海绵城市工程案例详解系列—城市水系

导 读
城市水系常见问题：
◆河道固化、裁弯取直、河漫滩被侵占、城市的亲水界面被毁坏；
◆河水排水迅速，河堤压力大；
◆河流与两岸湿地连通性差、自然河床和动植物栖息地被破坏、生物灭绝；
◆水生动植物生存条件差，环境容量有限，环境承载力不足，生态系统脆弱。
以改善城市环境、提高城市品位，推进生态文明建设为目标，打造河湖相连、绿水绕城、花香四溢、水系交融的文明生态城市。这是国家推进海绵城市建设策划中的一项战略性决策，是市之所需、民之所盼的民生工程。



1传统的城市水系改造方式
我国传统城市水系改造方式一直以“除水害、兴水利”为目标，采用河道清淤、加固堤岸、截弯取直、修筑大坝等措施，虽能满足人们对于防洪、排涝、灌溉等多种要求，但不可避免地破坏了自然河流的连续化，对河流生态系统造成了不同程度的损伤。


以下是几种城市水系传统的改造方式：

1丨盲目清淤



2丨污染源治理与生态治理不同步、不重视河道的流通问题




3丨截弯取直

4丨修筑大坝
修建水库大坝一直以来都是一个较有争议的话题，因为不仅要占据大量的土地，使耕地被淹没，迫使原住民搬迁，也破坏了河流原有的水文连续性、营养物质输送连续性、生物群落连续性等。

5丨加堤固岸
堤岸一方面可以保护居住区免洪水侵害保障社会经济的安全，但是在另一方面却阻止了水流的横向扩展，形成侧向的水流中断性。

2城市水系“海绵化”改造方式
城市水系海绵化改造的理念是大势所趋。城市水系海绵化的改造是以加强完善骨干河网的建设、中小河道的水系沟通、以及暴雨来临之前的水位预降机制，以承载吸蓄雨水的作用为内容，通过生态护岸、陆域植物群落以及水生植物建设，进而实现透水和净水的功能。


以下是城市海绵化改造的几种方式：



1丨分散式处理系统
分散式污水处理系统的出水可作为绿化灌溉用水回用，干化后的栅渣和污泥可作为绿化肥料使用，能实现污水的资源化利用和处理系统的零排放。

2丨分散式人工湿地
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，对污水、污泥进行处理的一种技术。



生态浮岛是一种针对富营养化的水质，利用生态工学原理，降解水中的COD、氮、磷的含量的人工浮岛。


1丨蜂巢约束系统
通过系统中相互连接的巢室所形成的高强度三维网格来约束和稳定土体，蜂巢约束系统显著提高了土体性能。
蜂巢约束系统结构图与实景图
2丨柔性生态袋
生态袋具有目标性透水不透土的过滤功能，既能防止填充物(土壤和营养成分混合物)流失，又能实现水分在土壤中的正常交流。


1丨曝气推流增氧技术
曝气增氧技术是继水车式、叶轮式、喷泉式传统增氧技术之后的新型增氧技术，已被水产养殖、污水处理、景观水治理领域广泛应用。

2丨筑坝缓流辅助技术
很多河道水流速度快，水流对底泥冲刷、紊流严重，造成大量黑臭底泥悬浮。采用筑坝缓流辅劣技术，使水流在坝顶溢流，减缓水体下部的流速和对底质的冲刷，有利于底质改良剂的停留和有益微生物的附着，保证底质改良的效果。同时水体溢流过坝时有助于曝气增氧，对水体净化有利。



1案例一：美国圣安东尼奥河项目改造
美国圣安东尼奥河曾经是一条宽度不及2m的湍急小河，20世纪20年代建设的“帕塞欧·迪尔·里约(Paseo Del Rio)滨水步行带”使圣安东尼奥河成为美国一处著名的旅游胜地。

▲项目场地现状
随着城市的发展以及河流防洪工程的建设，圣安东尼奥河逐渐丧失了自然属性，并对城市环境造成不利影响。圣安东尼奥河的改造可以追溯到20世纪20年代。1921年9月，发生了一次洪水决堤，造成了数百万美元的经济损失和50人死亡，这次洪水引发政府对圣安东尼奥河进行防洪整治。


▲整治措施

2002年创建了Bexar区域流域管理（BRWM）伙伴关系，包括20多个城市郊区。采用整体的区域方法来管理防洪、雨水和水质等，使水系连贯、成网络化。





1954年, 美国陆军工程兵部在圣安东尼奥河修建水渠以提供更好的输送洪水。虽然河流的渠道化是一种管理洪水的有效方式，但它已经破坏了河流的生态系统，在视觉上也没有吸引力，当地政府通过Mission Reach项目对河道进行恢复。


1丨排水口的处理
原有的排水口包括城区地表水排入河道内的雨水管排水口和地表径流排水槽，通过建设湿生环境等措施将这些排水口进行改造，使之具有净化功能，在视觉上也有自然的美感。



2丨改善生物栖息地

圣安东尼奥和改造的一个重要目标就是改善河流生态环境，通过改善水质和植被为鱼类和野生动物提供栖息地。枯水河道内用以控制河床底部冲刷的挡水坝和沿河排水口为河流补充氧气，河岸两旁植物为水面提供遮阴，降低河水的平均温度，维持河道内较高的含氧量。




1丨洪水调控
通过计算并结合河流地貌学的原理，规划对河道采取以下修复措施：
1、通过扩大河床外侧的河流断面，增加和拉长河床的蜿蜒度；
2、拆除埃斯帕大坝以有效减少赛姆佛尼兰(Symphony Lane)地区的洪水威胁；




3、在下游地区开挖大水面, 这些稍大的水面通过对现有河道下挖形成；
4、确定植被及地形、道路等构筑物对河槽过水能力的影响，并以此来决定河流景观的种植和竖向设计。通过模型数据反映不同的植被状况，调整植被的界限，防止河槽内的植被促使水位升高和洪水能量的增加。



2丨河床修复
蜿蜒型河道能够有效削减洪水的能量，减少了水流对驳岸的侵蚀，河湾外侧由于在洪水期间所承受的冲击力最大，最容易发生侵蚀，所以需要加固和保护。其方法主要有植被覆盖和土壤生态工程的方法，包括使用天然材料创建侵蚀防护带和天然的石砌结构。在水流剪切力最大的地方，驳岸的坡脚处堆放天然石块来减缓侵蚀。





圣安东尼奥河改造项目的目的不仅是要建立一个健康的河岸生态系统，还要建立宜人的亲水空间，吸引人们前往，通过大量的植物以及观景平台、喷泉等各种设施，为附近社区居民营造一处休息场所。同时还将市区与其文化和历史特征重新联系起来，让人们更多到此参观，教育当地居民使他们意识到改进的河流栖息地的益处。






这一以其自然、生态、和环保为主要特征的规划，获得 了2001年美国景观建筑师学会分析与规划荣誉奖。圣安东尼奥河改造规划成功地将河流恢复自然状态，并整合了周边城市资源，为城市的发展注入了新 的活力。通过对规划的回顾与总结，为今后我国城市中小河道改造提供借鉴。

2深圳福田河综合整治工程
“福田河综合整治工程”以“流域规划、综合治水、生态治河”为设计理念，采用“防洪排涝、污染治理、生态修复和景观建设”多位一体同步建设的手段实施河道综合治理，开创了河道整治新目标、新理念、新思路。充分利用沿岸绿化空间，按照“能弯则弯、能宽则宽”和“上蓄下泄”的原则重新构建河流形态，打造安全、生态河流，提升公园人气和水环境质量，设计成果获得到广大市民的好评。


▲项目场地状况
福田河位于福田中心区，北起梅林坳，南至深圳河， 属深圳河的一级支流。干流全长6.8km， 流域面积15.9km2。流域上游为低山丘陵区， 平均地面高程23~10m，植被覆盖良好；横穿笔架山公园、中心公园两大市政公园。此前水质污染极为严重，易受涝，河水臭，流域水生态系统遭到破坏。


▲治理前存在的问题
1.河道防洪能力低、易受涝；
2.河道景观缺失、亲水性差；
3.水质污染严重。






▲整治措施
在福田河综合整治中，采用了一系列新技术及新工艺、新材料，集防洪、排涝、截污、补水、生态、景观绿化等多项功能于一身。治理的内容包括河道防洪和生态驳岸改造、截污排水、再生水利用、水质净化改善、沿河景观绿化及初雨收集系统等。该工程采用一系列新技术和新工艺，包括中水回用补水技术、MIK11水动力模型、水质数学模型、垂直流人工湿地、臭氧灭藻、自然循环等。


从源头上治理，雨污混流的改造；全面普查管网，从系统上解决污水问题； 对于污染源无法查清的排污口，采用沿河截排的工程措施；对小区和工业企业发整改通知。



从源头上控制, 推行废物减量化技术，控制与消减地表面污染潜力，减少面源污染含量，从而达到控制进入水体的面源污染负荷的目的；完善旧村及工业区垃圾储运系统；增加水面保洁船舶和设施，配备水面保洁队伍；实行“门责管理”措施，加强监管，提高市民环保意识。








截断顶托海水污染, 增大河水交换。在福田河的出海口处建防潮闸, 其作用为：
第一，防止受污染的深圳河水倒灌，使河水往复流变为单向流，以保持河流水质洁净；
第二，通过水闸的启闭，实现水质交换，并冲刷河道；
第三，保持景观水面。福田水闸应提高自动化程度，实现以水闸前后水位、流域雨情预报以及福田河流量等因素控制闸门开启。




根据福田河整治综合影响因素分析以及罕见洪水灾情评估, 确定福田河防洪设计标准为百年一遇。通过在河道中上游增设滞洪区削减洪峰，在维持现状下游河道过流能力的条件下, 建设滞洪区与河道组合效应的防洪体系。




福田河河水整体处于缺氧状态。而水体的黑臭又是无氧时厌氧菌作用的结果, 因此对河流水体采用人工曝气的方式进行充氧，加速水体复氧过程，提高水体中好氧微生物的活力。在河道内结合景观措施设施，布置一些人工曝气装置如浮水喷泉、太阳能曝气机等来提高水体的氧含量。






▲整治后的效果




深圳市政府以3.5亿的投资对福田河大举整治，福田河摇身一变，成了绿意盎然、鸟语花香、波光粼粼的一大美景。该工程集经济效益、生态效益、社会效益和示范作用于一身。特别是工程采用的再生水系统每天将3.8万吨再生水补入福田河，消除了原河道黑臭现象，还提供市政道路绿化浇洒用水，实现了节能减排和水资源循环利用。



关键策略
▲全流域管理理念；亲水型防洪策略；河流生态保护。
▲避免过分强调水利规范，忽略使用感受，如亲水性；重视河流作为生态系统提供的水文化美学价值。




城市水系“海绵”改造特点
▲梳理现状水系，使其连贯、成网络化；
▲恢复河流水文形态特征；
▲修建河道两岸植被过滤带，修复生物栖息地环境；
▲减少河道两岸点源及面源污染汇入；
▲给河道更多空间，拆除硬质护岸工程，打造复用型泄洪冲淤区；
▲城市防洪河岸加固。