基于水敏性城市設計的城市水環境污染控制體系研究

王曉鋒，劉　紅，袁興中，任海慶，岳俊生，熊　森

1 煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室，重慶　400030

2 三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，重慶　400030

3 重慶大學資源及環境科學學院，重慶 400030

4 三峽庫區澎溪河濕地科學實驗站，重慶　405400

基于水敏性城市設計的城市水環境污染控制體系研究

王曉鋒1,2,3，劉紅1,3,*，袁興中1,2,3，任海慶1,2,3，岳俊生1,2,3，熊森4

1 煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室，重慶400030

2 三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，重慶400030

3 重慶大學資源及環境科學學院，重慶 400030

4 三峽庫區澎溪河濕地科學實驗站，重慶405400

摘要:隨著城市化進程加快，自然地表被硬化的不透水地面所替代，城市面源污染加劇，城市水環境惡化成為限制城市發展的關鍵因素。水敏性城市設計(Water Sensitive Urban Design, WSUD)提出從城市設計和生態管理角度實現城市發展與水環境保護的共同目標。綜述了WSUD理論內涵、設計原則、技術體系以及隱含在其中的生態學思想，提出當前WSUD理論發展需要進一步完善的技術體系，整合生態學思想以及建立科學的效益評估方法，并與傳統生態智慧關聯，為WSUD在我國的發展和研究提供科學參考。同時，基于WSUD技術及蘊含于其中的生態智慧，針對三峽庫區城市水環境特點和城市面源污染特征，兼顧城市景觀優化、生物生境再造、生態服務功能優化與城市建設協同發展，采取生態緩沖、濕地消納和自然調控相結合的綜合防控思路，以水陸界面生態屏障綜合控制為主線，根據城市生活區-休閑娛樂區-水陸界面緩沖區3個空間層次，提出城市污染源頭-濱湖綠帶-生態護坡-基塘濕地-自然消落帶多重攔截和消納的城市水環境污染控制體系，形成三峽庫區水敏性城市設計與建設的模版和參考，為三峽庫區城市水體污染控制提供科學依據，促進三峽庫區水質保護與城市人居環境協同發展。

關鍵詞：WSUD(水敏性城市設計); 生態思想; 城市水環境; 控制體系

Construction of the urban water environmental pollution control system based on the ecological ideas of water sensitive urban design

水是城市發展和人類生存的核心要素。隨著全球城市化進程加快，自然水循環越來越受到人類活動的影響[1- 4]。據統計，截至2011年底，中國城市水體水質大多低于Ⅲ類水質標準，三分之一以上城市河段為重度污染，城市水環境面臨嚴峻挑戰[5]。自20世紀末，政府開始嚴格控制工業廢水、生活污水的排放，全國各大中型城市開展了污水處理，然而，近年來，大部分城市水體污染程度不減反增，城市水環境安全成為限制城市發展的關鍵因子[6]。隨著研究和實踐的深入，人們開始意識到城市體系逐漸成熟，原本的綠色滲水地面被屋頂、停車場、路面、廣場等不透水地表代替[7]，一方面增加了城市內澇風險，另一方面，眾多污染物通過雨水徑流進入城市水環境，形成對城市水環境更具威脅的城市面源污染[8- 9]。城市發展過程中迫切需求一種協同發展的可持續的水環境管理體系。

為了應對城市化進程對水環境的負面影響，研究者致力于把城市水環境問題和城市規劃設計結合并提出了多種城市水管理策略，如低沖擊開發模式(Low Impact Development, LID)[10]，可持續城市排水系統(Sustainable Urban Drainage Systems, SUDS)[11- 12]，低影響城市設計與發展(Low Impact Urban Design and Development, LIUDD)[13]以及水敏性城市設計(Water Sensitive Urban Design, WSUD)[14- 15]等。LID、SUDS以及LIUDD均是通過設計合理的排水系統和污水處理系統實現城市化過程中的水環境影響最小化，而WSUD是基于LID而提出的綜合可持續城市水生態管理框架，目的是實現城市建成形態與城市水循環協同發展，保護水生態資源，同時提供城市生態環境的恢復力[16]。面臨氣候變化、城市人口激增、水環境污染等挑戰，WSUD理論為同時實現城市發展、保護水源、城市生態系統恢復、應對氣候變化等提供了可能[17]。WSUD理論在澳大利亞、美國、法國、新加坡等國家被視為未來城市發展與城市水環境管理的關鍵理論[16,18- 19]。

WSUD在中國的研究尚處于初級階段，僅有少數研究者針對WSUD的基本原則和內容[19]、城市設計的啟示[19-20]、景觀建筑的借鑒以及外延設計[21]進行了描述和探索。WSUD理論在中國的實踐更是少之又少，僅龔清宇等[22]、王鵬等[20]對WSUD在我國的發展和應用的進行了探索。然而，這些研究對WSUD的理解仍然處于雨洪管理和水處理的初級階段，對WSUD理論中更重要的生態學思想的認識薄弱成為限制其在我國發展的重要原因。

當今的中國城市發展速度極快，城市人口壓力劇增，全國城市化面積迅速提高，新興城市和舊城改造隨處可見，尤其在三峽移民工程的帶動下，三峽庫區城市發展速度遠超其他地區，這也為三峽庫區水環境安全帶來了極大威脅[23- 24]。如何應用生態學的方法解決城市化帶來的庫區水環境安全問題，已經成為當前城市規劃和生態學科研究的熱點[25]。為探索WSUD和三峽庫區城市水生態可持續發展的有機結合，本文基于對WSUD技術及蘊含于其中的生態智慧的探索，旨在推進生態智慧在新時期城市水污染控制中的應用，構建基于WSUD生態學思想的城市水污染控制體系模版和參考，以期為WSUD在我國的發展與研究提供科學參考與依據，從而有效促進庫區水體與城市人居環境協調發展。

1水敏性城市設計(WSUD)介紹

水敏性城市設計(WSUD)的定義不斷發展，但仍沒有統一的定義[26- 27]。根據NWC的定義，WSUD指綜合了城市設計和城市水環境的管理、保護和保持，旨在控制城市發展過程中對城市內及周邊水文環境的影響[28]，以確保城市發展對自然水文和生態過程的敏感性[29]。關于WSUD的研究主要集中在理論內涵[16- 19,29]、基本原則[30]、目前通用的技術體系[16,30- 31]以及案例分析[32- 33]，個別研究者基于生物多樣性調查對WSUD的生態學意義[15]進行了分析。

1.1WSUD理論內涵

WSUD的根本出發點是生態可持續發展(Ecologically Sustainable Development, ESD)[16]，根本要素是社會可持續發展和城市水環境可持續管理[34]，其根本目的是保護水源，同時提供城市生態環境的恢復力，最終實現城市建設形態和城市水循環的協同發展[35]。WSUD的過程就是將水環境可持續管理、城市規劃、景觀設計與生態恢復相結合，通過整合資源和學科交叉，平衡城市發展與城市水循環，提升城市環境質量和宜居性(圖1)。

圖1　WSUD 理論內涵(a)與基本原則(b)Fig.1　The theoretical connotation (a) and Key principles (b) of water-sensitive urban design

在工業廢水與生活污水得到有效處理的前提下，傳統的城市規劃和設計中更注重高效率的排水系統以快速收集并排出雨水徑流[36]。與傳統水處理方式不同，WSUD理論強調，作為一個完善的城市水環境管理模式，雨水徑流必須被納入到城市設計和規劃中[16]，同時，WSUD理論將雨水作為一種重要資源，通過雨水收集利用等技術來減少城市地表徑流、處理徑流污染、回收利用雨水、增加雨水的下滲和蒸發，進而恢復城市的自然水循環過程。WSUD理論提出從源頭和過程上處理城市雨水，減少雨水徑流和污染負荷是城市水環境可持續管理的重要目的之一[37]。

Lloyd認為WSUD是旨在把城市發展對周邊環境的水文影響減到最小的城市規劃和設計的新哲學和新途徑[38]。澳大利亞國家水工程委員會提出：WSUD是一種規劃和設計的哲學，旨在克服傳統發展中的一些不足，從城市戰略規劃到設計和建設的各個階段，它將整體水文循環與城市發展和再開發相結合。WSUD結合了工程和非工程措施，并且能夠影響開發過程中居民的用水行為。

WSUD對城市面源污染防控的設計結合土地利用控制、源頭控制、徑流控制、排放控制等綜合方案，從雨水收集、徑流過程到最終進入受納水體，總體控制和削減污染物含量，同時發揮景觀、美學、娛樂、休閑等潛在價值。WSUD既是一種水域生態系統保護策略，也是一種維持城市長期供水的有效途徑。

1.2WSUD技術體系

WSUD技術就是把城市雨洪管理技術合理的融入城市開發項目，鑲嵌在未來的城市建成形態中[39- 40]。WSUD技術可以按照應用尺度和功能分類。WSUD技術按尺度分類是基于WSUD的設計空間大小，從地塊尺度到流域尺度進行的分類體系，基本可分為單個住戶-建筑-小區-區域-市-省(-流域)等多個等級，設計過程遵循從大到小，從面到點的原則[30,41]。功能分類可以將WSUD技術分為水平衡技術、水質凈化技術以及節水技術[31,42]：水平衡技術主要通過提高城市滲透地面，攔蓄雨水等達到地下水補給、減少徑流侵蝕等目的，最終實現城市水平衡控制；水源保護技術主要利用生物吸收、物理沉淀、化學分解實現雨水污染負荷削減、保護城市地表水質的目的；節水技術則主要是通過節水園藝、雨水再利用、科學管理等以減少城市耗水和增加城市水的自給，通過自然的方法減少城市耗水量是WSUD節水技術的關鍵內容。Edmiston利用本地和外來耐旱物種設計的低水花園(Low Water Gardens)為節水園藝開創了先河，并強調植物篩選是節水園藝的核心[43]。Hitchmough等[44]進一步基于耐旱植物的篩選提出了城市混播花甸設計技術，其強調本地物種的重要性。也有研究者根據公眾需求對WSUD進行技術分類[45- 47]，主要分為雨洪管理技術、景觀優化技術、場所營造技術、生物生境再造技術、生態系統恢復技術、水質凈化技術以及綜合多功能技術，但基于當前WSUD目標多元化的發展趨勢，這類針對單一需求的技術分類并不利于WSUD的發展。

WSUD技術研究較多[10- 15,49- 50,68]，其中大部分技術已經被很多城市建設所采納。然而，目前WSUD技術主要還是側重于雨洪控制能力的預測和污染控制效益，而忽略了其在城市水循環過程和城市宜居性能的潛在作用，WSUD技術對城市地下水補和人類感知因素[69]的定量化研究尚屬空白。WSUD技術體系的構建尚不完善，尤其缺乏統一的技術分類和科學的技術評估研究，因此未來WSUD技術標準和體系構建是亟待解決和研究的重要內容。

2水敏性城市設計(WSUD)的生態學思想

面對城市化加快、氣候變化、極端天氣以及水環境污染問題，國際水環境協會(International Water Association)在全球范圍內提出“未來城市(Cities of The Future)”計劃，為全球城市發展提出了新的價值觀體系[70]，同時為WSUD的發展提供了良好契機[17]，未來WSUD設計更加注重利用生態思想進行城市設計和水資源可持續管理。WSUD遵循的生態學思想包括：萬物一體、師法自然、自然設計、生態系統緩沖及恢復思想、“源”“匯”景觀思想以及生態系統服務功能理論等。

2.1萬物一體

“萬物一體”的經典哲學思想歷史悠久，其與近代生態系統論不謀而合。《莊子·齊物論》[71]提出“天地與我并生，萬物與我為一”，程顥[72]的“仁者以天地萬物為一體” 等都是我國古人對萬物一體哲學思想的闡述和發展，這一思想發展到今天，強調人與自然、人與環境同為一體，協同共生。城市可持續設計理念認為人類文明是整體自然資源的一部分，地球上所有生命形式都依賴于這些自然資源[73]。WSUD的基本理念正是基于萬物一體思想，從生態系統的角度看待城市發展，并將城市及其空間作為自然環境的一部分，因此WSUD更重視城市發展與城市水生態系統協同共生，重建城市生態系統相容性，連接城市建成形態及包含于其中的物質流、能量流、物種流，以跨越城市、產業及自然系統的邊界[74]。

2.2師法自然

師法自然就是從大自然中獲取靈感，遵循大自然規律。師法自然思想源自春秋時期道家思想中的“道法自然”[75]，是當今生態學發展與應用的重要智慧。Peng[76]認為都江堰灌溉系統設計就是對道法自然思想的應用，Xiang[77]認同在可持續城市景觀設計中道法自然思想的運用，認為這是一種生態智慧。WSUD是基于生態工程的新型城市設計思路，必須從自然界獲取靈感和智慧。Richard和Nanco[17,33]等對荷蘭和英國的WSUD評論中就強調要遵循自然規律，從自然界中獲取更適合當地環境的水處理系統設計靈感，例如河流生境中的淺灘、深潭交替格局[78]或者河岸巖石腔穴系統[79]都能夠為城市雨洪管理和水質凈化提供新的思路。

2.3自然設計

自然設計思想由McHarg于1969年提出，其著作《Design with Nature》對城市規劃、景觀設計、生態工程等學科發展具有深遠意義[80]。自然設計的核心是把生態系統演化過程帶入到工程設計中，讓自然做功，通過自然之力最低成本實現破壞生態環境的恢復[81]。WSUD最低成本獲取最大效益原則就是最大程度利用自然過程提供的潛力，實現人與自然的協同共生。例如用生物溝代替城市硬化溝渠就是自然設計，經過長期的演化，生物溝內的生產者、消費者、分解者共存，實現高效緩沖和凈化水質的目標。

2.4生態系統思想

生態系統思想強調生態系統結構、功能的完整性。生態系統是具有生命的系統，完整的生態系統具有較強的自我調節和恢復能力，而非完整的生態系統自我調節功能差，對環境變化敏感，甚至可能迅速崩潰。生物多樣性是生態系統完整性的決定因子，生境異質性是生物多樣性的存在基礎[82]，生物多樣性決定生態系統穩定性。WSUD強調城市和水環境系統的整體設計，強調基于生物多樣性和生境異質性的城市水生態系統設計。WSUD的最終目的是建立和恢復完整的城市水生態系統，進而依賴系統的自我調節實現水環境可持續管理[29]。

2.5“源”“匯”景觀思想

基于大氣污染中的“源”“匯”理論，陳利頂、傅伯杰等[83]提出了“源”“匯”景觀理論，將景觀生態學中格局-過程有機結合，其將異質景觀分為“源”“匯”兩種類型，“源”景觀促進過程發展，“匯”景觀阻止或延緩過程發展。陳利頂等[83]進一步提出“源”“匯”景觀理論可應用于面源污染、生物多樣性保護、城市熱島效應等不同領域。根據“源”“匯”景觀理論，不同城市景觀類型可以被看作不同的“源”“匯”景觀，WSUD正是通過對城市生態規劃中 “源”“匯”景觀的空間格局的合理設計，進而對城市面源污染物質在異質景觀中重新分配，達到控制城市面源污染的目的。同時WSUD理論針對生物多樣性創造目標物種的“源”景觀，即物種棲息斑塊，減少目標物種“匯”景觀，即人類或者天敵占據的斑塊，進而針對城市生物多樣性保護提出更優的城市規劃?！霸础薄皡R”景觀思想指導WSUD通過探究不同景觀類型在空間上的動態平衡對生態過程影響，尋找到適合一個地區的景觀空間格局，推動WSUD中景觀格局和生態過程的深入研究。

2.6生態系統服務功能理論

生態系統服務功能是指生態系統與生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環境條件和效用，其維持和提供需要三大要素：生態系統結構、生態系統過程、生境[84]。生態系統結構完整性是生態系統服務功能得以維持的基礎，生態系統過程是生態系統功能形成的動力，生境異質性是生物多樣性的基礎。生態系統服務功能理論促使WSUD從單一功能向多功能設計轉變，WSUD理論實踐中開始更全面的考慮生態系統的供給服務、調節服務、文化服務和支持服務，使WSUD設計目標和對象更加明確。呂一河等[85]將生態系統服務多樣性與景觀多功能性相結合，提出生態系統服務多樣性對城市景觀設計的指導性和二者的同源性，因此，未來WSUD理論的拓展更需要與生態系統服務理論結合，實現WSUD的科學管理和價值評估。

此外，我國生態學家馬世駿提出了城市復合生態系統的理論[86]和日本學者岸根卓郎提出的城鄉融合設計[87]也是WSUD所遵循的重要生態學思想。前者認為城市生態系統可分為社會、經濟、自然三個亞系統，各個亞系統又可分為不同層次的子系統，彼此互為環境；后者的基本思想是創造自然與人類的信息交換場，創建“同自然交融的社會”。兩者對WSUD在不同形態和發展階段的城市規劃中的應用具有重要引導價值。目前，關于WSUD生態學思想的總結相對較少，未來關于WSUD生態思想的演化和發展需要提出更完整的體系，以促進WSUD的推廣和發展。

3城市水環境污染控制體系

WSUD是以更謙遜和綜合的方式來處理城市發展、水和人類生活之間關系的規劃和設計新理念。它將城市整體水文循環和城市的發展和建設過程相結合(包括從戰略規劃到設計、建設和維護的各個階段)，旨在將城市發展對水環境影響降低到最小。面對目前水環境問題凸顯的三峽庫區城市，WSUD提供了先進的設計思想和技術方法。本文下面針對三峽庫區城市水環境特點，探索該特殊區域城市水環境污染控制體系。

3.1三峽庫區城市水環境污染發生特征

在三峽移民工程的刺激下，三峽庫區城市沿河流成觸角狀快速擴展[88]。一方面，水環境面臨城市面源污染考驗(圖2)，城市面源污染具有時空分布離散性、污染途徑隨機多樣性、污染成分的復雜多變性、污染源和污染成分監控困難性、污染影響滯后性等突出特點[89- 91]，為城市水環境污染防控研究提出了巨大挑戰[92]；另一方面，三峽庫區城市內水域具有一條水位落差30m的消落帶，夏季出露，植物生長，攔截并吸收大量營養和污染物，是城市面源污染的“匯”，而冬季淹沒，夏季植物死亡分解，營養與污染物釋放，成為污染“源”，研究表明這種季節性水淹是整個庫區水質惡化的重要因素[93- 95]；此外，城市內的消落帶退水初期景觀質量極差，長期厭氧環境產生大量CH4、N2O等溫室氣體[96]以及NH3和H2S等臭氣，導致城市人居環境質量變差。因此，三峽庫區城市建設迫切需求尊重自然規律，學習前人生態智慧，為城市水環境可持續發展開辟新思路。

圖2　城市面源污染發生過程示意圖Fig.2　Forming process of urban non-point pollution

3.2構建思路與技術路線

基于WSUD生態學思想，整個城市水環境污染控制體系構建目標是提高城市生境異質性，進而達到提高城市生物多樣性和恢復城市生態系統生命力的根本目的，提高城市生態系統自身的調節能力和水循環過程?；赪SUD生態思想和三峽庫區城市形態特征，提出城市水環境污染控制體系構建技術路線(圖3)。將水環境污染過程分為源頭、過程和庫3個部分，進而以城市水體為中心，反向推演將城市分為受納水體區、水路界面緩沖區、休閑娛樂區、城市生活區，其中城市生活區是污染源，休閑娛樂區是城市宜居性的保障，水陸界面緩沖區是污染物進入受納水體的最后一道屏障，受納水體既是污染物的庫，也是重要的污染消納體。體系構建兼顧雨洪管理、景觀優化、休閑娛樂場所營造、生物生境再造、生態環境優化與城市建設協同發展，采取生態緩沖、濕地消納和自然調控相結合的綜合防控思路，以水陸界面生態屏障綜合控制為主線，根據城市生活區-休閑娛樂區-水陸界面緩沖區3個空間層次，提出城市污染源頭-公共開放場所(濱湖綠帶)-生態護坡-基塘濕地-自然河岸帶多重攔截和消納城市面源污染技術框架。

圖3　城市水環境污染控制體系構建技術路線Fig.3　Technology roadmap for construction of the urban water pollution prevention

3.3構建內容

3.3.1城市污染源頭控制體系構建

城市降雨徑流具有顯著的初期沖刷效應(First Flush，FF)，即在降雨徑流的初期階段，地表徑流攜帶大量污染物[97- 98]，導致徑流初期產生一個較高的污染物濃度峰值。因此，城市降雨徑流的源頭控制體系尤為重要。

城市徑流污染源頭包括道路、停車場、建筑等不透水面[99]和陡坡綠地等部分透水面。源頭控制體系構建主要是在各污染源發生地采取措施將降低徑流同時攔截和削減污染物，避免污染物通過雨水徑流傳輸。建筑物源控制技術主要包括綠色屋頂(Green roof)、生態墻(Ecological Wall)、雨水花園等。綠色屋頂對暴雨徑流中N、P營養物和Cd、Cu、Mn等金屬元素含量具有顯著的削減作用[7,100]，能夠有效減小徑流峰值；生態墻可以提供生物生境，并且減少雨水直接沖刷墻體增加污染負荷和緩沖徑流，對雨污控制和城市生物多樣性恢復具有重要價值[101]；雨水花園是建筑物源的最后一道屏障，具有較好的污染消納能力[102- 103]，同時具有美化景觀和提高城市生物多樣性的價值。陡坡綠地雖然具有透水性，但當降雨量大或持續時間長，仍然會形成地表徑流。在不破壞現有自然資源和景觀的基礎上，可以在坡面綠地設置適當大小和深度的干-濕洼地(Swale)[104]，洼地內種植既能耐水淹又能耐干旱的植物，同時保留少量明水面提供水生昆蟲生境，不同干濕洼地之間通過生物溝串聯，在陡坡綠地上形成徑流-儲水-滲濾網絡。

經過綠色屋頂、生態墻、雨水花園、干-濕洼地等初步過濾、滲透、凈化后的雨水是重要的資源。結合WSUD理論中城市雨水資源利用的新理念[17](圖4)，將這部分雨水引入生態儲留池(Bioretention)[16]、濕地、污水處理廠等，出水可用于灌溉、景觀水體、洗衣、沖廁等，進而構建雨水利用的“閉合循環(close-the-loop)”，改善城市水循環過程，有效控制污染物直接進入城市水體。本文認為，未來城市水環境污染控制體系構建必須與城市水資源利用相結合，從生態思想和生態恢復的角度，結合城市設計和管理，建立城市-水-人協同發展的城市水循環體系。

圖4　傳統城市水資源利用(實線)和WSUD水資源利用新理念(虛線)Fig.4　The conventional (solid lines) and the added components of direct use and reuse of water in WSUD (dashed lines)

圖5　城市水體污染防控多帶多功能緩沖體系Fig.5　The multi-stripe and multi-function buffer system for urban water pollution prevention

3.3.2過程控制體系構建

過程控制(Process Control)是WSUD理論的重要內容[16]。城市面源污染的復雜性和分散性決定了其無法通過傳統點源污染方法和思路得以有效控制，必須將整個城市面源污染作為一個系統，而其最終對城市水體造成污染必須經歷多過程實現。由此基于WSUD和生態學中的過程價值(Processes as Values)[80]，本文以城市水體為中心，構建自然消落帶、景觀基塘濕地帶、生態護坡帶、休閑娛樂帶以及城市居民帶，城市居民帶屬于源頭控制范疇，其余4帶根據各自特點針對性實施功能設計(圖5)。

(1)休閑娛樂帶(濱湖綠帶)

以綠帶形式(Green Way)存在的沿湖休閑娛樂帶是城市宜居性的重要保障。該區域因其硬化地面面積小，生物多樣性遠高于城市其他功能區，且整個濱湖/河公園沿湖而建，形成一道污染攔截的重要屏障，這一功能往往被研究者忽視。本研究將城市濱湖/河公園納入城市面源污染控制體系，作為水敏性城市設計的重要內容。

基于WSUD的生態學思想，濱湖/河綠帶設計中增設生態步道 (Ecological Trails)[105]，減少硬化鋪裝，提高滲濾效率，設計植物籬、生物溝、生物洼地、樹池洼地等WSUD結構提高城市面源污染控制效率，同時結合生物塔技術營造生境異質性，提高城市生物多樣性。濱湖綠帶的公共空間設立景觀型雨水儲留池和微型雨水人工濕地，充分利用雨水資源，發揮灌溉、景觀、娛樂功能。通過合理的設計和管理，充分發揮濱湖綠帶在降低徑流峰值、補給地下水、恢復城市生境、調節小氣候、緩解城市熱島效應等功能[106]。

(2)生態護坡帶

生態護坡是一種基于低沖擊開發模式(LID)的城鎮河道建設方案，是恢復城鎮河岸生態系統、控制地表徑流污染、保持河岸水土兼顧河岸開發的重要策略[107]，也是城市面源污染控制的關鍵技術[108]。目前，生態護坡理論和技術已經比較成熟，而植物篩選和配置是生態護坡需要解決的關鍵問題[109]。兼顧景觀美化和節水需求，生態護坡地被植物可種植耐受性強的野花，形成野花草甸，提高景觀效益。此外生態護坡對城市生物多樣性恢復具有重要貢獻，陳小華等[110]研究表明，不同類型生態護坡下植物、動物多樣性均明顯提升，河岸生態系統完整性、穩定性以緩沖性都得到有效恢復。

(3)基塘濕地帶

基塘濕地帶的構建旨在恢復河岸帶水塘生境，其可以與自然水體通過洪水脈沖或人工因素(筑壩調水)進行水文交換，具有重要的削峰、滯洪、緩流和污染物消納功能。本課題組在充分利用消落帶土地資源和地形特色，在開縣澎溪河進行了消落帶基塘生態工程試驗示范，取得顯著的經濟效益、環境效益、生物多樣性恢復以及景觀效益[111]，為消落帶生態友好型利用提供了思路。之后其將消落帶基塘模式推廣至城鎮，在開縣漢豐湖開創性提出了景觀基塘模式(Landscape Dike-Pond Model)[112- 113]，即在172—175m地勢相對平坦的湖岸帶，挖泥成塘，堆泥成基，形成一系列大小不同、形狀各異的湖岸水塘，構成濱湖基塘系統[113]。這些塘系統相互串聯，冬季淹沒于水下，夏季依靠雨水管網和部分處理后的生活污水維持水環境。Li等[111- 112]經過多年試驗篩選出太空飛天(荷花)、鳶尾、香蒲、菖蒲、美人蕉等10多種耐水淹且耐旱的植物種類，這些植物均為近自然管理，維護成本低廉，其生長季節能夠創造美麗田園風光，同時凈化水質和提供生境，是WSUD設計城鄉一體化思想和“源-匯”景觀思想的重要體現。通過合理配置和設計，城市景觀基塘模式在解決城市消落帶環境問題方面發揮了重要作用，是三峽庫區城市水環境管理的創新模式。

(4)自然消落帶(植被恢復帶)

這里的自然消落帶植被恢復帶是指低水位期間，介于景觀基塘系統與低水位水面之間的自然消落帶部分，是城市面源污染物進入城市水體的最后一道生態屏障防線，也是城市生態環境中的原生植被區域，具有重要的生物生境功能，所以自然消落帶設計的根本原則就是保持原貌和自然恢復。對于自然消落帶的科學管理和合理恢復能夠進一步發揮其生態屏障功能。目前對自然消落帶的恢復研究主要側重于耐水淹植物的篩選和耐淹機理研究[114- 115]，同時也有部分研究者建議將植物籬技術、奢侈吸收N、P植物選育技術引入消落帶管理[116]。本課題組也長期針對三峽庫區消落帶生態恢復進行耐淹喬木、灌木及草本植物的篩選和配置，并實施了消落帶林澤工程示范區，取得了顯著效果，但這一工作在城市內消落帶的實施仍存在不小挑戰。目前三峽庫區城市水體自然消落帶恢復遵守自然選擇原則，盡可能避免人為干擾，保持原始自然風光，讓整個城市與自然更加融洽，對三峽庫區城市發展具有較好的示范效果。

3.3.3末端控制體系構建

末端控制是指經過一系列面源污染防控措施后，仍會殘留一小部分污染物進入受納水體，微量污染物積累效應對城市內湖等非流動水體和河流等流動水體下游產生負面影響，因此必須對受納水體的自凈能力進行科學評估，并盡可能提升受納水體自凈能力。末端控制主要是對河流健康恢復和水環境治理過程，基本原則包括整體性原則、自恢復原則、景觀優化原則等。水生生態系統完整性是決定水體環境承載力的根本因素，利用生態學原理對湖、庫、河流等城市水體進行設計和治理末端控制的主要內容。本文提出的末端控制技術包括生態浮床[117]，是城市面源污染防控體系的關鍵技術，對城市水體凈化和景觀美化具有重要作用。

5結論與展望

水敏性城市設計(WSUD)是城市生態可持續發展的重要策略，目前已受到全球多領域學者的廣泛關注[16- 19,28- 32]，其為城市設計和水環境安全的協同發展提供了技術基礎，是未來城市生態設計發展的重要趨勢。根據國內外研究現狀，部分研究者已經對WSUD理論內涵、基本原則等進行了總結，并結合墨爾本、新加坡等地的設計實踐對WSUD進行了效益評估。但到目前為止，對WSUD技術體系的整理和生態學思想的總結以及其效益評估體系的建立等尚未見報道，尤其在未來城市發展越來越重視生態智慧運用的背景下[66]，生態智慧對WSUD的發展具有重要的啟示意義。因此，對上述相關內容的完善和整理是未來WSUD研究的重點。而我國對WSUD理論的認識尚處于初級階段，對WSUD理論內涵的理解尚不成熟，這也影響了WSUD在我國的實踐和推廣，本文對WSUD理論內涵的整理和補充可以為WSUD在我國的發展起到積極作用。

基于WSUD生態學思想，本文提出了以三峽庫區城市水體為中心，向外依次構建多帶多功能面源污染防控體系，從城市居民區的建筑、道路、停車場等不透水面的源頭控制體系，到以濱湖公園帶-生態護坡帶-景觀基塘濕地帶-自然消落帶植被恢復帶的過程控制體系構建，均是對WSUD理論的深化和拓展，源頭控制和過程控制對WSUD技術的科學使用是體系功能多樣性的重要保障。本文針對三峽庫區城市水環境保護提出了創新性設計模式，同時也為三峽庫區城市水環境保護提供了示范和參考。本文提出的城市水污染控制體系構建的核心內容是對WSDU生態學智慧的理解和對WSUD技術的運用，結合WSUD水資源管理理念，形成城市與自然協同發展途徑的模版和參考，對WSUD在我國城市水環境保護中的應用具有啟發和引導意義。

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3CollegeofResourceandEnvironmentalScience,ChongqingUniversity,Chongqing400030,China

4PengxiRiverWetlandScientificStationintheThreeGorgesReservoir,Chongqing405400,China

Abstract：For the first time in history, the majority of the world′s population is located in urban areas. This milestone marks a critical turning point that will dramatically affect land and water environments. Increasingly, our cities need to be designed for adaptability and resilience to the impacts of population growth, urban densification, and increase in impervious areas, on the urban water environment. The water sensitive urban design (WSUD) has evolved from its early association with stormwater management to provide a broader framework for sustainable design and urban water management. It provides a common and unified method for integrating the interactions between the urban built form and the urban water cycle environment. This paper presents an overview of theory meaning, key principles, and technical architecture of WSUD, and at the same time, ecological ideas of WSUD has been summarized combined with the traditional ecological wisdom, which comprises the “all things together” theory, the idea of “daofaziran”(following nature′s lead), “design with nature”, and the idea of “ecological systems”. WSUD technologies include green roofs, rain gardens, bioswales, soakaways, wet basins, dry basins, etc. However, to date, few studies have been conducted on the classification of all of the current technologies. In this paper, the WSUD technologies are categorized into three types according to the functions of different technologies: Water Balance, Water Quality, and Water Conservation. For the development of the WSUD worldwide, especially in China, which faces a more serious challenge because of rapid urbanization, further studies on creating technical architecture and summarizing ecological ideas are required. Kaixian Country located in the Three Gorges Reservoir area has become a representative water-sensitive urban area because of the water level control, splitting urbanization speed, and accompanying potential water environment crisis. In order to explore an fitting ecological restoration model to overcome the contradiction between high-speed urbanization and water environment security, this paper employs Kaixian as the example to design the urban water environmental pollution control system, based on the understanding of the ecological ideas of WSUD and the application of the WSUD technology. The whole design was divided into three parts: source control, process control, and receiving water control. The source control mainly used the green roof-ecological wall-rain garden system to decrease the source of pollutants; the process control was divided into four belts: recreation belt, ecological slope belt, landscape dick-pond belt, and natural drawdown belt, different WSUD strategies were implemented for every belt and some possible solutions were proposed for the contaminated urban water bodies. This design includes multi-stripe and multi-function modes that consider not only the physical elements of a place that provide the functional value, but also those elements that create a congenial atmosphere by enhancing the ‘sense of place’ (psychological value). The “multi-tape mode” will provide a good example of controlling water pollution for other urban areas located in the TGR region.

Key Words:water sensitive urban design; ecological ideas; urban water environment; pollution control system

DOI:10.5846/stxb201408311727

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hliu63@sina.com

收稿日期:2014- 08- 31;

修訂日期:2015- 07- 27

基金項目:國家科技重大專項(2013ZX07104-004-05)；國家自然科學基金面上項目(51278505)

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