滨海湿地在沿海地区海绵城市建设中的功能与应用研究

杨文举， 菲尔卡特·甫力东， 俞程奕， 李欣， 崔玉波

(大连民族大学，辽宁 大连 116600)

随着我国城镇化进程的加快，城镇土地硬化面积持续增加，造成内陆水循环受阻，城市内涝灾害频发。传统的城镇规划建造模式中，一般依靠管渠、泵站等排水设施调节雨水高峰。由于水的自然循环系统被破坏，而现有的城镇排水系统无法缓解和调节暴风雨造成的巨大洪峰，大量雨水无法排放，导致内涝的发生愈发频繁，造成重大财产和人员损失。如何破局，成为市政管理和规划部门迫在眉睫要解决的问题，海绵城市的提出正是应对这一问题的重大举措。海绵城市，顾名思义，是指城市亦可似海绵一般，其较为出色的“弹性”可较好地适于环境改变以及应对自然灾害，降雨时“吸”“蓄”“渗”“净”，必要时将“蓄”水“释放”出来并加以利用[1]。

湿地生态系统因其所具有的特性，既可作为海绵城市规划建设的必需构成，同时又是推动地区社会可持续发展的“助燃剂”。滨海湿地作为最重要的湿地生态系统之一，在沿海地区海绵城市建设中有着重要的价值和作用[2-6]。

1 滨海湿地在海绵城市建设中的应用价值

滨海湿地坐落于海、陆两大生态系统的交界地带，其本身的水文、生物物种、土壤、植被等不同于我们所熟知的任何一类生态系统。其在抵御海洋灾害、吸附消减污染物、改善区域气候、保护海岸线、维持生态平衡等方面具有其它生态系统不可比拟的优势[7-8]。不过，迄今为止还未曾有一个明确的、得到学术界广泛认可的定义。本文所定义的滨海湿地为：陆海交界处囊括湿生植物、植被覆盖率超过60%的区域以及海平面以下6 m的濒海区域；包含内陆流域中天然或者是非天然的、咸水以及淡水的全部丰水区域(除去枯水季深度2 m以上的水域)，不管所在地区内的水体是静止亦或是流动、间歇亦或是永久[9]。

中国的湿地资源十分丰富，地球十分之一的湿地广泛分布在我国大部分地区。从2014年国家林业局湿地资源调查结果来看，2013年年底，我国共有53.602 6万km2不同类别的湿地，湿地总面积达到我国领土面积的5.58%。滨海湿地面积占全国湿地总面积的12.93%，而其中超过96%的滨海湿地为天然滨海湿地，其余皆为人工修整的滨海湿地。在自然滨海湿地中，浅海水域占74.6%、滩涂湿地占6.9%、沼泽湿地占0.75%、河口三角洲湿地占17.8%[10]。

滨海湿地具有的诸多功能是维系海绵城市稳定运行的“关键部件”，是海绵城市系统架构中较为关键的构成要素，也是支撑海绵城市可持续运转的不可或缺的因素。滨海湿地的水资源功能、抵御灾害功能、消减污染物功能、生物多样性保护功能以及经济文化功能等均对海绵城市的架构与可持续发展有着至关重要的作用。

1.1 水资源功能

1.1.1 水质净化

当地表径流等流入浅海、滩涂、入海河口等滨海湿地时，因湿生植被的阻碍，导致水体流速的降低，缓慢的水流有助于水中杂质的沉降，使得依附在杂质表面的诸多污染物能够参与到湿地内部的理化和生化过程中，得以转化、消减，使得区域水质得到净化和改善[11]。

1.1.2 水源涵养

湿地生态系统是巨大的储水库，它可以把多余的降雨蓄存，通过其自身的运行将其缓慢释放，从而得以在时空两个方面对水资源再分配。滨海湿地生态系统不仅可以补充地下水，而且在防止海水入侵方面起着很大的作用[12]。

1.2 气候调节

湿地对于沿海地区的气候调节起到了极为重要的作用，其借助于水体的蒸发能够时刻同大气做热量交换。湿地的面积、植被覆盖率是影响湿地与大气之间正常循环的主要因素，也影响着湿地对气候的调节作用。湿地的水藻光合作用和呼吸作用可与空气置换O2和CO2，对维系空气中的CO2和O2的平衡具有至关重要的影响。

通过改变湿地及湿地植被的水循环和大气组成，湿地生态系统可以改变部分地方的温度、湿度以及降水量，可以在一定程度上减少旱灾、沙尘暴、霜冻、土壤沙化的发生率，抵御土壤养分流失，改良土壤状况[13]。因湿地生态系统剧烈的水分蒸发和巨大的热容量，对其所在区域的空气能够起到降温增湿的作用，从而实现对地区内小气候的调节作用。

1.3 生物多样性保护

滨海湿地具有生态保护的功能，一方面其生态系统包含有巨大的生物基因库，另一方面其拥有多种类型的生态系统以及庞大、丰富的物种。全国的湿地生态系统中有300余种鸟类(涵盖40余种法律规定的一级保护动物)和500余种淡水鱼，另外，湿地作为最佳栖息场所，每年有200余种候鸟在迁徙途中要途经湿地以及在湿地中繁殖栖息。湿地生态系统拥有极高的生产力，尤其是沼泽拥有可以与热带雨林相媲美的净初级生产力[14]。

1.4 抵御自然灾害

1)抵御海水侵蚀。地形海拔较低的近海区域，海水能够轻易渗透入底层基质。当海水渗至湿地底部时，因其底部植物根系发达，能够有效地抵御海水侵蚀。这不仅避免了因海水侵入而造成当地生态被破坏的现象，而且充分保护了当地的淡水资源。其可以作为一道有效的生态屏障置于滨海地区海绵城市的规划建设与整体布局中。

2)御风固堤作用。湿地生态系统中诸多高等水生植物以及湿生植被的根系较为发达，能够很好地抵御水体的侵蚀、加固堤坝及沿岸土壤，防止土壤流失。另外，因水体与植物的摩擦力增大，降低了水的流速，使得水体中的泥沙被截留，这样就提高了河滩、海岸的高度，从而可以御风固堤。

1.5 促淤造陆

滨海湿地生长的植物在一定程度上对动力沉积作用产生影响。当海浪冲过滨海湿地时，湿地的植被可消耗掉海浪的部分能量，最大程度地固定了湿地土壤，还能截留海水中裹挟的部分泥沙。随着泥沙的持续沉积，将慢慢扩大滨海湿地的面积。

1.6 带动经济文化发展

怡人的景色，新鲜的空气，不一样的体验是湿地景观的一大特色，湿地给予了游客不一样的感官享受。如辽宁省盘锦市的红海滩风景区，2018年国庆节期间接待游客20余万人次，是当地旅游、休养的首选之地。

滨海湿地生态系统带动的不仅仅是旅游业的发展，其自身具有的科研价值也吸引了诸多科研院所，为人类合理运用湿地资源提供了素材和实验对象，也为滨海地区海绵城市的规划建设提供了范本。湿地不仅仅只具有基础性的科研价值，也具有教育教学价值，还可以作为文化宣传的素材、影视取景的场地等[15-16]。

2 滨海湿地在海绵城市建设中的应用模式

传统的城镇开发模式切断了降水固有的自然循环模式，海绵城市建设模式如图1所示。其将人工景观与城市基础工程以及城市原有的地形地势相结合，以期模拟出降水的自然循环过程，使城镇排水系统能够适应雨水的自然规律。

目前，人工滨海湿地与天然滨海湿地相结合的模式常应用于海绵城市的规划建设中，充分发挥了滨海湿地的净化、过滤、渗透等功能，推动了海绵城市的优化升级。

图1 海绵城市建设模式

2.1 雨水花园

雨水花园一般建在天然存在亦或人造的低洼绿地上，选择低洼绿地主要是利用其地势的特点以收集雨水，通过植物、土壤以及砂土层的过滤净化，使雨水能够补充地下水。由于雨水花园的开发对于环境的影响度较低，现今已成为城市规划建设中常用的设计手段。在此基础上也发展出了多种形式，比如墨尔本爱丁堡雨水花园，如图2所示，通过梯式种植本土植物来收集和处理雨水。爱丁堡雨水花园平均每季度可消减约0.4 t的固体悬浮颗粒，还能供应植物生长所需的营养物质；地下存蓄的过滤雨水量达到200 m3，可提供整个公园内60%的植物需水量。

图2 墨尔本爱丁堡雨水花园模式

2.2 雨水塘

雨水塘是渗水凹塘，一般采用自然形成的水池或者是凹地，也有人造的渗水凹塘。其作用是有效减小径流峰值，涵养地下水。另外，需要在渗水凹塘的周边栽种湿生植物或者耐湿植物。当雨水塘的深度大于60 cm时，需要在护坡外种植灌木以阻挡居民进入，以防安全事故发生。值得注意的是，雨水塘应打造成为一个循环流动的小型生态系统，以防水体水质恶化。

2.3 雨水湿地

雨水湿地包含天然形成的和人造的两种，是较为综合的生态系统。它通过各部分的协同、利用水循环规律集中处理雨水花园和生态滞留池收集的雨水。由于雨水湿地具有相对简易的工艺、较小的投入以及较出色的净水效果等特点，适于在海绵城市规划建设中被广泛推广应用。

2.4 生态修复湿地

生态修复湿地利用植被植物形成类似于“格栅”的结构，过滤进入湿地的水体，与此同时在湿地内部发生的理化、生化过程能够有效吸收、消减污染物，保障区域内水土质量、生物多样性的正常和稳定。生态修复湿地可确保海绵城市雨污净化系统的有效运行，同时也能够避免海水侵蚀与土壤盐渍化。常见的生态修复湿地模式见表1。有规划地建设大型或者小型人工湿地，将在生态修复、景观打造、雨水及生活污水净化等方面取得很好的效果[17-23]。

表1 常见的生态修复湿地建设方式

天然滨海生态修复湿地利用其本身所具有的特性，依靠种类丰富、数量庞大的天然水生高等植物与微生物自身的成长，助力水体的理化、生化等作用，以消减被污染水体内的污染物。另外，植物、微生物等会吸收湿地底层富集的氮、磷、有机及无机物以满足自身生长的需要，也能够达到转化、消减污染物的目的，其中部分有毒污染物亦通过此种途径被转化、消减。高等水生植物通过呼吸作用，利用运输组织将O2输送到根部以供好氧微生物的生长繁殖，此过程中有机污染物被好氧微生物消减吸收，湿地底层的O2浓度也能够抑制厌氧微生物的生长。

对于排污较重的地区，可以采用有针对性的人工净化滨海湿地对污染物进行治理。针对需要降解的污染物，通过设置特定的湿地植物来解决这个问题。人工湿地是类似于沼泽的地面，通过人为的梯次布置以及植物的阶梯种植，以期达到天然湿地的效果，通过一系列的理化、生化作用实现相关功能。孙红杰等[24]研究发现：两级及以上人工湿地的化学需氧量消减率较高,为67.7%～87.0%；生化需氧量消减率为77%左右；氨氮消减率最高能够达到94%、最低为48%；总氮消减率最高可达97%、最低为43%；总磷消减率波动性也较大，消减程度最高可达88.0%、最低为66.7%，能够实现天然湿地的相关功能。

3 滨海湿地在海绵城市规划建设中的应用案例

滨海湿地在海绵城市建设中越来越受到人们的重视，尤其在沿海城市的海绵城市建设中起到了重要作用，这里给出秦皇岛滨海景观带生态修复工程与大连前关滨海湿地公园两个典型案例供参考。

3.1 秦皇岛海滨景观带生态修复工程

该工程原区域因不合理的开发以及环境保护意识的不足，导致区域内生态环境恶化。因湿地退化导致沙滩被严重侵蚀，植被损失殆尽，长达6.4 km的海岸线情况不容乐观，待修复区域达到60 hm2。

设计团队将此区域分为3个不同场地，结合滨海区域情况，针对性地实施修复模式，其效果如图3所示。

图3 秦皇岛滨海生态修复景观带

对于植被生长状态良好的区域，通过改进的木制步道将各个植物群落融合成为一体，打造景色优美的生态景观，改良的木栈道不仅可供游客观光游览，还能够在一定程度上起到保护土壤的作用。

对于滨海湿地生态破坏严重的地区采取生态可持续的修复方案，借鉴潮间带水坑景观，设计者打造了一些小型坑塘用于收集雨水，以利于湿地生态系统的恢复，如图4所示。

图4 滨海生态景观带中用以收集雨水的坑塘

对于水泥坝区域,采用环境友好型的碎石堤岸，在碎石堤岸上修筑木制栈道，并用当地的地被植物进行覆盖，如图5所示。

图5 秦皇岛滨海生态景观带碎石堤岸

通过一系列的生态修复措施有效抵制了海水的侵蚀，秦皇岛滨海湿地的退化情况有了明显改观，同时也为沿海地区开辟了一个湿地保护利用的新方向[25-26]。

3.2 大连前关滨海湿地公园

大连前关城市中央湿地公园总面积29.8 hm2，其中湿地面积10.85 hm2。前关湿地公园是利用当地废弃的洼塘和当地百姓的池塘建造起来的，最大限度地保留了现有的天然资源环境，采用建造人工湿地的手段和技术经验，打造出了近乎天然形成的湿地景观。

设计者通过建造步道改变了整个公园内水的流向，再与周围的河流连接，使其成为活水；公园中部近7万m2的湿地是一大片芦苇荡和大面积的荷花，如图6所示。湿地将雨水和河水净化、蓄存，湿地蓄存的水能够供给公园内的植物生长以及保证生态系统正常运转。

通过原有坑塘的改造与修复，保护了滨海湿地的生态系统，同时也改善了周边区域环境。经过近几年的整治，前关湿地的生态环境已得到比较不错的改观。与此同时，生态公园与石制步道的设计也让人们能够更好地亲近自然、接触自然，将人与自然的关系重塑为一种可持续的和谐关系。该工程稳步推动了沿海地区海绵城市的规划建设。

图6 前关湿地公园芦苇荡和石制步道

4 结语

滨海湿地作为沿海地区海绵城市规划建设的重要组成部分，是海绵城市建设扎实推进和可持续发展的强有力的保障。近些年，随着旅游业的蓬勃发展，很多天然海岸线被开发利用，导致部分滨海湿地被破坏，其功能完全丧失。因此，在建设海绵城市过程中需要注意以下几点：

1)把握好滨海湿地开发与保护的尺度，避免在建设、改造过程中对其产生不可逆转的破坏。

2)要充分利用滨海湿地的气候调节、抵御自然灾害等功能，以利于海绵城市的可持续发展。

3)要打造陆海协同的环境治理方案，提高人们的环境保护、湿地保护意识，加快推进湿地保护的法律法规建设。

4)增大对外来物种的管控，推进滨海湿地保护区的建设。

5)探索出一条适度开发与保护湿地的新路，使其成为海绵城市规划建造的核心部件。