基于地下水过滤收集技术的生态驳岸设计

2020-06-21鲁遥胡志强祝遵凌

设计 2020年11期

鲁遥胡志强祝遵凌

摘要：驳岸作为河流的重要组成部分，是连接水域生态系统和陆地生态系统的纽带，是河流水陆交错带与河岸带的衔接部分，也是地表水与地下水动态交换过程的载体。近年来在城市滨水景观设计中的诸多方面都提到了生态驳岸的设计建设，根据具有生态效益材料的不同，可以分为自然原型生态驳岸、环保材料生态驳岸、工程材料生态驳岸三种类型的生态驳岸，但在地下水日益枯竭的城市中，能否让生态驳岸的“生态”作用运用到地下水过滤收集中，本文首先介绍生态驳岸的含义与作用，然后在基于分析三种类型生态驳岸的特点上，探究地下水过滤收集技术如何运用到生态驳岸设计中，为指导实践提供参考。

关键词：生态驳岸地下水过滤收集生态砖环保材料海绵城市

中图分类号：TU986

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2020）06-0152-03

Abstract： As an important part of rivers， revetment is the link between the waterecosystem and the terrestrial ecosystem. It is the interface between the river-landinterlaced zone and the riparian zone， and it is also the carrier of the dynamicexchange process between surface water and groundwater In recent years，many aspects of urban waterfront landscape design have mentioned the designand construction of ecological revetment According to the different eco-efficiencymaterials， it can be divided into three types： natural prototype ecological revetment，environmental protection material ecological revetment， and engineering materialecological revetment Ecological revetment， but in cities where groundwater isincreasingly depleted， can the"ecological"effect of ecological revetment beapplied to groundwater filtration and collection This paper first introduces themeaning and role of ecological revetment， and then analyzes the characteristicsof three typeo of ecological revetment Investigate how groundwater filtration andcollection technology can be applied to ecological revetment design to providereference for guiding practice

Keywords： Ecological revetment Groundwater filtration collection

Ecological bricksEnvironmentally friendly materialo Sponge aty

一、概述

近年来，“海绵城市”概念被不断提起，海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现了雨水在城市区域的积存、渗透和净化，达到城市地下水的过滤收集，促进雨水资源的利用和生态环境保护。而生态驳岸是指恢复自然河岸“可渗透性的”人工滨水驳岸，以生态为基础、安全为导向的工程方法，最大限度地减少了河流自然环境的破坏，其能够切实确保河岸和河流水体间的水分调节与交换，并且还有一定的抗洪强度。前者“海绵城市”的建设是为了水资源在地下水区域的渗透收集，后者的生态驳岸同样是为了水资源的“可渗透性”，两者具有相同的设计理念，将地下水过滤收集技术运用到生态驳岸设计中去，有着一定的优势及設计基础。

二、生态驳岸的作用

（一）补给枯水、调节水域水位：生态驳岸滨水斜面大体上是运用人工改造后的自然材料，以此构成良好的渗水性斜面。当枯水时期来临时，地下水会运用堤岸反渗到河中，从而达到补给枯水、调节水域水位的效果。此外，在生态驳岸斜面上种植一些具有净化水体功效的植被也可以起到涵养水分的作用;而在丰水时期来临时，河水会朝驳岸斜面上植被区与驳岸外的道路排水区域渗透河水至地下水，从而达到缓解洪涝灾害的作用。

（二）增强水域自动净化的能力：在生态驳岸斜面上修建鱼道鱼巢以及利于浮游生物寄居的生态砖，可以让其构成不同的水流流速带和水体的紊流，使得水面上空气里的氧气溶于水里，以此提高水体的自动净化能力。

（三）生态驳岸对水域生物的生存环境影响起到了重要作用：通过生态驳岸可以将滨水水底区域的水生植被和驳岸斜面上的近水植被相互关联，组成一个相对完整的滨水水域生态系统。众所周知，生态驳岸底端的坡脚鱼类巢穴较多、浮游生物聚集较密、水生植物生长带富集、水流流速变化频繁，给水生动物及滨水植物提供良好的栖息场所及生存环境。此外，生态驳岸上的景观可以种植地被及灌木，给鸟类、昆虫提供觅食与繁衍的场所，从而构建出水陆相结合的生态系统。

三、生态驳岸的分类

（一）以自然原型为基础的生态驳岸：以自然原型为基础的生态驳岸指的是在对滨水驳岸的建设过程中，对其坡度较缓及腹地较大的滨水段，基于保持其本来的自然原生状态的前提下，将沿岸的天然石块排布并种植水生植物相结合的方式来体现稳固滨水驳岸段的一种生态驳岸形式。在种植水生植物时应该选择其根系发达的植物来稳固驳岸底部与中部，例如：高羊茅与结缕草等，这些柔韧的植物枝叶可顺应水流，能够有效地提高护堤、防洪的能力。

1.该驳岸的特点：第一，岸线景观较为自然，柔和的自然景观最令人感到舒适;第二，自然的水生动植物能够产生生态边际与水陆生态结构的效应。第三，适用于坡度舒缓的角落范围内，水位落差较小及水流平缓的地块。

（二）以环保材料为基础的生态驳岸：以环保材料为基础的生态驳岸主要指的是在对滨水驳岸的处理中，运用可再生或可降解的材料在駁岸坡脚进行护坡，其次再基于水生植物根系生长以此来稳固岸边，达到稳定的水陆生态结构。例如：先将树桩、树枝插条、竹篱、草袋等环保材料辅助护堤，然后驳岸由下至上种植沉水植物、挺水植物及浮叶植物等，以此来巩固根系。以环保材料为基础的生态驳岸不仅达到生物链结构的稳定及防洪护堤的作用，而且利于水域污染物和垃圾的过滤。

1.该驳岸的特点：第一，岸栖生物丰富，景观较自然，形成自然岸线的景观和生态功能;第二，利于水域自身的进化过滤;第三，适用于自然舒缓的坡度，在土壤自然安息的角落范围内。

（三）以结合工程材料为基础的生态驳岸：结合工程材料的生态驳岸主要是指在驳岸设计建造中，运用石材干砌、混凝土预制、耐水木料、金属沉箱等构筑高强度、多孔性的驳岸。例如：多孔植物生态砖由于其本身的高透水性，可缓解双向面的土压与水压，防止堤坝出现塌陷或变形的情况;净水箱生态驳岸不仅结构整洁美观，并且有良好的污水净化效果而且成本较低，占据空间较小等优势。

1.该驳岸的特点：第一，结合工程材料的生态驳岸维系水陆之间与自然岸线透水性间的联系，进行水陆结合的绿化种植，可以实现较为自然的生态与景观功能。第二，生态砖驳岸能够应用到水域流速较快而且驳岸冲刷破坏较大的地段，且能够应用于坡度不同的池岸。第三，该驳岸适用于4米以下高差，坡度70以下的驳岸线，具有较强的稳定性和抗洪功能。

综上分析，对比三种类型的生态驳岸，可发现以结合工程材料为基础的生态驳岸适用在城市滨水段的范围很广阔，不但具有较好的防洪护堤的能力和利于水生植物生根生长的基础空间，而且生态砖多孔的设计利于水生动物与浮游微生物的寄居与繁殖，以此达到净化水体、涵养水体的功效等，并且具有一定的景观效益。

四、基于地下水过滤收集技术的生态驳岸设计

在“海面城市”概念的倡导下，生态驳岸的设计应在保证其安全稳定的基础上，不仅实现人与自然的和谐融洽，而且要最大化地补给日益短缺的城市地下水。因此，将地下水过滤收集技术及设计理念应用于结合工程材料的生态驳岸设计中必须满足以下内容：

（一）驳岸的组成内容：基于地下水过滤收集技术的生态驳岸，必须包括净化河水、过滤地下水、收集地下水、地下水渗透四个部分。

整体部件为：植被（1）透水混凝土台阶（2）土壤层（3） -级过滤层（4）二级过滤层（5）砖基水透水路面（6）鹅软石铺层（7）混凝土基层（8）生态砖（9）细沙垫层（10）混凝土隔板层（11）地下水收集箱（12）相连收集箱与渗透箱的水管（13）地下水渗透箱（14）混凝土垫层（15）透水砂基石（16）地下土层（17）进水管（18）混凝土墙（19）过滤网层（20），如图1。

1.净化河水部分：净化河水部分主要由生态砖所堆叠而成，正如前文所述，生态砖有着较好稳定的生态效益，并成本较低。其材质主要是由园林废弃物混凝土或火山岩石材制成，生态砖各个面设有多个透水砖孔i生态砖内部设有填充土壤与砂石的麻袋，同时该部分起到保护河岸的作用。堆叠在上层的生态转可种植过滤水污染的水生植被，多孔的构造利于微生物富集;堆叠在下层的生态砖可种植沉水植物，达到固堤的效果。生态砖大小可根据河岸长度，水深进行相关尺度设计。

相关说明：一、六面多孔的长方体砖块，在其每面混凝土砖壁（9（1））都有按照其面长宽比例缩放的长方形孔洞（9（2）），此孔洞如上述满足微生物富集及过滤废弃物等生态功能;二、根据多个生态砖块的拼接需求，在长方体砖块其中三个面中心位设有方形对接凸口（9（4）），另外三个面中心位设有方形对接凹槽（9（3））;在堆叠拼接生态砖时可以根据其凹槽与凸口进行拼合，达到稳固的效果;三、生态砖单体组合在于设有内部支撑柱（9（5）），与之对应的为砖盖顶盖（9（6））内的顶盖对接凹槽（9（7）），二者可以相互卡扣在一起，达到单个生态砖形成一个稳固的单体，如图2。

2.过滤地下水部分：过滤地下水部分主要由透水层与一、二级过滤层，透水层包括透水混凝土路面、透水混凝土台阶、土壤等，其中透水路面旁设有鹅软石铺层，该部分不但利于水分渗透，而且透水混凝土材质制成的路面与台阶利于市民驻足赏景，亲水观景，土壤种植适合当地生长的植被，形成植物观赏区域。一、二级过滤层的材质分别是园林废弃物的碎石与细沙，碎石厚度60～80mm，细沙厚度90～100mm，二者都起到过滤净化水分的作用。另外，高于正常水位的地方有进水管设置在驳岸边，进水管埋没与鹅软石铺层中，利于汛期时，水位高涨，水流进管道，再通过一、二层过滤，直至到地下水渗透箱。此外鹅软石铺层上方有细孔不锈钢网格覆盖，以防鹅软石被随意拿走。

相关说明：一级过滤层（4）与二级过滤层（5）之间由过滤网层（20）阻隔，过滤网层主要由园林废弃物布麻构成。过滤网层的目的主要是为了阻隔两级过滤层，防止过滤层混合，同时过滤雨水，如图3。

3.收集地下水部分：收集地下水部分主要由地下水收集箱组成，每个地下水收集箱的外框架材质都是由玻璃钢制成，外框架网格截面长宽均为30mm，框架长宽高均为800mm，内部收集箱由pps塑料材质制成，具有良好的支撑性与稳固性，此外每个收集箱上都有对应的通水管口，可以相互拼接在一起，方便收集的水均匀分配到每个箱中。箱中设有活性炭，便于净化水体。箱壁厚度为150mm。

相关说明：地下水收集箱（12）的各部分特征，首先，收集箱外部是网格状框架（12（1）），是由玻璃钢材质制成，框架四面上带有安置管道（12（5））的圆形孔洞。其次，收集箱内部的结构：一、顶端有放置活性炭的过滤网（12（2））与过滤网框架（12（3））;过滤网（12（2））有两层，一层安置于框架底部，一层覆盖于框架顶部，中间填充活性炭。二、中端有地下水过滤槽（12（4）），其用于安置过滤网框架（12（3））。过滤槽（12（4》底部有4个过滤管道（12（7））为六面体锥心管道，其中2个管道顶端设有对接凸口（12（11））.另外2个管道顶端设有对接凹槽（12（12）），并且都设有圆形进水孔（12（13））。三、底端有地下水收集箱（12（6）），其顶部设有对接凸口（12（9））与对接凹槽（12（8）），以及凹槽与凸口中央的圆形进水孔（12（10）），并且收集箱四面设有管道（12（5））。四、对于4个管道（12（5）），其特征在于其中相邻两个管道口为“凸“形管道对接口（12（14）），另外两个为“凹“形管道对接口（12（17）），并且4个对接口上都安置有橡皮圈，如图4。

4.地下水渗透部分：地下水渗透部分是主要由地下水渗透箱组成，地下水渗透箱的材质为玻璃钢，箱壁厚度为250mm，箱内安置有12根玻璃钢支撑柱，以便支撑箱顶承受上方构建物。箱底的透水砂基板，厚度约为250mm。此外，地下水渗透箱的外层均有土工膜包裹。

相关说明：渗透箱顶盖（14（1））为长方形，两边设有螺帽孔（14（2》，顶盖上有长方体凸起块，高度与螺帽孔一致，同时顶部设有6个螺帽孔（14（4）），其中两侧中央的螺帽孔对应顶盖中央的螺帽孔，两者对应，可以通过螺丝固定在一起。其余4个螺帽孔均设置在箱顶部四角，便于两个渗透箱固定在一起。渗透箱外侧壁（14（5））前后两侧壁设有“凸”形对接卡扣（14（6））与“凹”形对接卡扣（14（7）），用于多个渗透箱组装在一起。所述的“凸“形对接卡扣（14（6））与“凹”形对接卡扣（14（7）），其特征在于两个渗水箱相组合时，后一个渗透箱通过其“凸“形对接卡扣与前一个渗透箱的“凹”形对接卡扣（14（7））相互结合在一起。渗透箱前后侧壁上设有通水管口，管口类型分别为“凸”形管道接口（14（8））与“凹”形管道接口（14（10））。“凸”形管道接口（14（8））与“凹”形管道接口（14（10）），其特征在于利于两个渗透箱相组合时，后一个渗透箱用过其“凸”形管道接口与前一个渗透箱“凹”形管道接口相互结合在一起。透水砂基板（14（9））安置于渗透箱底部凹槽，渗透箱底部安装砂基板部分为镂空状，如图5。

5.实施方法：第一，先在土层底下安置透水砂石层，安装地下水渗透箱（14），再在外围包裹土工膜，其次在地下水渗透箱（14）上安置地下水收集箱（12），两者直接用相连收集箱与渗透箱的水管（13）连接，再覆盖布麻层，放置二级过滤层的细沙，然后再一层布麻层，放置一级过滤层的碎石，安置两次过滤层时都应建造挡土墙，对其进行固定。其次再这基础上安置透水混凝土的路面与台阶以及土壤等植被景观。

第二，在靠近驳岸的挡土墙一侧，堆积生态砖（9），构成人工式的自然驳岸。

（二）驳岸各组成部分的功能体系：降雨时，雨水通过透水路面与土壤渗透到一、二级过滤层，再经过滤层的过滤后流进地下水收集箱中，被箱中的活性炭吸附杂志，净化，再流进渗透箱中，最后渗透到地下水位;河水汛期时，上涨水位的水体通过第一层生态砖的透水孔输送进管道达到过滤层，进行之前的过滤收集过程;当水位没过驳岸时，淹没驳岸透水砖路面的水体将渗透进一、二级过滤层，进行过滤收集。

（三）生态驳岸的植物种植设计：地下水过滤收集技术应用于生态驳岸设计，水生植物的选择也是关键。生态驳岸应注重水生植物的对于水体修复的措施，以生态砖堆叠的阶梯式生态驳岸形成的岸栖生物栖息环境为基础，种植符合水体净化过滤，固堤抗洪的植被至关重要。生态砖的堆叠主要以滨水区驳岸的水深为主;首先，基于中层至底层的生态砖种植一些过滤氮磷污水的沉水植物，例如：泽泻科、金鱼藻科、小二仙藻科等科属植物。其次，基于中层至上层的生态砖种植一些过滤铜、铅、锌等污染金属的挺水植物，例如：天南星科、鸢尾科、禾本科、莎草科等科属植物。再次，可以种植些用于景观用途的浮水植物，例如：睡莲科与龙胆科。最后，生态驳岸上可以种植滨水的乔灌木，达到巩固驳岸的作用。结语

随着生态城市建设的快速发展，生态驳岸设计逐渐受到重视，不仅要求驳岸景观的美观，还要注重发挥其生态功能。伴随着“海绵城市”的不断提倡，将地下水过滤收集技术应用于生态驳岸设计，不仅能够有效保障驳岸的安全性和稳定性，还能最有效化地发挥驳岸在涵养水源、过滤收集水分等方面的积极作用，体现驳岸的美观及实际的应用价值，具有积极的现实推广意义。

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