基于海綿城市理念下的生態河道治理初探——以上海臨港春漣河及紫飛港工程為例

劉 敏，王旭旭，鄭 瑞

(上海勘測設計研究院有限公司，上海 200335)

“海綿城市”是城市雨洪水綜合管理理念的形象化表達，指城市像海綿一樣在面臨雨水等環境變化時具有良好的彈性[1]，類似于澳大利亞倡導的水敏感城市、英國推動的可持續排水系統及美國推行的低影響開發雨水綜合管控等雨水管理理念[2-4]。2012年“海綿城市”的概念在我國首次提出[5]；2013年習總書記強調提升城市排水系統要優先考慮海綿城市的建設[6]；2014年中央財政部出臺對海綿城市試點予以補助的通知[7]；2015年第一批海綿城市試點名單公布，同年國務院印發《關于推進海綿城市建設的指導意見》[8]；2016年第二批海綿城市試點名單公布；2017年李克強總理強調海綿城市的建設是使城市既有“面子”，又有“里子”的工程，同時啟動了消除城區重點易澇區段三年行動計劃[9]。2018年至今，各試點城市的多個海綿城市項目全面啟動，不斷深入開展。我國海綿城市建設從局部延伸到全域已是未來一大趨勢，各級研究機構及地方政府對海綿城市的相關研究和實踐工程也在探索中如火如荼地開展著。與此同時，我國對水環境綜合整治的步伐不斷加快、力度逐漸加深，已從局部水域消除黑臭、建設生態清潔小流域，延伸到全線水域的長江大保護、黃河生態治理，基于海綿城市理念進行生態河道的設計已是一大趨勢。

上海市是第二批14家海綿試點城市之一，先行試點區域總面積約79.08 km2，包括典型舊城鎮蘆潮港社區、臨港森林(一期)、臨港城市行政、文化中心的主城區及產業發展聚集的國際物流園區[10]。根據臨港主城區水利專業規劃，主城區規劃構建“一湖、四漣、七射”水系格局。春漣河為臨港主城區骨干水系布局“四漣”河道之一，紫飛港為“七射”河道之一的一部分，均需滿足海綿城市建設目標。

1 工程概況

1.1 區域概況

臨港新城位于上海市東南角，行政上屬浦東新區管轄，地處長江口與杭州灣的交匯處，北靠浦東機場，南接洋山深水港，擁有13 km海岸線，是上海實現創新驅動、轉型發展的戰略空間及上海海綿城市先行試點的主力區，在全市具有重要地位。

臨港主城區基本由圍墾造陸而來，自然水系缺失，大部分河道為人工開挖，形成時間不久。春漣河及紫飛港工程位于滴水湖東側。本工程僅涉及規劃河口線范圍內河道，工程范圍(圖1)內的河道基本為新開河道，現狀土地利用類型為灘涂、農田和水塘，土地基本為灘涂圍墾形成，土質均為鹽堿沙土，含鹽量高。地面高程呈西高東低之勢，滴水湖以西大部分為已開發區域，整體地勢較高，大部分在4.0 m以上(上海吳淞零點，下同)，滴水湖以東及以南現狀為自然灘涂濕地，尚未開發，地勢低平，基本在3.5 m以下[11]。春漣河起止點分別與B5、B6橋梁范圍現狀護岸相接，護岸型式為仿木樁護岸；紫飛港起止點分別與C2、C3橋梁范圍現狀護岸相接，護岸型式為漿砌石護岸。

圖1 工程位置及范圍示意Fig.1 Schematic Diagram of the Project Location and Scope

1.2 現狀問題分析

春漣河及紫飛港工程范圍土地以文化用地、綠地為主，河道為新開挖河道。綜合分析周邊水系、水質現狀和土地利用形式，工程區域主要存在以下問題。

(1)水安全方面

水系缺失，區域引排不暢。目前，春漣河與紫飛港已經實施大部分河段，但本工程范圍內水系缺失，造成河道被截斷，導致該區域水系無法連通，水動力不足，整體排澇標準不達標。

(2)水環境方面

主城區引清通道尚未建成，水質維護難度較大。目前，主城區水系水源主要為降雨，間或通過綠麗港或黃日港臨時取水，引水水質不甚理想，引清水源較差，對主城區河湖水質維護帶來很大的壓力；同時，根據管線統計資料，每條道路均有2個雨水排放口排入工程范圍內河道，對工程河道的水環境容量帶來一定的挑戰。

(3)水生態方面

新建河道尚未構建水生態系統，周邊已建水系兩岸挺水植物主要以藨草和蘆葦為主，沉水植物有狐尾藻，浮葉植物較少見。水生動物有小型魚蝦、螺、貝等底棲動物。由于臨港水系及土壤都有一定的鹽堿度，對生長植物有一定的要求。區域用地性質單一，生態多樣性較低，生態系統脆弱。

1.3 工程目標及任務

春漣河主要承擔主城區匯水和調蓄功能，紫飛港為主城區的主要引排通道。由于工程范圍位于主城區城市公園帶，結合“低碳、生態、智慧、宜居”的城市功能定位，將打造“河暢、水清、岸綠、景美、魚游”的生態景觀河道作為本工程的建設目標，結合水體海綿化建設及生態河道建設的技術要求，在保障防汛排澇安全的基礎上，全線建設生態護岸、構建水生植物群落、維持河道水質、恢復生態系統、充分發揮海綿城市中河道作為“海綿體”水量調蓄、水質凈化的托底作用，打造主城區水體海綿化建設示范工程。以現狀問題為導向，以《臨港地區海綿城市建設示范區指標分解專項》(表1)中海綿化建設執行標準為落腳點，結合目前的可完成性，確定具體工程任務如下。

表1 臨港道海綿化建設執行的標準Tab.1 Standards for Sponge City Construction of the Project

(1)水安全方面：按規劃20年一遇的除澇標準開挖新河道，河口位置高程滿足防汛排澇要求，同時滿足防洪堤達標率100%。

(2)水環境方面：新建水生態系統水質不低于上游來水，Ⅳ類標準。

(3)水生態方面：新建河道護岸(坡)全部采用生態型護岸(坡)，同時在道路雨水入河排水口處進行生態化治理，保證生態岸線防護比例在95%以上，雨水口排放生態治理率達90%。

2 工程方案設計

2.1 總體思路

工程所涉及的河流為新開河道，兩側規劃主要為文化用地及公共綠地。河道形態以規劃藍線為基礎，建設過程中，遵循以自然生態為主，兼顧景觀的原則。在保證河道護岸自身安全穩定的前提下，結合海綿城市建設標準，全線建設生態護岸，同時構建良好的生態系統，提高河道的自凈能力，此外統籌兼顧，處理好與已實施河段的銜接問題，提高經濟性。主要通過河道結構工程和生態工程實現。

2.2 河道結構工程設計

2.2.1 水位設計

主城區內河水位受沿江沿海水閘控制調度，常年水位控制在2.5～2.7 m；根據《臨港主城區水利專業規劃》設計水位取定：除澇最高控制為3.3 m，預降水位為2.2 m，常水位為2.5～2.7 m。根據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)[12]，工程堤頂高程取設計高水位為3.3 m，超高為0.5 m，即堤頂高程為3.8 m。

2.2.2 斷面設計

工程的斷面形式選擇綜合考慮各河道河口寬、河底寬、河底高程、河口高程等因素，分別針對春漣河河道段、春漣河湖區段、紫飛港段進行河道斷面設計，如圖2所示。

圖2 護岸設計分段示意Fig.2 Block Diagram of Revetment Design

春漣河河道段規劃河口寬度為43 m，河底寬度為15 m，河底高程為-1.0 m，用地控制在規劃河口線內，河道斷面選擇相對緊湊的復式矮擋墻斷面結構[圖3(a)]。春漣河湖區段根據河道藍線，河口寬為43～301 m，此范圍斷面較寬，且湖區風浪較大，選擇消浪性能好，且生態景觀性強的復式斜坡斷面結構[圖3(b)]。紫飛港段規劃河口寬度為45 m，河底寬度為1 m，河底高程為-1.0 m，本段新建護岸長度較短僅為293 m，本段毗鄰春漣河湖區段，為保障護岸景觀順暢，選用同春漣河湖區段相似的復式斜坡斷面結構[圖3(c)]。春漣河與紫飛港交接處為水面開闊的湖區段，為了營造多樣的生境，進行淺灘濕地營造塑造。淺灘濕地斷面采用斜坡式斷面結構[圖3(d)]。

注：高程單位以m計，其余單位以mm計圖3 春漣河河道段(a)、春漣河湖區段(b)、紫飛港段(c)和淺灘濕地段(d)斷面結構圖Fig.3 Section Structures of Watercourse of Chunlian River (a), Lake District of Chunlian River (b), Zifeigang River (c) and Shoal Wetland (d)

2.3 水生態工程設計

2.3.1 設計原則及策略

設計中貫徹和諧性、尊重自然、海綿化、經濟適宜的設計原則。合理利用地形特點、水質現狀以及現有的植被資源，因地制宜地進行利用和修復重建，建設布局合理、功能優化、生態和諧、物種多樣的生態城市河道，打造“貫通、流動、凈化、美化、海綿化”的河道環境功能[13]。

(1)總體定位：打造核心生態景觀區

春漣河為最靠近滴水湖的環形鏈狀河道，位于主城區城市公園帶，是今后主城區的主要河道。該工程河道兩岸臨近地塊規劃分別為文化用地與公共綠地。特殊的位置分布與規劃用途使其在整個滴水湖工程中扮演重要的角色，更需要在規劃中著重體現“持久生態、親水安全、特色景觀”的設計，通過創造良好的水陸生物生存環境和優美的城市水生態空間，打造特色突出的生態景觀區。

(2)融合：水體景觀設計與陸域規劃功能融合

從水利、生態、海綿三方面重新定位河道生態空間屬性，保護現有生態資源的同時，引入新理念、新技術，開發新功能，尊重人的使用感受，全面激發春漣河及紫飛港生態空間活力。根據區域規劃定位，河道南北兩端主要側重于公共綠地類型，中間段主要為文化用地類型，水生植物規劃時可將水域景觀與陸域規劃融合起來，通過水生植物的不同配置實現融合。

(3)多樣：塑造地形，營造多樣的生境

按照海綿城市建設的理念，結合水體海綿化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，從生態系統兩大組分“生境”和“生物”方面著手，營造多樣的平面、斷面和河底生境[14]，因地制宜地選取合適且必要的工程措施，構建滿足排澇要求、水體感官效果好的生態河道，實現河道良好的社會服務功能。

2.3.2 生態綠化設計

為了營造多樣的生境，此次設計除了濱岸的生態綠化設計外，在水域寬闊的湖區處構建三處淺灘濕地；同時，為了滿足海綿化的建設標準，在雨水排放口處增加相應的凈化濕地，在具體設計中將根據陸域用地的不同規劃，在湖濱岸坡的生態綠化中采用不同的植物配置；考慮到該地景觀要求較高，設計中將通過不同植物與景觀石的搭配來實現其核心景觀區的總體定位。總體布局如圖4所示。

圖4 生態綠化設計的總體布局Fig.4 General Layout of Ecological Greening Design

(1)春漣河河道段

春漣河河道段根據斷面設計及功能定位，浮葉植物配置在高程為1.40 m的種植平臺上，平臺寬為1.5 m，設計種植率為20%。挺水植物帶狀配置在河道兩岸高程為2.50 m的種植平臺和2.50～3.00 m高程的斜坡上，種植區域寬為2.78 m，3.00～3.80 m高程斜坡綠化以灌木和草本植物為主，種植區域寬為2.53 m，配置如圖5(a)所示。在植物的選擇上以營造自然野趣的風貌為主，水生植物選擇以蘆葦和香蒲為主的組合，搭配以少量的花葉蘆竹和慈姑豐富層次，并通過挺水植物錯落布置，增加河道彎曲的感官效果；在擋墻前平臺布設睡蓮等浮葉植物來營造豐富的水生景觀。陸域植物按照少維護、易存活、景觀好及四季常綠的要求，整體選擇百慕大(暖季型草坪)+黑麥草(冷季型草坪)混種草皮作為地被植物，局部植物以灌木、草本營造節點空間和景觀效果。堤頂陸域6 m范圍臨時占地考慮到暫無明確實施計劃，為防止水土流失，在6 m范圍臨時用地播撒狗牙根草籽。

(2)春漣河湖區及紫飛港段

春漣河湖區及紫飛港段根據斷面設計及功能定位，挺水植物種植于高程為2.40 m的種植平臺和2.50～3.00 m的斜坡上。3.00～3.80 m高程斜坡綠化以灌木和草本植物為主，種植區域寬為2.53 m，配置如圖5(b)所示。本段規劃主要為文化用地，在植物選擇上以塑造核心植物景觀觀賞帶為主。水生植物的選擇上充分考慮不同植物在季相上的多樣性，打造各個季相均有觀賞價值的水生植物群落，著重營造豐富的水生植物景觀，適當增加觀花水生植物的比重，植物選擇千屈菜、美人蕉、再力花、黃菖蒲，輔以蘆葦、水蔥增加層次。陸域植物選擇為達到與春漣河河道段的銜接，陸域綠化整體設計仍與河道段類似，僅在灌木與草本的選擇上主要突出景觀效果。堤頂陸域6 m范圍布置同河道段。

(3)淺灘濕地

因地制宜，在春漣河開闊區域塑造淺灘濕地，形成多樣化的生境。結合春漣河湖區地形，共設置3塊淺灘濕地，植物主要選擇挺水植物。配置在高程為2.40 m的種植平臺和2.20～2.40 m的斜坡上，配置如圖5(c)所示。物種選取具備一定的耐鹽堿、耐水淹特性，同時可供鳥類棲息，選擇蘆葦和海三棱藨草。

注：高程單位以m計，其余單位以mm計圖5 春漣河河道段(a)、春漣河湖區及紫飛港(b)、淺灘濕地(c)生態布置及雨水口凈化濕地示意(c)Fig.5 Ecological Layout of Watercourse of Chunlian River (a), Lake District of Chunlian River and Zifeigang River (b) and Shoal Wetland (c)

(4)雨水凈化口

工程入河排放口主要為道路雨水排放口。為了保障滴水湖水質、充分發揮河道的凈化作用和生態服務功能，進一步改善水質，同時達到海綿化的指標要求，在雨水排放口入河處，通過地形塑造因地制宜地在排放口處設置小型的濱岸表流濕地，對入河雨水進行進一步凈化。雨水凈化濕地設置礫石過濾區和挺水植物凈化區，通過層層吸收達到入河雨水充分凈化的目的，如圖6所示。每個雨水口處布置1處，共計8處，共1 047 m2。水生植物選擇對污染物去除效果較好的蘆葦和茭白。

圖6 雨水口凈化濕地示意Fig.6 Schematic Diagram of Rainwater Inlet Purification Wetland

(5)水生動物

完整健康的水生態系統除了水生植物，同時離不開水生動物，在河道水生植物建設基本完成后，底棲動物和魚類可以通過春漣河及其他與漣河連通的河網進入本河段。隨著水生生物多樣性的增加，生態系統的生物鏈日趨完善，水生態系統穩定性得到增強，將呈現水清見魚游的自然效果，本工程不再另行投放水生動物。

2.4 海綿城市控制指標達標分析

根據《臨港地區海綿城市建設示范區指標分解專項》的初步研究成果，對相關標準中本工程的相關海綿城市控制指標進行評估。因年徑流總量控制率、年徑流污染控制率和雨水資源利用率的目標達成需要在陸域控制范圍內布設設施，本工程用地控制在規劃河口線內，建議在后續陸域范圍內實施相應的海綿措施和節水灌溉措施，其他指標分析如下。

(1)水安全指標

①除澇標準

工程除澇標準為20年一遇，以最大24 h面雨量為200.2 mm及1963年9月雨型和相應實測潮型為規劃設計標準，河道斷面根據此標準進行設計及過流能力核算，可以達到20年一遇的除澇標準，達到海綿城市要求。

②防洪堤達標率

工程設計高水位為3.30 m，全線堤頂高程設計為3.8 m，已取設計高水位為3.3 m、超高為0.5 m，防洪堤達標率達到100%，滿足要求。

(2)水環境指標

根據不同用地類型產生的污染物濃度、徑流系數、凈化率等，采用典型豐水年2015年的降雨數據，計算入河污染物總量，如表2所示。

表2 年入河污染量計算Tab.2 Calculation of Annual Inflow Pollution

將入河污染量進行年內分配，其污染量主要是隨著降雨徑流入河。根據年內降雨分配規律分配逐月入河污染量，最不利月入河污染量：NH3-N為4.60 kg/a，TP為1.15 kg/a，COD為1 817.6 kg/a。根據《水域納污能力計算規程》(GB/T 25173—2010)[15]，水環境容量取枯水年最不利月(11月)的數據，并將每月的污染量與該水環境容量進行對比，得出春漣河及紫飛港工程的富余水環境容量。最不利水環境富余容量：NH3-N為139.3 kg/a，TP 為56.3 kg/a，COD為3 380.8 kg/a，如表3所示。

表3 逐月污染量、水環境容量及富余水環境容量Tab.3 Monthly Pollution, Water Environment Capacity and Surplus Water Environment Capacity

近期在周邊地塊不開發、僅陸域控制線內為灘地和綠化用地的情況下，春漣河及紫飛港工程尚有較為富余的水環境容量。本工程建成后，周邊污染源排入不會影響河道水質。在上游水體水質達標、無新增外源污染的情況下，春漣河通過其自身水陸生態系統的建設，可達到Ⅳ類水標準，滿足海綿城市建設要求。

(3)水生態指標

①生態岸線防護比例

生態工程設計中，設計湖濱生態岸坡，同時布置淺灘濕地3塊，生態岸線率達100%，超過海綿城市95%的目標值。

②河(湖)水面率

根據《臨港新城水務專業規劃》，臨港主城區規劃河面率要求≥13.78%。《臨港新城中心區分區規劃》中對主城區范圍進行重新界定，面積較原規劃范圍有所減少。按主城區最新規劃范圍進行復核測算，規劃河面率應≥14.38%。根據《臨港新城水務專業規劃》確定河(湖)面積為9.83 km2(不包括港池)，河(湖)面率為14.51%，滿足海綿城市水面率要求。

③雨水口生態治理率

人工濕地對NH3-N的去除率按0.05～0.1 kg/(畝·d)(1畝=0.67×10-3km2)。按照去除入河NH3-N的90%計算，需要布置凈水植物攔截面積總計為810.6 m2。生態工程設計中，已在各雨水口處均布置了雨水口凈化表流凈化濕地，面積共計1 047 m2，已經滿足海綿城市雨水口生態化治理率的指標。

3 結論與展望

我國海綿城市和河道的生態治理均處在發展之中，需要不斷的實踐和探索。基于海綿城市理念下的生態河道治理既要滿足河道的生態化治理，又需要達到海綿化治理的目標，同時需要對各項指標進行達標分析，對這一類工程的研究和實踐任重而道遠。

(1)本文以上海臨港春鏈河及紫飛港工程為例，從現狀分析、海綿工程目標及任務解析、針對性工程方案設計、海綿控制指標達標性分析等方面系統凝練了設計思路與方案，旨在為海綿城市理念下生態河道的治理工程提供經驗支撐。

(2)本次工程范圍為規劃河口線內，并未涉及年徑流總量控制率、年徑流污染控制率和雨水資源利用率的目標達成分析，以上幾項指標需要通過陸域范圍內實施相應的海綿措施和節水灌溉措施來實現。基于海綿城市理念下的生態河道治理，在規劃時應統籌水陸工程，進而保證系統設計、全面達標、協同施工，防止不必要的工程沖突。

(3)如何在用地緊張的條件下更優地將海綿措施與河道的生態治理工程設計相結合，實現工程效益和經濟效益的最大化有待思考和總結，也是未來此類工程面臨的問題。同時，隨著基于海綿城市理念下生態河道治理工程的逐步應用，雖系統總結了評價指標、構建評價體系，但仍需進一步研究探索，從而指導更優的設計。