城市静态水体生态开放空间设计研究——以成都市沧浪湖为例

杨艳梅,王家良,付韵潮,龚克娜,邱 壮

(四川省建筑设计研究院有限公司，四川成都 610000)

1 项目概况

沧浪湖位于成都市浣花溪公园内，毗邻杜甫草堂，由浅滩、溪流、鸟岛共同组成，与浣花溪河道自然连通，水域面积约30 000 m2(图1)，有白鹭、夜鹭、苍鹭等100余种鸟类聚居，是成都市中心城区范围内难得的观鸟胜地。同时，湖区属于成都两江抱城片区，其中浣花溪河道周边拥有高达35 %的城市绿地与生态驳岸，为中心城区极具自然资源与生态聚集潜力的城市开放空间。

图1 成都沧浪湖区位示意

然而，近年来沧浪湖水生态和水环境持续恶化，水生态系统崩溃，丧失水体自净功能，加之湖旁鸟岛高有机负荷污染冲刷入湖、游人滨湖活动、周边雨水管道直排入湖等将外源污染排入湖体，导致原本应为浣花溪提供自然净化、自然调蓄功能的海绵体变为劣V类水质、中度富营养化、给浣花溪流域带来额外负担的污染源。周边景观生态功能随着游人需求的改变，也面临生态与开放带来的冲突。

为提升浣花溪公园生态价值，恢复沧浪湖在城市公园体系中的自然海绵体功能，打造城市公共滨水休闲空间，沧浪湖水生态修复项目作为成都市“宜居水岸”示范段项目重点建设任务之一得以实施(图2)。

图2 浣花溪公园沧浪湖鸟瞰图

2 湖泊现状分析与目标体系构建

2.1 沧浪湖现状建设问题分析

2.1.1 现状生态问题

经过调研与研究，对于生态因素构建的挑战主要由四大问题构成：

(1)水体自净能力的欠缺：湖体多年前为浣花溪的过水潭，底部基本为黄泥与卵石构成，水底鲜有植物生长，岸边的挺水植物因养护与游人活动范围的增大等问题逐步消失，造成水体水生态系统崩溃，丧失自净功能。

(2)鸟岛区域生态保护与建设开发的冲突：沧浪湖的南部岛屿为城中心的自然鸟岛，其中栖息着超过100种的鸟类，有大量苍鹭、白鹭、鸬鹚及多种放生鸟类聚居，其中凤头鹰、鱼鹰为这里的特有鸟类。沧浪湖的改造建设不能破坏鸟岛原有的生态系统，不能侵占与打扰鸟类原有的生存环境。

(3)生态补水量不稳定：沧浪湖紧邻浣花溪河道，由于河道水位随季节涨落约为0.5 m，湖区进出水口的原有空间没有弹性调节机制，使得湖内水量随季节变化巨大，不利于清水型生态系统的构建。

(4)外源面源污染增加环境压力：鸟岛上产生大量鸟粪经雨水冲刷直接进入了沧浪湖，周边道路上的初期雨水未加处理的随意排放，以及公园大量的游憩、观鸟活动都为水体带来了额外的污染负荷。

2.1.2 现状景观问题

对于景观游憩因素提升的挑战主要分为亲水性、观赏性与休憩空间的重塑。通过现状调研发现来到沧浪湖区的游人具有丰富的游憩需求，例如观鸟、艺术教学、休憩等。但是原始岸线周边能够给予的功能却颇为受限：原始园路窄小；线型空间缺乏具有亲水功能的节点；河岸板结、行人通行不利；无近景供人观赏、无休憩节点设置；岸线生态遭到破坏。

2.1.3 现状海绵城市建设问题

《成都市海绵城市专项规划(2016-2030)》对涉及区域在水生态、水环境、水资源、水安全方面均提出了目标要求。沧浪湖及周边区域需要落实年径流总量控制率70 %，面源污染控制率40 %的目标任务。根据实际建设情况，作为生态海绵体的沧浪湖应落实低影响开发理念，打造绿色基础设施[1-2]，在开发建设中注重对于来自周边游人活动、鸟类粪便等面源污染的去除，避免直接排入水体。在开发改造过程中控制硬化路面的建设，控制场地综合径流系数小于0.55。

2.2 沧浪湖生态开放空间指标体系评价

根据沧浪湖自身的自然生态状况、岸线景观游憩功能、海绵城市建设指标相关内容，采用层次评价法对湖区的现状问题与开发改造目标进行综合评判。最终提出8个影响控制因子，并计算评价因子间的相关系数(表1)。

表1 沧浪湖生态开发空间指标与权重

2.3 沧浪湖建设目标体系构建

综合考量湖泊的生态状况、景观游憩因素、海绵建设因素，针对权重较高的水体自净能力、水量维稳、面源污染去除等因子，提出构建沧浪湖生态开发空间的三大目标任务方案层(图3)，通过分析权重分别为：“灰绿结合”的湖泊水体自净系统得分0.4238、结合沿岸低影响开发系统的景观提升得分0.3464、以控制水量为目标的进出水口生态改造得分0.2298。设计方案将就这三大层级梳理并形成整体方案。

图3 沧浪湖设计目标体系构建

3 湖泊治理方案

湖体自身的水体资源保护包括水质的保护、湖泊生物系统的构建、湖泊水资源的日常管理、岸线的复育和与人类活动过渡带的保护等等。其中水体质量主要是严格控制外源污染以及水质的更新与维护；湖泊的生物系统应该在维持生态的基础上，选择具有治污价值的物种；适当对岸线及岸线周边水陆过渡带进行保护与复育[3]。

因此，项目主要通过实施“灰绿结合”的湖体水生态系统构建、基于低影响开发理念的沿岸景观品质提升、以控制水量为目标的进出水口生态改造，以期实现恢复湖泊水生态自净功能，改善水环境质量，提升水景观效果的目标。

3.1 构建“灰绿结合”的湖泊水体自净系统

通过现状分析沧浪湖位于浣花溪公园的中间地带，湖区由浅滩、溪流、和鸟岛共同构成，为浣花溪流域一带生态人工型湖泊。水域面积约30 000 m2，湖泊容量70 000 m3。设计常水位为501.73 m，最高蓄水位为502.03 m,湖区平均深度为2.5 m，季节性涨落水位差约为0.5 m(图4)。通过现场勘测，湖底形态为黄土与2 m稍密卵石层结构，防渗情况良好。南侧鸟岛浅水区3～6 m多为鹅卵石滩，北侧活动区域6～12 m由于长时间人行空间的踩踏，已经形成板结土层。整个地表径流的汇水面积约为23 000 m2。

图4 沧浪湖现状湖底高程、水位、汇水区域分析

湖岸周边植物主要为垂柳、紫叶李、樱花、芦竹、伞草、石楠、南天竹、肾蕨、银杏、黄葛树、海桐等，周边植物形成覆盖型空间，湖区周边近水区域局部有稀疏的挺水植物，以芦竹、伞草等为主营造一个水域开敞空间(图5)。

图5 沧浪湖植物现状

因此植物构建方面，基于湖区水深与水草的季节性，搭配不同品种的水草(图6)。在鸟岛沿岸，增加挺水湿生植物，例如狐尾藻、轮叶黑藻、小茨藻，加强截污能力，有效控制鸟粪扩散流入水体；在深水区域构建沉水植被，以净化型水草为主：例如苦草、水兰、刺苦草、光叶眼子菜、轮叶黑藻等，增加湖体核心净化能力；在北侧游人沿岸的景观消涨带选择观赏和耐旱性挺水植物，有效控制面源污染并增加近景的景观效果。而在湖区水体出入口，在净化湿地之外额外配置龙须眼子菜，来增加耐冲刷水草的配置。

图6 沧浪湖水体植被构建设计

除了植物系统之外，还配置一定量的黑鱼、青虾、和螺类，从而解决湖体有机质和植物残体的问题，使整个生态系统达到稳定。

为了杜绝生态系统在构建初期发生水体浑浊，光照难以穿透水层(透明度低)，沉水植物无法成活的现象。通过投放大型枝角类浮游动物，抑制蓝绿藻生长繁殖，迅速提高水体透明度，清除水体有害细菌和固体污染物为沉水植物生长创造条件[4]。经测算，投放大型枝角类浮游动物可以使整个生态系统在初期氮磷净化效率达到：2 800 kgN/(hm2·a)，400 kgP/(hm2·a)，达到增加水体透明度、增氧，利于水下植物的生长。

通过测算进水现状指标与构建生态系统后污染负荷情况，可以发现总氮和总磷明显得到削减(表2)，沧浪湖的清水型生态系统可以使水质接近地表Ⅲ类的标准，抑制藻类的爆发，并能一定程度实现水下森林的景观效果。能够实现纳污产清功能，日处理量能达到湖体蓄水量的5 %～7 %。

表2 生态系统构建前后氮磷削减率对比

为了防止暴雨、洪峰对于生态系统的冲击与破坏，在沧浪湖水体自身生态系统的构建之外，还引入了灰色的应急处理设备。按每日进水量4 700 m3计算，水体中来自浣花溪每日的进水污染负荷，总磷达到0.172 t/d，总氮约为2.573 t/d。项目采用3套地埋式一体化设备，通过超微净化水处理工艺能有效削减水体中的悬浮颗粒SS、N、P和有机物的含量，解决应急时段湖区水体富营养化的问题，配合生态系统自净与恢复，实现生态治理的“灰绿结合”，确保沧浪湖水体主要水质指标维持在地表水III类水标准。

3.2 结合沿岸低影响开发系统的景观提升

通过现状调研发现来到沧浪湖区的游人具有丰富的游憩需求，但是原始岸线周边能够给予的功能却颇为受限，沿湖景观现状问题包括：原始园路窄小；线型空间缺乏具有亲水功能的节点；河岸板结、行人通行不利；无近景供人观赏；岸线生态遭到破坏(图7)。

图7 湖区景观需求现状示意

为了解决这些问题，设计提出三大解决思路。一是局部“放大空间”为亲水停留提供场所，二是“活跃路径”提供不同的通行趣味，三是“梳理边界”营造不同的观鸟区域(图8)。

图8 湖区景观改造平面

降低场地西侧的原有眺望平台的标高，通过踏步石板的交叠下放活动空间，给予人们更亲近水面的机会，形成“百鸟争聚观”的瞭望观鸟台。顺应湖岸线，创造出蜿蜒的临湖亲水栈道(图9)。连接从红梅林间伸出的四方台，形成远处打望的“林间瞭望台”与岸上园路相呼应给出不同的通行乐趣。对于沿岸北侧的原始驳岸，局部扩大青石挑板的活动节点，带型空间中诗石、草坡、石条板、座椅为游人提供小憩流连的场所。东侧保有岸线的生态性，以抛石、植物群落造景为主。一动一静，区域相对安静让游人行进在水岸灌草之间，体会不同的空间，具有“行水溪间景”的静心体验。沿湖线性空间的收头为保留的古码头与出水口小岛，小岛上的白色砾石与混播草坪相间掩映在古码头之后，宛若当年“千秋雪、万里船”的意向，点点红梅与对岸林间遥相呼应，更是与整个浣花溪红梅闹春的诗意栖息相衬相依。

图9 湖区驳岸关系示意

整个湖岸的生态植物景观层次通过出入水口与岸边的低洼淹没区域、季节性淹没的浅滩缓坡区域、堤岸自然草坡、沿岸乔灌层共同构建(图10)。游人的活动区域通过步道、石滩与河岸生态缓冲空间相嵌却保持一定脱离，形成和谐生态的景观体系(图11)。

图10 沧浪湖生态景观层次与植物分布示意

图11 湖区景观设计改造前与改造后预期效果对比

沧浪湖水体为地表水劣V类，其主要超标物为总氮和总磷，处于中度富营养化状态。湖泊主要的外源污染包括：鸟岛鸟粪因地表径流造成高有机负荷污染、市民滨河活动造成污染、沿岸初期雨水地表径流直接排入湖泊形成面源污染等。

为了尽量不给水体带来过多的负荷，沿湖结合地形进行全线低影响开发设计(图12、图13)。借助海绵城市的建设思想利用小型分散型的绿色基础设施来收集、处理雨水。通过植被过滤带、下沉式绿地、雨水花园的设置进一步做到雨水径流生态化截污净化[5]。沧浪湖鸟岛是重要的生态资源保护地，为了保护鸟群同时又减轻鸟粪对主湖区的污染负荷，在周边水域种植耐污染型的水草，如：狐尾藻、轮叶黑藻、小茨藻等。

图12 沧浪湖沿岸低影响开发设施设计断面示意

图13 沧浪湖沿岸全线低影响开发设施布局

通过测算沧浪湖沿岸通过一系列透水铺装、线型排水沟、生态截污沟、植草沟、雨水花园等不同收集、转输净化设施的布局，控制场地综合径流系数在0.32(表3)，使改造后的湖区沿岸具有一定消纳周边雨污的功能。

表3 改造后沧浪湖场地综合径流系数统计

3.3 以控制水量为目标的进出水口生态改造

利用勘测湖底高程点(1∶500)与出入口位置的设定建模，并采用专业数学软件搭建平面二维水动力模型，可以发现沧浪湖中心与北侧区域水动力不足(图14)，水体自身长期积存，造成污染负荷集聚；进出水口流速较大，宜控制流量与速度，在湖区生态承载力的基础上，控制湖区进出水量在湖区总水量的5 %左右。

图14 沧浪湖各区域水动力情况比较

在控制进水流量的手法上，取代原有的拦闸，通过采用生态过滤坝与微地形结合的方式来实现(图15)。微地形与砾石层形成曝氧过水面，保障常水位下20 cm的自然进水断面。为了控制整个沧浪湖的日进水量，对于湖区水生态系统纳污产清效率进行核算。于进出水口分别设立生态过水坝，将湖区进出水口流道控制在7 cm左右，保障了湖区清水型水生态系统的构建条件。

图15 进出水口构造示意

在保障过水截面的基础上，于面状的进出水区域创造出富有“沟壑感”的微湿地表面。给予水生植物群落、砾石挂膜层与进出水流有更大的接触表面积，从而为有效的过水截面上创造更好的接触净化条件。从景观视角上，进出水口空间上具有不同地高低层次关系，适于不同湿生、挺水植物的生长。配以马蹄莲、肾蕨、香蒲、水生美人蕉、花叶芦竹、蒲苇、西伯利亚鸢尾、再力花等水生植物，共同创造出水岸生态野趣的景致，使得消极的纳污空间重新靓丽起来(图16)。

图16 进水口设计改造前与改造后预期效果对比图

4 结束语

湖泊的保护与开发利用始终是城市活力空间探究的重点，特别对于城市双修建设中的宝贵水体资源，明确湖泊的保护目标与任务有利于因地制宜地落实解决办法，借助于湖泊空间的改造与利用，能够重塑水生态、借助严格的水资源管理制度，全面改善湖泊生态系统，从而将优质的自然环境交还予公共开放空间。

沧浪湖水生态修复项目作为成都市“宜居水岸”示范工程重点建设任务之一，旨在通过恢复湖泊水生态功能、改善水环境、提升湖岸景观，为浣花溪提供海绵体生态净化与调蓄功能，为公园提供良好的生态、游憩环境，也为城市既有公园与水体的生态改造提供可复制、可推广的案例，为成都市高标准建设公园城市、体现公园生态价值提供技术支撑。

根据有关研究，针对像沧浪湖一类具有较大储水量的湖泊，在加强湖泊生态系统构建之外仍需通过加强流域管理，从而实现河湖同治[6]。本项目主要涉及沧浪湖的静态水体生态修复，未对与之相连接的浣花溪进行河道生态治理，故后续在“宜居水岸”示范工程中还应对浣花溪来水水质及水量如何保障进行深入探索，方能保障沧浪湖水生态修复项目达到预期效果，也为城市水体生态修复提供更全面的参考案例。