從“泄洪溝”到“海綿園”的濱水綠地適用性設(shè)計

費文君 丁佳穎 曹 穎

1 海綿城市背景

水是城市可持續(xù)發(fā)展最為重要和復雜的制約因素，水系統(tǒng)的破壞也是中國城鄉(xiāng)環(huán)境破壞中最突出的問題[1]。在快速城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的大背景下，灰色基礎(chǔ)設(shè)施及不透水面迅速增加，使得原本可以自然停滯的70%～80%的降水成為地表徑流，僅有20%～30%的降水能夠滲入地下，自然生態(tài)基底的破壞導致了城市水資源短缺、水污染、水災和水文化服務功能喪失等復雜的水問題[2]。為解決此類問題，以最佳管理措施(BMPs)、低影響開發(fā)(LID)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施(GI)為理論基礎(chǔ)，以問題導向和目標導向出發(fā)，從價值觀到方法論，提出解決水生態(tài)和水問題技術(shù)體系的“海綿城市”建設(shè)理念應運而生[3-6]。其旨在減輕城市排水負擔的同時，緩慢恢復城市地表自然入滲能力，重新構(gòu)建城市“綠色海綿”，且在陜西灃西新城試點區(qū)域和北京下凹式立交橋區(qū)改造中均取得了良好的成效[7]?；诮陙淼睦碚撗芯亢鸵?guī)劃實踐，今后“海綿城市”發(fā)展方向應由系統(tǒng)到個體，從廣泛性到適用性，充分發(fā)揮各類城市“海綿體”的作用，因類制宜地構(gòu)建“綠色海綿園”，在不同區(qū)域和尺度上高效化地解決城市眾多水問題。

2 必要性與可行性

文章以山東臨沂為例，從城市、區(qū)域到基地3個層面，分析水環(huán)境，梳理水格局，總結(jié)水問題，明確研究目的，探討“海綿城市”技術(shù)在李公河濱水綠地的適用性，并從以下2個方面分析建設(shè)“海綿城市”的必要性及可行性。

2.1 城市水環(huán)境

臨沂市位于山東省東南部，地近黃海，有沂河、沭河、中運河、濱海四大水系，是中華文明的重要發(fā)祥地之一，也是具有濱水特色的現(xiàn)代工貿(mào)城市和商貿(mào)物流中心。臨沂屬暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，四季變化明顯，多年平均降水量818.8mm，具有“時空分布不均且年際、年內(nèi)變化大”的特點，汛期降水量約占年降水量的80%，暴雨則集中在7—8月，約占年降水量的50%，導致夏季成為“逢雨必澇、旱澇急轉(zhuǎn)”的高發(fā)時期[8]。境內(nèi)河流均屬山洪河道，上游支流眾多，源短流急，雨季洪水暴漲。土壤以棕壤、褐土為主，暴雨時期濕陷、淤積問題嚴重，城市開發(fā)后，大面積自然基底向城市建成區(qū)轉(zhuǎn)化所帶來的水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化和下墊面變化給雨洪調(diào)蓄帶來更大的壓力。

根據(jù)臨沂市水利局2016年統(tǒng)計，全市水土流失綜合治理面積約為44.6萬hm2，新增水土流失9350hm2?；诔鞘械慕涤晏卣骱退燎闆r，以及地下水資源開發(fā)利用程度加劇、土壤濕陷等問題，與之相適應的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和雨洪管理措施對城市水生態(tài)系統(tǒng)起到了動態(tài)平衡的作用，因此，富有水彈性的“海綿城市”理念具有可行性。

2.2 區(qū)域水環(huán)境

2.2.1 水格局

臨沂經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)屬沂沭河下游沖積平原的中上部，整體地勢西北高東南低，地勢自然坡度為1‰左右，地形以平原為主，在東西中部形成一道分水嶺，西側(cè)李公河屬沂河水系，東部玉白河及其支流解白河屬沭河水系[9](圖1)。沂、沭河流域多年地表水資源為51.6億m3，控制流域面積1.6萬km2, 占山東境內(nèi)的93.43%，水資源需求量大，污水、廢水排放量多，水系環(huán)境遭到挑戰(zhàn)[10]。

2.2.2 水問題

受季風性氣候影響，區(qū)域內(nèi)地表水系年徑流量變化幅度大，豐枯交替，旱澇不均，經(jīng)常出現(xiàn)連續(xù)豐水年或連續(xù)枯水年。隨著李公河及其周邊區(qū)域的不斷開發(fā)建設(shè)，城市用水由以地下水為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘乇硭疄橹?，地表流量減少，甚至在枯水期時斷流，影響河道生態(tài)水量[11]。區(qū)域內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)污水和居民生活廢水通過城市污水管網(wǎng)輸送到開發(fā)區(qū)內(nèi)的污水處理廠統(tǒng)一處理排放，解白河、玉白河等是主要納污河流并匯入沭河，河流污染范圍從支流發(fā)展到干流，從區(qū)域擴展到流域[12]。目前沂河水質(zhì)為Ⅲ～Ⅳ類，受河流自身水動力限制，自凈能力不足，呈輕度污染狀態(tài)。

2.2.3 水系周邊介質(zhì)問題

濱水綠地作為該區(qū)域?qū)嵤昂＞d體”建設(shè)的重要載體，存在以下問題：1)據(jù)統(tǒng)計，沂河臨沂站多年平均含沙量1.15kg/m3, 多年平均輸沙率127kg/s，多年平均輸沙量400萬t，河流下游河道寬度的增加、河流流速的降低使得水流中的泥沙沉積，導致河道上的橡膠壩周圍、河岸邊形成大量淤積；2)水閘等水利工程老化失修，影響了防洪、蓄水、灌溉的綜合功能；3)岸坡形式單一，均為自然式土坡駁岸且坡度較陡，土壤大面積裸露，喬、灌植物稀少，無法對雨水進行截流和緩沖滯流，濕地系統(tǒng)變得越發(fā)脆弱。

從整體格局到單一介質(zhì)，由宏觀解析到微觀分析，將李公河及其周邊區(qū)域的水環(huán)境問題分為三大類：水質(zhì)問題、水岸問題、水患問題(表1)。文章針對李公河濱水綠地的三大問題，對水質(zhì)進行凈化，對水患進行調(diào)控，對水岸進行保護，用3項適用技術(shù)進行修復治理。

表1 區(qū)域問題分析表

3 理念、策略及方法

為解決水質(zhì)、水岸和水患三大水環(huán)境問題，以“細水長流”為設(shè)計理念，使暴雨化細流，細流且長流，以“建立生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施”為1項策略導向，以水域凈化工程、河岸修復工程和雨水滯蓄工程為3種技術(shù)方法，維護良性雨水循環(huán)，增強當?shù)匾运鷳B(tài)為主的生態(tài)系統(tǒng)的自適應性。

圖1 經(jīng)濟開發(fā)區(qū)水系格局

3.1 一項主導策略——建立生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施

首先立足于區(qū)域尺度，在宏觀層面上將自然要素、生物要素和鄉(xiāng)土游憩要素串聯(lián)起來形成1個最佳生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。針對濱水區(qū)域構(gòu)建水安全格局、生物安全格局和游憩安全格局三者疊加的區(qū)域生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，為項目所在區(qū)域提供持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(圖2)。

3.1.1 水安全格局

水安全格局的建立是區(qū)域生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的核心。通過模擬徑流過程和淹沒分析找出潛在的匯水廊道和易受淹地區(qū)，在規(guī)劃過程中盡量預留這些區(qū)域，降低內(nèi)澇風險，并將分析疊加得到水安全格局。最后針對不同功能片區(qū)的主要水問題，提出相應“海綿體”模式予以對應。

圖2 區(qū)域綜合生態(tài)格局

3.1.2 生物安全格局

區(qū)域內(nèi)主要以林木、草本為主，植被覆蓋狀況及生態(tài)環(huán)境條件較差，自然生態(tài)系統(tǒng)的削弱和河流生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定影響該區(qū)域的生物多樣性。以鳥類為指示物種，分析其現(xiàn)狀及分布狀況，遵循保護生物學的基本原則，建立生物安全格局。

3.1.3 游憩安全格局

沂河被臨沂人民譽為“母親河”，自然旅游資源豐富，沿河流兩側(cè)的文化游憩資源尤為集中[13]。通過系統(tǒng)分析文化遺產(chǎn)與游憩資源分布，結(jié)合現(xiàn)有游覽路線，建立各文化遺產(chǎn)、鄉(xiāng)土景觀及旅游資源的空間聯(lián)系，構(gòu)建游憩安全格局。

3.2 三種適用技術(shù)——打造海綿示范工程

微觀層面的重點是“海綿體”在工程上的落實，用水域凈化工程改善水質(zhì)問題，用河岸修復工程解決水岸問題，用雨水滯蓄工程緩解水患問題，打造一條“綠色海綿生態(tài)廊道”(圖3)。

圖3 設(shè)計思路

3.2.1 水域凈化工程

為改善水質(zhì)，首先對李公河進行河底淤泥清除和沿河垃圾清除。由于李公河并非主要納污河流，其由污水引發(fā)的面源污染程度較低，因此水域凈化工程主要采用植物生態(tài)技術(shù)，以自然生態(tài)系統(tǒng)修復河水水質(zhì)污染。具體措施主要包括以下幾個方面(圖4)。

圖4 水域凈化圖

1)在濱河的主要雨污排放點源布置濕地斑塊生態(tài)設(shè)施，對雨水、污水進行收集和處理，避免其直接排入地表水與河流，實現(xiàn)就近凈化水質(zhì)。

2)在洪水位以上區(qū)域種植層次豐富的水杉等中生植物和風箱果、連翹等旱生植物；常水位和洪水位之間是最為脆弱的生態(tài)邊界，在此邊界上種植蘆葦、蒲草等耐水濕的植物；在常水位以下區(qū)域種植荷花、金魚藻等水生植物，利用根系保持水土。降水經(jīng)岸線層級凈化后進入河流，在河流中設(shè)置生態(tài)浮島以穩(wěn)定水質(zhì)[14]。

3.2.2 河岸修復工程

河岸是水陸生態(tài)系統(tǒng)之間的生態(tài)交接帶，為解決河岸的各類問題，構(gòu)建良性循環(huán)的河岸生態(tài)系統(tǒng)，在進行河岸修復時根據(jù)坡度將其分為臺地區(qū)和坡地區(qū)。臺地區(qū)呈現(xiàn)多層階梯效果，鋪設(shè)生態(tài)磚、蜂巢等新材料起到護坡的作用，最下層的梯田和最上層的梯田分別對應5年一遇和20年一遇的洪水高度，防洪線采用可淹沒的不同安全級別的柔性防汛堤(圖5)；坡地區(qū)采用植物緩沖帶，通過土壤下滲作用、植被攔截作用減緩地表徑流流速，保持水土并產(chǎn)生一定的凈化水質(zhì)的作用(圖6)。

圖5 臺地式駁岸

圖6 坡地式駁岸

3.2.3 雨水滯蓄工程

雨水滯蓄工程與短距離的市政管網(wǎng)相配合，使暴雨期雨水滯蓄、枯水期地下水回補，增強旱澇調(diào)蓄功能，形成良性雨水循環(huán)系統(tǒng)[15]，在一定程度上解決水患問題，具體措施主要包括以下幾個方面。

1)道路改造。

道路作為不透水下墊面，其水環(huán)境問題是李公河兩岸下墊面中水環(huán)境問題最為突出的一類[16-17]。在改造中旨在將道路上的雨水徑流進行有組織的匯流與傳輸，通過人工措施讓硬化地面“海綿化”。在道路景觀設(shè)計中，運用植草溝、植物緩沖帶和下沉式綠地，形成“植草溝-人行道-下沉式綠地-機動車道-下沉式綠地”的模式[18]，當設(shè)施中雨水飽和時，可通過溢流口排入雨水管道(圖7)。

圖7 道路改造圖解

圖8 典型濕塘構(gòu)造(南京匠森建筑景觀規(guī)劃設(shè)計有限公司提供)

根據(jù)不同道路等級，人行道采用10cm厚的透水混凝土路面，空隙大，傳熱性低，可以起到良性透水的作用。雨水滲透到達約15cm厚的碎石墊層，該層由駁岸裸露廢棄塊石填充，在其中進行過濾，并在墊層中埋設(shè)與兩側(cè)的卵石滲水槽相通的排水管，進行雨水消化。由于車行道對道路路基強度和穩(wěn)定性要求較高，而透水瀝青路面的潛在風險較大，因此采用半透水路面。

2)濕塘。

濕塘是一種既擁有休閑娛樂和景觀功能，又能發(fā)揮調(diào)蓄功能的多功能水體，一般由6個部分組成：進水口、前置塘、主塘、溢流出水口、護坡及駁岸、維護通道[19]。在李公河濱水綠地上利用原有地形高差設(shè)置濕塘，在進水口和溢流出水口設(shè)置碎石和消能坎以防止水流沖刷綠地、侵蝕駁岸；前置塘坡度為1:5，作為濕塘的預處理措施，將雨水徑流中的大顆粒懸浮物沉淀；在前置塘和主塘之間設(shè)置雨水濕地凈化水質(zhì)；初步凈化后的雨水進入主塘，主塘駁岸采用坡度1:6的生態(tài)型駁岸，達到有效削減徑流總量的作用(圖8)。

3)蓄水池。

蓄水池是具有雨水調(diào)節(jié)和雨水儲存功能的設(shè)施，在暴雨期間暫存雨水和地表徑流，蓄排結(jié)合[20]，暴雨過后，通過出水管將雨水回用于李公河濱水綠地的綠化灌溉、道路噴灑等，維持良好的雨水循環(huán)利用。

4 實踐應用及效果

4.1 數(shù)據(jù)測算

臨沂市屬于年徑流總量控制區(qū)的第IV區(qū)，即年徑流總量控制率為70%～85%。根據(jù)《臨沂市排水防澇綜合規(guī)劃》所規(guī)定的臨沂市中心城區(qū)海綿城市總體規(guī)劃的年徑流總量控制率為75%。綜合考慮設(shè)計區(qū)域環(huán)境狀況，本次設(shè)計區(qū)域的年徑流總量控制率設(shè)定為75%，對應的設(shè)計降雨量為取值30.7mm[21]。根據(jù)公式V=10HψF，設(shè)計降雨量H=30.7mm，綜合徑流系數(shù)ψ＝0.20，F(xiàn)＝20hm2，計算出設(shè)計調(diào)蓄容積為12280m3。在實際建設(shè)中，通過海綿設(shè)施的綜合應用，確保了園內(nèi)雨水徑流的消納[22-23](表2)。

表2 李公河濱水綠地低影響開發(fā)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表3 李公河濱水綠地建設(shè)前后效果對比圖

4.2 建設(shè)成果

針對水質(zhì)問題，通過點源濕地凈化水體；針對水岸問題，通過河岸修復保持水土、增強堤防，提升景觀；針對水患問題，通過道路改造、濕塘、蓄水池等生物滯蓄技術(shù)，廣泛地増加了匯水點，有效分流，并順應自然水流循環(huán)梳理水文，降低徑流水量，達到了雨水管控、防治災害的作用(表3)。

4.3 辯證思考

從上文數(shù)據(jù)分析可知，下沉式綠地和植物緩沖帶效果最佳，且下沉式綠地與植草溝的綜合應用、道路改造均取得了極其可觀的效益，雨水的定量消納已初步實現(xiàn)“細水長流”的目標。同時，針對設(shè)計中仍然存在的不足之處，例如在土壤方面欠缺考慮，在后續(xù)研究中可嘗試通過改良土壤結(jié)構(gòu)提高下墊面滲水率；在植物方面由于地理環(huán)境因素，選擇范圍較為狹窄，尤其是水生植物運用有限，水體自凈效果不理想，反映出我國北方城市“海綿城市”建設(shè)的一些局限性問題，針對這些問題，提出以下建議：1)加強“海綿”技術(shù)研發(fā)，解決功能多、跨度大的城市水生態(tài)和水環(huán)境問題；2)關(guān)注雨洪動態(tài)發(fā)展，根據(jù)不斷更新的城市水環(huán)境問題，加強針對性研究；3)完善城市水系管理，在生態(tài)安全大格局上實現(xiàn)體系完善、法規(guī)健全和管理到位的目標。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方法相比，將“海綿城市”應用于濱水綠地設(shè)計中，更強調(diào)低影響開發(fā)技術(shù)體系與景觀規(guī)劃設(shè)計的多層次復合關(guān)系，更突顯水與綠地的相互依存關(guān)系。本規(guī)劃從城市水環(huán)境大視角出發(fā)，將濱水景觀納入城市生態(tài)環(huán)境整體中考慮，并針對李公河濱水綠地的水質(zhì)、水岸和水患特性，初步解決了城市小環(huán)境濱水綠地雨水沖刷、道路積澇、駁岸水土流失等問題，以期從“海綿園”點狀改造形成“海綿城市”區(qū)域性體系，統(tǒng)籌解決城市水問題。同時，“海綿城市”建設(shè)不可盲目模仿、急于求成，更應該在生態(tài)環(huán)境保護及低碳城市發(fā)展的基礎(chǔ)上綜合衡量、多方協(xié)調(diào)、理性取舍，針對地域特征、水域特色對海綿元素及其應用技術(shù)進行思考：如何以適用性帶動實用性，因地制宜建設(shè)海綿城市。

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制。