刘信勇 刘春丽 王 璐

(1.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003；2.河南省水利勘测设计研究有限公司，河南 郑州 450016； 3.黄河水利水电开发总公司，河南 郑州 450000)



·水利工程·

海绵城市理论在生态河湖设计中的应用

刘信勇1刘春丽2王 璐3

(1.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003；2.河南省水利勘测设计研究有限公司，河南 郑州 450016； 3.黄河水利水电开发总公司，河南 郑州 450000)

根据海绵城市理论，从滞留塘(池)与低影响开发河湖两方面，分析了该理论在生态河湖景观设计中的优化应用，并以许昌市为例，阐述了河道生态系统设计及治理的方法，从而维护生态环境平衡发展。

海绵城市，河道，生态系统，低影响开发

1 海绵城市理论

海绵城市是生态文明建设的重要组成部分，具体是指通过建设绿色屋顶、可渗透路面、下沉式绿地、生态河湖及雨污分流等设施，实现雨时蓄积或吸收水分，并起到过滤水质和减轻城市内涝灾害等目的[1,2]。反之，当遇到干旱季节时，城市将平时储蓄的水分“释放”出来，具体作用包括改善空气湿度、增加绿化用水、减轻旱灾等。结合近代城市建设经验，为实现人水和谐相处的环境，对于雨水利用应突破“以排为主”的传统治理理念，而是从其降落至地面时就开始规划，其循环流程应为渗透、滞留、蓄积、净化、利用、排放，目的是通过减少地表径流，提高土壤湿度等措施，使不同水体间相互连通。本次重点从景观布置和河湖治理两个角度，探索建设海绵城市的新方法和重大意义。

2 景观方案优化

2.1 滞留塘(池)对海绵城市的意义

传统河湖治理模式强调末端治理，如修建水库，疏通河流等，此模式虽减轻了内涝灾害，但随着城市的扩张，其弊端日益显现。如“小雨即涝，小旱即涸”的现象在北方城市经常发生，究其原因，主要是绿化率低、雨水管网排涝能力不足、水资源利用不合理等因素造成的。经分析，若无雨水滞留设施，80%的降水将通过地表径流或管网直接汇入河流，反之，当遇到旱灾时，由于绿化率低、水资源浪费严重，“小旱即涸”现象的出现就属正常了。

海绵城市模式强调对雨水资源的综合治理，具体方法是“自然截留，分散利用，上下连通”，即结合地形条件，通过布置下沉式绿地或滞留塘(池)，先把雨水蓄积起来，然后根据需要分别利用，以提高水资源利用效率。目前，许昌市城区规模约为100 km2，绿化率约为40%，若滞留塘(池)和蓄水设施面积按绿化率的10%(平均深0.5 m)计算，则每次降雨后可蓄水200万m3。根据当地气候条件，许昌市年平均降雨量为700 mm，蓄水池蓄满的概率为12次/年，即利用天然坑塘可蓄水总量2 400万m3/年，滞留率达34%，蓄水效果十分显著。滞留塘(池)方案是实现海绵城市建设目标的重要举措，对于消减城市洪峰、减少地表水土流失、增加水资源利用率等方面发挥着不可替代的作用。结合城市发展的不同阶段，本次推算了天然区域、传统型城市及海绵城市地表径流随时间变化趋势[3-5]。分析图1可知，海绵城市对环境的影响较低，能够达到与天然区域的地表径流变化趋势一致的目的。

2.2 低影响开发河湖原则

低影响开发是指在海绵城市建设和改造过程中，控制开发强度，留足生态用地，对已有基础不产生新的负荷压力。在修建公路、广场等大体积建筑物时，采取能促进雨水吸收的透水材料，以降低对原生态系统的破坏。关于海绵城市中生态河湖低影响开发原则，总结如下：

1)遵循生态优先原则。河湖治理应严格按照生态型开发理念进行建设，对已存在的传统河湖模式，应进行改造升级，如引入清水型生物群落，尽量使河湖依靠自然力量恢复生机和活力。2)河湖两侧的绿地是 低影响开发的重要组成部分。在以往的城市规划中，绿化带和道路仅考虑美观实用，而对雨水的收集利用通常不在其规划范围之内。海绵城市强度对资源的综合利用，不同环节间生态系统应为互补互应的关系。目前，北京市在建设海绵城市中积累了一定经验，根据其雨水控制和利用经验，在壤质砂土地区，绿地下沉率以50%为宜，当绿化率为20%，30%，40%时，合理的下沉深度分别为200 mm，120 mm，75mm[6]。需要说明的是，结合当地的气候情况，下沉式绿地在一定范围内应布置滞留塘(池)，以起到雨季蓄水，并利于亲水植物生长的作用。3)河湖岸边道路及广场等硬质铺装应采用透水材料[7-9]。结合地形条件，景观道路和广场等硬质铺装周围应预设滞留塘(池)，以利于形成人工湿地。对于新建机动车道，为有效滞留水源，应按照下沉式绿地进行布置。对于已建机动车道，应考虑在道路两侧绿化带内布置滞留塘(池)，设计深度不宜过大，“小雨可蓄，大涝能排”为基本设计原则。低影响开发布置示意图见图2。

3 生态河湖建设案例

3.1 河道生态系统结构设计

许昌市属于国家首批水生态文明试点城市，治理干流共有3条，分别是清潩河、青泥河、饮马河，前两者属于季节性河流，夏季水量较多、冬季水量较少为其基本特征。饮马河属于景观河道，上游水源主要从清潩河调入，由于清潩河水质为Ⅴ类或劣Ⅴ类，无法达到景观用水(Ⅳ类)要求，需设计清水方案，以净化水质、美化环境、维持生物多样性，并使河道生态系统能够健康、长效运行。本次从生态平衡角度，主要依靠优化生态系统结构，实现净水的目的，具体方案见图3。

1)水生植物群落是决定生态系统能否长效、稳定运行的控制性环节。水生植物栽植后，成活率主要由水体透明度和水生植物上的附着物两个因素决定，一般而言，水体透明度越高、水生植物附着物越少，水下真光层越厚，光合作用就越充分，对植被成活就有利。值得一提的是，水生态系统结构形成是缓慢的，初期最不稳定，因此有必要对不同阶段的生物群落分别进行优化。根据河道治理要求，本次在饮马河上游人工湿地区域选种了芦苇、花叶芦荻、千屈菜、藨草等，种植密度为9棵/m2。这既满足了美化环境的要求，又利于氮(N)、磷(P)的吸收。根据水质分析结果[10-12]，选种的水生植物对生物需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)的去除率大概为80%～85%，对总氮(TN)、总磷(TP)的去除率则为65%～90%。水生植物一般为多年生草本植物，自主繁殖能力强。在工程实践中，每年秋季宜对植物生长旺盛区域进行适度抽稀，为其更新换代预留空间，以有利于水生植物群落结构可持续发展。在冬季，休眠中的水生植物茎叶会失去活性，为避免枯叶造成二次污染，应进行计划收割，收割法一般采用分条或分块间隔法，通常应保留水草总量的30%，湖面0.7 m以下的水草不宜收割，否则将会造成永久破坏。

2)鱼类是影响整个水生态系统健康运行的关键因素。生态系统构建初期，为保护植被，应控制杂食性鱼类生物量，以肉食性鱼类群落为主。生态系统正常运行期，需对鱼类数量与植被总体量进行控制，以维持生态平衡。如当杂食性鱼类(鲤鱼、鲫鱼、草鱼等)生物量占总生物量的30%以上时，应集中捕捞、猎杀。根据鱼类繁殖规律，每年10月份～11月份，应集中捕捞肉食性鱼类，每年3月份～4月份，应适时放养肉食性鱼苗。

3)底栖动物主要指大型底栖软体动物，如螺、蚌等。蓄水初期应控制食底栖动物性鱼类(鲤鱼)的放养，以放养、保护为主。当水生植物种群结构稳定后，大型底栖动物数量将增加，可增强对浮游植物的控制能力，有利于净化水质。

3.2 河道治理原则

饮马河生态河湖治理方法区别于传统硬质河湖的特点很多，归纳有三个方面：

1)传统河湖治理模式通常采用硬质或不透水材料，如混凝土、浆砌石、土工膜等，由于地表水独立存在，受太阳辐射后，水温升高快、富养化严重、生态系统脆弱为其重要特征。因此，饮马河治理核心内容为实现地表水和地下水连通，以真正发挥雨季吸收地表水，旱季反补地下水的目的。饮马河边坡防护统一采用透水材料，如格宾石笼、水工连锁砖、生态混凝土、水生植物等，这既利于抵抗水流的冲刷，又适宜水生植物生长，且对鱼类和两栖动物繁殖有利。2)饮马河治理范围不再局限于河岸线内，其两侧绿化带的景观方案与河道同时规划、同时设计、同时施工，以发挥景观工程吸水、滞水、净水等作用。3)饮马河河道走向模式摒弃了传统截弯取直的做法，而是根据地形条件，采用自然曲线形式，并预留浅滩区，以有利于驳岸和水生植物生长，为生物多样性存在提供了空间和条件。河道布置见图4。

4 结语

海绵城市理论现已应用到实践，并逐渐成为建设现代城市的方向，本文分析了生态河湖和绿化带建设的新方法，经验总结如下：

1)根据分析，若滞留塘(池)、透水材料应用合理，雨水经过渗透、滞留、蓄积、净化四个环节后，地表径流会消减一半[13]，有利于降低城市旱涝灾害，对海绵城市建设具有决定意义。

2)生态用地应按照低影响开发原则进行建设。如滞留塘(池)按照人工湿地的形式进行布置，“小雨可蓄，涝水能排”为基本设计原则，而绿化带下沉深度应根据城市绿化率的不同而有所区别，下沉率一般应控制为绿化率的50%。

3)在河湖治理时，除考虑传统的蓄水排涝任务外，还应重视实现地表水和地下水交换的方案，以维持水资源平衡。

4)建设清水型生态系统需加强动植物群落管理。在种植植被时，应选择利于净化水质和鱼类食用的水草，并根据季节变化进行科学收割。对于鱼类和底栖动物总量，应按照河湖生态系统发展不同阶段进行有区别的控制，以维持生态平衡。

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The design application of ecological lakes in sponge city theory

Liu Xinyong1Liu Chunli2Wang Lu3

(1.Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd， Zhengzhou 450003, China;2.Henan Water and Power Engineering Consulting Co., Ltd, Zhengzhou 450016, China;3.Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation， Zhengzhou 450000, China)

According to the theory of sponge city, from the retention pond(pool) and low impact lakes development two aspects, this paper analyzed the optimization application of the theory in ecological lakes landscape design, and taking Xuchang for example, elaborated the river ecological system design and control method, so as to maintain the ecological environment balance development.

sponge city, river, ecological system, low impact development

1009-6825(2016)12-0220-03

2016-02-17

刘信勇(1986- )，男，工程师

TV213.9

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