趙 芳，艾慶華，馬 晟，王 家，謝如意，邵文祎

(中冶南方城市建設(shè)工程技術(shù)有限公司；中國(guó)中冶海綿城市技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077)

我國(guó)河流多為季節(jié)性河流，枯水期水量小，甚至出現(xiàn)斷流情況，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)開始退化，生態(tài)問(wèn)題日益嚴(yán)重[1- 2]。目前，針對(duì)該類河流的生態(tài)問(wèn)題，近些年主要集中在季節(jié)性河流的景觀設(shè)計(jì)方面，關(guān)于水量水質(zhì)保持設(shè)計(jì)方面的研究較少[3- 6]。隨著城市快速擴(kuò)張，大量城市內(nèi)河因流域面積小、匯流時(shí)間短、汛期洪水陡漲陡落，旱季水量極少，甚至河床干涸，形成了有雨即有流量，無(wú)雨則基本斷流，導(dǎo)致河道調(diào)蓄能力差、環(huán)境容量小、自凈能力差，使其治理和修復(fù)過(guò)程與普通河流比起來(lái)難度更大[7- 8]。海綿城市、生態(tài)水利、生態(tài)修復(fù)等理念逐漸運(yùn)用于河道方案設(shè)計(jì)中，效果較好[9- 15]。

1 項(xiàng)目概況

玉龍河位于武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)未來(lái)科技城東南部，西起高新二路，東至車墩湖，東西貫穿未來(lái)科技城南部地區(qū)的數(shù)條城市主干道，周邊為武漢市“1號(hào)工程” 國(guó)家存儲(chǔ)器建設(shè)范圍。玉龍河綜合整治工程是武漢市“四水共治”的重要項(xiàng)目，規(guī)劃玉龍河為南部地區(qū)主要的排水通道，車墩湖為濕地景觀。玉龍河及車墩湖水域面積為249.2hm2，設(shè)計(jì)河道長(zhǎng)度3.1km，河道底寬為8～40m，是一條基于海綿城市理念設(shè)計(jì)的城市生態(tài)雨洪景觀廊道，也是典型的季節(jié)性河道。

2 總體設(shè)計(jì)思路

玉龍河綜合整治工程運(yùn)用海綿城市理念，基于保護(hù)優(yōu)先，排水先行，建立濕地與城市、原生態(tài)與城市之間良性、有序的發(fā)展模式，恢復(fù)場(chǎng)地記憶，保護(hù)原生態(tài)濕地風(fēng)貌，構(gòu)建一個(gè)人與自然和諧發(fā)展的排水廊道和濕地。主題概念為“融合與滲透”，融合是排水與景觀的融合，是生態(tài)與景觀的融合，是周邊環(huán)境與景觀的融合，是市政設(shè)施與景觀的融合，融合是彼此包容、相互呼吸、共同發(fā)展的有機(jī)體；滲透是人工與大自然的相互編織的生態(tài)鏈，是原生態(tài)與人工化的美妙交織，是都市發(fā)展與自然保護(hù)的生存模式，是融合下的彼此介入與協(xié)調(diào)發(fā)展。

玉龍河設(shè)計(jì)分為水量保持設(shè)計(jì)和水質(zhì)凈化設(shè)計(jì)兩大部分，如圖1所示。水量保持設(shè)計(jì)以保障水安全為前提，在非汛期及晴天保證河道生態(tài)基流，水質(zhì)凈化設(shè)計(jì)結(jié)合海綿城市設(shè)計(jì)理念，采用雨水調(diào)蓄池、人工濕地、水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建等措施凈化玉龍河水質(zhì)。

圖1 玉龍河生態(tài)河道設(shè)計(jì)思路

3 水量維持設(shè)計(jì)

3.1 河道平面形態(tài)設(shè)計(jì)

玉龍河平面形態(tài)設(shè)計(jì)主要是通過(guò)合理規(guī)劃河道寬度控制線與藍(lán)線之間空間形成蜿蜒型河道[10]。天然河道多呈蜿蜒型，蜿蜒性也是河流動(dòng)態(tài)演變過(guò)程中的一種自然傾向，蜿蜒型河道都有深潭-淺灘交錯(cuò)連續(xù)分布的規(guī)律性特點(diǎn)。相較于順直河道，蜿蜒河道的水力留時(shí)間較長(zhǎng)，有利于凈化水質(zhì)和增加河道內(nèi)水生生物的棲息地，提高河道的整體生態(tài)穩(wěn)定性[10]。

3.2 河道橫斷面設(shè)計(jì)

河道常見橫斷面形式有矩形斷面、梯形斷面和復(fù)式斷面等。規(guī)則的梯形斷面或矩形斷面雖然有助于提高河道的過(guò)流能力且占地面積小，多用于防洪排澇河道，但笨拙的混凝土護(hù)岸工程也降低了水生物空間，生態(tài)性差。復(fù)式斷面適用于藍(lán)線較寬的河道，兼具生態(tài)性和親水性，是生態(tài)河道設(shè)計(jì)的首選。

玉龍河橫斷面主要以復(fù)式斷面為主，兼具景觀與排洪功能，河道與周邊環(huán)境完整結(jié)合，親水性好，同時(shí)具有汛期超標(biāo)雨水排放通道的作用。一級(jí)坡坡度為1∶5，二級(jí)坡坡度為1∶10，多采用草皮護(hù)岸，常用的護(hù)坡草種類型有地毯草、狗牙根、野牛草等。玉龍河由西至東依次與未來(lái)一路、高陽(yáng)路、未來(lái)二路、未來(lái)三路、高新二路相交，除未來(lái)一路采用箱涵(2.3m×2m)外，其他路橋下采用矩形斷面。

駁岸是水與陸路接觸的部分，是濕地生態(tài)系統(tǒng)向陸地生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)渡地帶，也是游人發(fā)生親水活動(dòng)的主要場(chǎng)地。駁岸的結(jié)構(gòu)形態(tài)不僅影響到綠地生態(tài)功能的發(fā)揮，而且也影響綠地的景觀效果。本次設(shè)計(jì)除了在親水處設(shè)置親水岸線及臺(tái)階岸線，高差較大處運(yùn)用垂直混凝土駁岸外，其余部分均以生態(tài)自然駁岸及草坡駁岸為主。

河道的護(hù)坡和護(hù)岸結(jié)構(gòu)采用生態(tài)型的護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式，以滿足生態(tài)、景觀需要。在保證河道邊坡穩(wěn)定和渠底不隆起的情況下，河道邊坡和渠底規(guī)劃不考慮硬質(zhì)護(hù)砌，采用土質(zhì)邊坡、水生態(tài)植物護(hù)岸、石籠護(hù)岸、木樁護(hù)岸、亂石緩坡護(hù)岸、生態(tài)混凝土等自然駁岸形式。主要護(hù)岸形式及分布位置如圖2所示。

圖2 玉龍河護(hù)岸形式分布圖

3.3 生態(tài)溢流堰設(shè)計(jì)

玉龍河河底始末縱向高差達(dá)8.1m，常水位及水面形態(tài)需由堰壩蓄水而成，從河道寬度及工程經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，堰壩應(yīng)設(shè)在相對(duì)窄的河道斷面處，因此玉龍河共設(shè)計(jì)9道堰壩?？紤]到行洪安全，生態(tài)堰均采用堆石堰壩，高度在20～50cm，保證行洪安全。堆石堰壩如圖3所示通過(guò)調(diào)節(jié)水流沖刷作用，在堰壩上游形成深水區(qū)，有利于有機(jī)質(zhì)沉淀，為水生動(dòng)物提供營(yíng)養(yǎng)；在堰壩下游形成深潭，塑造多樣性地貌，產(chǎn)生緩流和急流，可形成豐富多樣的生物群落，為水生動(dòng)物提供良好的棲息地。在枯水期，9道堆石堰壩配合補(bǔ)水措施可以保證河道形成穩(wěn)定常水位，同時(shí)保持水流的靈動(dòng)性并對(duì)水體進(jìn)行跌水增氧。

圖3 堆石堰壩結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 補(bǔ)水設(shè)計(jì)

3.4.1生態(tài)補(bǔ)水濕塘

玉龍河沒(méi)有穩(wěn)定的上游來(lái)水，源頭為市政雨水排口，季節(jié)性和差異性很大，為保證河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和景觀效果，本次設(shè)計(jì)采用生態(tài)保水、補(bǔ)水方案，利用區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的池塘造景形成生態(tài)補(bǔ)水濕塘，生態(tài)補(bǔ)水濕塘的設(shè)計(jì)根據(jù)地形及現(xiàn)狀水塘的位置布局，位于地勢(shì)略高的山腰上，收集山麓雨水，按有效水深1m計(jì)，可調(diào)蓄5.2萬(wàn)m3雨水用于河道生態(tài)補(bǔ)水。在最不利條件下，河道最大蒸發(fā)量為28.32萬(wàn)m3/a，濕塘的蒸發(fā)量為6.0萬(wàn)m3/a，濕塘和河道水位會(huì)有些許下降，但不會(huì)對(duì)整體景觀造成較大影響。同時(shí)在河道上設(shè)計(jì)溢流堰保水，河道常水位蓄水19.28萬(wàn)m3，形成穩(wěn)定的常水位水面形態(tài)。

3.4.2應(yīng)急補(bǔ)水措施

為了盡量保證水流的靈動(dòng)，保證玉龍河生態(tài)基流，考慮采用人工手段進(jìn)行應(yīng)急水體循環(huán)，循環(huán)水量考慮約2000m3/d，從下游車墩湖取水點(diǎn)沿生態(tài)廊道水系鋪設(shè)DN300的管道至玉龍河河道上游補(bǔ)水點(diǎn)形成水系循環(huán)，管道長(zhǎng)度約3.5km。應(yīng)急補(bǔ)水管網(wǎng)平日作為園區(qū)內(nèi)綠化澆灑系統(tǒng)使用。

4 水質(zhì)凈化設(shè)計(jì)

4.1 外源污染控制

玉龍河兩岸匯水區(qū)內(nèi)管網(wǎng)規(guī)劃較為完善，實(shí)現(xiàn)雨污分流，暫無(wú)污水進(jìn)入河道內(nèi)，點(diǎn)源污染主要來(lái)自入河的雨水排口。玉龍河河道范圍內(nèi)有12個(gè)雨水排口，本次設(shè)計(jì)對(duì)雨水排口的初期雨水4mm截留。根據(jù)雨水排口的實(shí)際情況，具體提出兩種措施：措施一采用截流井和調(diào)蓄池形式，適用于有條件建設(shè)調(diào)蓄池的排口，初期雨水通過(guò)重力流至截流井，截流井將降雨時(shí)將初期雨水截流至初雨調(diào)蓄池，通過(guò)初雨調(diào)蓄池的沉淀后去除初期雨水中較大的顆粒性污染物質(zhì)，降低進(jìn)入接納水體的污染。措施二采用智能截流井形式，適用于周圍用地緊張、不適宜建設(shè)調(diào)蓄池的排口，初期雨水通過(guò)重力流至截流井，通過(guò)智能控制系統(tǒng)將水質(zhì)惡劣的初期雨水截流，具體工藝流程如圖4所示。

圖4 玉龍河初期雨水處理系統(tǒng)流程圖

在有空間的地方結(jié)合景觀構(gòu)建人工表流雨水濕地，調(diào)蓄池出水在雨水濕地中依次經(jīng)過(guò)沉淀區(qū)、淺沼澤區(qū)、植物區(qū)、深沼澤區(qū)，在雨水濕地中微生物、植物、物理吸附的共同作用下進(jìn)一步被凈化，雨水濕地除了具備凈化徑流雨水水質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)外，另一優(yōu)點(diǎn)便是能有效發(fā)揮“滯”“蓄”的作用，在暴雨及洪水來(lái)臨時(shí)能容納大量雨水。本次設(shè)計(jì)中，雨水濕地面積總計(jì)5 hm2，平均設(shè)計(jì)有效水深達(dá)到1～1.5m，總蓄水能力達(dá)到5萬(wàn)～7.5萬(wàn)m3，增強(qiáng)了該地區(qū)防洪排澇能力。

4.2 海綿城市低影響開發(fā)措施

城市面源污染物主要來(lái)源于城市下墊面雨水徑流污染。采用徑流系數(shù)法對(duì)匯水區(qū)內(nèi)的面源污染物產(chǎn)生量進(jìn)行預(yù)測(cè)。參考美國(guó)流域保護(hù)中心(Center For Watershed Protection，CWP)對(duì)各項(xiàng)低影響開發(fā)設(shè)施徑流污染控制率的研究數(shù)據(jù)，各類低影響開發(fā)設(shè)施(LID)對(duì)面源污染的削減率如圖5所示。

圖5 不同典型海綿措施對(duì)污染物的平均削減率

玉龍河沿河綠道邊側(cè)采用植草溝或者雨水溝上鋪卵石方式集水，于低洼處接入海綿設(shè)施，如下沉式綠地或雨水花園等帶有滯蓄功能的設(shè)施。由于沿河綠道范圍內(nèi)面源污染物含量偏低，徑流雨水?dāng)y帶含量對(duì)渠道內(nèi)水體水質(zhì)不產(chǎn)生影響，因此，綠道范圍內(nèi)的雨水均通過(guò)坡地漫流的方式直接排入玉龍河渠道。此處，低影響開發(fā)設(shè)施的承接方式不使用管道連接，滯蓄功能LID設(shè)施以溢流方式排放超量雨水，控制坡面坡度，減少?zèng)_刷風(fēng)險(xiǎn)，充分發(fā)揮LID設(shè)施的功能。

4.3 水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

4.3.1水生植物群落構(gòu)建

水生植物群落多樣性修復(fù)主要建立在流速緩慢、河岸帶緩坡、岸線復(fù)雜性高的河段，綜合植物群落結(jié)構(gòu)配置、季節(jié)性和景觀結(jié)構(gòu)要求，實(shí)現(xiàn)凈化功能。采用生境和生物對(duì)策，因地制宜，設(shè)計(jì)以挺水植被為主、沉水植被為輔，結(jié)合少量浮水植被的模式。

結(jié)合現(xiàn)有條件，玉龍河挺水植物選擇本土常見植物，如香蒲、蘆葦、美人蕉等，種植面積占河流岸帶恢復(fù)區(qū)的水面20%，沉水植物選擇矮化苦草、金魚藻、黑藻等來(lái)恢復(fù)疏浚后的河流生態(tài)系統(tǒng)，約占恢復(fù)河段水面的10%，挺水植物一般以2～10 叢/m2，沉水植物以30～100 株/m2的密度種植。沉水植物恢復(fù)需要考慮水深、光照和流速的穩(wěn)定，同時(shí)注意防浪隔離和魚類隔離。在親水空間附近用浮水植物睡蓮點(diǎn)綴，增強(qiáng)景觀效果。

4.3.2水生動(dòng)物群落構(gòu)建

水生動(dòng)物的修復(fù)應(yīng)當(dāng)遵循從低等向高等的進(jìn)化縮影修復(fù)原則去進(jìn)行，避免系統(tǒng)不穩(wěn)定性。當(dāng)玉龍河沉水植物生態(tài)修復(fù)和多樣性恢復(fù)后，開展水系現(xiàn)存物種調(diào)查，首先選擇修復(fù)水生昆蟲、螺類、貝類、雜食性蝦類和小型雜食性蟹類；待群落穩(wěn)定后，可引入本地肉食性魚類。底棲動(dòng)物投放面積占河流岸帶恢復(fù)區(qū)的水面10%，水生昆蟲、螺類、貝類一般以50～100 個(gè)/m2，雜食性蝦類和小型雜食性蟹類以5～30 個(gè)/m3的密度投放。

5 結(jié)論

玉龍河作為典型的城市季節(jié)性河道，采用近自然河道的設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出的蜿蜒形態(tài)，急流、緩流、淺灘相間的格局，營(yíng)造良好的河道生境。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到旱季最不利情況，設(shè)計(jì)了兩種補(bǔ)水方案，能夠滿足玉龍河生態(tài)基流要求。結(jié)合海綿城市建設(shè)理念，利用智能截流井、初雨調(diào)蓄池、人工濕地等技術(shù)，最大程度削減來(lái)自雨水排口的點(diǎn)源污染和來(lái)自匯水區(qū)的面源污染，保證河道水質(zhì)。玉龍河設(shè)計(jì)不僅為居民提供了豐富的生態(tài)休閑空間，而且構(gòu)建了一個(gè)近自然的水生態(tài)環(huán)境，為今后城市季節(jié)性生態(tài)河道設(shè)計(jì)提供了良好的設(shè)計(jì)思路，其工程技術(shù)手段具有一定的參考價(jià)值。