横琴国际居住区水环境及海绵设施设计研究

魏志坚，陈理堃，何四平

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

1 横琴国际区现状及设计目标

横琴开发一直以来受到中央、广东省、珠海市及澳门特别行政区的关注，国务院为横琴制订了“三基地一平台”的发展定位，并明确要求横琴新区逐步建设成为“一国两制”下探索粤港澳合作新模式的示范区[1]。

横琴新区国际区地处小横琴山北侧，总占地面积约140万m2，计划打造一个集商业、住宅、公园于一体的高端国际商务区与国际居住区。项目周边排水系统已经建成，市政道路正在规划和实施，如图1所示。排水系统通过4#排洪渠与外海相连，受潮水涨落影响较大，因而整个排水系统内淡水与海水混合，盐度较高，有机物质多，水体含氧量低。同时周边地块凌乱，不具备储水、渗水、滞水等海绵功能，水资源不能充分利用。

图1 国际居住区现状

横琴年平均蒸发量为 1706.1mm，年平均降雨量与年平均蒸发量之差为35.9mm，降雨多于蒸发。秋、冬季蒸发量大于降雨量；春季蒸发量与降雨量差异不大。工程区的潮汐性质为不正规半日混合潮型，工程区4#排洪渠出入口水位受潮水影响极大，每日内水与外水都在不断交换，致使3#、4#、5#排洪渠水均为咸水，难以利用。

为打造一个有吸引力的投资环境，需将整个地块的基础设施及配套工程进行完善，充分利用天然水资源，滞缓径流峰值，强化城市水安全，形成良性的水循环系统，创造优美环境，提升新区整体形象，实现城市可持续发展。

2 设计思路

本项目以问题和资源为导向，通过水安全控制、水生态调控、水环境保障、生态安全保障、水景观提升5大途径，以水为主线，海陆统筹，系统解决横琴新区水浑、水少的问题。通过城市雨洪海绵调控(海绵道路工程、海绵型公园绿地工程、排洪渠海绵景观工程)、入海口设闸(闸门工程，防止外潮浑浊水体影响)、水动力增强(水循环补水工程、生态跌水曝气增氧工程，实现水循环、水动力增强、水自净能力强化)、河道水质提升(生态湿地工程)等措施，强化横琴新区防洪安全，全面提升城市生态质量。水循环线路如图2所示。

图2 水循环线路图

在解决水的问题时，充分结合国际居住区景观需求，力求打造集海绵、生态、景观、智能、休闲于一体的现代化公园，同时利用淡水浇灌公园植被。

3 设计方案

3.1 水闸

3.1.1水闸作用

修建水闸的目的是隔离海水与淡水。在洪水期又能开闸泄洪，不致产生内涝；闸门关闭时，能存蓄径流淡水资源以满足国际居住区内海绵设施水量及景观水位要求，同时一定程度上拦挡外侧潮水，减少区域内淡水资源受潮水的影响。排洪渠景观水位为1.5m；挡潮标准为多年平均年最高潮2.2m，水闸设于4#排洪渠出口附近。

3.1.2水闸规模

本区域排洪渠主要承担防洪排涝任务，设防标准为50年一遇[2]。排洪渠的防洪标准，决定了渠道本身的排洪能力和渠道的调蓄能力，当调控和过度提高景观水位时，就会占用渠道一部分或大部分容积，减弱其调蓄能力，若处理不当可能会出现壅水滞洪现象，导致城市内涝。因此，从防洪安全方面考虑，排洪渠的景观水位不宜过高。

原排洪渠功能较为单一，仅以满足防洪排涝为准，无任何美感，也不利于居民亲水，排洪渠需要进行生态化改造，以营造出溪水潺潺的效果，拉近人与水的自然距离。因此在设计中需要考虑景观的水位控制在合适范围，即要确保景观效果，可以让人亲近，同时又需要保证人的安全。

综合上述各方面因素分析，景观水位确定为1.5m较为合适。

根据该区域以往潮位的变化特性，闸门顶高为1.5m(受景观水位控制)时，每年将不定期出现高潮≥1.5m的状况，导致海水涌入排洪渠，提高渠内淡水资源的盐碱度，不利于植物生长，与整个项目设计的总体思路向背。通过统计分析，当挡潮水位分别为1.5、2、2.2m时，每年潮水涌入的次数分别为35、10、1次。为一定程度拦挡外侧潮水，保证区域内、植物、植被等生长，选取闸门挡潮标准为2.2m。

3.2 水循环系统

建设水循环系统的目的主要是为充分利用天然的淡水资源，强化水自净能力，打造优美的生态环境[3]。该系统主要包括水泵房、供水管道、跌水曝气增氧池以及排洪渠等。

水泵房设在水闸内侧，通过电力抽水，沿供水管道送至跌水曝气增氧池最高位水池，通过3级跌水，充分曝气增氧，在最低一级水池内种植有水生植物，对水进行自然净化，然后进入3#排洪渠、5#排洪渠，最终回到水闸位置，形成一个水循环系统。

3.2.1泵站

不同的泵站抽水流量，对应着不同的排洪渠的流速。同时由于跌水曝气的设计与泵站抽水流量相适应，因此也会影响着水体中溶解氧含量针对不同泵站抽水流量，从以下3个方面进行结果的对比：正常水质净化所需天数、冬季初雨影响下的水质净化天数、长时间之后的浓度稳定值。采用丹麦DHI的MIKE11软件，对该工程项目的水动力学和水质条件进行模拟分析，最终确定循环泵站抽水流量为0.5m3/s。

3.2.2跌水曝气增氧池

跌水曝气就是水体从高处跌落，搅动水面，形成水跃，使液面与空气接触的表面不断更新，把空气中的氧转移到水体中，从而使水体充氧的过程[4]。跌水曝气增氧池的设计目标为：恢复水体流动，增加水体中溶解氧的含量，去除COD、BOD、TN、TP等，抑制水体中藻类的大量繁殖。跌水形成的小湿地利于水质净化，并为生物提供良好的栖息环境。在满足水循环系统功能要求的同时，也需要尽最大可能兼顾景观需求，避免成为呆板的冰冷建筑。

工艺设计方面，根据目标要求及设计原则，充分考虑现有条件，跌水曝气增氧工程按3级跌水曝气增氧进行设置。生态跌水曝气增氧物料平衡参数见表1。

表1 生态跌水曝气增氧物料平衡参数表

引用《跌水曝气充氧效果模型及结果分析》[5]，跌水后DO的质量浓度ρ是饱和DO的质量浓度ρS、初始DO的质量浓度ρ0、初始流速υ0、跌水高度h等的函数关系，与其他因素无关。跌水高度在40～80cm之间DO的质量浓度ρ比较稳定，在60 cm左右时达到最大值，因此跌水高度定在55～65cm之间，溶氧量在4～5mg/L。

该池位于国际居住区东侧，是人流居住的汇集地，地面高程变化较小，拟设计景观总体建设面积20380m2，水景面积11700m2，硬质铺装面积8680m2，如图3所示。根据场地设计目标、区域特色及发展定位，将水景景观分为高水位缓冲区、三级跌水区、中央水景区及表流湿地区。各个功能区通过设计水中栈桥作为主要游览线路串联，并与公园外部交通衔接，形成不同层级的交通流线，并沿着交通流线布置主要和次要的景观节点。一方水体，两种景观：自山上流下的淡水填充场地的水池，而靠近中心水域的场地种植绿植而产生不同的景观风貌。

3.3 排洪渠改造

保证排洪渠底泥的无机化、水体的有氧化和岸线的的生态化，使水体具备自净能力，河岸、河流、河底形成稳定的生态系统，主要改造内容为渠底生态改造、护坡景观改造等，改造后的排洪渠不影响行洪排涝。

在原有渠道基础之上，结合曝气增氧工程，抬高渠底高程，营造出溪水潺潺的效果。排洪渠渠底抬高，填筑材料主要采用碎石等透水材料，自下至上分别填筑碎石粒径及厚度要求：碎石粒径32～64mm，填筑厚度不小于250mm；碎石粒径16～32mm，填筑厚度250～400mm；碎石粒径8～16mm，填筑厚度300～500mm；碎石粒径5～15mm，填筑厚度200～400mm。

在布局方面，在不破坏渠道驳岸结构条件下，改变渠底直线水流为曲线自然水流，减缓水流速度，通过底部过滤性的材料使水质得到进一步的净化；在景观效果上，打造溪涧水流，使排洪渠更具可观赏性及游玩乐趣；在植物选材上选用的是适合亲水且耐盐碱的植物；在设计手法上：自然避免过多的人工痕迹，使排洪渠的景观效果显得柔和、干净、清朗。植物色彩设计：紫色调为主，选用地被植物有鸢尾、矮香蒲、紫穗狼尾草。配合植物有：黄菖蒲、爱香蒲、旱伞草、大花金鸡菊等。

3.4 公园海绵设计

海绵公园及绿地公园面积为56632m2。

公园以水为主题，以曲线为主要设计元素，营造具有东方禅意的生态景观，以服务国际居住区为目的的健康步道穿梭于疏林草地中，下凹低洼地形设人工湖，以卵石、草滩作为景观元素，在足够补水后，形成溪流景观，且暴雨时可汇集更多雨水，经海绵设施渗透，过滤，减轻市政排水的负担，并能净化雨水。

3.4.1植物设计

植物设计遵循多样化、低养护经济型、生态化、特色化和本土化原则。居住区公园绿地区周边有商住区、学校、医院，服务人群几乎覆盖老中青幼各年龄段和不同的社会职业人群，对景观的可观赏性、游玩性及休息休闲功能要求高。优选优育具有观赏性和适合本地特殊环境的乔木品种。骨架造景大树有丛生假萍婆，凤凰木，樱花木棉等；观叶植物有锦叶榄仁，莫氏榄仁，落羽杉等；观花乔木有澳洲火焰木，红花玉蕊，粉花山扁豆等；背景乔木有秋枫，细叶榄仁；棕榈科植物有糖棕及狐尾椰子。对水质的生态处理方面，在进行植物设计时，根据其现状特点，注重选择具有净化功能的紫蕙鼠尾草、花菖蒲、再力花、芦苇、矮香蒲等水生植物，发挥其生态净化功能的同时，又富有观赏性。在1#居住区公园绿地打造现代都市的诗意空间。

3.4.2海绵设施设计

本项目采用低影响开发(LID)理念进行地块设计，通过对场地竖向进行梳理，下凹低洼地形以卵石、草滩作为景观元素，在足够补水后，形成溪流景观，于暴雨时，可汇集更多雨水，经过海绵设施渗透，过滤，减轻市政排水的负担。并能净化雨水。做到海绵设施控制径流深目标范围内的雨水进入LID系统进行收集处理，超出部分则通过常规排水系统排入排洪渠，超标雨水则通过竖向设计溢流到排洪渠。

公园主要采用结构性透水铺装、雨水花园、高效过滤生态树池、雨水花坛、转输型草沟5种海绵设施。主要根据竖向设计，将径流导入海绵设施后再外排，同时景观水体主要收集处理自身雨水，对超标暴雨起到临时蓄水削减峰值的作用。

本项目根据需要运用不同类型的LID设施进行雨水的收集、下渗、滞蓄及利用[6]。LID设施布置原则：①沿道路布置雨水花坛及雨水花园、传输型草沟，收集地表雨水；②结合现场停车位，合理布置结构透水铺装；③地面铺装部分为透水铺装，公园中心设置人工湖作为蓄水池，通过溢流井控制水位。总体设计方案如图3所示：

图3 总体设计方案图

4 结语

本工程建设工期为9个月，于2019年12月完成，并在当月下旬通过国家三部委的海绵专项考核。通过该项目的建设，水质明显提升，最大限度地利用了天然淡水资源。同时将泥滩地打造成大型海绵生态公园，将排洪渠改造成生态亲水渠，让人能更亲近水体。

尽管上述诸多措施，使水环境得到较大提升，但因环境所限，区域径流量较小，项目本身储水能力有限，在旱季时仍会出现淡水不足的问题。在之后的城市海绵规划和建设中，应尽可能将附近区域径流通过海绵设施净化、吸收后引入该系统，同时在附近再增加储水空间，收集雨季雨水，以防旱季长期无雨时淡水得不到补充。