(jié)合，盡顯現(xiàn)代水利工程的精巧通透，充分體現(xiàn)了水利工程與城市景觀、自然景觀、水環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的原則。通過與市政路橋的結(jié)合，兼顧了城市基礎(chǔ)建設(shè)，省去了另建一座大橋的工程投資，也相應(yīng)節(jié)約了城市土地資源。工程設(shè)計(jì)中開展了技術(shù)創(chuàng)新，中孔弧形鋼閘門跨度達(dá)到40 m，是目前國內(nèi)同類型中跨度最大的弧形閘門；泵站采用“S”形葉片雙向運(yùn)行立式軸流泵，為國內(nèi)首創(chuàng)；充砂枕圍堰作為擋水建筑物、堰體內(nèi)半懸掛式截滲墻結(jié)合管井降水系統(tǒng)解決防滲問題，是鎮(zhèn)江市首次采用；提出了長短樁基礎(chǔ)處理新結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮長短樁不同的承載優(yōu)勢。

鎮(zhèn)江市引航道水利樞紐工程設(shè)計(jì)改變了水利工程“粗、大、笨”的傳統(tǒng)，為今后水利工程設(shè)計(jì)、施工等方面提供了借鑒，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益十分明顯，具有廣泛的應(yīng)用、推廣前景，見圖5。

5.具有生態(tài)功能的上海新江灣城河道水系工程

新江灣城是上海市中心城區(qū)最大的成片開發(fā)土地，建設(shè)面積9.45 km2，其規(guī)劃定位是知識(shí)型、生態(tài)型花園城區(qū)和城市居住區(qū)。開發(fā)前該區(qū)域?yàn)闄C(jī)場廢棄地，主要為荒地、濕地，灌木叢生。新江灣城水系建設(shè)的基本思想是在滿足區(qū)域防洪、排澇功能的前提下，結(jié)合現(xiàn)狀河道和水體，形成由縱橫河道和生態(tài)湖組成的水面率達(dá)8.14%的網(wǎng)絡(luò)狀水系。

新江灣城河道水系建設(shè)主要是通過拓浚河道來恢復(fù)河流的自然形態(tài)、結(jié)構(gòu)和自然特征，營造適合水生物生存的環(huán)境。設(shè)計(jì)中，區(qū)域河道七橫三縱，強(qiáng)調(diào)規(guī)劃河道盡可能保持原有河道的自然彎曲，不刻意求平直；彎道河面適當(dāng)放寬，布置蓄水湖；在水流的分與合處形成河心小島，讓河流水系保持曲折變化，形成了中央主題公園湖、經(jīng)二河湖、復(fù)旦大學(xué)緯四河和緯五河湖等多處景觀點(diǎn)。

對于河道濱岸帶，在兩岸1.5～20.0 m范圍內(nèi)建立緩沖帶，通過土壤—植被系統(tǒng)的方式，對地表徑流起到滯緩作用，并在中小支流設(shè)置前置濕地，有效削減污物流入水體，提高補(bǔ)給水體的水質(zhì)。

河道護(hù)岸形式改變了過去通用的硬質(zhì)護(hù)岸，一般采用回歸大自然的軟質(zhì)植草斜坡，沖刷地段采用具有一定透水性的可種植植物的新型護(hù)坡 （如綠化混凝土類）。居住區(qū)、公共活動(dòng)區(qū)域岸邊設(shè)置矮墻硬質(zhì)護(hù)岸、仿木樁護(hù)岸、木料鋪地硬質(zhì)護(hù)岸，便于人們的休閑娛樂。岸坡和河道中植物種類按照所處環(huán)境精心選配，讓人們領(lǐng)略自然生態(tài)和野生植物之美。

在水生生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建上，根據(jù)不同水生植物的適宜水深，配置水生植物，從岸邊到水域依次為浮水植物帶、挺水植物帶、沉水植物帶和草濾帶，構(gòu)建濕地的地形結(jié)構(gòu)和植物群落結(jié)構(gòu)。根據(jù)河道水質(zhì)的條件，進(jìn)行水生動(dòng)物的配置，構(gòu)成良好的生物鏈，形成完整的水生態(tài)系統(tǒng)。

為了保障河湖的生態(tài)環(huán)境，利用黃浦江的自然潮差，適時(shí)向新江灣城水系調(diào)水和補(bǔ)水，各控制建筑物實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度，集中管理，確保河道的水質(zhì)和水量。

新江灣城河道水系已成為上海示范性的生態(tài)型河道，極大地改善了新江灣城城市居住區(qū)的生態(tài)環(huán)境和居住環(huán)境，見圖6。

三、結(jié) 語

城市水利發(fā)展要體現(xiàn)人與自然和諧相處，體現(xiàn)水利與城市人文環(huán)境的協(xié)調(diào)。城市水利工程的建設(shè)應(yīng)注重功能與環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。因此，城市水利工程設(shè)計(jì)就要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)，按照科學(xué)發(fā)展觀的要求，因地制宜，在滿足水利功能的前提下，總體方案、工程布置、建筑物和泵閘選型、建筑設(shè)計(jì)等都要突出生態(tài)、景觀、文化和節(jié)約資源的要求，要重視兩岸景觀設(shè)計(jì)，營造人與自然和諧相處的環(huán)境。近年，上?？睖y設(shè)計(jì)研究院在江蘇、上海等地完成的多個(gè)城市水利精品工程設(shè)計(jì)中開展了成功的實(shí)踐，為傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的轉(zhuǎn)變進(jìn)行了有益的探索。