基于海綿城市理念的河道生態系統構建方法初探

毛倩倩，邱小杰，楊蔚為

(上海市水利工程設計研究院有限公司，上海 20006)

隨著城市的高速化發展，農業、工業和人類活動對河道生態系統的破壞日益嚴重，大量的農業面源污染、工業廢水和生活污水等直接排入河道中，導致水質惡化，河道生態環境嚴重污染。傳統的河道整治工程，大量填埋自然河道兩側的溝塘，裁彎取直，使河道渠化嚴重，無滯洪區，大大減少了河道調蓄能力，容易引起城市內澇；鋼筋混凝土、漿砌塊石等硬質護岸和硬化的河道下墊面，阻隔了水陸物質和能量交換，破壞了生物多樣性，削弱了河道生態的自然修復功能。經濟的飛速發展使得人類居住的城鎮范圍迅速擴大，土地資源的占用使得河道沿線的自然林地、濕地遭到了大范圍破壞，對植被緩沖帶的生物群體帶來很大負面影響。從河道水體到濱水區到陸域帶，河道原有自然生態系統的各個生態過程被割裂，生境破碎化，河道生態系統服務功能嚴重下降。因此，河道生態系統構建成為河道治理及城市生態建設的發展方向。

1 海綿城市理念

海綿城市(sponge city)是指城市像“海綿”一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用，是一種雨洪管理理念。我國住建部于2014年發布了建城函[2014]275號《海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建(試行)》。

近年來，海綿城市也逐漸應用于河道生態系統建設中，通過加強城市規劃管理，充分發揮水系、綠地林帶和道路等生態系統對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，緩解城市內澇與水資源短缺兩者的矛盾，貫徹“建設自然積存、自然滲透、自然凈化”的理念，構建健康的河道生態系統，提升地塊的景觀和價值。

2 基于海綿城市理念的河道生態系統構建

河道生態系統構建就可以利用海綿城市理念的方式，把沿河徑流、低洼地以及水塘規劃到建設范圍內，并歸入整個凈化系統以及雨洪調蓄中，打造分級雨洪凈化濕地，既可以有效緩解城市內澇，還可以提高河道景觀性。采用透水型生態護岸，讓地表徑流及雨水可以進入植被緩沖帶凈化后排放。落實海綿城市的“自然積存、自然滲透、自然凈化”的生態優先原則，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”措施高效地運用雨水。

2.1 河道海綿城市建設的原則

河道海綿城市建設的重點是對城鎮徑流污染的治理與河湖水質和生態功能的提升，應符合以下原則：

(1)建設范圍為河道兩側陸域控制線范圍內，包括河道藍線范圍和陸域控制帶。

(2)建設治理的對象包含排入河道的雨水及地表徑流污染、河湖生境和濱岸綠化帶等。

(3)雨水等地表徑流漫流排放時，宜通過節流調蓄或沉淀、凈化后再排入水體。

(4)濱岸綠化帶宜設計為具有生態服務功能的植被緩沖帶，具有緩沖、攔截、吸附、水土保持等作用。

(5)通過增強水體的連通性、流動性和生態性，恢復健康良性的水生態系統，提高水體的凈化功能，提升水質。

2.2 構建方法

河道生態系統由河道水體、河岸帶兩部分組成，河道水體生態系統為水生動植物提供棲息場所；河岸帶生態系統是陸地生態系統和河流生態系統進行物質、能量、信息交換的過渡地帶。河道生態系統的四維結構，可概括由河道水體及河岸邊高地組成的河道橫向結構、由河道上游至下游組成的縱向結構，由河道內地表水至地下水進行物質交換和能量流動的垂直結構，河道生態系統的結構和功能呈現不同變化的時間結構。

因此，在河道生態系統構建過程中，應側重以下幾個方面的設計。

(1)河道平面形態

河道平面線型應考慮河道的蜿蜒特性，在滿足相關規劃情況下，宜依據現有河勢走向，把沿河低洼地以及水塘保留，恢復河道的自然彎曲形態，為濱水帶的動植物提供棲息空間。沿河設置一些調蓄和凈化等功能區，并布置在徑流和雨水排放口附近。在植被緩沖帶布置功能設施時，如防汛道路、慢道、親水平臺等，要結合海綿城市建設要求，使水體在場地內連通。同時，河道海綿城市建設應保證河道行洪排澇、引調水和通航等基本水利功能不受影響。

(2)河道橫向結構

生態型河道的橫向結構一般包含河道、河岸帶和陸域植被緩沖帶。河道主要是河道水體、河床內的水生植物和底棲動物及其生境組成；河岸帶主要包含生態護岸、岸邊的動植物及其環境，可以防止河岸沖刷，起到水土保持的作用，同時透水型護岸使河水與土壤相互滲透，增強河道水陸能量及物質交換；陸域植被緩沖帶主要為岸頂開闊植被地區，為動植物提供生長空間，構成完整的生態系統。良好的橫向空間結構能夠實現穩定邊坡、攔截面源污染、保護生物多樣性、提高土地利用價值等多種功能。

(3)河道豎向結構

應解析河道整治所在地及周邊地塊規劃，針對不同地塊性質，按照海綿城市建設要求進行徑流分析。雨水及地表徑流通過總管收集后，先引入植被緩沖帶，通過凈化后排入水體。在滿足規劃斷面基礎上，結合河道生境構建要求，開展河道豎向設計，包括坡比、平臺要素、島嶼、深潭淺灘等多樣化的斷面樣式。構建完整的生態系統，從水體到陸域形成以沉水、浮葉、挺水和陸生植物一體的植被緩沖帶，為底棲動物、水生動物提供生存場所，構建健康生態型河流。

3 應用實例

3.1 工程概況

上海臨港新城位于東海之濱、上海東南長江口和杭州灣交匯處。2016年3月，上海市成為第二批14家海綿城市試點城市之一，其中，臨港新城作為上海市海綿城市試點區域，著力打造海綿城市3年行動。

臨港主城區以滴水湖為中心，目前已形成一湖七射四漣的河網結構，本次研究的河道綠麗港，是位于綠麗港春漣(內漣)與夏漣(中漣)之間的河段，規劃河口寬45m，陸域控制帶兩側各30m。根據《臨港主城區水利專業規劃》，主城區規劃預降水位2.2m，河網正常水位控制2.5～2.7m，除澇最高控制水位3.3m，按照相關規劃，堤頂設防高程取3.8m。

綠麗港現狀為渠化河道，漿砌塊石硬質護岸，阻隔了水陸能量及物質交換，水生態系統不健全，自凈能力不強，無法自我消納排入河道的污染負荷，不能有效維持或改善水質。

3.2 綠麗港生態系統構建

按照海綿城市的理念，結合海綿城市建設及生態河道建設的技術要求，在保障排澇安全的基礎上，從河道生態系統結構分析著手，對現狀護岸進行生態化改造、在河道兩側新建濱水緩沖帶、雨水生態化處理區，打通陸域水體生態通道，恢復不同種群的水生動植物，構建更為健康的生態系統。

3.2.1河道平面布置

本次河道平面線型設計在規劃河口線的基礎上，對河道岸線進行重新布置，以營造出自然蜿蜒的河道形態，且設計河口寬不小于規劃河口寬。另外，考慮海綿城市建設要求，為提高河道的自然生態性，滿足景觀視覺效果，在河道部分岸段布置濱河濕地等植被緩沖帶；為過濾和凈化雨水，布置若干雨水生態化處理區，結合沿線雨水排放口情況，在高程較低的雨水排放口處布置水下過濾墻處理段，并在雨水排放口上下游兩側布置攔截凈化平臺。河道平面布置如圖1所示。

圖1 河道平面布置示意圖

3.2.2濱水緩沖帶設計

(1)河濱濕地岸段

拆除原有漿砌塊石擋墻墻身，保留原基礎，將墻后2.5～25.18m范圍內開挖形成濕地，根據不同水深，種植沉水植物和挺水植物，濕地底高程為2.0m，并采用緩坡與堤頂相接，形成具有一定寬度的植被緩沖帶。

(2)雨水生態化處理區岸段

本工程入河排放口主要為道路雨水排放口。將各雨水排放口的初期雨水，匯入總管中，在總管下游設置雨水生態化處理區對排水進行進一步凈化。

為過濾和凈化雨水，結合沿線雨水排放口情況，對于雨水口高程較低的出口岸段，設置總管排口。拆除該段原有漿砌塊石擋墻墻身，在原擋墻基礎上布置箱型塊體，內部填充塊石和基質，上部種植挺水植物，形成一道攔截過濾帶。在現狀墻后開挖出雨水過濾塘，并設置透水性過濾墻、護坡和護底。

3.2.3生態化護岸材料

生態護岸可以使河水與土壤相互滲透，增強河道自凈能力，使水陸之間的物質流及能量流得到了加強，提高了河道生境多樣性，為多樣化生物的恢復提供良好的生境條件，并且具有一定自然景觀效果。本次研究的河道主要采用了生態砌塊和生態石籠。

生態砌塊具有較好地透水性和結構穩定性；生態石籠為籠狀結構內使用石料填充。它們都有孔隙，利于水與物質交換；可以掛生物膜，具有一定的凈化作用；多孔結構可以提供生境通道，利于小型水生生物繁衍。

3.2.4生物多樣性的構建

構建健康水生態系統，首先要構建較為完整的水生植物系統及濱湖的濕生及陸生喬灌草系統，形成一個完整有序、自然過渡的河道植被系統，溝通陸域及水域的物質流、能量流。

(1)水生植物的配置

在一定程度上，超高深度取決于種植水生植物的種類。在水深0.2～0.5m處，種植挺水植物，起到凈化水質、護坡防沖刷的作用，根據植株的種類及特點進行配置，由岸邊向河內形成梯次，以形成良好的景觀效果。可選擇水生美人蕉、梭魚草、菖蒲等，以提高河道生物多樣性。在水深0.5～1.5m處，種植沉水植物，起到凈化水質，吸附水中的氨、氮，可選擇金魚藻、苦草、眼子菜等。

(2)底棲動物的配置

河道水體中因地制宜地投放適量的水生動物，以螺、蚌等遷移較慢的底棲動物為主。即能有效去除水體中富余營養物質，又能通過水生動物攝食藻類來促使水變清。利用食物鏈關系進行有效的回收和利用資源，取得生態效果。

(3)岸坡的綠化

斜坡段的植物選擇應考慮邊坡的穩定性和抗沖刷性，滿足行洪的要求，可以考慮草皮，草皮中間間種灌木叢。草皮護坡以喜光、根系較為發達、生長迅速的百慕大草坪為主，起到水土保持的效果。灌木選擇景觀效果較好的灑金桃葉珊瑚、紅花繼木、海桐等間植。岸頂陸域范圍內，可以增加植物種類，選擇喬木、灌木和草本組團栽種，構建較寬的植被緩沖帶。

4 結語

(1)本文探討了在海綿城市理念下，從河道平面形態、河道橫向結構及河道豎向結構著手，構建較為完整的水生植物系統，濱湖的濕生及陸生喬灌草系統，道路綠地等的雨水蓄滯、凈化和排放系統的方法，有助于恢復自然河道生態系統的服務功能。

(2)本文針對河道生態系統構建方法進行了初步研究，并加以實際應用。對于采用何種評價方式和評價指標，還需在未來進一步探索研究。

(3)目前，海綿城市理念在河湖治理方面的研究和應用較少，但河道生態治理與城市海綿城市建設的結合，具有顯著的經濟效益、社會效益及生態環境效益，因此該方向的研究有著十分重要的意義，并具有一定的參考價值。