城市水系的生態(tài)堤岸設(shè)計(jì)

1、笫9卷第2期2010年6月北京林業(yè)人學(xué)學(xué)報(bào)牡會(huì)科學(xué)版)Journal of Beijing Eorentry University Focial Sciences )Vol. 9 No. 2un.201()城市水系的生態(tài)堤岸設(shè)計(jì)趙華，龐曉麗2,張超hua226 126. com地址300072天津市Hi開(kāi)區(qū)天 津大學(xué)建缺學(xué)院?！八巧鼁源”，亦是城市自然環(huán)境的重要因 素。一個(gè)城幣的誕生和發(fā)展與水系息息相關(guān)。水 系足城市的靈性所在，而堤岸則足水系的殛礎(chǔ)，是 決定水系質(zhì)鼠優(yōu)劣的關(guān)鍵因素但社會(huì)的高速發(fā) 展、水不停息的建設(shè)活動(dòng)以及認(rèn)識(shí)上的局限性，在 城山水系堤岸形式的選擇上，人們總是追求“爲(wèi)矣 主義

2、”，把維護(hù)管理的便捷化作為口標(biāo)，人為地改變 或施加影響于自然杲觀同時(shí)，在經(jīng)典水力學(xué)的 指導(dǎo)卜，過(guò)去的河溪治理由于側(cè)重于河溪的某些功 利價(jià)值，如防洪、水運(yùn)、灌溉等，比較注重最佳水力 半徑，單純從增加行洪能力出發(fā)，使河道人工化, 斷而單一“此外，由于對(duì)地F淡水的過(guò)量開(kāi)采, 而城帀中的地面大部分為硬質(zhì)地而，所以城幣中數(shù) 量仃限的水系成為補(bǔ)充地卜水的主要途徑，地卜水 位不斷下降。為了防止水系中的水滲入地F型成 水系枯，人們?cè)噲D采用啖質(zhì)堤岸這一“捷徑”來(lái)解 決問(wèn)題，忽略了整體和長(zhǎng)遠(yuǎn)影響，形成惡性循壞，導(dǎo) 致興片利而增多害這些做法產(chǎn)生的后果是：大自 然饋贈(zèng)給我們的多樣性受到前所未有的沖擊，水系 的展木形態(tài)

3、被改變，與之相伴的價(jià)值觀也發(fā)生了變 化。因此建設(shè)近自然熨水系堤岸迫在眉睫。一、我國(guó)城市水系堤岸存在的問(wèn)題隨著我國(guó)人丨I劇增，城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城 笫2期趙華等：城山水系的生態(tài)堤岸設(shè)計(jì)99市中的水系堤岸建設(shè)狀況卻普遍令人擔(dān)憂。G）水系河道被碘化、渠化在城市中，人們忽視水系的具體情況，而統(tǒng)一 采用水泥混凝十或右材砌筑而成的“ U ”形堤岸，割 裂了 土壤號(hào)水體的關(guān)系，扼殺了水生動(dòng)植物的生“ 壞境，破壞了水系r I然形態(tài)，生物多樣性遭到嚴(yán)重 破壞。鎖化、取直后的河道呈現(xiàn)僵硬筆直的形態(tài)， 失去了土壤和動(dòng)植物的水系也就喪失了生態(tài)功能 和自凈能力，各種N、P、K、S等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、猱化 物和巫金屈等仃毒

4、物質(zhì)及COLKBOD,等需氧污染 物得不到凈化根除，導(dǎo)致水體嚴(yán)覓富旁養(yǎng)化，水系 污染加貢，水體變臭（見(jiàn)圖版I。U）水系呆觀質(zhì)量差，親水性差彼簡(jiǎn)單地皺化、渠化的水系河道以及遭受污染 的水體已無(wú)任何兼感可盲。在人工景觀水系中，由 于淡水資源缺乏，往往出現(xiàn)I枯杲彖，水杲變成“涸 景”，親水設(shè)計(jì)也拘泥于水泥和石材砌筑的親水平 臺(tái)等設(shè)施（見(jiàn)圖版12）。城山水系已看不到消澈見(jiàn) 底、綠意盎址和蜿蜒曲折的立人呆色，留給人們的 只冇千篇一律、呆板生硬、死氣沉沉的線條和了無(wú) 生氣的烏黑腥臭的水體（見(jiàn)圖版Z）。U）水系堤岸面枳減少城市建設(shè)不斷擴(kuò)張，水系堤岸面積越來(lái)越少。 宙于生態(tài)型堤岸 域近1然型堤岸）比碾性堤岸要

5、 多占很多土地 約13%），導(dǎo)致在那些人口密集、 寸寸金的城市里，水系的自然型堤岸ifii積不斷被 道路和建筑物所侵山，其形式也彼人地找少的峽質(zhì) 堤岸取代。二、國(guó)外城市水系生態(tài)堤岸設(shè)計(jì)Q）生態(tài)匸法生態(tài)匸法cologicul engineering）的理念源自F 意大利、徳國(guó)及瑙士，近年來(lái)逐步推廣至世界乞國(guó)。 早在19世紀(jì)末，意大利的工程界己開(kāi)始類似自然牛 態(tài)匸法的應(yīng)出。1938年瑞七人Seifer骨先提出“近 口然河溪整治”的槪念，特別指出能夠在完成傳統(tǒng) 河流治理任務(wù)的壟礎(chǔ)上，達(dá)到接近門(mén)然并保持呆觀 羌的一種治理方法，便人類從物質(zhì)文明到文化文 明、從匸程技術(shù)到匸程藝術(shù)、從實(shí)用價(jià)值到美學(xué)價(jià) 值，

6、同時(shí)特別強(qiáng)調(diào)山川、河道治理工程中須學(xué)的成 分頁(yè)。20世紀(jì)50年代徳國(guó)正式創(chuàng)立了“近口然河 道治理T程”，提出河道的整治翌符介植物化和生 命化】.“生態(tài)工法”一詞是（）血山于1962年首次提出 的，他認(rèn)為人類從A然中攝取的能源相對(duì)十整個(gè)自 然資源來(lái)說(shuō)足微小的，但攝取的方式和過(guò)程卻對(duì)門(mén) 然產(chǎn)生了巨人影響，捉出應(yīng)將生態(tài)學(xué)概念運(yùn)用J-工 程中,1971年Odum將生態(tài)工法的涵義加以延伸， 認(rèn)為生態(tài)工法是一種自然治理方法跖1983年 Binder認(rèn)為：河道整治首先要考慮河道的水力學(xué)待 性、地貌學(xué)特點(diǎn)打河溪的自然狀況，將其作為衡呈 河道整治與人為活動(dòng)預(yù)程度的標(biāo)準(zhǔn)旳。1985年 Hohmann提出了 一種更

7、為準(zhǔn)確的近自然治理理念， 即通過(guò)牛態(tài)治理創(chuàng)造出一個(gè)具冇各種備樣水流斷 面、水深及流速的河溪，河岸植被應(yīng)該是具有多種 小生態(tài)環(huán)境的多級(jí)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)訓(xùn)生態(tài)冬樣性在口然匸 法治理中的重要性，注重工程治理與I然呆觀的和 諧性 1989 年 Mitsch 和 Jorgensen 將 ecological engineering定義為“生態(tài)1：法是一種對(duì)人類社會(huì)和 自然環(huán)境祁仃利的設(shè)計(jì)”。隨后0lum和M itsch 又對(duì)生態(tài)工法提出進(jìn)步闡述，認(rèn)為生態(tài)學(xué)家應(yīng)該 認(rèn)識(shí)到他們所研究領(lǐng)域的門(mén)然環(huán)境問(wèn)題，并給出解 決的方法，而不是一味地進(jìn)行理論描述；工程師應(yīng) 該運(yùn)出生物學(xué)和生態(tài)科學(xué)作為解決環(huán)境問(wèn)題的皋 本方法。199

8、3年5刀，由關(guān)國(guó)國(guó)家科學(xué)院主辦的生態(tài)工 法的研討會(huì)，對(duì)Mitsch和Jorgensen的生態(tài)工法定義 做了修改，變成“生態(tài)工法是一種可持續(xù)的生態(tài)系 統(tǒng)設(shè)計(jì)，它將人類社會(huì)和自然壞境整合為 體，通 過(guò)互動(dòng)達(dá)到互利典生的目的”將設(shè)計(jì)重點(diǎn)從人類 社會(huì)轉(zhuǎn)移到對(duì)環(huán)境可持續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這次研討 會(huì)還制定了生態(tài)工法的冃標(biāo)：一是對(duì)由于人類活動(dòng) 而慘遭破壞的生態(tài)可持續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)：二是發(fā)展 新的貝仃人文和生態(tài)價(jià)值的I 持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)。 至此以后，生態(tài)工法在世界范國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展尼來(lái)， 1991年在瑞典的Trosa舉辦關(guān)于牛態(tài)工法的國(guó)際會(huì) 議，主要討論生態(tài)匸法在廢水處理方面的應(yīng)用，作 為水系的基礎(chǔ)元索一堤岸也備受關(guān)注，形成

9、了一 系列生態(tài)堤岸的設(shè)計(jì)方法。U）生態(tài)空堤岸的設(shè)計(jì)由于自然淡源不斷減少，人口數(shù)量不斷增加， 環(huán)境破壞繼續(xù)惡化，且到I就為止仍沒(méi)找到一種能 夠恰當(dāng)?shù)亟鉀Q地區(qū)和全球的污染及町再生資源短 缺等問(wèn)題的方法羌國(guó)國(guó)會(huì)曾在20世紀(jì)70年代頒 布“污水零排放”法令，要求美國(guó)的河溪在1983年 達(dá)到適合釣魚(yú)和游泳的標(biāo)準(zhǔn)，但這種“污水零排放” 的成本非常高。所以當(dāng)生態(tài)工法理論提出后，北 黃、歟洲及口木紛紛采用這種H冇門(mén)然凈化功能的 水系治理體系皿】生態(tài)堤岸按其承受的水流沖刷強(qiáng)度町分為3 類低強(qiáng)度型堤岸，可釆用生物材料 做物）施r. 法:中等強(qiáng)度型堤岸，町采用混合材料値物與木 材或石材混用施工法:高強(qiáng)度型堤岸卩遇有

10、洪 水兇孩、對(duì)河斥侵蝕強(qiáng)度很大的場(chǎng)介，也町選用堅(jiān) 固材料休材、石材、混凝土）施工法。具體細(xì)分，國(guó) 外常用的生態(tài)堤岸形式主要有以F 10種。1 椰子纖維捆堤岸將椰了殼纖維用麻線織物擁綁成圓筒狀，一般 直徑為30 w,長(zhǎng)為600 w,用木樁固定在堤岸坡 角，通常放置在高水位線處或齊岸處。其應(yīng)用特點(diǎn) 是：能夠?qū)⒊凌孜飻r卜，利于植被生長(zhǎng)并保護(hù)堤岸 坡角部位免受流水侵蝕：椰子殼纖維捆A仃彈性, 能夠保持堤岸婉蠟曲折的門(mén)然屬性。這種技術(shù)必 須與其他生態(tài)技術(shù)結(jié)合使用：也HJ-以應(yīng)用在湖泊、 人工景觀水系等水面較為平靜的水系岸邊，仃助于 水生植物的生氏。也可以將蘆葦?shù)人鷤幬锏姆N 子放置在椰子纖維捆中，并用木

11、樁將苴固定在岸 邊，待種子發(fā)芽成長(zhǎng)以后，形成活杭物擁堤岸，為微 生物提供良好的生活棲息環(huán)境，過(guò)濾沉淀泥沙，保 護(hù)水系堤岸（見(jiàn)圖1叫bffl I椰了纖filW堤卅2-活樁堤岸將活樹(shù)樁（般用柳樹(shù)直接步入土壤中，樹(shù)樁 生根后將土壤盤(pán)結(jié)為一個(gè)整體，尼到穩(wěn)定堤岸土壤 的作用。其應(yīng)用特點(diǎn)是：適用于坡度較小但沖刷較 為嚴(yán)重的堤岸，以及容易發(fā)生小塊滑坡和坍塌的堤 炸還作為不同形式生態(tài)堤斥Z間的過(guò)渡段（見(jiàn) 圖2 ,2）.奧地利在對(duì)多瑙河的改造中使用了這種 方式，取得了很好的效果（見(jiàn)圖版1-4）,213.活枝條捆堤岸將活枝條捆綁后，沿等高線放置在開(kāi)挖的槽溝圖2活橋堤卅中用木樁固定冋填土壤并夯實(shí)苴應(yīng)用特點(diǎn)是: 根系

12、在十壤中擴(kuò)展后冇助于堤岸的穩(wěn)定防止淺層 潸坡減少土壤侵蝕，并易于9活樁法結(jié)合使用（見(jiàn) 圖303）.圖版為多瑙河改造中應(yīng)用的活枝 條擁堤岸圖版I -51為枝條氏成后的常杲。叫13活枝條擱堤卅4 活樁枝條堤岸將枝條分層鋪設(shè)在岸邊并用活木樁穩(wěn)固用土 壤覆蓋步實(shí)是-種冇效廉價(jià)的修復(fù)較小范帀坍塌 和洞穴0. 75 -1.5?。┑姆椒?，但對(duì)深或?qū)挻笥?.5 m的坍塌和洞穴沒(méi)有作用QL圖4叫國(guó)4活機(jī)枝策堤卅5灌木壓條堤岸捋活的枝條沿答離線或人在水系岸邊分Q放 置冰平或者冇一定角度），然后再覆上土壤夯實(shí). 其應(yīng)用特點(diǎn)是;根-枝-土壤體系增強(qiáng)了堤岸的 抗沖刷侵蝕能力：伸岀堤岸表面的多層次的枝條能 夠有效過(guò)濾水流

13、中的沉積物（見(jiàn)圖5 t,3 ）o圖5溝木壓條堤卅陽(yáng)7誰(shuí)木沉體堤卅6. 植被上工格布堤岸用土工格布將覆蓋在枝條上的土壤包熨起來(lái), 其他做法同灌木爪條法，這種方法必須在低水流流 速的條件卜施工。其應(yīng)用特點(diǎn)是：用來(lái)加固坡度較 陡Q ： 1以上）的堤岸：修復(fù)遭到嚴(yán)巫侵蝕的堤斥:過(guò) 濾沉枳物：在杭被沒(méi)冇長(zhǎng)成之前也能夠快速冇效地 加固堤岸（見(jiàn)圖6 ，4）設(shè)計(jì)師FX. Browne采用 了植被土工格布的方法對(duì)美國(guó)Perkasie河遭到侵蝕 的河段進(jìn)彳亍整修，圖版16“為整修詢的照片，圖版 1-61.為施丁過(guò)程中的情杲，圖版I-6e為3個(gè)刀以厲 的景觀陰。圖6植被土工恪布堤卅7. 灌木沉床堤岸將活切條和枝條沿

14、著坡度方向平鋪在堤岸上 形成沉床（枝條的根部朝卜，頭部朝上），上面用土 壤或塊右固定。其應(yīng)用持點(diǎn)圧：?？焖俦Ｗo(hù)堤岸, 但強(qiáng)度不高:適介于坡度小于1:1的堤岸：發(fā)生洪澇 時(shí)可過(guò)濾沉積物：可迅速恢復(fù)水系的生態(tài)系統(tǒng);可 號(hào)活枝條捆法和活樁法等生態(tài)技術(shù)結(jié)合便用（見(jiàn) 圖 7 03 ）。8. 原木和根塑堤岸用塊右或混凝十.砌塊將原木和樹(shù)根固定在岸 邊，為野生生物提供理想的生活棲息環(huán)境。其應(yīng)用 特點(diǎn)是：適合于婉蜒1111折、水流流速平緩、水體沒(méi)仃 漫卜堤岸的水系；應(yīng)該與其他生態(tài)技術(shù)結(jié)合使用： 為仮類和昆蟲(chóng)等生物提供生活空間，增加水系42鵬 的生物多樣性現(xiàn)圖8,3）o圖8原木和根墊堤卅9. 活柵欄增堤岸用原木

15、或木條做成相互連接的箱形骨架，骨架 卜部鋪一層石塊，上部覆土并夯實(shí)，將枝條放置在 竹架內(nèi)，并將根部埋入土壤中，枝條成活后將逐漸 取代秤架的作川。其應(yīng)用待點(diǎn)是：適A于水流湍 急、沖刷強(qiáng)度較大的河段，適介于坡度較大菽至垂 直的堤岸，能夠迅速修復(fù)被侵蝕的堤岸并保持堤岸 的自然屬性：施工復(fù)雜，造價(jià)較高（見(jiàn)圖9【叩）奧 地利住整治多瑙河工程屮在水流較人的河段采川 了這沖方法，取得很好的效果，圖版la為剛施工 完的情杲，圖版Tb為3個(gè)月以后的杲觀冋.陽(yáng)9 iAffirtt堤卅10. M定栽植堤岸將根部削尖的活樹(shù)樁步入上壤中，然后堆枳 域者用砂漿砌筑）一層塊石：或者在堆枳 溯筑）塊 石時(shí)預(yù)留一些孔，然后將活

16、樹(shù)樁通過(guò)預(yù)國(guó)孔夯入七 壤中，其應(yīng)用特點(diǎn)是：活樹(shù)樁成活后，其根系和樹(shù)I：將塊右和土壤結(jié)A成一個(gè)整體：町以美化塊石 層，淡化人工構(gòu)造物的生破感。與單獨(dú)采用塊石砌 筑的堤岸相比，這種堤岸貝冇自然持性，町以為動(dòng) W物提供更好的生活棲息壞境；吋以迅速修靈并保 護(hù)受到侵蝕的堤岸：施工簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用（見(jiàn) 圖10叫.圖10固定啟椎堤卅三、我國(guó)城市水系生態(tài)堤岸的發(fā)展我國(guó)占典園林強(qiáng)調(diào)以人為本，車視人9自然、 人與人之間的和諧統(tǒng)r “崇尚自然，師法自然”我 中國(guó)古典園林所遵循的原則但隨著近現(xiàn)代工業(yè) 技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)“人定勝人”思想的誤解，在 對(duì)城市水系的治理中總是試圖駕馭水，而不是尊f-： 和善待它，從而造成

17、本文丿I：始所述的種種后果。近兒年來(lái)，山于市民和政府對(duì)城山（尤其是人 城市）水系問(wèn)題的關(guān)注，國(guó)外生態(tài)工法理論的引入 以及水系生態(tài)治理所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益， 中國(guó)各大城市紛紛開(kāi)始對(duì)城幣水系進(jìn)行生態(tài)改造。 口詢我國(guó)的生態(tài)堤岸形式多采用垠簡(jiǎn)單的低強(qiáng)度 型堤岸，僅適介水流平緩的河流或湖泊北京轉(zhuǎn)河 的改造和奧林匹克公園內(nèi)的水系建設(shè)就屬于較成 功的案例。具冇排洪防汛功能的水系則需要采用 中等強(qiáng)度的生態(tài)堤岸甚至高強(qiáng)度的生態(tài)堤岸，由于 難度較大、技術(shù)復(fù)雜,目前大多仍采用硬質(zhì)堤岸，改 造潛力很大.北京轉(zhuǎn)河是古高粱河的一部分，20世紀(jì)70年 代被填埋.2001年i|j政府決定重新改造恢復(fù)轉(zhuǎn)河, 并采用國(guó)外盛

18、行的生態(tài)工法，摒棄了將水與土壤割 裂的石材或混凝土的喚質(zhì)堤/ ；?，采用近f I然型的生 態(tài)堤岸，利用植物、木樁和塊石等來(lái)防風(fēng)護(hù)岸，使 水、土壤和各類水生動(dòng)杭物共牛共存岸邊的杭物 種類繁多、層次豐富，既右各種髙人的喬木、低樓的 灌木，也仃多種水生植物如蘆葦、菖滴、茅草、芟白、 荷花以及大量際來(lái)K成的野生植物這些水生植物 具冇良好的凈化能力和很強(qiáng)的耐污耐堿性，能夠直 接吸收水中的背養(yǎng)鹽，抑制浮游藻類的生長(zhǎng)，吸收 重金屬離子等。同時(shí)，樹(shù)木和水生植物為嗎類、水 生動(dòng)物和昆蟲(chóng)提供了代物和棲息地形成多樣性的 生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)圖版1弋）。在轉(zhuǎn)河的改造中還仃一個(gè) 比較卯明的待點(diǎn)就足注重人與門(mén)然的和諧共生，設(shè) 置了

19、很多親水平臺(tái)，吸引眾多市民尤苴是老人和孩 子來(lái)這里垂釣和玩耍嬉戲（見(jiàn)圖版13）。北京奧林 匹克公園內(nèi)的水系堤岸設(shè)計(jì)采用相似的近自然型 設(shè)計(jì)手法，便其恢復(fù)自然屬性和自我凈化的功能， 并放養(yǎng)了鴨、他、角等水生動(dòng)物，力求創(chuàng)造完整的生 態(tài)系統(tǒng)，體現(xiàn)人與自然和諧統(tǒng)一的綠色奧運(yùn)理念 傀圖版HO）.四、生態(tài)堤岸技術(shù)存在的問(wèn)題雖然生態(tài)堤岸具冇諸多優(yōu)點(diǎn)，但受生物材料和 技術(shù)規(guī)則上的限制，其自身也具仃很多缺陷，所以 在選擇生態(tài)堤岸形式時(shí)，一迄要根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際 情況加以慎重占世，否則非但達(dá)不到預(yù)期效果，反 而會(huì)導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果.生態(tài)堤岸建設(shè)存在的 問(wèn)題主要表現(xiàn)為“】：1）必須選用能夠適應(yīng)本地區(qū)環(huán)境條件的M彼。2

20、）川右材或混凝土砌筑成的傳統(tǒng)堤岸在竣工 后就町以馬上使用，但修建生態(tài)堤岸需要一定時(shí) 間，待植被長(zhǎng)成后才能發(fā)揮作用。3）需要冬眠的活枝條無(wú)法在冬季短舒且多雨 的溫?zé)釒夂虻貐^(qū)應(yīng)用。4 ）植物生長(zhǎng)期過(guò)短的嚴(yán)寒地區(qū)對(duì)生態(tài)堤岸的 建設(shè)貝冇不利影響.5）對(duì)于水流流速過(guò)大或者會(huì)產(chǎn)牛盍流的水系， 在生態(tài)堤岸建成初期，可能無(wú)法承受如此人的剪力 作用必須采取保護(hù)描施。6）生態(tài)堤岸施工時(shí)間的選擇必須要根據(jù)所選 植被的冬眠期或者牛長(zhǎng)期而定：種子必須在英生長(zhǎng) 期內(nèi)播種，而活枝條則必須在其冬眠期內(nèi)栽植。?）對(duì)于損毀嚴(yán)重需要立即修復(fù)的堤岸，生態(tài)技 術(shù)很町能足無(wú)效的，必須根據(jù)實(shí)際情況慎巫考虎： 對(duì)于在植物冬眠期內(nèi)經(jīng)常發(fā)生洪

21、災(zāi)的水系，生態(tài)方 法的便用也具有很大閑難。總Z，任何技術(shù)措施都不是完美的，我們應(yīng)該 將生態(tài)技術(shù)與傳統(tǒng)方法結(jié)合便用，揚(yáng)長(zhǎng)避短，3求 一條解決問(wèn)題的最佳途徑。人類如果想凌鐲于自然之上，對(duì)自然隨意進(jìn)行 改造和破壞，遲早會(huì)逍到大自然的拋棄和報(bào)復(fù)。岡 此，對(duì)于人口然的重要因索一水系，我們必須給 予尊匝和善待。設(shè)計(jì)師應(yīng)根擁并地區(qū)的氣候持點(diǎn)， 水系特點(diǎn)，生物物種種類、特點(diǎn)、生活習(xí)性以及生存 條件為水系選擇合適的自然熨或近自然型堤岸形 式，便任何一種生物都能找到合適的生存空間，為 久居城市、遠(yuǎn)離n然的人們提供享受門(mén)然壞境、與第2期趙華等城幣水系的生態(tài)堤岸設(shè)計(jì)#外種動(dòng)植物和諧共處Z樂(lè)趣的地方。參考文獻(xiàn)：1 河川

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