海綿城市理論在生態河湖設計中的應用

劉信勇 劉春麗 王 璐

(1.黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450016； 3.黃河水利水電開發總公司，河南 鄭州 450000)

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·水利工程·

海綿城市理論在生態河湖設計中的應用

劉信勇1劉春麗2王 璐3

(1.黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450016； 3.黃河水利水電開發總公司，河南 鄭州 450000)

根據海綿城市理論，從滯留塘(池)與低影響開發河湖兩方面，分析了該理論在生態河湖景觀設計中的優化應用，并以許昌市為例，闡述了河道生態系統設計及治理的方法，從而維護生態環境平衡發展。

海綿城市，河道，生態系統，低影響開發

1 海綿城市理論

海綿城市是生態文明建設的重要組成部分，具體是指通過建設綠色屋頂、可滲透路面、下沉式綠地、生態河湖及雨污分流等設施，實現雨時蓄積或吸收水分，并起到過濾水質和減輕城市內澇災害等目的[1,2]。反之，當遇到干旱季節時，城市將平時儲蓄的水分“釋放”出來，具體作用包括改善空氣濕度、增加綠化用水、減輕旱災等。結合近代城市建設經驗，為實現人水和諧相處的環境，對于雨水利用應突破“以排為主”的傳統治理理念，而是從其降落至地面時就開始規劃，其循環流程應為滲透、滯留、蓄積、凈化、利用、排放，目的是通過減少地表徑流，提高土壤濕度等措施，使不同水體間相互連通。本次重點從景觀布置和河湖治理兩個角度，探索建設海綿城市的新方法和重大意義。

2 景觀方案優化

2.1 滯留塘(池)對海綿城市的意義

傳統河湖治理模式強調末端治理，如修建水庫，疏通河流等，此模式雖減輕了內澇災害，但隨著城市的擴張，其弊端日益顯現。如“小雨即澇，小旱即涸”的現象在北方城市經常發生，究其原因，主要是綠化率低、雨水管網排澇能力不足、水資源利用不合理等因素造成的。經分析，若無雨水滯留設施，80%的降水將通過地表徑流或管網直接匯入河流，反之，當遇到旱災時，由于綠化率低、水資源浪費嚴重，“小旱即涸”現象的出現就屬正常了。

海綿城市模式強調對雨水資源的綜合治理，具體方法是“自然截留，分散利用，上下連通”，即結合地形條件，通過布置下沉式綠地或滯留塘(池)，先把雨水蓄積起來，然后根據需要分別利用，以提高水資源利用效率。目前，許昌市城區規模約為100 km2，綠化率約為40%，若滯留塘(池)和蓄水設施面積按綠化率的10%(平均深0.5 m)計算，則每次降雨后可蓄水200萬m3。根據當地氣候條件，許昌市年平均降雨量為700 mm，蓄水池蓄滿的概率為12次/年，即利用天然坑塘可蓄水總量2 400萬m3/年，滯留率達34%，蓄水效果十分顯著。滯留塘(池)方案是實現海綿城市建設目標的重要舉措，對于消減城市洪峰、減少地表水土流失、增加水資源利用率等方面發揮著不可替代的作用。結合城市發展的不同階段，本次推算了天然區域、傳統型城市及海綿城市地表徑流隨時間變化趨勢[3-5]。分析圖1可知，海綿城市對環境的影響較低，能夠達到與天然區域的地表徑流變化趨勢一致的目的。

2.2 低影響開發河湖原則

低影響開發是指在海綿城市建設和改造過程中，控制開發強度，留足生態用地，對已有基礎不產生新的負荷壓力。在修建公路、廣場等大體積建筑物時，采取能促進雨水吸收的透水材料，以降低對原生態系統的破壞。關于海綿城市中生態河湖低影響開發原則，總結如下：

1)遵循生態優先原則。河湖治理應嚴格按照生態型開發理念進行建設，對已存在的傳統河湖模式，應進行改造升級，如引入清水型生物群落，盡量使河湖依靠自然力量恢復生機和活力。2)河湖兩側的綠地是 低影響開發的重要組成部分。在以往的城市規劃中，綠化帶和道路僅考慮美觀實用，而對雨水的收集利用通常不在其規劃范圍之內。海綿城市強度對資源的綜合利用，不同環節間生態系統應為互補互應的關系。目前，北京市在建設海綿城市中積累了一定經驗，根據其雨水控制和利用經驗，在壤質砂土地區，綠地下沉率以50%為宜，當綠化率為20%，30%，40%時，合理的下沉深度分別為200 mm，120 mm，75mm[6]。需要說明的是，結合當地的氣候情況，下沉式綠地在一定范圍內應布置滯留塘(池)，以起到雨季蓄水，并利于親水植物生長的作用。3)河湖岸邊道路及廣場等硬質鋪裝應采用透水材料[7-9]。結合地形條件，景觀道路和廣場等硬質鋪裝周圍應預設滯留塘(池)，以利于形成人工濕地。對于新建機動車道，為有效滯留水源，應按照下沉式綠地進行布置。對于已建機動車道，應考慮在道路兩側綠化帶內布置滯留塘(池)，設計深度不宜過大，“小雨可蓄，大澇能排”為基本設計原則。低影響開發布置示意圖見圖2。

3 生態河湖建設案例

3.1 河道生態系統結構設計

許昌市屬于國家首批水生態文明試點城市，治理干流共有3條，分別是清潩河、青泥河、飲馬河，前兩者屬于季節性河流，夏季水量較多、冬季水量較少為其基本特征。飲馬河屬于景觀河道，上游水源主要從清潩河調入，由于清潩河水質為Ⅴ類或劣Ⅴ類，無法達到景觀用水(Ⅳ類)要求，需設計清水方案，以凈化水質、美化環境、維持生物多樣性，并使河道生態系統能夠健康、長效運行。本次從生態平衡角度，主要依靠優化生態系統結構，實現凈水的目的，具體方案見圖3。

1)水生植物群落是決定生態系統能否長效、穩定運行的控制性環節。水生植物栽植后，成活率主要由水體透明度和水生植物上的附著物兩個因素決定，一般而言，水體透明度越高、水生植物附著物越少，水下真光層越厚，光合作用就越充分，對植被成活就有利。值得一提的是，水生態系統結構形成是緩慢的，初期最不穩定，因此有必要對不同階段的生物群落分別進行優化。根據河道治理要求，本次在飲馬河上游人工濕地區域選種了蘆葦、花葉蘆荻、千屈菜、藨草等，種植密度為9棵/m2。這既滿足了美化環境的要求，又利于氮(N)、磷(P)的吸收。根據水質分析結果[10-12]，選種的水生植物對生物需氧量(BOD5)、化學需氧量(COD)的去除率大概為80%～85%，對總氮(TN)、總磷(TP)的去除率則為65%～90%。水生植物一般為多年生草本植物，自主繁殖能力強。在工程實踐中，每年秋季宜對植物生長旺盛區域進行適度抽稀，為其更新換代預留空間，以有利于水生植物群落結構可持續發展。在冬季，休眠中的水生植物莖葉會失去活性，為避免枯葉造成二次污染，應進行計劃收割，收割法一般采用分條或分塊間隔法，通常應保留水草總量的30%，湖面0.7 m以下的水草不宜收割，否則將會造成永久破壞。

2)魚類是影響整個水生態系統健康運行的關鍵因素。生態系統構建初期，為保護植被，應控制雜食性魚類生物量，以肉食性魚類群落為主。生態系統正常運行期，需對魚類數量與植被總體量進行控制，以維持生態平衡。如當雜食性魚類(鯉魚、鯽魚、草魚等)生物量占總生物量的30%以上時，應集中捕撈、獵殺。根據魚類繁殖規律，每年10月份～11月份，應集中捕撈肉食性魚類，每年3月份～4月份，應適時放養肉食性魚苗。

3)底棲動物主要指大型底棲軟體動物，如螺、蚌等。蓄水初期應控制食底棲動物性魚類(鯉魚)的放養，以放養、保護為主。當水生植物種群結構穩定后，大型底棲動物數量將增加，可增強對浮游植物的控制能力，有利于凈化水質。

3.2 河道治理原則

飲馬河生態河湖治理方法區別于傳統硬質河湖的特點很多，歸納有三個方面：

1)傳統河湖治理模式通常采用硬質或不透水材料，如混凝土、漿砌石、土工膜等，由于地表水獨立存在，受太陽輻射后，水溫升高快、富養化嚴重、生態系統脆弱為其重要特征。因此，飲馬河治理核心內容為實現地表水和地下水連通，以真正發揮雨季吸收地表水，旱季反補地下水的目的。飲馬河邊坡防護統一采用透水材料，如格賓石籠、水工連鎖磚、生態混凝土、水生植物等，這既利于抵抗水流的沖刷，又適宜水生植物生長，且對魚類和兩棲動物繁殖有利。2)飲馬河治理范圍不再局限于河岸線內，其兩側綠化帶的景觀方案與河道同時規劃、同時設計、同時施工，以發揮景觀工程吸水、滯水、凈水等作用。3)飲馬河河道走向模式摒棄了傳統截彎取直的做法，而是根據地形條件，采用自然曲線形式，并預留淺灘區，以有利于駁岸和水生植物生長，為生物多樣性存在提供了空間和條件。河道布置見圖4。

4 結語

海綿城市理論現已應用到實踐，并逐漸成為建設現代城市的方向，本文分析了生態河湖和綠化帶建設的新方法，經驗總結如下：

1)根據分析，若滯留塘(池)、透水材料應用合理，雨水經過滲透、滯留、蓄積、凈化四個環節后，地表徑流會消減一半[13]，有利于降低城市旱澇災害，對海綿城市建設具有決定意義。

2)生態用地應按照低影響開發原則進行建設。如滯留塘(池)按照人工濕地的形式進行布置，“小雨可蓄，澇水能排”為基本設計原則，而綠化帶下沉深度應根據城市綠化率的不同而有所區別，下沉率一般應控制為綠化率的50%。

3)在河湖治理時，除考慮傳統的蓄水排澇任務外，還應重視實現地表水和地下水交換的方案，以維持水資源平衡。

4)建設清水型生態系統需加強動植物群落管理。在種植植被時，應選擇利于凈化水質和魚類食用的水草，并根據季節變化進行科學收割。對于魚類和底棲動物總量，應按照河湖生態系統發展不同階段進行有區別的控制，以維持生態平衡。

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The design application of ecological lakes in sponge city theory

Liu Xinyong1Liu Chunli2Wang Lu3

(1.Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd， Zhengzhou 450003, China;2.Henan Water and Power Engineering Consulting Co., Ltd, Zhengzhou 450016, China;3.Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation， Zhengzhou 450000, China)

According to the theory of sponge city, from the retention pond(pool) and low impact lakes development two aspects, this paper analyzed the optimization application of the theory in ecological lakes landscape design, and taking Xuchang for example, elaborated the river ecological system design and control method, so as to maintain the ecological environment balance development.

sponge city, river, ecological system, low impact development

1009-6825(2016)12-0220-03

2016-02-17

劉信勇(1986- )，男，工程師

TV213.9

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