从“泄洪沟”到“海绵园”的滨水绿地适用性设计

费文君 丁佳颖 曹 颖

1 海绵城市背景

水是城市可持续发展最为重要和复杂的制约因素，水系统的破坏也是中国城乡环境破坏中最突出的问题[1]。在快速城镇化和工业化的大背景下，灰色基础设施及不透水面迅速增加，使得原本可以自然停滞的70%～80%的降水成为地表径流，仅有20%～30%的降水能够渗入地下，自然生态基底的破坏导致了城市水资源短缺、水污染、水灾和水文化服务功能丧失等复杂的水问题[2]。为解决此类问题，以最佳管理措施(BMPs)、低影响开发(LID)和绿色基础设施(GI)为理论基础，以问题导向和目标导向出发，从价值观到方法论，提出解决水生态和水问题技术体系的“海绵城市”建设理念应运而生[3-6]。其旨在减轻城市排水负担的同时，缓慢恢复城市地表自然入渗能力，重新构建城市“绿色海绵”，且在陕西沣西新城试点区域和北京下凹式立交桥区改造中均取得了良好的成效[7]。基于近年来的理论研究和规划实践，今后“海绵城市”发展方向应由系统到个体，从广泛性到适用性，充分发挥各类城市“海绵体”的作用，因类制宜地构建“绿色海绵园”，在不同区域和尺度上高效化地解决城市众多水问题。

2 必要性与可行性

文章以山东临沂为例，从城市、区域到基地3个层面，分析水环境，梳理水格局，总结水问题，明确研究目的，探讨“海绵城市”技术在李公河滨水绿地的适用性，并从以下2个方面分析建设“海绵城市”的必要性及可行性。

2.1 城市水环境

临沂市位于山东省东南部，地近黄海，有沂河、沭河、中运河、滨海四大水系，是中华文明的重要发祥地之一，也是具有滨水特色的现代工贸城市和商贸物流中心。临沂属暖温带大陆性季风气候区，四季变化明显，多年平均降水量818.8mm，具有“时空分布不均且年际、年内变化大”的特点，汛期降水量约占年降水量的80%，暴雨则集中在7—8月，约占年降水量的50%，导致夏季成为“逢雨必涝、旱涝急转”的高发时期[8]。境内河流均属山洪河道，上游支流众多，源短流急，雨季洪水暴涨。土壤以棕壤、褐土为主，暴雨时期湿陷、淤积问题严重，城市开发后，大面积自然基底向城市建成区转化所带来的水系统结构变化和下垫面变化给雨洪调蓄带来更大的压力。

根据临沂市水利局2016年统计，全市水土流失综合治理面积约为44.6万hm2，新增水土流失9350hm2。基于城市的降雨特征和水土情况，以及地下水资源开发利用程度加剧、土壤湿陷等问题，与之相适应的城市基础设施建设和雨洪管理措施对城市水生态系统起到了动态平衡的作用，因此，富有水弹性的“海绵城市”理念具有可行性。

2.2 区域水环境

2.2.1 水格局

临沂经济技术开发区属沂沭河下游冲积平原的中上部，整体地势西北高东南低，地势自然坡度为1‰左右，地形以平原为主，在东西中部形成一道分水岭，西侧李公河属沂河水系，东部玉白河及其支流解白河属沭河水系[9](图1)。沂、沭河流域多年地表水资源为51.6亿m3，控制流域面积1.6万km2, 占山东境内的93.43%，水资源需求量大，污水、废水排放量多，水系环境遭到挑战[10]。

2.2.2 水问题

受季风性气候影响，区域内地表水系年径流量变化幅度大，丰枯交替，旱涝不均，经常出现连续丰水年或连续枯水年。随着李公河及其周边区域的不断开发建设，城市用水由以地下水为主逐渐转变为以地表水为主，地表流量减少，甚至在枯水期时断流，影响河道生态水量[11]。区域内工业生产污水和居民生活废水通过城市污水管网输送到开发区内的污水处理厂统一处理排放，解白河、玉白河等是主要纳污河流并汇入沭河，河流污染范围从支流发展到干流，从区域扩展到流域[12]。目前沂河水质为Ⅲ～Ⅳ类，受河流自身水动力限制，自净能力不足，呈轻度污染状态。

2.2.3 水系周边介质问题

滨水绿地作为该区域实施“海绵体”建设的重要载体，存在以下问题：1)据统计，沂河临沂站多年平均含沙量1.15kg/m3, 多年平均输沙率127kg/s，多年平均输沙量400万t，河流下游河道宽度的增加、河流流速的降低使得水流中的泥沙沉积，导致河道上的橡胶坝周围、河岸边形成大量淤积；2)水闸等水利工程老化失修，影响了防洪、蓄水、灌溉的综合功能；3)岸坡形式单一，均为自然式土坡驳岸且坡度较陡，土壤大面积裸露，乔、灌植物稀少，无法对雨水进行截流和缓冲滞流，湿地系统变得越发脆弱。

从整体格局到单一介质，由宏观解析到微观分析，将李公河及其周边区域的水环境问题分为三大类：水质问题、水岸问题、水患问题(表1)。文章针对李公河滨水绿地的三大问题，对水质进行净化，对水患进行调控，对水岸进行保护，用3项适用技术进行修复治理。

表1 区域问题分析表

3 理念、策略及方法

为解决水质、水岸和水患三大水环境问题，以“细水长流”为设计理念，使暴雨化细流，细流且长流，以“建立生态基础设施”为1项策略导向，以水域净化工程、河岸修复工程和雨水滞蓄工程为3种技术方法，维护良性雨水循环，增强当地以水生态为主的生态系统的自适应性。

图1 经济开发区水系格局

3.1 一项主导策略——建立生态基础设施

首先立足于区域尺度，在宏观层面上将自然要素、生物要素和乡土游憩要素串联起来形成1个最佳生态网络。针对滨水区域构建水安全格局、生物安全格局和游憩安全格局三者叠加的区域生态基础设施，为项目所在区域提供持续的生态系统服务(图2)。

3.1.1 水安全格局

水安全格局的建立是区域生态基础设施的核心。通过模拟径流过程和淹没分析找出潜在的汇水廊道和易受淹地区，在规划过程中尽量预留这些区域，降低内涝风险，并将分析叠加得到水安全格局。最后针对不同功能片区的主要水问题，提出相应“海绵体”模式予以对应。

图2 区域综合生态格局

3.1.2 生物安全格局

区域内主要以林木、草本为主，植被覆盖状况及生态环境条件较差，自然生态系统的削弱和河流生态系统的不稳定影响该区域的生物多样性。以鸟类为指示物种，分析其现状及分布状况，遵循保护生物学的基本原则，建立生物安全格局。

3.1.3 游憩安全格局

沂河被临沂人民誉为“母亲河”，自然旅游资源丰富，沿河流两侧的文化游憩资源尤为集中[13]。通过系统分析文化遗产与游憩资源分布，结合现有游览路线，建立各文化遗产、乡土景观及旅游资源的空间联系，构建游憩安全格局。

3.2 三种适用技术——打造海绵示范工程

微观层面的重点是“海绵体”在工程上的落实，用水域净化工程改善水质问题，用河岸修复工程解决水岸问题，用雨水滞蓄工程缓解水患问题，打造一条“绿色海绵生态廊道”(图3)。

图3 设计思路

3.2.1 水域净化工程

为改善水质，首先对李公河进行河底淤泥清除和沿河垃圾清除。由于李公河并非主要纳污河流，其由污水引发的面源污染程度较低，因此水域净化工程主要采用植物生态技术，以自然生态系统修复河水水质污染。具体措施主要包括以下几个方面(图4)。

图4 水域净化图

1)在滨河的主要雨污排放点源布置湿地斑块生态设施，对雨水、污水进行收集和处理，避免其直接排入地表水与河流，实现就近净化水质。

2)在洪水位以上区域种植层次丰富的水杉等中生植物和风箱果、连翘等旱生植物；常水位和洪水位之间是最为脆弱的生态边界，在此边界上种植芦苇、蒲草等耐水湿的植物；在常水位以下区域种植荷花、金鱼藻等水生植物，利用根系保持水土。降水经岸线层级净化后进入河流，在河流中设置生态浮岛以稳定水质[14]。

3.2.2 河岸修复工程

河岸是水陆生态系统之间的生态交接带，为解决河岸的各类问题，构建良性循环的河岸生态系统，在进行河岸修复时根据坡度将其分为台地区和坡地区。台地区呈现多层阶梯效果，铺设生态砖、蜂巢等新材料起到护坡的作用，最下层的梯田和最上层的梯田分别对应5年一遇和20年一遇的洪水高度，防洪线采用可淹没的不同安全级别的柔性防汛堤(图5)；坡地区采用植物缓冲带，通过土壤下渗作用、植被拦截作用减缓地表径流流速，保持水土并产生一定的净化水质的作用(图6)。

图5 台地式驳岸

图6 坡地式驳岸

3.2.3 雨水滞蓄工程

雨水滞蓄工程与短距离的市政管网相配合，使暴雨期雨水滞蓄、枯水期地下水回补，增强旱涝调蓄功能，形成良性雨水循环系统[15]，在一定程度上解决水患问题，具体措施主要包括以下几个方面。

1)道路改造。

道路作为不透水下垫面，其水环境问题是李公河两岸下垫面中水环境问题最为突出的一类[16-17]。在改造中旨在将道路上的雨水径流进行有组织的汇流与传输，通过人工措施让硬化地面“海绵化”。在道路景观设计中，运用植草沟、植物缓冲带和下沉式绿地，形成“植草沟-人行道-下沉式绿地-机动车道-下沉式绿地”的模式[18]，当设施中雨水饱和时，可通过溢流口排入雨水管道(图7)。

图7 道路改造图解

图8 典型湿塘构造(南京匠森建筑景观规划设计有限公司提供)

根据不同道路等级，人行道采用10cm厚的透水混凝土路面，空隙大，传热性低，可以起到良性透水的作用。雨水渗透到达约15cm厚的碎石垫层，该层由驳岸裸露废弃块石填充，在其中进行过滤，并在垫层中埋设与两侧的卵石渗水槽相通的排水管，进行雨水消化。由于车行道对道路路基强度和稳定性要求较高，而透水沥青路面的潜在风险较大，因此采用半透水路面。

2)湿塘。

湿塘是一种既拥有休闲娱乐和景观功能，又能发挥调蓄功能的多功能水体，一般由6个部分组成：进水口、前置塘、主塘、溢流出水口、护坡及驳岸、维护通道[19]。在李公河滨水绿地上利用原有地形高差设置湿塘，在进水口和溢流出水口设置碎石和消能坎以防止水流冲刷绿地、侵蚀驳岸；前置塘坡度为1:5，作为湿塘的预处理措施，将雨水径流中的大颗粒悬浮物沉淀；在前置塘和主塘之间设置雨水湿地净化水质；初步净化后的雨水进入主塘，主塘驳岸采用坡度1:6的生态型驳岸，达到有效削减径流总量的作用(图8)。

3)蓄水池。

蓄水池是具有雨水调节和雨水储存功能的设施，在暴雨期间暂存雨水和地表径流，蓄排结合[20]，暴雨过后，通过出水管将雨水回用于李公河滨水绿地的绿化灌溉、道路喷洒等，维持良好的雨水循环利用。

4 实践应用及效果

4.1 数据测算

临沂市属于年径流总量控制区的第IV区，即年径流总量控制率为70%～85%。根据《临沂市排水防涝综合规划》所规定的临沂市中心城区海绵城市总体规划的年径流总量控制率为75%。综合考虑设计区域环境状况，本次设计区域的年径流总量控制率设定为75%，对应的设计降雨量为取值30.7mm[21]。根据公式V=10HψF，设计降雨量H=30.7mm，综合径流系数ψ＝0.20，F＝20hm2，计算出设计调蓄容积为12280m3。在实际建设中，通过海绵设施的综合应用，确保了园内雨水径流的消纳[22-23](表2)。

表2 李公河滨水绿地低影响开发数据统计表

表3 李公河滨水绿地建设前后效果对比图

4.2 建设成果

针对水质问题，通过点源湿地净化水体；针对水岸问题，通过河岸修复保持水土、增强堤防，提升景观；针对水患问题，通过道路改造、湿塘、蓄水池等生物滞蓄技术，广泛地増加了汇水点，有效分流，并顺应自然水流循环梳理水文，降低径流水量，达到了雨水管控、防治灾害的作用(表3)。

4.3 辩证思考

从上文数据分析可知，下沉式绿地和植物缓冲带效果最佳，且下沉式绿地与植草沟的综合应用、道路改造均取得了极其可观的效益，雨水的定量消纳已初步实现“细水长流”的目标。同时，针对设计中仍然存在的不足之处，例如在土壤方面欠缺考虑，在后续研究中可尝试通过改良土壤结构提高下垫面渗水率；在植物方面由于地理环境因素，选择范围较为狭窄，尤其是水生植物运用有限，水体自净效果不理想，反映出我国北方城市“海绵城市”建设的一些局限性问题，针对这些问题，提出以下建议：1)加强“海绵”技术研发，解决功能多、跨度大的城市水生态和水环境问题；2)关注雨洪动态发展，根据不断更新的城市水环境问题，加强针对性研究；3)完善城市水系管理，在生态安全大格局上实现体系完善、法规健全和管理到位的目标。

5 结语

与传统规划设计方法相比，将“海绵城市”应用于滨水绿地设计中，更强调低影响开发技术体系与景观规划设计的多层次复合关系，更突显水与绿地的相互依存关系。本规划从城市水环境大视角出发，将滨水景观纳入城市生态环境整体中考虑，并针对李公河滨水绿地的水质、水岸和水患特性，初步解决了城市小环境滨水绿地雨水冲刷、道路积涝、驳岸水土流失等问题，以期从“海绵园”点状改造形成“海绵城市”区域性体系，统筹解决城市水问题。同时，“海绵城市”建设不可盲目模仿、急于求成，更应该在生态环境保护及低碳城市发展的基础上综合衡量、多方协调、理性取舍，针对地域特征、水域特色对海绵元素及其应用技术进行思考：如何以适用性带动实用性，因地制宜建设海绵城市。

注：文中图片除注明外，均由作者绘制。