濱海濕地在沿海地區(qū)海綿城市建設(shè)中的功能與應(yīng)用研究

楊文舉， 菲爾卡特·甫力東， 俞程奕， 李欣， 崔玉波

(大連民族大學，遼寧 大連 116600)

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，城鎮(zhèn)土地硬化面積持續(xù)增加，造成內(nèi)陸水循環(huán)受阻，城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)。傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)規(guī)劃建造模式中，一般依靠管渠、泵站等排水設(shè)施調(diào)節(jié)雨水高峰。由于水的自然循環(huán)系統(tǒng)被破壞，而現(xiàn)有的城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)無法緩解和調(diào)節(jié)暴風雨造成的巨大洪峰，大量雨水無法排放，導(dǎo)致內(nèi)澇的發(fā)生愈發(fā)頻繁，造成重大財產(chǎn)和人員損失。如何破局，成為市政管理和規(guī)劃部門迫在眉睫要解決的問題，海綿城市的提出正是應(yīng)對這一問題的重大舉措。海綿城市，顧名思義，是指城市亦可似海綿一般，其較為出色的“彈性”可較好地適于環(huán)境改變以及應(yīng)對自然災(zāi)害，降雨時“吸”“蓄”“滲”“凈”，必要時將“蓄”水“釋放”出來并加以利用[1]。

濕地生態(tài)系統(tǒng)因其所具有的特性，既可作為海綿城市規(guī)劃建設(shè)的必需構(gòu)成，同時又是推動地區(qū)社會可持續(xù)發(fā)展的“助燃劑”。濱海濕地作為最重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)之一，在沿海地區(qū)海綿城市建設(shè)中有著重要的價值和作用[2-6]。

1 濱海濕地在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用價值

濱海濕地坐落于海、陸兩大生態(tài)系統(tǒng)的交界地帶，其本身的水文、生物物種、土壤、植被等不同于我們所熟知的任何一類生態(tài)系統(tǒng)。其在抵御海洋災(zāi)害、吸附消減污染物、改善區(qū)域氣候、保護海岸線、維持生態(tài)平衡等方面具有其它生態(tài)系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢[7-8]。不過，迄今為止還未曾有一個明確的、得到學術(shù)界廣泛認可的定義。本文所定義的濱海濕地為：陸海交界處囊括濕生植物、植被覆蓋率超過60%的區(qū)域以及海平面以下6 m的瀕海區(qū)域；包含內(nèi)陸流域中天然或者是非天然的、咸水以及淡水的全部豐水區(qū)域(除去枯水季深度2 m以上的水域)，不管所在地區(qū)內(nèi)的水體是靜止亦或是流動、間歇亦或是永久[9]。

中國的濕地資源十分豐富，地球十分之一的濕地廣泛分布在我國大部分地區(qū)。從2014年國家林業(yè)局濕地資源調(diào)查結(jié)果來看，2013年年底，我國共有53.602 6萬km2不同類別的濕地，濕地總面積達到我國領(lǐng)土面積的5.58%。濱海濕地面積占全國濕地總面積的12.93%，而其中超過96%的濱海濕地為天然濱海濕地，其余皆為人工修整的濱海濕地。在自然濱海濕地中，淺海水域占74.6%、灘涂濕地占6.9%、沼澤濕地占0.75%、河口三角洲濕地占17.8%[10]。

濱海濕地具有的諸多功能是維系海綿城市穩(wěn)定運行的“關(guān)鍵部件”，是海綿城市系統(tǒng)架構(gòu)中較為關(guān)鍵的構(gòu)成要素，也是支撐海綿城市可持續(xù)運轉(zhuǎn)的不可或缺的因素。濱海濕地的水資源功能、抵御災(zāi)害功能、消減污染物功能、生物多樣性保護功能以及經(jīng)濟文化功能等均對海綿城市的架構(gòu)與可持續(xù)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

1.1 水資源功能

1.1.1 水質(zhì)凈化

當?shù)乇韽搅鞯攘魅霚\海、灘涂、入海河口等濱海濕地時，因濕生植被的阻礙，導(dǎo)致水體流速的降低，緩慢的水流有助于水中雜質(zhì)的沉降，使得依附在雜質(zhì)表面的諸多污染物能夠參與到濕地內(nèi)部的理化和生化過程中，得以轉(zhuǎn)化、消減，使得區(qū)域水質(zhì)得到凈化和改善[11]。

1.1.2 水源涵養(yǎng)

濕地生態(tài)系統(tǒng)是巨大的儲水庫，它可以把多余的降雨蓄存，通過其自身的運行將其緩慢釋放，從而得以在時空兩個方面對水資源再分配。濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)不僅可以補充地下水，而且在防止海水入侵方面起著很大的作用[12]。

1.2 氣候調(diào)節(jié)

濕地對于沿海地區(qū)的氣候調(diào)節(jié)起到了極為重要的作用，其借助于水體的蒸發(fā)能夠時刻同大氣做熱量交換。濕地的面積、植被覆蓋率是影響濕地與大氣之間正常循環(huán)的主要因素，也影響著濕地對氣候的調(diào)節(jié)作用。濕地的水藻光合作用和呼吸作用可與空氣置換O2和CO2，對維系空氣中的CO2和O2的平衡具有至關(guān)重要的影響。

通過改變濕地及濕地植被的水循環(huán)和大氣組成，濕地生態(tài)系統(tǒng)可以改變部分地方的溫度、濕度以及降水量，可以在一定程度上減少旱災(zāi)、沙塵暴、霜凍、土壤沙化的發(fā)生率，抵御土壤養(yǎng)分流失，改良土壤狀況[13]。因濕地生態(tài)系統(tǒng)劇烈的水分蒸發(fā)和巨大的熱容量，對其所在區(qū)域的空氣能夠起到降溫增濕的作用，從而實現(xiàn)對地區(qū)內(nèi)小氣候的調(diào)節(jié)作用。

1.3 生物多樣性保護

濱海濕地具有生態(tài)保護的功能，一方面其生態(tài)系統(tǒng)包含有巨大的生物基因庫，另一方面其擁有多種類型的生態(tài)系統(tǒng)以及龐大、豐富的物種。全國的濕地生態(tài)系統(tǒng)中有300余種鳥類(涵蓋40余種法律規(guī)定的一級保護動物)和500余種淡水魚，另外，濕地作為最佳棲息場所，每年有200余種候鳥在遷徙途中要途經(jīng)濕地以及在濕地中繁殖棲息。濕地生態(tài)系統(tǒng)擁有極高的生產(chǎn)力，尤其是沼澤擁有可以與熱帶雨林相媲美的凈初級生產(chǎn)力[14]。

1.4 抵御自然災(zāi)害

1)抵御海水侵蝕。地形海拔較低的近海區(qū)域，海水能夠輕易滲透入底層基質(zhì)。當海水滲至濕地底部時，因其底部植物根系發(fā)達，能夠有效地抵御海水侵蝕。這不僅避免了因海水侵入而造成當?shù)厣鷳B(tài)被破壞的現(xiàn)象，而且充分保護了當?shù)氐牡Y源。其可以作為一道有效的生態(tài)屏障置于濱海地區(qū)海綿城市的規(guī)劃建設(shè)與整體布局中。

2)御風固堤作用。濕地生態(tài)系統(tǒng)中諸多高等水生植物以及濕生植被的根系較為發(fā)達，能夠很好地抵御水體的侵蝕、加固堤壩及沿岸土壤，防止土壤流失。另外，因水體與植物的摩擦力增大，降低了水的流速，使得水體中的泥沙被截留，這樣就提高了河灘、海岸的高度，從而可以御風固堤。

1.5 促淤造陸

濱海濕地生長的植物在一定程度上對動力沉積作用產(chǎn)生影響。當海浪沖過濱海濕地時，濕地的植被可消耗掉海浪的部分能量，最大程度地固定了濕地土壤，還能截留海水中裹挾的部分泥沙。隨著泥沙的持續(xù)沉積，將慢慢擴大濱海濕地的面積。

1.6 帶動經(jīng)濟文化發(fā)展

怡人的景色，新鮮的空氣，不一樣的體驗是濕地景觀的一大特色，濕地給予了游客不一樣的感官享受。如遼寧省盤錦市的紅海灘風景區(qū)，2018年國慶節(jié)期間接待游客20余萬人次，是當?shù)芈糜?、休養(yǎng)的首選之地。

濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)帶動的不僅僅是旅游業(yè)的發(fā)展，其自身具有的科研價值也吸引了諸多科研院所，為人類合理運用濕地資源提供了素材和實驗對象，也為濱海地區(qū)海綿城市的規(guī)劃建設(shè)提供了范本。濕地不僅僅只具有基礎(chǔ)性的科研價值，也具有教育教學價值，還可以作為文化宣傳的素材、影視取景的場地等[15-16]。

2 濱海濕地在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用模式

傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)開發(fā)模式切斷了降水固有的自然循環(huán)模式，海綿城市建設(shè)模式如圖1所示。其將人工景觀與城市基礎(chǔ)工程以及城市原有的地形地勢相結(jié)合，以期模擬出降水的自然循環(huán)過程，使城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)能夠適應(yīng)雨水的自然規(guī)律。

目前，人工濱海濕地與天然濱海濕地相結(jié)合的模式常應(yīng)用于海綿城市的規(guī)劃建設(shè)中，充分發(fā)揮了濱海濕地的凈化、過濾、滲透等功能，推動了海綿城市的優(yōu)化升級。

圖1 海綿城市建設(shè)模式

2.1 雨水花園

雨水花園一般建在天然存在亦或人造的低洼綠地上，選擇低洼綠地主要是利用其地勢的特點以收集雨水，通過植物、土壤以及砂土層的過濾凈化，使雨水能夠補充地下水。由于雨水花園的開發(fā)對于環(huán)境的影響度較低，現(xiàn)今已成為城市規(guī)劃建設(shè)中常用的設(shè)計手段。在此基礎(chǔ)上也發(fā)展出了多種形式，比如墨爾本愛丁堡雨水花園，如圖2所示，通過梯式種植本土植物來收集和處理雨水。愛丁堡雨水花園平均每季度可消減約0.4 t的固體懸浮顆粒，還能供應(yīng)植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)；地下存蓄的過濾雨水量達到200 m3，可提供整個公園內(nèi)60%的植物需水量。

圖2 墨爾本愛丁堡雨水花園模式

2.2 雨水塘

雨水塘是滲水凹塘，一般采用自然形成的水池或者是凹地，也有人造的滲水凹塘。其作用是有效減小徑流峰值，涵養(yǎng)地下水。另外，需要在滲水凹塘的周邊栽種濕生植物或者耐濕植物。當雨水塘的深度大于60 cm時，需要在護坡外種植灌木以阻擋居民進入，以防安全事故發(fā)生。值得注意的是，雨水塘應(yīng)打造成為一個循環(huán)流動的小型生態(tài)系統(tǒng)，以防水體水質(zhì)惡化。

2.3 雨水濕地

雨水濕地包含天然形成的和人造的兩種，是較為綜合的生態(tài)系統(tǒng)。它通過各部分的協(xié)同、利用水循環(huán)規(guī)律集中處理雨水花園和生態(tài)滯留池收集的雨水。由于雨水濕地具有相對簡易的工藝、較小的投入以及較出色的凈水效果等特點，適于在海綿城市規(guī)劃建設(shè)中被廣泛推廣應(yīng)用。

2.4 生態(tài)修復(fù)濕地

生態(tài)修復(fù)濕地利用植被植物形成類似于“格柵”的結(jié)構(gòu)，過濾進入濕地的水體，與此同時在濕地內(nèi)部發(fā)生的理化、生化過程能夠有效吸收、消減污染物，保障區(qū)域內(nèi)水土質(zhì)量、生物多樣性的正常和穩(wěn)定。生態(tài)修復(fù)濕地可確保海綿城市雨污凈化系統(tǒng)的有效運行，同時也能夠避免海水侵蝕與土壤鹽漬化。常見的生態(tài)修復(fù)濕地模式見表1。有規(guī)劃地建設(shè)大型或者小型人工濕地，將在生態(tài)修復(fù)、景觀打造、雨水及生活污水凈化等方面取得很好的效果[17-23]。

表1 常見的生態(tài)修復(fù)濕地建設(shè)方式

天然濱海生態(tài)修復(fù)濕地利用其本身所具有的特性，依靠種類豐富、數(shù)量龐大的天然水生高等植物與微生物自身的成長，助力水體的理化、生化等作用，以消減被污染水體內(nèi)的污染物。另外，植物、微生物等會吸收濕地底層富集的氮、磷、有機及無機物以滿足自身生長的需要，也能夠達到轉(zhuǎn)化、消減污染物的目的，其中部分有毒污染物亦通過此種途徑被轉(zhuǎn)化、消減。高等水生植物通過呼吸作用，利用運輸組織將O2輸送到根部以供好氧微生物的生長繁殖，此過程中有機污染物被好氧微生物消減吸收，濕地底層的O2濃度也能夠抑制厭氧微生物的生長。

對于排污較重的地區(qū)，可以采用有針對性的人工凈化濱海濕地對污染物進行治理。針對需要降解的污染物，通過設(shè)置特定的濕地植物來解決這個問題。人工濕地是類似于沼澤的地面，通過人為的梯次布置以及植物的階梯種植，以期達到天然濕地的效果，通過一系列的理化、生化作用實現(xiàn)相關(guān)功能。孫紅杰等[24]研究發(fā)現(xiàn)：兩級及以上人工濕地的化學需氧量消減率較高,為67.7%～87.0%；生化需氧量消減率為77%左右；氨氮消減率最高能夠達到94%、最低為48%；總氮消減率最高可達97%、最低為43%；總磷消減率波動性也較大，消減程度最高可達88.0%、最低為66.7%，能夠?qū)崿F(xiàn)天然濕地的相關(guān)功能。

3 濱海濕地在海綿城市規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用案例

濱海濕地在海綿城市建設(shè)中越來越受到人們的重視，尤其在沿海城市的海綿城市建設(shè)中起到了重要作用，這里給出秦皇島濱海景觀帶生態(tài)修復(fù)工程與大連前關(guān)濱海濕地公園兩個典型案例供參考。

3.1 秦皇島海濱景觀帶生態(tài)修復(fù)工程

該工程原區(qū)域因不合理的開發(fā)以及環(huán)境保護意識的不足，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境惡化。因濕地退化導(dǎo)致沙灘被嚴重侵蝕，植被損失殆盡，長達6.4 km的海岸線情況不容樂觀，待修復(fù)區(qū)域達到60 hm2。

設(shè)計團隊將此區(qū)域分為3個不同場地，結(jié)合濱海區(qū)域情況，針對性地實施修復(fù)模式，其效果如圖3所示。

圖3 秦皇島濱海生態(tài)修復(fù)景觀帶

對于植被生長狀態(tài)良好的區(qū)域，通過改進的木制步道將各個植物群落融合成為一體，打造景色優(yōu)美的生態(tài)景觀，改良的木棧道不僅可供游客觀光游覽，還能夠在一定程度上起到保護土壤的作用。

對于濱海濕地生態(tài)破壞嚴重的地區(qū)采取生態(tài)可持續(xù)的修復(fù)方案，借鑒潮間帶水坑景觀，設(shè)計者打造了一些小型坑塘用于收集雨水，以利于濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，如圖4所示。

圖4 濱海生態(tài)景觀帶中用以收集雨水的坑塘

對于水泥壩區(qū)域,采用環(huán)境友好型的碎石堤岸，在碎石堤岸上修筑木制棧道，并用當?shù)氐牡乇恢参镞M行覆蓋，如圖5所示。

圖5 秦皇島濱海生態(tài)景觀帶碎石堤岸

通過一系列的生態(tài)修復(fù)措施有效抵制了海水的侵蝕，秦皇島濱海濕地的退化情況有了明顯改觀，同時也為沿海地區(qū)開辟了一個濕地保護利用的新方向[25-26]。

3.2 大連前關(guān)濱海濕地公園

大連前關(guān)城市中央濕地公園總面積29.8 hm2，其中濕地面積10.85 hm2。前關(guān)濕地公園是利用當?shù)貜U棄的洼塘和當?shù)匕傩盏某靥两ㄔ炱饋淼模畲笙薅鹊乇Ａ袅爽F(xiàn)有的天然資源環(huán)境，采用建造人工濕地的手段和技術(shù)經(jīng)驗，打造出了近乎天然形成的濕地景觀。

設(shè)計者通過建造步道改變了整個公園內(nèi)水的流向，再與周圍的河流連接，使其成為活水；公園中部近7萬m2的濕地是一大片蘆葦蕩和大面積的荷花，如圖6所示。濕地將雨水和河水凈化、蓄存，濕地蓄存的水能夠供給公園內(nèi)的植物生長以及保證生態(tài)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

通過原有坑塘的改造與修復(fù)，保護了濱海濕地的生態(tài)系統(tǒng)，同時也改善了周邊區(qū)域環(huán)境。經(jīng)過近幾年的整治，前關(guān)濕地的生態(tài)環(huán)境已得到比較不錯的改觀。與此同時，生態(tài)公園與石制步道的設(shè)計也讓人們能夠更好地親近自然、接觸自然，將人與自然的關(guān)系重塑為一種可持續(xù)的和諧關(guān)系。該工程穩(wěn)步推動了沿海地區(qū)海綿城市的規(guī)劃建設(shè)。

圖6 前關(guān)濕地公園蘆葦蕩和石制步道

4 結(jié)語

濱海濕地作為沿海地區(qū)海綿城市規(guī)劃建設(shè)的重要組成部分，是海綿城市建設(shè)扎實推進和可持續(xù)發(fā)展的強有力的保障。近些年，隨著旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，很多天然海岸線被開發(fā)利用，導(dǎo)致部分濱海濕地被破壞，其功能完全喪失。因此，在建設(shè)海綿城市過程中需要注意以下幾點：

1)把握好濱海濕地開發(fā)與保護的尺度，避免在建設(shè)、改造過程中對其產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞。

2)要充分利用濱海濕地的氣候調(diào)節(jié)、抵御自然災(zāi)害等功能，以利于海綿城市的可持續(xù)發(fā)展。

3)要打造陸海協(xié)同的環(huán)境治理方案，提高人們的環(huán)境保護、濕地保護意識，加快推進濕地保護的法律法規(guī)建設(shè)。

4)增大對外來物種的管控，推進濱海濕地保護區(qū)的建設(shè)。

5)探索出一條適度開發(fā)與保護濕地的新路，使其成為海綿城市規(guī)劃建造的核心部件。