城市靜態(tài)水體生態(tài)開放空間設(shè)計(jì)研究
——以成都市滄浪湖為例

楊艷梅,王家良,付韻潮,龔克娜,邱 壯

(四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610000)

1 項(xiàng)目概況

滄浪湖位于成都市浣花溪公園內(nèi)，毗鄰杜甫草堂，由淺灘、溪流、鳥島共同組成，與浣花溪河道自然連通，水域面積約30 000 m2(圖1)，有白鷺、夜鷺、蒼鷺等100余種鳥類聚居，是成都市中心城區(qū)范圍內(nèi)難得的觀鳥勝地。同時(shí)，湖區(qū)屬于成都兩江抱城片區(qū)，其中浣花溪河道周邊擁有高達(dá)35 %的城市綠地與生態(tài)駁岸，為中心城區(qū)極具自然資源與生態(tài)聚集潛力的城市開放空間。

圖1 成都滄浪湖區(qū)位示意

然而，近年來(lái)滄浪湖水生態(tài)和水環(huán)境持續(xù)惡化，水生態(tài)系統(tǒng)崩潰，喪失水體自凈功能，加之湖旁鳥島高有機(jī)負(fù)荷污染沖刷入湖、游人濱湖活動(dòng)、周邊雨水管道直排入湖等將外源污染排入湖體，導(dǎo)致原本應(yīng)為浣花溪提供自然凈化、自然調(diào)蓄功能的海綿體變?yōu)榱覸類水質(zhì)、中度富營(yíng)養(yǎng)化、給浣花溪流域帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)的污染源。周邊景觀生態(tài)功能隨著游人需求的改變，也面臨生態(tài)與開放帶來(lái)的沖突。

為提升浣花溪公園生態(tài)價(jià)值，恢復(fù)滄浪湖在城市公園體系中的自然海綿體功能，打造城市公共濱水休閑空間，滄浪湖水生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目作為成都市“宜居水岸”示范段項(xiàng)目重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)之一得以實(shí)施(圖2)。

圖2 浣花溪公園滄浪湖鳥瞰圖

2 湖泊現(xiàn)狀分析與目標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 滄浪湖現(xiàn)狀建設(shè)問(wèn)題分析

2.1.1 現(xiàn)狀生態(tài)問(wèn)題

經(jīng)過(guò)調(diào)研與研究，對(duì)于生態(tài)因素構(gòu)建的挑戰(zhàn)主要由四大問(wèn)題構(gòu)成：

(1)水體自凈能力的欠缺：湖體多年前為浣花溪的過(guò)水潭，底部基本為黃泥與卵石構(gòu)成，水底鮮有植物生長(zhǎng)，岸邊的挺水植物因養(yǎng)護(hù)與游人活動(dòng)范圍的增大等問(wèn)題逐步消失，造成水體水生態(tài)系統(tǒng)崩潰，喪失自凈功能。

(2)鳥島區(qū)域生態(tài)保護(hù)與建設(shè)開發(fā)的沖突：滄浪湖的南部島嶼為城中心的自然鳥島，其中棲息著超過(guò)100種的鳥類，有大量蒼鷺、白鷺、鸕鶿及多種放生鳥類聚居，其中鳳頭鷹、魚鷹為這里的特有鳥類。滄浪湖的改造建設(shè)不能破壞鳥島原有的生態(tài)系統(tǒng)，不能侵占與打擾鳥類原有的生存環(huán)境。

(3)生態(tài)補(bǔ)水量不穩(wěn)定：滄浪湖緊鄰浣花溪河道，由于河道水位隨季節(jié)漲落約為0.5 m，湖區(qū)進(jìn)出水口的原有空間沒(méi)有彈性調(diào)節(jié)機(jī)制，使得湖內(nèi)水量隨季節(jié)變化巨大，不利于清水型生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建。

(4)外源面源污染增加環(huán)境壓力：鳥島上產(chǎn)生大量鳥糞經(jīng)雨水沖刷直接進(jìn)入了滄浪湖，周邊道路上的初期雨水未加處理的隨意排放，以及公園大量的游憩、觀鳥活動(dòng)都為水體帶來(lái)了額外的污染負(fù)荷。

2.1.2 現(xiàn)狀景觀問(wèn)題

對(duì)于景觀游憩因素提升的挑戰(zhàn)主要分為親水性、觀賞性與休憩空間的重塑。通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)研發(fā)現(xiàn)來(lái)到滄浪湖區(qū)的游人具有豐富的游憩需求，例如觀鳥、藝術(shù)教學(xué)、休憩等。但是原始岸線周邊能夠給予的功能卻頗為受限：原始園路窄?。痪€型空間缺乏具有親水功能的節(jié)點(diǎn)；河岸板結(jié)、行人通行不利；無(wú)近景供人觀賞、無(wú)休憩節(jié)點(diǎn)設(shè)置；岸線生態(tài)遭到破壞。

2.1.3 現(xiàn)狀海綿城市建設(shè)問(wèn)題

《成都市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃(2016-2030)》對(duì)涉及區(qū)域在水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全方面均提出了目標(biāo)要求。滄浪湖及周邊區(qū)域需要落實(shí)年徑流總量控制率70 %，面源污染控制率40 %的目標(biāo)任務(wù)。根據(jù)實(shí)際建設(shè)情況，作為生態(tài)海綿體的滄浪湖應(yīng)落實(shí)低影響開發(fā)理念，打造綠色基礎(chǔ)設(shè)施[1-2]，在開發(fā)建設(shè)中注重對(duì)于來(lái)自周邊游人活動(dòng)、鳥類糞便等面源污染的去除，避免直接排入水體。在開發(fā)改造過(guò)程中控制硬化路面的建設(shè)，控制場(chǎng)地綜合徑流系數(shù)小于0.55。

2.2 滄浪湖生態(tài)開放空間指標(biāo)體系評(píng)價(jià)

根據(jù)滄浪湖自身的自然生態(tài)狀況、岸線景觀游憩功能、海綿城市建設(shè)指標(biāo)相關(guān)內(nèi)容，采用層次評(píng)價(jià)法對(duì)湖區(qū)的現(xiàn)狀問(wèn)題與開發(fā)改造目標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判。最終提出8個(gè)影響控制因子，并計(jì)算評(píng)價(jià)因子間的相關(guān)系數(shù)(表1)。

表1 滄浪湖生態(tài)開發(fā)空間指標(biāo)與權(quán)重

2.3 滄浪湖建設(shè)目標(biāo)體系構(gòu)建

綜合考量湖泊的生態(tài)狀況、景觀游憩因素、海綿建設(shè)因素，針對(duì)權(quán)重較高的水體自凈能力、水量維穩(wěn)、面源污染去除等因子，提出構(gòu)建滄浪湖生態(tài)開發(fā)空間的三大目標(biāo)任務(wù)方案層(圖3)，通過(guò)分析權(quán)重分別為：“灰綠結(jié)合”的湖泊水體自凈系統(tǒng)得分0.4238、結(jié)合沿岸低影響開發(fā)系統(tǒng)的景觀提升得分0.3464、以控制水量為目標(biāo)的進(jìn)出水口生態(tài)改造得分0.2298。設(shè)計(jì)方案將就這三大層級(jí)梳理并形成整體方案。

圖3 滄浪湖設(shè)計(jì)目標(biāo)體系構(gòu)建

3 湖泊治理方案

湖體自身的水體資源保護(hù)包括水質(zhì)的保護(hù)、湖泊生物系統(tǒng)的構(gòu)建、湖泊水資源的日常管理、岸線的復(fù)育和與人類活動(dòng)過(guò)渡帶的保護(hù)等等。其中水體質(zhì)量主要是嚴(yán)格控制外源污染以及水質(zhì)的更新與維護(hù)；湖泊的生物系統(tǒng)應(yīng)該在維持生態(tài)的基礎(chǔ)上，選擇具有治污價(jià)值的物種；適當(dāng)對(duì)岸線及岸線周邊水陸過(guò)渡帶進(jìn)行保護(hù)與復(fù)育[3]。

因此，項(xiàng)目主要通過(guò)實(shí)施“灰綠結(jié)合”的湖體水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、基于低影響開發(fā)理念的沿岸景觀品質(zhì)提升、以控制水量為目標(biāo)的進(jìn)出水口生態(tài)改造，以期實(shí)現(xiàn)恢復(fù)湖泊水生態(tài)自凈功能，改善水環(huán)境質(zhì)量，提升水景觀效果的目標(biāo)。

3.1 構(gòu)建“灰綠結(jié)合”的湖泊水體自凈系統(tǒng)

通過(guò)現(xiàn)狀分析滄浪湖位于浣花溪公園的中間地帶，湖區(qū)由淺灘、溪流、和鳥島共同構(gòu)成，為浣花溪流域一帶生態(tài)人工型湖泊。水域面積約30 000 m2，湖泊容量70 000 m3。設(shè)計(jì)常水位為501.73 m，最高蓄水位為502.03 m,湖區(qū)平均深度為2.5 m，季節(jié)性漲落水位差約為0.5 m(圖4)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，湖底形態(tài)為黃土與2 m稍密卵石層結(jié)構(gòu)，防滲情況良好。南側(cè)鳥島淺水區(qū)3～6 m多為鵝卵石灘，北側(cè)活動(dòng)區(qū)域6～12 m由于長(zhǎng)時(shí)間人行空間的踩踏，已經(jīng)形成板結(jié)土層。整個(gè)地表徑流的匯水面積約為23 000 m2。

圖4 滄浪湖現(xiàn)狀湖底高程、水位、匯水區(qū)域分析

湖岸周邊植物主要為垂柳、紫葉李、櫻花、蘆竹、傘草、石楠、南天竹、腎蕨、銀杏、黃葛樹、海桐等，周邊植物形成覆蓋型空間，湖區(qū)周邊近水區(qū)域局部有稀疏的挺水植物，以蘆竹、傘草等為主營(yíng)造一個(gè)水域開敞空間(圖5)。

圖5 滄浪湖植物現(xiàn)狀

因此植物構(gòu)建方面，基于湖區(qū)水深與水草的季節(jié)性，搭配不同品種的水草(圖6)。在鳥島沿岸，增加挺水濕生植物，例如狐尾藻、輪葉黑藻、小茨藻，加強(qiáng)截污能力，有效控制鳥糞擴(kuò)散流入水體；在深水區(qū)域構(gòu)建沉水植被，以凈化型水草為主：例如苦草、水蘭、刺苦草、光葉眼子菜、輪葉黑藻等，增加湖體核心凈化能力；在北側(cè)游人沿岸的景觀消漲帶選擇觀賞和耐旱性挺水植物，有效控制面源污染并增加近景的景觀效果。而在湖區(qū)水體出入口，在凈化濕地之外額外配置龍須眼子菜，來(lái)增加耐沖刷水草的配置。

圖6 滄浪湖水體植被構(gòu)建設(shè)計(jì)

除了植物系統(tǒng)之外，還配置一定量的黑魚、青蝦、和螺類，從而解決湖體有機(jī)質(zhì)和植物殘?bào)w的問(wèn)題，使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。

為了杜絕生態(tài)系統(tǒng)在構(gòu)建初期發(fā)生水體渾濁，光照難以穿透水層(透明度低)，沉水植物無(wú)法成活的現(xiàn)象。通過(guò)投放大型枝角類浮游動(dòng)物，抑制藍(lán)綠藻生長(zhǎng)繁殖，迅速提高水體透明度，清除水體有害細(xì)菌和固體污染物為沉水植物生長(zhǎng)創(chuàng)造條件[4]。經(jīng)測(cè)算，投放大型枝角類浮游動(dòng)物可以使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在初期氮磷凈化效率達(dá)到：2 800 kgN/(hm2·a)，400 kgP/(hm2·a)，達(dá)到增加水體透明度、增氧，利于水下植物的生長(zhǎng)。

通過(guò)測(cè)算進(jìn)水現(xiàn)狀指標(biāo)與構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)后污染負(fù)荷情況，可以發(fā)現(xiàn)總氮和總磷明顯得到削減(表2)，滄浪湖的清水型生態(tài)系統(tǒng)可以使水質(zhì)接近地表Ⅲ類的標(biāo)準(zhǔn)，抑制藻類的爆發(fā)，并能一定程度實(shí)現(xiàn)水下森林的景觀效果。能夠?qū)崿F(xiàn)納污產(chǎn)清功能，日處理量能達(dá)到湖體蓄水量的5 %～7 %。

表2 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建前后氮磷削減率對(duì)比

為了防止暴雨、洪峰對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的沖擊與破壞，在滄浪湖水體自身生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建之外，還引入了灰色的應(yīng)急處理設(shè)備。按每日進(jìn)水量4 700 m3計(jì)算，水體中來(lái)自浣花溪每日的進(jìn)水污染負(fù)荷，總磷達(dá)到0.172 t/d，總氮約為2.573 t/d。項(xiàng)目采用3套地埋式一體化設(shè)備，通過(guò)超微凈化水處理工藝能有效削減水體中的懸浮顆粒SS、N、P和有機(jī)物的含量，解決應(yīng)急時(shí)段湖區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題，配合生態(tài)系統(tǒng)自凈與恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)治理的“灰綠結(jié)合”，確保滄浪湖水體主要水質(zhì)指標(biāo)維持在地表水III類水標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 結(jié)合沿岸低影響開發(fā)系統(tǒng)的景觀提升

通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)研發(fā)現(xiàn)來(lái)到滄浪湖區(qū)的游人具有豐富的游憩需求，但是原始岸線周邊能夠給予的功能卻頗為受限，沿湖景觀現(xiàn)狀問(wèn)題包括：原始園路窄?。痪€型空間缺乏具有親水功能的節(jié)點(diǎn)；河岸板結(jié)、行人通行不利；無(wú)近景供人觀賞；岸線生態(tài)遭到破壞(圖7)。

圖7 湖區(qū)景觀需求現(xiàn)狀示意

為了解決這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)提出三大解決思路。一是局部“放大空間”為親水停留提供場(chǎng)所，二是“活躍路徑”提供不同的通行趣味，三是“梳理邊界”營(yíng)造不同的觀鳥區(qū)域(圖8)。

圖8 湖區(qū)景觀改造平面

降低場(chǎng)地西側(cè)的原有眺望平臺(tái)的標(biāo)高，通過(guò)踏步石板的交疊下放活動(dòng)空間，給予人們更親近水面的機(jī)會(huì)，形成“百鳥爭(zhēng)聚觀”的瞭望觀鳥臺(tái)。順應(yīng)湖岸線，創(chuàng)造出蜿蜒的臨湖親水棧道(圖9)。連接從紅梅林間伸出的四方臺(tái)，形成遠(yuǎn)處打望的“林間瞭望臺(tái)”與岸上園路相呼應(yīng)給出不同的通行樂(lè)趣。對(duì)于沿岸北側(cè)的原始駁岸，局部擴(kuò)大青石挑板的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，帶型空間中詩(shī)石、草坡、石條板、座椅為游人提供小憩流連的場(chǎng)所。東側(cè)保有岸線的生態(tài)性，以拋石、植物群落造景為主。一動(dòng)一靜，區(qū)域相對(duì)安靜讓游人行進(jìn)在水岸灌草之間，體會(huì)不同的空間，具有“行水溪間景”的靜心體驗(yàn)。沿湖線性空間的收頭為保留的古碼頭與出水口小島，小島上的白色礫石與混播草坪相間掩映在古碼頭之后，宛若當(dāng)年“千秋雪、萬(wàn)里船”的意向，點(diǎn)點(diǎn)紅梅與對(duì)岸林間遙相呼應(yīng)，更是與整個(gè)浣花溪紅梅鬧春的詩(shī)意棲息相襯相依。

圖9 湖區(qū)駁岸關(guān)系示意

整個(gè)湖岸的生態(tài)植物景觀層次通過(guò)出入水口與岸邊的低洼淹沒(méi)區(qū)域、季節(jié)性淹沒(méi)的淺灘緩坡區(qū)域、堤岸自然草坡、沿岸喬灌層共同構(gòu)建(圖10)。游人的活動(dòng)區(qū)域通過(guò)步道、石灘與河岸生態(tài)緩沖空間相嵌卻保持一定脫離，形成和諧生態(tài)的景觀體系(圖11)。

圖10 滄浪湖生態(tài)景觀層次與植物分布示意

圖11 湖區(qū)景觀設(shè)計(jì)改造前與改造后預(yù)期效果對(duì)比

滄浪湖水體為地表水劣V類，其主要超標(biāo)物為總氮和總磷，處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。湖泊主要的外源污染包括：鳥島鳥糞因地表徑流造成高有機(jī)負(fù)荷污染、市民濱河活動(dòng)造成污染、沿岸初期雨水地表徑流直接排入湖泊形成面源污染等。

為了盡量不給水體帶來(lái)過(guò)多的負(fù)荷，沿湖結(jié)合地形進(jìn)行全線低影響開發(fā)設(shè)計(jì)(圖12、圖13)。借助海綿城市的建設(shè)思想利用小型分散型的綠色基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)收集、處理雨水。通過(guò)植被過(guò)濾帶、下沉式綠地、雨水花園的設(shè)置進(jìn)一步做到雨水徑流生態(tài)化截污凈化[5]。滄浪湖鳥島是重要的生態(tài)資源保護(hù)地，為了保護(hù)鳥群同時(shí)又減輕鳥糞對(duì)主湖區(qū)的污染負(fù)荷，在周邊水域種植耐污染型的水草，如：狐尾藻、輪葉黑藻、小茨藻等。

圖12 滄浪湖沿岸低影響開發(fā)設(shè)施設(shè)計(jì)斷面示意

圖13 滄浪湖沿岸全線低影響開發(fā)設(shè)施布局

通過(guò)測(cè)算滄浪湖沿岸通過(guò)一系列透水鋪裝、線型排水溝、生態(tài)截污溝、植草溝、雨水花園等不同收集、轉(zhuǎn)輸凈化設(shè)施的布局，控制場(chǎng)地綜合徑流系數(shù)在0.32(表3)，使改造后的湖區(qū)沿岸具有一定消納周邊雨污的功能。

表3 改造后滄浪湖場(chǎng)地綜合徑流系數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.3 以控制水量為目標(biāo)的進(jìn)出水口生態(tài)改造

利用勘測(cè)湖底高程點(diǎn)(1∶500)與出入口位置的設(shè)定建模，并采用專業(yè)數(shù)學(xué)軟件搭建平面二維水動(dòng)力模型，可以發(fā)現(xiàn)滄浪湖中心與北側(cè)區(qū)域水動(dòng)力不足(圖14)，水體自身長(zhǎng)期積存，造成污染負(fù)荷集聚；進(jìn)出水口流速較大，宜控制流量與速度，在湖區(qū)生態(tài)承載力的基礎(chǔ)上，控制湖區(qū)進(jìn)出水量在湖區(qū)總水量的5 %左右。

圖14 滄浪湖各區(qū)域水動(dòng)力情況比較

在控制進(jìn)水流量的手法上，取代原有的攔閘，通過(guò)采用生態(tài)過(guò)濾壩與微地形結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)(圖15)。微地形與礫石層形成曝氧過(guò)水面，保障常水位下20 cm的自然進(jìn)水?dāng)嗝?。為了控制整個(gè)滄浪湖的日進(jìn)水量，對(duì)于湖區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)納污產(chǎn)清效率進(jìn)行核算。于進(jìn)出水口分別設(shè)立生態(tài)過(guò)水壩，將湖區(qū)進(jìn)出水口流道控制在7 cm左右，保障了湖區(qū)清水型水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建條件。

圖15 進(jìn)出水口構(gòu)造示意

在保障過(guò)水截面的基礎(chǔ)上，于面狀的進(jìn)出水區(qū)域創(chuàng)造出富有“溝壑感”的微濕地表面。給予水生植物群落、礫石掛膜層與進(jìn)出水流有更大的接觸表面積，從而為有效的過(guò)水截面上創(chuàng)造更好的接觸凈化條件。從景觀視角上，進(jìn)出水口空間上具有不同地高低層次關(guān)系，適于不同濕生、挺水植物的生長(zhǎng)。配以馬蹄蓮、腎蕨、香蒲、水生美人蕉、花葉蘆竹、蒲葦、西伯利亞鳶尾、再力花等水生植物，共同創(chuàng)造出水岸生態(tài)野趣的景致，使得消極的納污空間重新靚麗起來(lái)(圖16)。

圖16 進(jìn)水口設(shè)計(jì)改造前與改造后預(yù)期效果對(duì)比圖

4 結(jié)束語(yǔ)

湖泊的保護(hù)與開發(fā)利用始終是城市活力空間探究的重點(diǎn)，特別對(duì)于城市雙修建設(shè)中的寶貴水體資源，明確湖泊的保護(hù)目標(biāo)與任務(wù)有利于因地制宜地落實(shí)解決辦法，借助于湖泊空間的改造與利用，能夠重塑水生態(tài)、借助嚴(yán)格的水資源管理制度，全面改善湖泊生態(tài)系統(tǒng)，從而將優(yōu)質(zhì)的自然環(huán)境交還予公共開放空間。

滄浪湖水生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目作為成都市“宜居水岸”示范工程重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)之一，旨在通過(guò)恢復(fù)湖泊水生態(tài)功能、改善水環(huán)境、提升湖岸景觀，為浣花溪提供海綿體生態(tài)凈化與調(diào)蓄功能，為公園提供良好的生態(tài)、游憩環(huán)境，也為城市既有公園與水體的生態(tài)改造提供可復(fù)制、可推廣的案例，為成都市高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)公園城市、體現(xiàn)公園生態(tài)價(jià)值提供技術(shù)支撐。

根據(jù)有關(guān)研究，針對(duì)像滄浪湖一類具有較大儲(chǔ)水量的湖泊，在加強(qiáng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建之外仍需通過(guò)加強(qiáng)流域管理，從而實(shí)現(xiàn)河湖同治[6]。本項(xiàng)目主要涉及滄浪湖的靜態(tài)水體生態(tài)修復(fù)，未對(duì)與之相連接的浣花溪進(jìn)行河道生態(tài)治理，故后續(xù)在“宜居水岸”示范工程中還應(yīng)對(duì)浣花溪來(lái)水水質(zhì)及水量如何保障進(jìn)行深入探索，方能保障滄浪湖水生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期效果，也為城市水體生態(tài)修復(fù)提供更全面的參考案例。