融合濱水空間設計的城市防洪工程設計理念及實踐

李媛媛，侯貴兵，王英杰

(中水珠江規劃勘測設計有限公司，廣東 廣州 510610)

中國城市大多緣水而興，水直接影響著城市興衰，同時在經濟發展、文化傳承、防洪除澇、景觀營造等方面也起著非常重要的作用。然而，隨著社會經濟的快速發展，城市規模急劇擴大，人口急劇增加，城市洪澇風險不斷加重，傳統的濱水城市防洪工程設計一般依托所在流域控制性防洪水庫對洪水的調節作用，不斷加高加固城市外圍堤防，確保防洪安全的同時帶來的弊端是在城市外圍形成“圍城”，不但影響城市景觀，而且阻隔了城市和水之間的生態廊道。

隨著人民群眾生活水平的提高，對城市美好生態環境的訴求也越來越迫切，黨的十八大以后對城市建設發展也提出了新要求：保障水安全的基礎上，優化人居環境、提升城市形象。針對傳統城市防洪工程設計在城市外圍“圍城”，進而導致城水隔絕等方面的弊端，本研究旨在探索一種融合城市濱水空間設計的城市防洪工程設計理念，為城水和諧共生、城市綠色、可持續發展提供參考。

1 國內外城市防洪工程建設研究現狀及問題

1.1 國內外城市防洪工程建設研究現狀

20世紀50年代，西方國家在經歷100多年河流大規模開發利用及工程建設之后逐步轉向河流保護，河流治理重點為污水處理和河流水質保護，進入90年代，進一步拓展到河流生態系統恢復。如德國早在20世紀30年代就開始關注河流開發利用工程建設的負面影響，并于20世紀50年代創立了近自然河道治理工程學，為20世紀80～90年代萊茵河、伊薩河等治理修復提供了理論指導，也為2000年《歐盟水框架指令》的出臺奠定了理論基礎。20世紀90年代以來，日本開展了豐富多樣的多自然型河流整治，如在太田川所有18處攔河設施上加設魚道，恢復河流連續性；在千曲川、加勢川、多摩川采取開挖河道、改造裁彎取直的舊河道、人造河床水坑等措施，營造生物生存新空間[1]。總體看來，西方國家在經歷了水利工程大開發之后，于20世紀90年代開始進入生態水利工程建設的蓬勃發展期。

國內城市防洪目前總體仍處于工程開發建設階段，城市防洪工程的建設多以水利部門為主導，堤防型式以傳統剛性堤防為主。20世紀以來，國內在生態堤防這一領域開始涌現大量理論研究和實踐探索，徐東來[2]認為，傳統堤防建設無法滿足可持續發展的需求，容易造成生態系統的崩潰以及水資源的枯竭，并提出了生態堤防的全新工程設計概念；朱三華等[3]、葉偉娟[4]提出，堤防斷面型式設計既要考慮河道生態又應與自然景觀融為一體，提出了生態堤防工程的典型斷面設計，并因地制宜地應用于廣州生物島和浙江龍泉溪，較好地統籌了防洪安全和生態安全；于琦[5]系統介紹了生態水利工程的內涵，闡述了生態堤防的設計原則，提出了生態堤防設計在堤線布置、堤型選擇、河流斷面設計、防護岸設計和周邊景觀設計等方面的要點。

1.2 存在的問題

長期以來，國內濱水城市防洪工程設計一般依托所在流域控制性防洪樞紐對洪水的調節作用，同時不斷加高加固城市外圍堤防。傳統堤防設計大多強調河道自身的治理，多采取加固加高堤岸、裁彎取直等工程措施，傳統堤防建設在一定時期內帶來了巨大的防洪減災效益，極大促進了社會經濟發展，但同時也極大地改變了部分河道的天然結構和功能，一定程度上違背了河流自然演變規律，在河流自然生態、水生動植物的生存繁殖、人文休閑娛樂、拓寬城市空間或提升城市品位等綜合功能方面也較少體現。

近年來，相關研究人員提出了生態堤防的相關概念和設計思路，生態堤防設計較傳統剛性堤防設計有了長足的進步，但仍局限在改進堤防斷面型式、適當結合綠化園林設計的階段，設計思路仍然以傳統水利為主，尚未統籌和集成城市規劃、水利、環境保護、建筑等多部門多學科，從而實現堤防所在濱水空間的整體改造和提升，不能稱之為真正意義上的生態堤防。

2 融合濱水空間設計的城市生態堤防設計

針對長期以來城市防洪工程設計存在的問題，本文旨在探索一種全新的城市防洪工程設計思路—融合濱水空間整體化設計的城市生態堤防，將城市防洪作為基礎，統籌和集成城市規劃、生態環境、水利工程、園林景觀、給排水、建筑美學等多領域，做到城水相融，人水相依，提升城市濱水景觀品質。

與傳統堤防設計相比，融合濱水空間整體化設計的生態堤防設計的主要目的是在保障防洪安全的前提下，打破城市與水之間的生態阻隔，實現人水和諧，其設計應體現系統治水思路，多層次、全過程、全系統治理[6]，還城市濱水岸線以自然空間，并與城市功能有機結合。多層次治理，體現在從流域、區域、河道等多層次系統設計，實現多目標綜合治理；全過程治理，體現在源頭減排、過程控制、末端修復等全過程控制，改善水生態環境；全系統治理，體現在統籌河流、土地利用規劃、生態系統、建筑景觀等，旨在將水系治理，城市建設和土地資源開發利用有機結合。

結合國內濱水城市生態堤防設計的特點，總結其關鍵技術集中體現在以下幾個方面：一是對區域水系的系統治理，可因勢利導改善區域水系連通狀況，疏通行洪通道，維系蓄滯空間，提高防洪能力；同時，加速水體流動，增強自凈能力，提高水系健康保障能力，改善水生態環境；二是采取有效措施降低生態堤防堤頂高程，將傳統抵御洪水轉變為消納、調蓄洪水，適宜的堤頂設計高程對打破城市與水系的生態阻隔至關重要；三是對城市濱水空間整體化設計，可結合區域相關控規，統籌和集成城市規劃、園林建筑等多部門多學科，因地制宜打造濱水特色功能區。

本文以地處珠江三角洲北緣、瀕臨南海的廣州市南沙區萬頃沙聯圍某堤段的融合濱水空間的生態堤防設計為案例，詳細介紹該區域以打造兼具城市公共服務功能的綠色濱水空間為目標，將區域水系充分連通，并因地制宜建造濕地公園作為城市雨洪凈化系統，形成健康水生態；綠色柔性生態堤防充分利用天然消浪設施降低堤頂高程，建立可靠水安全；依托豐富濱水資源，并充分與區域規劃銜接，打造人水共享、豐富多樣的濱水空間，最終實現城水共融。該案例的設計集中體現了生態堤防設計的系統治理思路。

3 區域基本情況及存在問題

3.1 基本情況

廣州市南沙區萬頃沙聯圍某堤段處于珠江三角洲水系上橫瀝水道、鳧洲水道、下橫瀝水道、蕉門水道、龍穴南水道五水匯聚之處，區位優勢明顯。該濱水空間位于南沙新區規劃的明珠灣核心區四大組團之一，規劃定位以粵港澳深化合作綜合功能為主，以“嶺南智慧水城，南海魅力灣區”作為建設主題，依托現有環境資源，塑造宜居、宜業、創意、活力、和諧的濱海生態新城形象。

珠江三角洲現狀防洪潮體系由流域上游控制性防洪水庫、蓄滯洪區及下游三角洲堤防組成，該堤段現狀防洪(潮)標準為50年一遇，隨著區域城市定位的提升，根據相關規劃，該區域防洪(潮)標準規劃為200年一遇。

3.2 存在問題

該堤段現狀防洪(潮)標準低，不適應未來城市對防洪安全的需求。該堤段長約8.86 km，現狀防洪(潮)標準為50年一遇，堤頂路面高程8～9 m，防浪墻高0.6～0.7 m。根據區域附近潮位資料統計，多年平均高潮位為5.68 m，50年一遇年最高潮位為7.94 m，200年一遇年最高潮位為8.36 m。可見，現狀堤防并不足以抵御50年乃至200年一遇設計高潮位。結合區域規劃發展定位和未來城市建設規劃布局，工程所在區域規劃防洪潮標準為200年一遇，顯然，現狀堤防標準偏低，不能滿足現狀和未來區域建設發展對防洪潮的要求。

現狀堤防結構型式不夠美觀，難以適應未來城市發展對生態景觀的要求?，F狀堤防堤身斷面為傳統的直立式或斜坡式結構，多采用漿砌石或干砌石護岸，樣式生硬呆板，缺乏美感及親水性，難以適應未來城市發展對生態景觀的要求。

堤防周邊現狀觀感不利于片區規劃功能的實現，難以匹配區域規劃定位高度。區域現狀用地以魚塘、農田和散落村鎮為主，現有水系較發達但水動力循環不足，整體而言，現狀生態景觀不利于片區規劃功能的實現，難以匹配區域高端功能集聚的規劃功能定位。

4 設計方案

針對該區域現狀防洪潮標準偏低、周邊現狀不利于片區規劃功能實現，難以匹配區域規劃定位高度等問題，同時結合該區域現狀水系發達、區位優勢明顯及規劃定位等因素，確定區域的設計思路以打造兼具城市公共服務功能的綠色濱水空間為目標，總體設計布局包括區域水系連通改造、綠色柔性生態堤防設計、人水共享濱水空間設計。

4.1 水系連通

考慮到聯圍內現有河涌出口均有水閘擋潮，水動力循環不足，依托現有的橫向8條河涌的水系格局，緊鄰堤防開挖一條縱向的水系連通形成水網，在遭遇外江高潮位，水閘關閉期間也能保障內部河涌充分循環流通，增強水動力條件，改善水環境(圖1)。

圖1 區域水系聯通平面示意

為盡量減少城市建設對現狀的擾動，利用圍內魚塘和低洼地打造城市生態濕地公園，增加城市公共游憩空間，形成區域生物棲息地，與堤防外側灘涂濕地形成生態廊道系統，同時與區域所處的三角洲五水匯聚相呼應，形成獨一無二的嶺南水鄉城市意境。同時，區域內城市雨水經過濾和凈化后外排入連通水體，水質經濕地公園等內部循環凈化，形成水生態凈化系統，具有多重生態效益。

此外，連通水系和濕地空間可以作為調蓄庫容，滯蓄城市雨洪和堤防越浪量。水系和濕地的開挖方量可作為生態堤的填筑材料，實現土方平衡，減少土方外購成本。

4.2 綠色柔性生態堤防

傳統堤防的設計以安全為核心，故堤防高程需考慮設計洪潮水位、波浪爬高和安全超高等要素，往往堤頂高程遠高出后方平原保護區高程，形成堤防“圍城”效應，濱水景觀效應較差，同時隔斷了城市與水系的生態廊道連續性。生態堤防將傳統抵御洪水轉變為消納、調蓄洪水，由傳統的剛性對抗洪潮水到剛柔相濟、城水和諧共生。

4.2.1堤頂高程

根據水文分析成果，工程所在區域主要受珠江河口潮汐影響，200年一遇設計潮位采用工程附近南沙潮位站(站點與工程直線距離僅300 m)設計潮位成果8.37 m，若按照傳統堤防堤頂高程設計，還需考慮波浪爬高和安全超高，堤頂高程將達到9.9～10.6 m，即需要在現狀堤頂高程基礎上再加高1.0～1.5 m。

為避免“堤防圍城“效應，更好貫徹“綠色柔性堤防”的理念，充分考慮該堤段堤防外側現狀分布有50～300 m寬的灘涂，且大量種植樹林的實際情況，經過反復論證和大量分析計算，最終提出灘涂植被消浪、拋石子堤消浪，堤后聯通水網消納越浪量，3種措施可有效降低堤頂高程。經數學模型分析計算，堤外灘涂植被消浪可有效降低堤頂高程1.3～1.5 m,結合局部拋石子堤消浪、堤后水系消納越浪量，最終該堤段生態堤防200年一遇堤頂高程為8.9 m，可維持現狀堤頂高程不加高，比傳統海堤堤頂設計高程降低1.0～1.5 m。該段生態堤防堤頂高程的設計，在保證防洪(潮)安全的前提下，減少了傳統海堤對城市和海洋生態廊道的阻隔，較好地實現生態堤防的綜合效應。

為使堤外灘涂植被消浪效果達到預期，切實保證堤防達到200年一遇設計防洪潮能力，經分析計算，植被林帶寬度須不小于85 m，林木主干平均半徑須大于0.1 m，林木成等邊三角形交錯排列株距和行距分別小于4.8 m和4.2 m。生態堤防平面示意見圖1、2。

4.2.2堤防斷面型式

堤防斷面形式可采用混合式斷面結構和自然式斷面結構，改變傳統海堤迎水面為垂直面的弊端(圖3、4)，采用階梯式迎水斷面，在階梯上種植適應不同水位生長的植被，每年的洪潮水為迎水面階梯帶來充足的沙土和養分，植物能自然地繁衍和生長。堤頂道路可為兩級，第一級道路位于堤頂，寬度為5 m，二級道路結合堤后景觀道路布置，寬度不小于4 m，兩級道路共同發揮防汛搶險、親水平臺以及景觀步道等的作用，改變傳統海堤堤頂布置雙向8 m寬防汛道路由于體量大從而填方量大，交通限制因素多、生物廊道割裂和城水空間阻隔的弊端。

圖2 生態堤防平面示意

圖3 生態堤防典型平面示意

圖4 生態堤防斷面示意圖

4.3 人水共享濱水空間設計

以聯通水系和綠色柔性生態堤防為肌理，濱水空間規劃設計的目標是將區域拓展成兼具城市公共服務空間屬性的綠色濱水空間，最終實現區域城市價值的提升，構建以生態、智慧和休閑為特色的國際化濱海新城。結合區域相關規劃，因地制宜打造濕地公園、紅樹林保護區、游船碼頭區、粵港深度合作香港工業園等特色功能區。

整合堤段北部現狀的魚塘資源，將其改造成集生態、休閑觀光的大型濕地公園。整體景觀風貌保持原生、野趣的特色，應展現水鄉、水街、水巷的詩意棲居的生活風貌，突出重點濕地景觀，避免建造面積過大的景觀節點；充分利用和保護區域豐富的紅樹林濕地資源，通過建造親水木棧道、林間散步小徑、綠化提升等優化紅樹林濱海濕地保護區；配合區域規劃的跨海大橋、游船碼頭等，規劃設置商業廣場、游船碼頭廣場、戶外音樂舞臺等娛樂空間，為濱?？臻g注入持久活力；堤段最南端營造服務于周邊居住社區(區域規劃有國際水鄉社區)的農業觀光帶，配套運動場地、自行車道以及生態濕地等基礎設施，改造部分農田，供周邊居民體驗耕作樂趣，旨在提供社區交流活動和生態農業觀光的綠色休閑場所。

圖5 濱水空間規劃設計方案示意

5 結語

國內外城市防洪建設大體都經歷了從“重視安全保障”到“全面構建復合功能”的轉變，融合城市濱水空間整體設計的城市防洪工程設計理念在這一發展背景下應運而生，以城市防洪為基礎，統籌和集成城市規劃、生態環境、水利工程、園林景觀、給排水、建筑美學多領域，做到城水相融，人水相依，提升城市濱水景觀品質，對新時代城市建設和水利發展具有一定的導向意義。同時，該設計理念體現了多層次、全過程、全系統的治水思路，是一門綜合性較高的新興科學技術，還將不斷在理論和實踐中進一步發展和創新。