【深度剖析】海綿城市工程案例詳解系列-城市水系

【深度剖析】海綿城市工程案例詳解系列—城市水系導(dǎo)讀城市水系常見問題：◆河道固化、裁彎取直、河漫灘被侵占、城市的親水界面被毀壞；◆河水排水迅速，河堤壓力大；◆河流與兩岸濕地連通性差、自然河床和動植物棲息地被破壞、生物滅絕；◆水生動植物生存條件差，環(huán)境容量有限，環(huán)境承載力不足，生態(tài)系統(tǒng)脆弱。以改善城市環(huán)境、提高城市品位，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)為目標(biāo)，打造河湖相連、綠水繞城、花香四溢、水系交融的文明生態(tài)城市。這是國家推進(jìn)海綿城市建設(shè)策劃中的一項(xiàng)戰(zhàn)略性決策，是市之所需、民之所盼的民生工程。一、城市水系的改造歷程

1傳統(tǒng)的城市水系改造方式我國傳統(tǒng)城市水系改造方式一直以“除水害、興水利”為目標(biāo)，采用河道清淤、加固堤岸、截彎取直、修筑大壩等措施，雖能滿足人們對于防洪、排澇、灌溉等多種要求，但不可避免地破壞了自然河流的連續(xù)化，對河流生態(tài)系統(tǒng)造成了不同程度的損傷。以下是幾種城市水系傳統(tǒng)的改造方式：1丨盲目清淤機(jī)械化清淤與清淤不當(dāng)造成駁岸塌方2丨污染源治理與生態(tài)治理不同步、不重視河道的流通問題污染源治理與生態(tài)治理不同步造成的影響不重視河道流通造成的水體枯竭等問題3丨截彎取直裁彎取直示意圖4丨修筑大壩修建水庫大壩一直以來都是一個(gè)較有爭議的話題，因?yàn)椴粌H要占據(jù)大量的土地，使耕地被淹沒，迫使原住民搬遷，也破壞了河流原有的水文連續(xù)性、營養(yǎng)物質(zhì)輸送連續(xù)性、生物群落連續(xù)性等。5丨加堤固岸堤岸一方面可以保護(hù)居住區(qū)免洪水侵害保障社會經(jīng)濟(jì)的安全，但是在另一方面卻阻止了水流的橫向擴(kuò)展，形成側(cè)向的水流中斷性。2城市水系“海綿化”改造方式城市水系海綿化改造的理念是大勢所趨。城市水系海綿化的改造是以加強(qiáng)完善骨干河網(wǎng)的建設(shè)、中小河道的水系溝通、以及暴雨來臨之前的水位預(yù)降機(jī)制，以承載吸蓄雨水的作用為內(nèi)容，通過生態(tài)護(hù)岸、陸域植物群落以及水生植物建設(shè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)透水和凈水的功能。以下是城市海綿化改造的幾種方式：【一、分散式污水處理系統(tǒng)】1丨分散式處理系統(tǒng)分散式污水處理系統(tǒng)的出水可作為綠化灌溉用水回用，干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用，能實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用和處理系統(tǒng)的零排放。分散式污水處理系統(tǒng)示意圖2丨分散式人工濕地人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類似的地面，對污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。【二、高效生態(tài)浮島】生態(tài)浮島是一種針對富營養(yǎng)化的水質(zhì)，利用生態(tài)工學(xué)原理，降解水中的COD、氮、磷的含量的人工浮島。高效生態(tài)浮島實(shí)地圖【三、河岸生態(tài)駁岸改造】1丨蜂巢約束系統(tǒng)通過系統(tǒng)中相互連接的巢室所形成的高強(qiáng)度三維網(wǎng)格來約束和穩(wěn)定土體，蜂巢約束系統(tǒng)顯著提高了土體性能。蜂巢約束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與實(shí)景圖2丨柔性生態(tài)袋生態(tài)袋具有目標(biāo)性透水不透土的過濾功能，既能防止填充物(土壤和營養(yǎng)成分混合物)流失，又能實(shí)現(xiàn)水分在土壤中的正常交流?！舅?、其他輔助技術(shù)】1丨曝氣推流增氧技術(shù)曝氣增氧技術(shù)是繼水車式、葉輪式、噴泉式傳統(tǒng)增氧技術(shù)之后的新型增氧技術(shù)，已被水產(chǎn)養(yǎng)殖、污水處理、景觀水治理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。曝氣推流增氧示意圖與實(shí)景圖2丨筑壩緩流輔助技術(shù)很多河道水流速度快，水流對底泥沖刷、紊流嚴(yán)重，造成大量黑臭底泥懸浮。采用筑壩緩流輔劣技術(shù)，使水流在壩頂溢流，減緩水體下部的流速和對底質(zhì)的沖刷，有利于底質(zhì)改良劑的停留和有益微生物的附著，保證底質(zhì)改良的效果。同時(shí)水體溢流過壩時(shí)有助于曝氣增氧，對水體凈化有利。筑壩緩流輔助技術(shù)實(shí)地圖二、城市水系的海綿化改造案例1案例一：美國圣安東尼奧河項(xiàng)目改造美國圣安東尼奧河曾經(jīng)是一條寬度不及2m的湍急小河，20世紀(jì)20年代建設(shè)的“帕塞歐·迪爾·里約(PaseoDelRio)濱水步行帶”使圣安東尼奧河成為美國一處著名的旅游勝地?！?xiàng)目場地現(xiàn)狀隨著城市的發(fā)展以及河流防洪工程的建設(shè)，圣安東尼奧河逐漸喪失了自然屬性，并對城市環(huán)境造成不利影響。圣安東尼奧河的改造可以追溯到20世紀(jì)20年代。1921年9月，發(fā)生了一次洪水決堤，造成了數(shù)百萬美元的經(jīng)濟(jì)損失和50人死亡，這次洪水引發(fā)政府對圣安東尼奧河進(jìn)行防洪整治。安東尼奧河南部河段局部▲整治措施【全流域管理】2002年創(chuàng)建了Bexar區(qū)域流域管理（BRWM）伙伴關(guān)系，包括20多個(gè)城市郊區(qū)。采用整體的區(qū)域方法來管理防洪、雨水和水質(zhì)等，使水系連貫、成網(wǎng)絡(luò)化。流域范圍圖【恢復(fù)河流水文形態(tài)特征】1954年,美國陸軍工程兵部在圣安東尼奧河修建水渠以提供更好的輸送洪水。雖然河流的渠道化是一種管理洪水的有效方式，但它已經(jīng)破壞了河流的生態(tài)系統(tǒng)，在視覺上也沒有吸引力，當(dāng)?shù)卣ㄟ^MissionReach項(xiàng)目對河道進(jìn)行恢復(fù)。河段修復(fù)前后圖（左邊1995，右邊2007）【修建河道兩岸植被過濾帶和生物棲息地環(huán)境】1丨排水口的處理原有的排水口包括城區(qū)地表水排入河道內(nèi)的雨水管排水口和地表徑流排水槽，通過建設(shè)濕生環(huán)境等措施將這些排水口進(jìn)行改造，使之具有凈化功能，在視覺上也有自然的美感。排水口處理效果圖2丨改善生物棲息地

圣安東尼奧和改造的一個(gè)重要目標(biāo)就是改善河流生態(tài)環(huán)境，通過改善水質(zhì)和植被為魚類和野生動物提供棲息地?？菟拥纼?nèi)用以控制河床底部沖刷的擋水壩和沿河排水口為河流補(bǔ)充氧氣，河岸兩旁植物為水面提供遮陰，降低河水的平均溫度，維持河道內(nèi)較高的含氧量。部分設(shè)施圖【打造復(fù)用型泄洪沖淤區(qū)，城市防洪河岸加固】1丨洪水調(diào)控通過計(jì)算并結(jié)合河流地貌學(xué)的原理，規(guī)劃對河道采取以下修復(fù)措施：1、通過擴(kuò)大河床外側(cè)的河流斷面，增加和拉長河床的蜿蜒度；2、拆除埃斯帕大壩以有效減少賽姆佛尼蘭(SymphonyLane)地區(qū)的洪水威脅；河段改造前后圖3、在下游地區(qū)開挖大水面,這些稍大的水面通過對現(xiàn)有河道下挖形成；4、確定植被及地形、道路等構(gòu)筑物對河槽過水能力的影響，并以此來決定河流景觀的種植和豎向設(shè)計(jì)。通過模型數(shù)據(jù)反映不同的植被狀況，調(diào)整植被的界限，防止河槽內(nèi)的植被促使水位升高和洪水能量的增加。護(hù)岸豎向設(shè)計(jì)圖2丨河床修復(fù)蜿蜒型河道能夠有效削減洪水的能量，減少了水流對駁岸的侵蝕，河灣外側(cè)由于在洪水期間所承受的沖擊力最大，最容易發(fā)生侵蝕，所以需要加固和保護(hù)。其方法主要有植被覆蓋和土壤生態(tài)工程的方法，包括使用天然材料創(chuàng)建侵蝕防護(hù)帶和天然的石砌結(jié)構(gòu)。在水流剪切力最大的地方，駁岸的坡腳處堆放天然石塊來減緩侵蝕。河床設(shè)計(jì)圖【親水性規(guī)劃】圣安東尼奧河改造項(xiàng)目的目的不僅是要建立一個(gè)健康的河岸生態(tài)系統(tǒng)，還要建立宜人的親水空間，吸引人們前往，通過大量的植物以及觀景平臺、噴泉等各種設(shè)施，為附近社區(qū)居民營造一處休息場所。同時(shí)還將市區(qū)與其文化和歷史特征重新聯(lián)系起來，讓人們更多到此參觀，教育當(dāng)?shù)鼐用袷顾麄円庾R到改進(jìn)的河流棲息地的益處。部分河道豎向設(shè)計(jì)部分景觀這一以其自然、生態(tài)、和環(huán)保為主要特征的規(guī)劃，獲得了2001年美國景觀建筑師學(xué)會分析與規(guī)劃榮譽(yù)獎(jiǎng)。圣安東尼奧河改造規(guī)劃成功地將河流恢復(fù)自然狀態(tài)，并整合了周邊城市資源，為城市的發(fā)展注入了新的活力。通過對規(guī)劃的回顧與總結(jié)，為今后我國城市中小河道改造提供借鑒。2深圳福田河綜合整治工程“福田河綜合整治工程”以“流域規(guī)劃、綜合治水、生態(tài)治河”為設(shè)計(jì)理念，采用“防洪排澇、污染治理、生態(tài)修復(fù)和景觀建設(shè)”多位一體同步建設(shè)的手段實(shí)施河道綜合治理，開創(chuàng)了河道整治新目標(biāo)、新理念、新思路。充分利用沿岸綠化空間，按照“能彎則彎、能寬則寬”和“上蓄下泄”的原則重新構(gòu)建河流形態(tài)，打造安全、生態(tài)河流，提升公園人氣和水環(huán)境質(zhì)量，設(shè)計(jì)成果獲得到廣大市民的好評?！?xiàng)目場地狀況福田河位于福田中心區(qū)，北起梅林坳，南至深圳河，

屬深圳河的一級支流。干流全長6.8km，流域面積15.9km2。流域上游為低山丘陵區(qū)，平均地面高程23~10m，植被覆蓋良好；橫穿筆架山公園、中心公園兩大市政公園。此前水質(zhì)污染極為嚴(yán)重，易受澇，河水臭，流域水生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。福田河綜合整治平面圖▲治理前存在的問題1.河道防洪能力低、易受澇；2.河道景觀缺失、親水性差；3.水質(zhì)污染嚴(yán)重。治理前污水橫流▲整治措施在福田河綜合整治中，采用了一系列新技術(shù)及新工藝、新材料，集防洪、排澇、截污、補(bǔ)水、生態(tài)、景觀綠化等多項(xiàng)功能于一身。治理的內(nèi)容包括河道防洪和生態(tài)駁岸改造、截污排水、再生水利用、水質(zhì)凈化改善、沿河景觀綠化及初雨收集系統(tǒng)等。該工程采用一系列新技術(shù)和新工藝，包括中水回用補(bǔ)水技術(shù)、MIK11水動力模型、水質(zhì)數(shù)學(xué)模型、垂直流人工濕地、臭氧滅藻、自然循環(huán)等?！窘匚奂{管】從源頭上治理，雨污混流的改造；全面普查管網(wǎng)，從系統(tǒng)上解決污水問題；對于污染源無法查清的排污口，采用沿河截排的工程措施；對小區(qū)和工業(yè)企業(yè)發(fā)整改通知。污水直排處工人正在鋪設(shè)污水管道【垃圾清理】從源頭上控制,推行廢物減量化技術(shù)，控制與消減地表面污染潛力，減少面源污染含量，從而達(dá)到控制進(jìn)入水體的面源污染負(fù)荷的目的；完善舊村及工業(yè)區(qū)垃圾儲運(yùn)系統(tǒng)；增加水面保潔船舶和設(shè)施，配備水面保潔隊(duì)伍；實(shí)行“門責(zé)管理”措施，加強(qiáng)監(jiān)管，提高市民環(huán)保意識。水面保潔船舶【清淤疏?！扛Ｌ锖有枰逵偈杩５暮佣慰傞L為5.07km，淤泥量約為57000m3/d，且全部屬于污染量，由船運(yùn)至伶仃洋棄置；挖泥船能直接清理污泥量約有26000m3，其余31000m3需由人工下河清理。河道正在進(jìn)行清淤【河口建閘】截?cái)囗斖泻Ｋ廴?增大河水交換。在福田河的出?？谔幗ǚ莱遍l,其作用為：第一，防止受污染的深圳河水倒灌，使河水往復(fù)流變?yōu)閱蜗蛄?，以保持河流水質(zhì)潔凈；第二，通過水閘的啟閉，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)交換，并沖刷河道；第三，保持景觀水面。福田水閘應(yīng)提高自動化程度，實(shí)現(xiàn)以水閘前后水位、流域雨情預(yù)報(bào)以及福田河流量等因素控制閘門開啟。福田河水庫【防洪工程】根據(jù)福田河整治綜合影響因素分析以及罕見洪水災(zāi)情評估,確定福田河防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇。通過在河道中上游增設(shè)滯洪區(qū)削減洪峰，在維持現(xiàn)狀下游河道過流能力的條件下,

建設(shè)滯洪區(qū)與河道組合效應(yīng)的防洪體系。福田河修建的泄洪閘【充氧曝氣】福田河河水整體處于缺氧狀態(tài)。而水體的黑臭又是無氧時(shí)厭氧菌作用的結(jié)果,因此對河流水體采用人工曝氣的方式進(jìn)行充氧，加速水體復(fù)氧過程，提高水體中好氧微生物的活力。在河道內(nèi)結(jié)合景觀措施設(shè)施，布置一些人工曝氣裝置如浮水噴泉、太陽能曝氣機(jī)等來提高水體的氧含量。浮水噴泉曝氣機(jī)，增氧造景太陽能曝氣機(jī)，充氧曝氣▲整治后的效果深圳市政府以3.5億的投資對福田河大舉整治，福田河搖身一變，成了綠意盎然、鳥語花香、波光粼粼的一大美景。該工程集經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益和示范作用于一身。特別是工程采用的再生水系統(tǒng)每天將3.8萬噸再生水補(bǔ)入福田河，消除了原河道黑臭現(xiàn)象，還提供市政道路綠化澆灑用水，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排和水資源循環(huán)利用。深度剖析——城市水系“海綿”改造的策略與難點(diǎn)關(guān)鍵策略▲全流域管理理念；親水型防洪策略；河流生態(tài)保護(hù)?！苊膺^分強(qiáng)調(diào)水利規(guī)范，忽略使用感受，如親水性；重視河流作為生態(tài)系統(tǒng)提供的水文化美學(xué)價(jià)值。深度剖析——城市水系“海綿化”中關(guān)鍵產(chǎn)品與技術(shù)運(yùn)用城市水系“海綿”改造特點(diǎn)▲梳理現(xiàn)狀水系，使其連貫、成網(wǎng)絡(luò)化；

▲恢復(fù)河流水文形態(tài)特征；

▲修建河道兩岸植被過濾帶，修復(fù)生物棲息地環(huán)境；

▲減少河道兩岸點(diǎn)源及面源污染匯入；

▲給河道更多空間，拆